Ang una nga hard drive sa kalibutan, ang IBM RAMAC 305, nga gipagawas kaniadtong 1956, adunay 5 MB ra nga datos, gibug-aton nga 970 kg ug ikatandi sa gidak-on sa usa ka industriyal nga refrigerator. Ang mga modernong punoan nga punoan sa korporasyon mahimong manghambog sa kapasidad nga 20 TB. Hunahunaa lang: 64 ka tuig na ang milabay, aron marekord kini nga gidaghanon sa impormasyon, labaw sa 4 ka milyon nga RAMAC 305 ang gikinahanglan, ug ang gidak-on sa data center nga gikinahanglan sa pag-accommodate kanila mosobra sa 9 square kilometers, samtang karon usa ka gamay nga kahon nga may gibug-aton. mga 700 gramos! Sa daghang mga paagi, kining talagsaon nga pagtaas sa density sa pagtipig nakab-ot salamat sa mga pag-uswag sa mga pamaagi sa pagrekord sa magnetic.
Lisud tuohan, apan ang sukaranang disenyo sa mga hard drive wala mausab sulod sa halos 40 ka tuig, sugod niadtong 1983: mao kana ang unang 3,5-pulgada nga hard drive nga RO351, nga gimugna sa Scottish nga kompanya nga si Rodime, nakakita sa kahayag sa adlaw. Kini nga bata adunay duha ka magnetic platters nga 10 MB matag usa, nagpasabut nga kini adunay kaarang nga magkupot sa doble nga daghang datos sama sa gi-update nga 412-pulgada nga ST-5,25 Seagate nga gipagawas sa parehas nga tuig alang sa IBM 5160 nga personal nga mga kompyuter.
Rodime RO351 - ang unang 3,5-pulgada nga hard drive sa kalibutan
Bisan pa sa kabag-ohan ug compact nga gidak-on niini, sa panahon sa pagpagawas niini ang RO351 nahimo nga halos walaβy kapuslanan sa bisan kinsa, ug ang tanan nga dugang nga mga pagsulay ni Rodime nga makakuha usa ka sukaranan sa merkado sa hard drive napakyas, mao nga kaniadtong 1991 napugos ang kompanya. sa paghunong sa mga kalihokan niini, pagbaligya sa hapit tanan nga mga kabtangan ug pagkunhod sa mga kawani sa usa ka minimum. Bisan pa, wala gitakda nga mabangkarota si Rodime: sa wala madugay ang pinakadako nga mga tiggama sa hard drive nagsugod sa pagkontak niini, nga nagtinguha nga mopalit usa ka lisensya aron magamit ang form factor nga patente sa mga Scots. Sa pagkakaron, ang 3,5 ka pulgada mao ang kasagarang gidawat nga sumbanan alang sa produksyon sa mga consumer HDD ug enterprise-class drive.
Sa pag-abot sa mga neural network, Deep Learning ug sa Internet of Things (IoT), ang gidaghanon sa datos nga gihimo sa katawhan misugod sa pag-usbaw pag-ayo. Sumala sa mga banabana sa analytical agency nga IDC, sa 2025 ang gidaghanon sa impormasyon nga namugna sa mga tawo mismo ug sa mga device sa atong palibot moabot sa 175 zettabytes (1 Zbyte = 1021 bytes), ug kini bisan pa sa kamatuoran nga sa 2019 kini mikabat sa 45 Zbytes. , sa 2016 - 16 Zbytes, ug balik sa 2006, ang kinatibuk-ang gidaghanon sa datos nga gihimo sa tibuok obserbasyon nga kasaysayan dili molapas sa 0,16 (!) Zbytes. Ang mga modernong teknolohiya nagtabang sa pagsagubang sa pagbuto sa impormasyon, dili labing gamay niini ang gipaayo nga mga pamaagi sa pagrekord sa datos.
LMR, PMR, CMR ug TDMR: Unsa ang kalainan?
Ang prinsipyo sa operasyon sa mga hard drive yano ra. Ang nipis nga metal nga mga palid nga gitabonan sa usa ka layer sa ferromagnetic nga materyal (usa ka kristal nga substansiya nga mahimong magpabilin nga magnetized bisan kung wala ma-expose sa usa ka eksternal nga magnetic field sa mga temperatura ubos sa Curie point) molihok nga may kalabotan sa write head unit sa taas nga tulin (5400 revolutions kada minuto o labaw pa). Kung ang usa ka koryente nga koryente gipadapat sa ulo sa pagsulat, usa ka alternating magnetic field ang motungha, nga nagbag-o sa direksyon sa magnetization vector sa mga domain (discrete nga mga rehiyon sa butang) sa ferromagnet. Ang pagbasa sa datos mahitabo tungod sa panghitabo sa electromagnetic induction (ang paglihok sa mga dominyo nga may kalabutan sa sensor hinungdan sa dagway sa usa ka alternating electric current sa ulahi), o tungod sa usa ka higanteng magnetoresistive effect (ubos sa impluwensya sa magnetic field ang electrical. pagsukol sa mga pagbag-o sa sensor), ingon nga gipatuman sa modernong mga drive. Ang matag domain nag-encode sa usa ka gamay nga impormasyon, nga nagkuha sa lohikal nga kantidad nga "0" o "1" depende sa direksyon sa magnetization vector.
Sa dugay nga panahon, gigamit sa mga hard drive ang Longitudinal Magnetic Recording (LMR) nga pamaagi, diin ang domain magnetization vector nahimutang sa eroplano sa magnetic plate. Bisan pa sa relatibong kayano sa pagpatuman, kini nga teknolohiya adunay dakong disbentaha: aron mabuntog ang coercivity (ang transisyon sa magnetic particles ngadto sa usa ka single-domain state), usa ka impresibong buffer zone (ang gitawag nga guard space) kinahanglang ibilin tali sa ang mga track. Ingon usa ka sangputanan, ang labing kadaghan nga density sa pagrekord nga nakab-ot sa katapusan sa kini nga teknolohiya kay 150 Gbit/inch2 ra.
Kaniadtong 2010, hapit hingpit nga gipulihan ang LMR sa PMR (Perpendicular Magnetic Recording). Ang nag-unang kalainan tali niini nga teknolohiya ug longhitudinal magnetic recording mao nga ang magnetic direksyon vector sa matag domain nahimutang sa usa ka anggulo sa 90 Β° ngadto sa nawong sa magnetic plate, nga kamahinungdanon pagkunhod sa gintang sa taliwala sa mga tracks.
Tungod niini, ang densidad sa pagrekord sa datos nadugangan pag-ayo (hangtod sa 1 Tbit/in2 sa modernong mga himan), nga walay pagsakripisyo sa mga kinaiya sa gikusgon ug kasaligan sa mga hard drive. Sa pagkakaron, ang perpendicular magnetic recording ang nagdominar sa merkado, mao nga kanunay usab kining gitawag nga CMR (Conventional Magnetic Recording). Sa parehas nga oras, kinahanglan nimong masabtan nga walaβy kalainan tali sa PMR ug CMR - lahi ra kini nga bersyon sa ngalan.
Samtang nagtuon sa teknikal nga mga kinaiya sa modernong mga hard drive, mahimo usab nga makit-an nimo ang misteryosong abbreviation nga TDMR. Sa partikular, kini nga teknolohiya gigamit sa mga drive nga klase sa negosyo . Gikan sa physics point of view, ang TDMR (nga nagpasabot sa Two Dimensional Magnetic Recording) wala'y kalainan sa naandan nga PMR: sama kaniadto, nag-atubang kami sa mga non-intersecting tracks, ang mga dominyo nga gipunting nga tul-id sa eroplano sa magnetic. mga plato. Ang kalainan tali sa mga teknolohiya anaa sa pamaagi sa pagbasa sa impormasyon.
Sa block sa magnetic heads sa mga hard drive nga gihimo gamit ang TDMR nga teknolohiya, ang matag ulo sa pagsulat adunay duha ka sensor sa pagbasa nga dungan nga nagbasa sa datos gikan sa matag track nga gipasa. Kini nga redundancy nagtugot sa HDD controller sa epektibong pagsala sa electromagnetic noise, ang dagway niini tungod sa intertrack interference (ITI).
Ang pagsulbad sa problema sa ITI naghatag ug duha ka hinungdanon nga mga benepisyo:
- ang pagkunhod sa hinungdan sa kasaba nagtugot kanimo nga madugangan ang density sa pagrekord pinaagi sa pagkunhod sa gilay-on tali sa mga track, nga naghatag usa ka ganansya sa tibuuk nga kapasidad hangtod sa 10% kumpara sa naandan nga PMR;
- Inubanan sa teknolohiya sa RVS ug tulo ka posisyon nga microactuator, epektibo nga gipugngan sa TDMR ang rotational vibration nga gipahinabo sa mga hard drive, nga nagtabang aron makab-ot ang makanunayon nga lebel sa pasundayag bisan sa labing mahagiton nga mga kondisyon sa operasyon.
Unsa ang SMR ug unsa ang gikaon niini?
Ang gidak-on sa ulo sa pagsulat gibana-bana nga 1,7 ka pilo nga mas dako kon itandi sa gidak-on sa sensor sa pagbasa. Ang ingon nga usa ka impresibo nga kalainan mahimong ipasabut nga yano: kung ang module sa pagrekord gihimo nga labi ka gamay, ang kusog sa magnetic field nga mahimo niini dili igo aron ma-magnetize ang mga domain sa ferromagnetic layer, nga nagpasabut nga ang datos yano ra. dili tipigan. Sa kaso sa usa ka sensor sa pagbasa, kini nga problema wala motungha. Dugang pa: ang miniaturization niini nagpaposible sa dugang nga pagpakunhod sa impluwensya sa gihisgutan sa ibabaw nga ITI sa proseso sa pagbasa sa impormasyon.
Kini nga kamatuoran nahimong basehan sa Shingled Magnetic Recording (SMR). Atong hisgotan kon sa unsang paagi kini molihok. Kung mogamit usa ka tradisyonal nga PMR, ang ulo sa pagsulat gibalhin kalabot sa matag miaging track sa usa ka gilay-on nga katumbas sa gilapdon niini + ang gilapdon sa wanang sa bantay.
Kung gamiton ang tiled magnetic recording method, ang write head naglihok sa unahan bahin lamang sa gilapdon niini, mao nga ang matag miaging track partially overwritten sa sunod: ang magnetic tracks nagsapaw sa usag usa sama sa roofing tiles. Kini nga pamaagi nagtugot kanimo sa dugang nga pagdugang sa densidad sa pagrekord, nga naghatag usa ka ganansya sa kapasidad hangtod sa 10%, nga wala makaapekto sa proseso sa pagbasa. Usa ka pananglitan mao ang - ang una nga 3.5-pulgada nga 20 TB nga mga drive sa kalibutan nga adunay interface sa SATA/SAS, ang hitsura niini nahimong posible salamat sa bag-ong teknolohiya sa pagrekord sa magnetic. Sa ingon, ang pagbalhin sa SMR disks nagtugot kanimo nga madugangan ang densidad sa pagtipig sa datos sa parehas nga mga rack nga adunay gamay nga gasto alang sa pag-upgrade sa imprastraktura sa IT.
Bisan pa sa ingon ka hinungdanon nga bentaha, ang SMR usab adunay usa ka dayag nga disbentaha. Tungod kay ang magnetic tracks nagsapaw sa usag usa, ang pag-update sa datos magkinahanglan og pagsulat pag-usab dili lamang sa gikinahanglan nga tipik, kondili usab sa tanan nga sunod-sunod nga mga track sulod sa magnetic platter, ang gidaghanon niini mahimong molapas sa 2 terabytes, nga mahimong mosangpot sa usa ka seryoso nga pagkunhod sa performance.
Kini nga problema mahimong masulbad pinaagi sa paghiusa sa usa ka piho nga gidaghanon sa mga track ngadto sa lain nga mga grupo nga gitawag ug mga sona. Bisan kung kini nga pamaagi sa pag-organisar sa pagtipig sa datos medyo nagpamenos sa kinatibuk-ang kapasidad sa HDD (tungod kay gikinahanglan ang pagpadayon sa igo nga mga kal-ang tali sa mga zone aron mapugngan ang mga track gikan sa kasikbit nga mga grupo nga ma-overwrite), mahimoβg mapadali niini ang proseso sa pag-update sa datos, sukad karon limitado lamang nga gidaghanon sa mga track ang nalambigit niini.
Ang tile magnetic recording naglakip sa daghang mga kapilian sa pagpatuman:
- Gidumala sa Drive SMR
Ang panguna nga bentaha niini mao nga dili kinahanglan nga usbon ang host software ug/o hardware, tungod kay ang HDD controller ang nagkontrol sa pamaagi sa pagrekord sa datos. Ang ingon nga mga drive mahimong konektado sa bisan unsang sistema nga adunay gikinahanglan nga interface (SATA o SAS), pagkahuman ang drive mahimong andam dayon alang sa paggamit.
Ang disbentaha sa kini nga pamaagi mao nga ang lebel sa pasundayag magkalainlain, nga naghimo sa Drive Managed SMR nga dili angay alang sa mga aplikasyon sa negosyo diin ang makanunayon nga pasundayag sa sistema hinungdanon. Bisan pa, ang ingon nga mga drive maayo nga nahimo sa mga senaryo nga nagtugot sa igong oras alang sa background data defragmentation nga mahitabo. Pananglitan, ang DMSMR drive , optimized alang sa paggamit ingon nga bahin sa gamay nga 8-bay NAS, mahimong usa ka maayo kaayo nga kapilian alang sa usa ka archive o backup nga sistema nga nanginahanglan ug dugay nga pagtipig sa mga backup.
- Host Managed SMR
Ang Host Managed SMR mao ang gipalabi nga pagpatuman sa tiled recording para magamit sa usa ka palibot sa negosyo. Sa kini nga kaso, ang host system mismo ang responsable sa pagdumala sa mga dagan sa datos ug mga operasyon sa pagbasa / pagsulat, gamit alang niini nga mga katuyoan ang ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) ug SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) nga mga extension sa interface nga gihimo sa INCITS T10 ug T13 nga mga komite .
Kung gigamit ang HMSMR, ang tibuuk nga magamit nga kapasidad sa pagtipig sa drive gibahin sa duha nga mga lahi sa mga zone: Mga Kombensyonal nga Sona, nga gigamit sa pagtipig sa metadata ug random nga pagrekord (sa panguna nagdula sa papel sa usa ka cache), ug Pagsunud-sunod nga Pagsulat nga Gikinahanglan nga mga Sona, nga nag-okupar. usa ka dako nga bahin sa kinatibuk-ang kapasidad sa hard drive diin ang datos gisulat nga higpit nga sunud-sunod. Ang out-of-order nga data gitipigan sa usa ka cache area, gikan diin mahimo kining ibalhin ngadto sa angay nga sequential write area. Gisiguro niini nga ang tanan nga pisikal nga mga sektor gisulat nga sunud-sunod sa direksyon sa radial ug gisulat pag-usab pagkahuman sa usa ka cyclic nga pagbalhin, nga nagresulta sa lig-on ug matag-an nga pasundayag sa sistema. Sa samang higayon, ang HMSMR drives nagsuporta sa random read commands sa samang paagi sa drive gamit ang standard PMR.
Ang Host Managed SMR gipatuman sa mga hard drive nga klase sa negosyo .
Ang linya naglakip sa high-capacity SATA ug SAS drives nga gidisenyo alang sa paggamit sa hyperscale data centers. Ang suporta alang sa Host Managed SMR makahuluganon nga nagpalapad sa sakup sa paggamit sa ingon nga mga hard drive: dugang sa mga backup nga sistema, perpekto sila alang sa pagtipig sa panganod, CDN o streaming nga mga platform. Ang taas nga kapasidad sa mga hard drive nagtugot kanimo nga madugangan ang densidad sa pagtipig (sa parehas nga mga racks) nga adunay gamay nga gasto sa pag-upgrade, ug ubos nga konsumo sa kuryente (dili molapas sa 0,29 watts matag terabyte nga gitipigan nga impormasyon) ug pagwagtang sa kainit (sa aberids nga 5 Β°C nga mas ubos. kay sa mga analogue) - dugang nga pagkunhod sa gasto sa pag-operate alang sa pagmentinar sa data center.
Ang bugtong disbentaha sa HMSMR mao ang relatibong pagkakomplikado sa pagpatuman. Ang butang mao nga karon walaβy operating system o aplikasyon nga mahimoβg molihok sa ingon nga mga pagmaneho sa gawas sa kahon, mao nga ang mga seryoso nga pagbag-o sa software stack gikinahanglan aron ipahiangay ang imprastraktura sa IT. Una sa tanan, kini nga mga kabalaka, siyempre, ang OS mismo, nga sa mga kondisyon sa modernong mga sentro sa datos nga naggamit sa multi-core ug multi-socket nga mga server usa ka dili hinungdanon nga buluhaton. Mahibal-an nimo ang dugang bahin sa mga kapilian sa pagpatuman sa suporta sa Host Managed SMR sa usa ka espesyal nga kapanguhaan , gipahinungod sa mga isyu sa zonal data storage. Ang impormasyon nga nakolekta dinhi makatabang kanimo sa pasiuna nga pagsusi sa kaandam sa imong imprastraktura sa IT alang sa pagbalhin sa mga sistema sa pagtipig sa sona.
- Host Aware SMR (Host Aware SMR)
Ang Host Aware nga SMR-enabled nga mga himan naghiusa sa kasayon ββug pagka-flexible sa Drive Managed SMR uban sa taas nga katulin sa pagsulat sa Host Managed SMR. Kini nga mga drive nahiuyon sa mga kabilin nga sistema sa pagtipig ug mahimong molihok nga walaβy direktang kontrol gikan sa host, apan sa kini nga kaso, sama sa mga drive sa DMSMR, ang ilang pasundayag mahimong dili matag-an.
Sama sa Host Managed SMR, ang Host Aware SMR naggamit ug duha ka matang sa mga sona: Mga Kombensyonal nga Sona para sa random nga pagsulat ug Sequential Write Preferred Zones. Ang naulahi, sukwahi sa Sequential Write Required Zones nga gihisgutan sa ibabaw, awtomatik nga gibalhin sa kategorya sa mga regular kung magsugod sila sa pagrekord sa datos nga wala sa pagkahan-ay.
Ang host-aware nga pagpatuman sa SMR naghatag og internal nga mga mekanismo alang sa pagbawi gikan sa dili makanunayon nga pagsulat. Ang out-of-order nga data gisulat ngadto sa cache nga mga lugar, gikan diin ang disk makabalhin sa impormasyon ngadto sa sequential write area human madawat ang tanang gikinahanglan nga mga block. Ang disk naggamit sa usa ka indidirection nga lamesa sa pagdumala sa pagsulat nga wala sa order ug sa background defragmentation. Bisan pa, kung ang mga aplikasyon sa negosyo nanginahanglan matag-an ug na-optimize nga pasundayag, mahimo ra gihapon kini nga makab-ot kung hingpit nga kontrolado sa host ang tanan nga mga dagan sa datos ug mga sona sa pagrekord.
Source: www.habr.com