{"id":97879,"date":"2020-10-22T20:43:09","date_gmt":"2020-10-22T18:43:09","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/administrirovanie\/tehnologii-magnitnoj-zapisi-hdd-prosto-o-slozhnom"},"modified":"2020-10-22T20:43:09","modified_gmt":"2020-10-22T18:43:09","slug":"tehnologii-magnitnoj-zapisi-hdd-prosto-o-slozhnom","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/cs\/blog\/administrirovanie\/tehnologii-magnitnoj-zapisi-hdd-prosto-o-slozhnom","title":{"rendered":"Technologie magnetick\u00e9ho z\u00e1znamu HDD: jednodu\u0161e o slo\u017eit\u00e9m","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Technologie
\nPrvn\u00ed na sv\u011bt\u011b pevn\u00fd disk, IBM RAMAC 305, kter\u00fd spat\u0159il sv\u011btlo sv\u011bta v roce 1956, m\u011bl kapacitu pouh\u00fdch 5 MB dat, v\u00e1\u017eil 970 kg a sv\u00fdmi rozm\u011bry byl srovnateln\u00fd s pr\u016fmyslov\u00fdm chladni\u010dkou. Modern\u00ed firemn\u00ed vlajkov\u00e9 lod\u011b se ji\u017e mohou pochlubit kapacitou 20 TB. Jen si to p\u0159edstavte: p\u0159ed 64 lety by pro z\u00e1pis takov\u00e9ho mno\u017estv\u00ed informac\u00ed bylo pot\u0159eba v\u00edce ne\u017e 4 miliony RAMAC 305, a rozm\u011bry datov\u00e9ho centra pot\u0159ebn\u00e9ho k jejich um\u00edst\u011bn\u00ed by p\u0159es\u00e1hly 9 \u010dtvere\u010dn\u00edch kilometr\u016f, zat\u00edmco dnes by k tomu sta\u010dila mal\u00e1 krabi\u010dka o hmotnosti asi 700 gram\u016f! V mnoha ohledech se tohoto neuv\u011b\u0159iteln\u00e9ho zv\u00fd\u0161en\u00ed hustoty \u00falo\u017ei\u0161t\u011b poda\u0159ilo dos\u00e1hnout d\u00edky zdokonalov\u00e1n\u00ed metod magnetick\u00e9ho z\u00e1znamu.<\/a><\/noindex>
\nT\u011b\u017eko uv\u011b\u0159it, ale konstrukce pevn\u00fdch disk\u016f se principi\u00e1ln\u011b nem\u011bn\u00ed u\u017e t\u00e9m\u011b\u0159 40 let, po\u010d\u00ednaje rokem 1983: pr\u00e1v\u011b tehdy spat\u0159il sv\u011btlo sv\u011bta prvn\u00ed 3,5palcov\u00fd disk RO351, vyvinut\u00fd skotskou spole\u010dnost\u00ed Rodime. Tento mal\u00fd kousek m\u011bl dv\u011b magnetick\u00e9 desky o velikosti 10 MB ka\u017ed\u00e1, tedy byl schopen pojmout dvakr\u00e1t v\u00edce dat ne\u017e aktualizovan\u00fd ST-412 o 5,25 palce, kter\u00fd byl vyd\u00e1n spole\u010dnost\u00ed Seagate ve stejn\u00e9m roce pro osobn\u00ed po\u010d\u00edta\u010de IBM 5160.<\/p>\n

\"Technologie
\nRodime RO351 \u2014 prvn\u00ed na sv\u011bt\u011b 3,5palcov\u00fd disk<\/i><\/p>\n

Navzdory sv\u00e9 inovativnosti a kompaktn\u00edm rozm\u011br\u016fm se p\u0159i uveden\u00ed na trh RO351 uk\u00e1zal jako t\u00e9m\u011b\u0159 nepot\u0159ebn\u00fd, a v\u0161echny dal\u0161\u00ed pokusy spole\u010dnosti Rodime prosadit se na trhu disk\u016f skon\u010dily fiaskem, co\u017e vedlo k tomu, \u017ee v roce 1991 byla spole\u010dnost nucena ukon\u010dit svou \u010dinnost, p\u0159i\u010dem\u017e prakticky v\u0161echny sv\u00e9 aktiva prodala a sn\u00ed\u017eila zam\u011bstnanost na minimum. Nicm\u00e9n\u011b se Rodime nestalo bankrotu: brzy se na ni za\u010dali obracet nejv\u011bt\u0161\u00ed v\u00fdrobci disk\u016f, kte\u0159\u00ed cht\u011bli z\u00edskat licenci na pou\u017eit\u00ed patentovan\u00e9ho form\u00e1tu vyvinut\u00e9ho Skoty. V sou\u010dasnosti je 3,5 palce obecn\u011b uzn\u00e1van\u00fdm standardem v\u00fdroby jak pro spot\u0159ebitelsk\u00e9 HDD, tak pro podnikov\u00e9 \u00falo\u017ei\u0161t\u011b.<\/p>\n

S n\u00e1stupem neuro s\u00edt\u00ed, hlubok\u00e9ho u\u010den\u00ed a internetu v\u011bc\u00ed (IoT) objem dat generovan\u00fdch lidstvem za\u010dal exponenci\u00e1ln\u011b r\u016fst. Podle odhad\u016f analytick\u00e9 agentury IDC by do roku 2025 m\u011blo mno\u017estv\u00ed informac\u00ed generovan\u00fdch jak lidmi, tak i za\u0159\u00edzen\u00edmi kolem n\u00e1s dos\u00e1hnout 175 zettabajt\u016f (1 ZB = 10^21 bajt\u016f). Pro srovn\u00e1n\u00ed, v roce 2019 to bylo 45 ZB, v roce 2016 - 16 ZB a v roce 2006 celkov\u00fd objem dat za celou zn\u00e1mou historii nep\u0159es\u00e1hl 0,16 (!) ZB. Modern\u00ed technologie, mezi kter\u00fdmi hraj\u00ed v\u00fdznamnou roli vylep\u0161en\u00e9 metody z\u00e1pisu dat, pom\u00e1haj\u00ed zvl\u00e1dat informa\u010dn\u00ed boom.<\/p>\n

LMR, PMR, CMR a TDMR: jak\u00fd je rozd\u00edl?<\/h2>\n

\nPrincip fungov\u00e1n\u00ed pevn\u00fdch disk\u016f je dostate\u010dn\u011b jednoduch\u00fd. Tenk\u00e9 kovov\u00e9 desky pokryt\u00e9 vrstvou feromagnetick\u00e9ho materi\u00e1lu (krystalickou l\u00e1tkou schopnou uchov\u00e1vat magnetismus i bez vlivu vn\u011bj\u0161\u00edho magnetick\u00e9ho pole p\u0159i teplot\u011b pod Curieovou teplotou) se pohybuj\u00ed v\u016f\u010di bloku zapisovac\u00edch hlav na vysok\u00e9 rychlosti (5400 ot\u00e1\u010dek za minutu nebo v\u00edce). P\u0159i p\u0159iveden\u00ed elektrick\u00e9ho proudu na zapisovac\u00ed hlavu vznik\u00e1 prom\u011bnn\u00e9 magnetick\u00e9 pole, kter\u00e9 m\u011bn\u00ed sm\u011br vektoru magnetizace dom\u00e9n (diskr\u00e9tn\u00edch oblast\u00ed l\u00e1tky) feromagnetika. \u010cten\u00ed dat prob\u00edh\u00e1 bu\u010f prost\u0159ednictv\u00edm jevu elektromagnetick\u00e9 indukce (pohyb dom\u00e9n v\u016f\u010di senzoru zp\u016fsobuje vznik prom\u011bnn\u00e9ho elektrick\u00e9ho proudu), nebo prost\u0159ednictv\u00edm giganti efektu magnetorezistance (pod vlivem magnetick\u00e9ho pole se m\u011bn\u00ed elektrick\u00fd odpor senzoru), jak je realizov\u00e1no v modern\u00edch pam\u011b\u0165ov\u00fdch za\u0159\u00edzen\u00edch. Ka\u017ed\u00e1 dom\u00e9na k\u00f3duje jeden bit informace, p\u0159i\u010dem\u017e nab\u00fdv\u00e1 logick\u00e9 hodnoty \u201e0\u201c nebo \u201e1\u201c v z\u00e1vislosti na sm\u011bru vektoru magnetizace.<\/p>\n

Dlouh\u00e1 l\u00e9ta pou\u017e\u00edvaly pevn\u00e9 disky metodu pod\u00e9ln\u00ed magnetick\u00e9 z\u00e1znamu (Longitudinal Magnetic Recording, LMR), p\u0159i kter\u00e9 le\u017eel vektor magnetizace dom\u00e9n v rovin\u011b magnetick\u00e9 desky. P\u0159esto\u017ee tato technologie byla relativn\u011b jednoduch\u00e1 na realizaci, m\u011bla z\u00e1sadn\u00ed nev\u00fdhodu: aby se p\u0159ekonala koercitivita (p\u0159echod magnetick\u00fdch \u010d\u00e1stic do jednorozm\u011brn\u00e9ho stavu), musela se mezi stopami ponechat zna\u010dn\u00e1 vyrovn\u00e1vac\u00ed z\u00f3na (takzvan\u00fd guard space - ochrann\u00fd prostor). D\u016fsledkem toho byla maxim\u00e1ln\u00ed hustota z\u00e1znamu, kter\u00e9 se poda\u0159ilo dos\u00e1hnout na sklonku t\u00e9to technologie, pouh\u00fdch 150 Gb\/inch2.<\/p>\n

\"Technologie
\nV roce 2010 byla LMR prakticky zcela vytla\u010dena PMR (Perpendicular Magnetic Recording - kolm\u00e9 magnetick\u00e9 z\u00e1znam). Hlavn\u00ed rozd\u00edl t\u00e9to technologie oproti pod\u00e9ln\u00edmu magnetick\u00e9mu z\u00e1znamu spo\u010d\u00edv\u00e1 v tom, \u017ee vektor magnetick\u00e9 orientace ka\u017ed\u00e9 dom\u00e9ny je um\u00edst\u011bn pod \u00fahlem 90\u00b0 k povrchu magnetick\u00e9 desky, co\u017e umo\u017enilo v\u00fdrazn\u011b zkr\u00e1tit mezery mezi stopami. <\/p>\n

D\u00edky tomu se hustotu z\u00e1znamu poda\u0159ilo v\u00fdrazn\u011b zv\u00fd\u0161it (a\u017e na 1 Tbit\/inch2 v modern\u00edch za\u0159\u00edzen\u00edch), ani\u017e by se ob\u011btovala rychlostn\u00ed charakteristika a spolehlivost pevn\u00fdch disk\u016f. V sou\u010dasnosti je kolm\u00e1 magnetick\u00e1 z\u00e1znam dominantn\u00ed na trhu, a proto je tak\u00e9 \u010dasto naz\u00fdv\u00e1na CMR (Conventional Magnetic Recording - b\u011b\u017en\u00fd magnetick\u00fd z\u00e1znam). Je t\u0159eba si v\u0161ak uv\u011bdomit, \u017ee mezi PMR a CMR nen\u00ed \u017e\u00e1dn\u00fd z\u00e1sadn\u00ed rozd\u00edl - jde pouze o jinou variantu n\u00e1zvu.<\/p>\n

\"Technologie
\nP\u0159i zkoum\u00e1n\u00ed technick\u00fdch specifikac\u00ed modern\u00edch pevn\u00fdch disk\u016f m\u016f\u017eete tak\u00e9 narazit na tajemnou zkratku TDMR. Tuto technologii pou\u017e\u00edvaj\u00ed zejm\u00e9na podnikov\u00e9 \u00falo\u017en\u00e9 za\u0159\u00edzen\u00ed, Western Digital Ultrastar 500. s\u00e9rie<\/a><\/noindex>. Z pohledu fyziky se TDMR (co\u017e se p\u0159ekl\u00e1d\u00e1 jako Two Dimensional Magnetic Recording - dvourozm\u011brn\u00fd magnetick\u00fd z\u00e1znam) nijak neli\u0161\u00ed od zn\u00e1m\u00e9ho PMR: st\u00e1le se setk\u00e1v\u00e1me s nep\u0159ekr\u00fdvaj\u00edc\u00edmi se stopami, jejich\u017e dom\u00e9ny jsou orientov\u00e1ny kolmo k rovin\u011b magnetick\u00fdch desek. Rozd\u00edl mezi technologiemi spo\u010d\u00edv\u00e1 v p\u0159\u00edstupu ke \u010dten\u00ed informac\u00ed.<\/p>\n

V bloku magnetick\u00fdch hlav s pevn\u00fdmi disky, vyroben\u00fdmi technologi\u00ed TDMR, p\u0159ipad\u00e1 na ka\u017edou zapisovac\u00ed hlavu dva \u010dtec\u00ed senzory, kter\u00e9 prov\u00e1d\u011bj\u00ed sou\u010dasn\u00e9 \u010dten\u00ed dat z ka\u017ed\u00e9 pro\u0161l\u00e9 stopy. Tato redundantnost umo\u017e\u0148uje \u0159adi\u010di HDD efektivn\u011b filtrovat elektromagnetick\u00e9 \u0161umy, jejich\u017e vznik je zp\u016fsoben mezistopovou interferenc\u00ed (Intertrack Interference, ITI).<\/p>\n

\"Technologie
\n\u0158e\u0161en\u00ed probl\u00e9mu s ITI poskytuje dv\u011b extr\u00e9mn\u011b d\u016fle\u017eit\u00e9 v\u00fdhody:<\/p>\n

    \n
  1. sn\u00ed\u017een\u00ed ru\u0161iv\u00e9ho koeficientu umo\u017e\u0148uje zv\u00fd\u0161en\u00ed hustoty z\u00e1znamu d\u00edky zmen\u0161en\u00ed vzd\u00e1lenosti mezi stopami, co\u017e zaji\u0161\u0165uje nav\u00fd\u0161en\u00ed celkov\u00e9 kapacity a\u017e o 10 % ve srovn\u00e1n\u00ed s b\u011b\u017en\u00fdm PMR;<\/li>\n
  2. ve spojen\u00ed s technologi\u00ed RVS a t\u0159\u00edstup\u0148ov\u00fdm mikroaktu\u00e1torem, TDMR efektivn\u011b \u010del\u00ed rota\u010dn\u00ed vibraci zp\u016fsoben\u00e9 prac\u00ed pevn\u00fdch disk\u016f, co\u017e pom\u00e1h\u00e1 dos\u00e1hnout stabiln\u00ed \u00farovn\u011b v\u00fdkonu i v nejn\u00e1ro\u010dn\u011bj\u0161\u00edch provozn\u00edch podm\u00ednk\u00e1ch.<\/li>\n<\/ol>\n

    <\/p>\n

    Co je to SMR a k \u010demu slou\u017e\u00ed?<\/h2>\n

    \nRozm\u011bry zapisovac\u00ed hlavy jsou p\u0159ibli\u017en\u011b 1,7kr\u00e1t v\u011bt\u0161\u00ed ve srovn\u00e1n\u00ed s rozm\u011bry \u010dtec\u00edho senzoru. Tak v\u00fdznamn\u00fd rozd\u00edl je dost snadno vysv\u011btliteln\u00fd: pokud bychom zapisovac\u00ed modul ud\u011blali je\u0161t\u011b men\u0161\u00ed, s\u00edla magnetick\u00e9ho pole, kterou by mohl generovat, by byla nedostate\u010dn\u00e1 pro magnetizaci dom\u00e9n feromagnetick\u00e9 vrstvy, co\u017e znamen\u00e1, \u017ee data by jednodu\u0161e nebyla ukl\u00e1d\u00e1na. U \u010dtec\u00edho senzoru tento probl\u00e9m nenast\u00e1v\u00e1. Nav\u00edc: miniaturizace umo\u017e\u0148uje d\u00e1le sn\u00ed\u017eit vliv v\u00fd\u0161e zm\u00edn\u011bn\u00e9 ITI na proces \u010dten\u00ed informac\u00ed.<\/p>\n

    Tento fakt se stal z\u00e1kladem \u0161indelov\u00e9 magnetick\u00e9 z\u00e1znamu (Shingled Magnetic Recording, SMR). Poj\u010fme se pod\u00edvat, jak to funguje. P\u0159i pou\u017eit\u00ed tradi\u010dn\u00edho PMR se zapisovac\u00ed hlava posouv\u00e1 v\u016f\u010di ka\u017ed\u00e9 p\u0159edchoz\u00ed stopy o vzd\u00e1lenost rovnou jej\u00ed \u0161\u00ed\u0159ce + \u0161\u00ed\u0159ce ochrann\u00e9ho prostoru (guard space).<\/p>\n

    \"Technologie
    \nP\u0159i pou\u017eit\u00ed metody dla\u017edicov\u00e9ho magnetick\u00e9ho z\u00e1znamu se z\u00e1pisov\u00e1 hlava posune dop\u0159edu pouze o \u010d\u00e1st sv\u00e9 \u0161\u00ed\u0159ky, tak\u017ee ka\u017ed\u00fd p\u0159edchoz\u00ed track je \u010d\u00e1ste\u010dn\u011b p\u0159eps\u00e1n n\u00e1sleduj\u00edc\u00edm: magnetick\u00e9 dr\u00e1hy se p\u0159ekr\u00fdvaj\u00ed podobn\u011b jako st\u0159e\u0161n\u00ed ta\u0161ky. Tento p\u0159\u00edstup umo\u017e\u0148uje d\u00e1le zv\u00fd\u0161it hustotu z\u00e1znamu, zaji\u0161\u0165uj\u00edc\u00ed n\u00e1r\u016fst kapacity o a\u017e 10 %, ani\u017e by to ovlivnilo proces \u010dten\u00ed. P\u0159\u00edkladem m\u016f\u017ee b\u00fdt     Western Digital Ultrastar DC HC 650<\/a><\/noindex> \u2014 prvn\u00ed 3,5palcov\u00e9 disky na sv\u011bt\u011b s kapacitou 20 TB a rozhran\u00edm SATA\/SAS, jejich\u017e vznik je mo\u017en\u00fd pr\u00e1v\u011b d\u00edky nov\u00e9 technologii magnetick\u00e9ho z\u00e1znamu. T\u00edmto zp\u016fsobem p\u0159echod na SMR disky umo\u017e\u0148uje zv\u00fd\u0161it hustotu ukl\u00e1d\u00e1n\u00ed dat ve stejn\u00fdch stojanech s minim\u00e1ln\u00edmi n\u00e1klady na modernizaci IT infrastruktury.<\/p>\n

    \"Technologie
    \nNavzdory t\u00e9to v\u00fdrazn\u00e9 v\u00fdhod\u011b m\u00e1 SMR i o\u010dividnou nev\u00fdhodu. Proto\u017ee se magnetick\u00e9 dr\u00e1hy p\u0159ekr\u00fdvaj\u00ed, p\u0159i aktualizaci dat bude nutn\u00e1 p\u0159e-writing nejen po\u017eadovan\u00e9ho fragmentu, ale i v\u0161ech n\u00e1sledn\u00fdch track\u016f v r\u00e1mci magnetick\u00e9 desky, jej\u00ed\u017e objem m\u016f\u017ee p\u0159ekro\u010dit 2 terabajty, co\u017e m\u016f\u017ee v\u00e9st k v\u00fdrazn\u00e9mu poklesu v\u00fdkonu.<\/p>\n

    \u0158e\u0161en\u00edm tohoto probl\u00e9mu je seskupen\u00ed ur\u010dit\u00e9ho po\u010dtu track\u016f do odd\u011blen\u00fdch skupin naz\u00fdvan\u00fdch z\u00f3ny. I kdy\u017e tento p\u0159\u00edstup k organizaci ukl\u00e1d\u00e1n\u00ed dat m\u00edrn\u011b sni\u017euje celkovou kapacitu HDD (proto\u017ee mezi z\u00f3nami je nutn\u00e9 zachovat dostate\u010dn\u00e9 mezery, kter\u00e9 br\u00e1n\u00ed p\u0159episov\u00e1n\u00ed track\u016f z sousedn\u00edch skupin), v\u00fdrazn\u011b to urychluje proces aktualizace dat, proto\u017ee nyn\u00ed se na n\u011bm pod\u00edl\u00ed pouze omezen\u00fd po\u010det dr\u00e1h.<\/p>\n

    \"Technologie
    \nDla\u017edicov\u00fd magnetick\u00fd z\u00e1znam p\u0159edpokl\u00e1d\u00e1 n\u011bkolik variant realizace:<\/p>\n