{"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\/da\/blog\/administrirovanie\/tehnologii-magnitnoj-zapisi-hdd-prosto-o-slozhnom","title":{"rendered":"HDD magnetisk optagelsesteknologi: enkelt forklaret","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"HDD
\nDen f\u00f8rste h\u00e5rde disk i verden, IBM RAMAC 305, som s\u00e5 dagens lys i 1956, kunne kun rumme 5 MB data og vejede 970 kg, mens st\u00f8rrelsen var sammenlignelig med en industriel fryser. Nutidens erhvervslivet flagships kan prale af en kapacitet p\u00e5 hele 20 TB. Forestil dig dette: for 64 \u00e5r siden ville det kr\u00e6ve over 4 millioner RAMAC 305 for at gemme s\u00e5 meget information, og st\u00f8rrelsen p\u00e5 datacenteret, der var n\u00f8dvendigt for at huse dem, ville overstige 9 kvadratkilometer, mens man i dag ville kunne klare det med en lille \u00e6ske, der vejer omkring 700 gram! Meget af den utrolige forbedring i lagert\u00e6thed er opn\u00e5et ved forbedring af magnetiske optagelsesteknikker.<\/a><\/noindex>
\nDet er sv\u00e6rt at tro, men fundamentalt set har konstruktionen af h\u00e5rde diske ikke \u00e6ndret sig i n\u00e6sten 40 \u00e5r, siden 1983: det var da den f\u00f8rste 3,5 tommer harddisk RO351, udviklet af det skotske firma Rodime, s\u00e5 dagens lys. Denne lille enhed havde to magnetiske plader p\u00e5 10 MB hver, hvilket betyder, at den kunne rumme dobbelt s\u00e5 meget data som den opdaterede ST-412 p\u00e5 5,25 tommer, der blev udgivet af Seagate samme \u00e5r til IBM 5160 personlige computere.<\/p>\n

\"HDD
\nRodime RO351 \u2014 den f\u00f8rste 3,5 tommer harddisk i verden<\/i><\/p>\n

P\u00e5 trods af innovationen og de kompakte dimensioner, var RO351 ved sin lancering n\u00e6sten ubrugelig, og alle fremtidige fors\u00f8g fra Rodime p\u00e5 at etablere sig p\u00e5 harddiskmarkedet mislykkedes, hvilket f\u00f8rte til, at firmaet i 1991 blev n\u00f8dt til at stoppe sin drift, s\u00e6lge n\u00e6sten alle sine aktiver og reducere personalet til et minimum. Men Rodime skulle ikke v\u00e6re sk\u00e6bnet til konkurs: snart begyndte de st\u00f8rste harddiskproducenter at henvende sig for at erhverve licens til at bruge den skotske firmafaktor. I dag er 3,5 tommer standarden for b\u00e5de forbrugers HDD'er og enterprise-lagringsenheder.<\/p>\n

Med fremkomsten af neurale netv\u00e6rk, Deep Learning og Internet of Things (IoT) er m\u00e6ngden af data, der genereres af menneskeheden, steget eksplosivt. If\u00f8lge estimater fra analysenbureauet IDC vil m\u00e6ngden af information, der genereres af b\u00e5de mennesker og de enheder, der omgiver os, n\u00e5 op p\u00e5 175 zettabyte (1 ZB = 10^21 byte) inden 2025. Dette er bem\u00e6rkelsesv\u00e6rdigt sammenlignet med 45 ZB i 2019, 16 ZB i 2016 og i 2006, hvor den samlede m\u00e6ngde data produceret i hele den skabte historie ikke oversteg 0,16 (!) ZB. Moderne teknologier, is\u00e6r avancerede datalagringsmetoder, hj\u00e6lper med at h\u00e5ndtere informationseksplosionen.<\/p>\n

LMR, PMR, CMR og TDMR: hvad er forskellen?<\/h2>\n

\nPrincipperne for, hvordan harddiske fungerer, er relativt enkle. Tynde metalplader, der er d\u00e6kket af et lag af ferromagnetisk materiale (et krystallinsk stof, der kan bevare sin magnetisering selv uden indflydelse fra et eksternt magnetfelt ved temperaturer under Curie-punktet), bev\u00e6ger sig hurtigt i forhold til skrivehovedet (5400 omdrejninger pr. minut eller mere). N\u00e5r elektrisk str\u00f8m leveres til skrivehovedet, skabes et vekslende magnetfelt, der \u00e6ndrer retningen af magnetiseringsvektoren i dom\u00e6nerne (diskrete omr\u00e5der af stoffet) i ferromagneten. Data l\u00e6ses enten ved hj\u00e6lp af f\u00e6nomenet elektromagnetisk induktion (bev\u00e6gelserne af dom\u00e6nerne i forhold til sensoren skaber en vekslende elektrisk str\u00f8m) eller ved den gigantiske magnetorestriktive effekt (det elektriske modstand i sensoren \u00e6ndres under indflydelse af et magnetfelt), som det ses i moderne lagermedier. Hvert dom\u00e6ne koder for 1 bit information, der kan accepteres som den logiske v\u00e6rdi \"0\" eller \"1\" afh\u00e6ngigt af retningen af magnetiseringsvektoren.<\/p>\n

L\u00e6nge anvendte harddiske metoden for l\u00e6ngde-magnetisk optagelse (Longitudinal Magnetic Recording, LMR), hvor magnetiseringens vektorer var placeret i planet af den magnetiske plade. P\u00e5 trods af den relative enkelhed i implementeringen, havde denne teknologi en v\u00e6sentlig ulempe: for at overvinde koercivitet (overgangen af magnetpartikler til en enkelt dom\u00e6netilstand), var det n\u00f8dvendigt at efterlade en betydelig bufferzone mellem sporene (den s\u00e5kaldte guard space). Som f\u00f8lge heraf var den maksimale opt\u00e6tningsdensitet, der kunne opn\u00e5s ved afslutningen af denne teknologi, kun 150 Gbit\/dm\u00b2.<\/p>\n

\"HDD
\nI 2010 blev LMR stort set fuldst\u00e6ndig erstattet af PMR (Perpendicular Magnetic Recording \u2014 perpendicular magnetic recording). Hovedforskellen mellem denne teknologi og l\u00e6ngde-magnetisk optagelse er, at magnetiseringsvektoren for hvert dom\u00e6ne er placeret i en vinkel p\u00e5 90\u00b0 i forhold til overfladen af den magnetiske plade, hvilket har gjort det muligt at reducere afstanden mellem sporene betydeligt. <\/p>\n

Ved hj\u00e6lp af dette har det v\u00e6ret muligt at \u00f8ge opt\u00e6tningsdensiteten m\u00e6rkbart (op til 1 Tbit\/dm\u00b2 i moderne enheder), samtidig med at hastigheds- og p\u00e5lidelighedsegenskaberne for harddiske ikke blev ofret. I dag er perpendicular magnetic recording dominerende p\u00e5 markedet, hvorfor det ogs\u00e5 ofte kaldes CMR (Conventional Magnetic Recording \u2014 konventionel magnetisk optagelse). Det skal dog forst\u00e5s, at der ikke er nogen forskel mellem PMR og CMR \u2014 det er blot en anden variant af navnet.<\/p>\n

\"HDD
\nN\u00e5r du unders\u00f8ger tekniske specifikationer for moderne harddiske, kan du ogs\u00e5 st\u00f8de p\u00e5 den mystiske forkortelse TDMR. Denne teknologi anvendes is\u00e6r af virksomhedsniveauenheder, Western Digital Ultrastar 500-series<\/a><\/noindex>. Fra et fysikperspektiv adskiller TDMR (hvor forkortelsen st\u00e5r for Two Dimensional Magnetic Recording \u2014 to-dimensionel magnetisk optagelse) sig ikke fra den velkendte PMR: ligesom f\u00f8r har vi med uoverlappende spor at g\u00f8re, hvor dom\u00e6nerne er orienteret vinkelret p\u00e5 planerne af de magnetiske plader. Forskellen mellem teknologierne ligger i tilgangen til l\u00e6sningen af information.<\/p>\n

I blokken af magnethoveder i h\u00e5rde diske, der er skabt ved hj\u00e6lp af TDMR-teknologi, er der to l\u00e6sesensorer per skrivehoved, der samtidig l\u00e6ser data fra hver forbig\u00e5ende track. Denne redundans g\u00f8r det muligt for HDD-controlleren effektivt at filtrere elektromagnetisk st\u00f8j, som opst\u00e5r p\u00e5 grund af intertrack-interferens (Intertrack Interference, ITI).<\/p>\n

\"HDD
\nAt l\u00f8se problemet med ITI giver to ekstremt vigtige fordele:<\/p>\n

    \n
  1. reduktion af interferensfaktoren, hvilket muligg\u00f8r h\u00f8jere t\u00e6thed ved at reducere afstanden mellem tracks, hvilket giver en gevinst i den samlede kapacitet p\u00e5 op til 10 % sammenlignet med almindelig PMR;<\/li>\n
  2. i kombination med RVS-teknologi og en trepositions mikroaktuator, g\u00f8r TDMR det muligt effektivt at modarbejde rotationsvibrationer for\u00e5rsaget af harddiskernes drift, hvilket hj\u00e6lper med at opn\u00e5 et stabilt pr\u00e6stationsniveau, selv under de mest udfordrende driftsforhold.<\/li>\n<\/ol>\n

    <\/p>\n

    Hvad er SMR, og hvad er det godt for?<\/h2>\n

    \nSt\u00f8rrelsen p\u00e5 skrivehovedet er cirka 1,7 gange st\u00f8rre end st\u00f8rrelsen p\u00e5 l\u00e6sesensoren. Denne markante forskel kan forklares ganske let: hvis skriveenheden g\u00f8res endnu mere kompakt, vil kraften i det magnetiske felt, den kan generere, v\u00e6re utilstr\u00e6kkelig til at magnetisere dom\u00e6nerne i det ferromagnetiske lag, hvilket betyder, at data simpelthen ikke vil blive gemt. I tilf\u00e6lde af l\u00e6sesensoren opst\u00e5r der ikke dette problem. Desuden g\u00f8r miniaturiseringen det muligt at reducere p\u00e5virkningen af den n\u00e6vnte ITI p\u00e5 l\u00e6seprocessen.<\/p>\n

    Dette faktum ligger til grund for skifermagnetisk optagelse (Shingled Magnetic Recording, SMR). Lad os finde ud af, hvordan det fungerer. N\u00e5r man anvender den traditionelle PMR, forskydes skrivehovedet i forhold til hver tidligere track med en afstand svarende til dens bredde plus bredden af det beskyttende rum (guard space).<\/p>\n

    \"HDD
    \nVed brug af den skifer-lignende metode til magnetisk optagelse rykker skrivehovedet kun lidt fremad, svarende til en del af sin bredde, hvilket betyder, at hver forrige bane delvist overskrives af den n\u00e6ste: de magnetiske baner overlapper hinanden ligesom tagsten. Denne tilgang muligg\u00f8r en yderligere stigning i optagekapaciteten, hvilket giver en kapacitetsgevinstd p\u00e5 op til 10%, uden at det p\u00e5virker l\u00e6seprocessen. Som et eksempel kan n\u00e6vnes     Western Digital Ultrastar DC HC 650<\/a><\/noindex> \u2014 de f\u00f8rste i verden 3,5-tommer drev med en kapacitet p\u00e5 20 TB og SATA\/SAS interface, hvis oprettelse blev muliggjort ved hj\u00e6lp af den nye teknologi til magnetisk optagelse. Dermed g\u00f8r overgangen til SMR-diske det muligt at \u00f8ge datalagringsdensiteten i de samme kabinetter med minimale omkostninger til modernisering af IT-infrastrukturen.<\/p>\n

    \"HDD
    \nP\u00e5 trods af den betydelige fordel har SMR ogs\u00e5 en \u00e5benlys ulempe. Da de magnetiske baner overlapper hinanden, vil opdatering af data kr\u00e6ve, at ikke kun den \u00f8nskede del men ogs\u00e5 alle efterf\u00f8lgende spor inden for den magnetiske plade, hvis kapacitet kan overstige 2 terabyte, skal skrives igen, hvilket kan f\u00f8re til et alvorligt fald i ydeevnen.<\/p>\n

    For at l\u00f8se dette problem hj\u00e6lper det at kombinere et bestemt antal spor i adskilte grupper, kaldet zoner. Selvom denne tilgang til organisering af datalagring lidt reducerer den samlede kapacitet af HDD'en (da der skal opretholdes tilstr\u00e6kkelige mellemrum mellem zonerne for at forhindre overskrivning af spor fra nabogrupper), g\u00f8r det det muligt at v\u00e6sentligt fremskynde opdateringsprocessen, da kun et begr\u00e6nset antal baner nu er involveret.<\/p>\n

    \"HDD
    \nSkifer-lignende magnetisk optagelse indeb\u00e6rer flere mulige implementeringer:<\/p>\n