{"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\/et\/blog\/administrirovanie\/tehnologii-magnitnoj-zapisi-hdd-prosto-o-slozhnom","title":{"rendered":"HDD magnetilised salvestustehnologiad: lihtsustatult keerulised","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"HDD
\nMaailma esimene k\u00f5vaketas, IBM RAMAC 305, mis ilmus 1956. aastal, mahutas vaid 5 MB andmeid, kuid kaalus 970 kg ning oli suuruselt v\u00f5rreldav t\u00f6\u00f6stusliku jahutusseadmeseega. T\u00e4nap\u00e4eva ettev\u00f5tte lipulaevad v\u00f5ivad uhkustada juba 20 TB mahuga. Kujutage ette: 64 aastat tagasi oli sellise info salvestamiseks vajalik \u00fcle 4 miljoni RAMAC 305, ja andmekeskuse suurus, mis oleks vajalik nende mahutamiseks, t\u00f5useks \u00fcle 9 ruutkilomeetri, samas kui t\u00e4na piisab selleks v\u00e4ikesest kastist, mille kaal on umbes 700 grammi! Sellise uskumatult suurenenud salvestustiheduse saavutamine on suures osas tingitud magnetilise salvestamise meetodite t\u00e4iustamisest.<\/a><\/noindex>
\nRaske on raske uskuda, kuid k\u00f5vakettade konstruktsioon p\u00f5him\u00f5tteliselt ei muutu juba pea 40 aastat, alates 1983. aastast: just siis tuli turule esimene 3,5-tollise suurusega k\u00f5vaketas RO351, mille arendas \u0160otimaa ettev\u00f5te Rodime. See pisike seade sisaldas kahte magnetplaatide komplekti, kummaski 10 MB, mist\u00f5ttu suutis see mahutada kaks korda rohkem andmeid kui uuendatud ST-412, mille Seagate v\u00e4lja andis samal aastal IBM 5160 personaalarvutitele.<\/p>\n

\"HDD
\nRodime RO351 \u2014 maailma esimene 3,5-tolline k\u00f5vaketas<\/i><\/p>\n

Vaatamata innovaatilisusele ja kompaktsusele ei olnud RO351 oma v\u00e4ljalaskmise ajal praktiliselt kellelegi vajalik, ning k\u00f5ik Rodime edasised katsed k\u00f5vakettaturul p\u00fcsima j\u00e4\u00e4da l\u00f5ppesid eba\u00f5nnestumisega, mist\u00f5ttu pidi ettev\u00f5te 1991. aastal oma tegevuse l\u00f5petama, m\u00fc\u00fces praktiliselt k\u00f5ik oma varad ja v\u00e4hendades t\u00f6\u00f6tajaskonna miinimumini. Kuid Rodime'i pankrotti ei saanud olla m\u00e4\u00e4ratud: kiiresti hakkasid tema poole p\u00f6\u00f6rduma suurimad k\u00f5vakettatootjad, kes soovisid osta litsentsi patendiomanikelt, \u0161otlastelt, et kasutada nende v\u00e4ljat\u00f6\u00f6tatud formaati. Praegu on 3,5-tolline formaet \u00fcldiselt aktsepteeritud standard nii tarbijate HDD-de kui ka ettev\u00f5tte klassi m\u00e4luseadmete tootmisel.<\/p>\n

Tehisintellekti, s\u00fcgava \u00f5ppimise ja asjade Interneti (IoT) arenguga on inimkonna loodava andmehulga kasv muutunud plahvatuslikuks. Anal\u00fc\u00fcsib\u00fcroo IDC hinnangul j\u00f5uab 2025. aastaks nii inimeste kui ka \u00fcmbritsevate seadmete genereeritud teabe hulk 175 zettabaidi (1 ZB = 10^21 baiti), samas kui 2019. aastal oli see 45 ZB, 2016. aastal 16 ZB, ja kauges 2006. aastal ei \u00fcletanud kogu andmete maht, mis on toodetud kogu n\u00e4htava ajaloo jooksul, 0,16 (!) ZB. Informatsiooni plahvatusega toimetulekut aitavad kaasa t\u00e4nap\u00e4eva tehnoloogiad, sealhulgas t\u00e4iustatud andmete salvestuse meetodid.<\/p>\n

LMR, PMR, CMR ja TDMR: mis on erinevus?<\/h2>\n

\nK\u00f5vakettade t\u00f6\u00f6p\u00f5him\u00f5te on \u00fcsna lihtne. \u00d5hukesed metallplaadid, kaetud ferromagneetilise materjali kihiga (kristalline aine, mis suudab s\u00e4ilitada magnetiseerituse isegi v\u00e4ljaspool v\u00e4list magnetv\u00e4lja ja temperatuuril, mis on madalam kui K\u00fcr\u00fc punkt), liiguvad kirjutusp\u00e4ise bloki suhtes suurel kiirusel (5400 p\u00f6\u00f6ret minutis v\u00f5i rohkem). Kui kirjutusp\u00e4ise peale rakendatakse elektrit, tekib vahelduv magnetv\u00e4li, mis muudab ferromagneetiku domeenide (diskreetsete ainepiiride) magnetiseerimisvektori suunda. Andmete lugemine toimub kas elektromagnetilise induktsiooni n\u00e4htuse kaudu (domeenide liikumine sensori suhtes p\u00f5hjustab viimases vahelduva elektrivoolu tekkimise) v\u00f5i suure magnetoresistiivsuse efekti kaudu (magnetv\u00e4lja m\u00f5jul muutub sensori elektritakistus), nagu see on kaasaegsetes m\u00e4luseadmetes. Iga domeen kodeerib \u00fche info biti, omades loogilist v\u00e4\u00e4rtust \u201e0\u201c v\u00f5i \u201e1\u201c s\u00f5ltuvalt magnetiseerimisvektori suunast.<\/p>\n

Pikka aega kasutasid k\u00f5vakettad pikisuunalise magnetisalvestuse (Longitudinal Magnetic Recording, LMR) meetodit, kus domeenide magnetiseerimise vektor asus magnetplaadi tasandil. Hoolimata teostamise suhtelisest lihtsusest, oli sellel tehnoloogial oluline puudus: koercitiivsuse (magnetos\u00fcsteemide siirdumine \u00fche domeeni olekusse) \u00fcletamiseks tuli radade vahel j\u00e4tta m\u00e4rkimisv\u00e4\u00e4rne puhvritsoon (nn guard space \u2014 kaitseala). Seet\u00f5ttu oli maksimaalne salvestustihedus, mida selle tehnoloogia l\u00f5pus saavutati, vaid 150 Gbit\/d\u00fc\u00fcm2.<\/p>\n

\"HDD
\n2010. aastal asendati LMR praktiliselt t\u00e4ielikult PMR-i (Perpendicular Magnetic Recording \u2014 risti magnetisalvestus). Selle tehnoloogia peamine erinevus pikisuunalisest magnetisalvestusest seisneb selles, et iga domeeni magnetisuund on 90\u00b0 nurga all magnetplaadi pinnale, mis v\u00f5imaldas oluliselt v\u00e4hendada radade vahemaa. <\/p>\n

Selle t\u00f5ttu on andmete salvestamise tihedust m\u00e4rgatavalt suurendatud (kuni 1 Tbit\/d\u00f5i\u00b2 kaasaegsetes seadmetes), ohverdades samas mitte ketaste kiirusomadusi ja usaldusv\u00e4\u00e4rsust. Hetkel on perpendikulaarne magnetkirjutamine turul domineeriv, mist\u00f5ttu nimetatakse seda sageli ka CMR-ks (Conventional Magnetic Recording \u2014 tavap\u00e4rane magnetkirjutamine). Siinkohal tuleb m\u00f5ista, et PMR ja CMR vahel ei ole tegelikult mingit erinevust \u2014 see on lihtsalt teine nimi.<\/p>\n

\"HDD
\nUurides kaasaegsete k\u00f5vakettaste tehnilisi omadusi, v\u00f5ite samuti kokku puutuda salap\u00e4rase l\u00fchendiga TDMR. Eelk\u00f5ige kasutavad seda tehnoloogiat ettev\u00f5tlustaseme salvestusseadmed. Western Digital Ultrastar 500. seeria<\/a><\/noindex>. F\u00fc\u00fcsika seisukohalt ei eristu TDMR (mis t\u00e4histab Two Dimensional Magnetic Recording \u2014 kahem\u00f5\u00f5tmeline magnetkirjutamine) millegagi tuntud PMR-ist: nagu varem, tegeleme me mitte\u00fchtivate radadega, mille domeenid on orienteeritud perpendikulaarselt magnetplaatide tasemele. Tehnoloogiate vahe seisneb infovoogude lugemistehnikas.<\/p>\n

TDMR-tehnoloogiaga loodud k\u00f5vakettade magnetpeade plokis on iga kirjutamispea jaoks kaks lugemisandurit, mis viivad samaaegselt l\u00e4bi andme lugemist igalt rajalt. See \u00fclepakkumine v\u00f5imaldab HDD kontrolleril t\u00f5husalt filtreerida elektromagnetilisi h\u00e4ireid, mille tekke p\u00f5hjuseks on raja vahelised h\u00e4ired (Intertrack Interference, ITI).<\/p>\n

\"HDD
\nITI probleemi lahendamine tagab kaks \u00e4\u00e4rmiselt olulist eelist:<\/p>\n

    \n
  1. h\u00e4irete koefitsiendi v\u00e4henemine v\u00f5imaldab suurendada salvestusmahtu, v\u00e4hendades raja vahemaid, pakkudes kuni 10% v\u00f5rreldes tavap\u00e4rase PMR-iga;<\/li>\n
  2. koos RVS-tehnoloogia ja kolmekohtalise mikroaktuaatoriga v\u00f5imaldab TDMR t\u00f5husalt taluda rotatsioonivibreid, mida k\u00f5vaketaste t\u00f6\u00f6 p\u00f5hjustab, aidates saavutada stabiilset j\u00f5udlust ka k\u00f5ige keerulisemates t\u00f6\u00f6tingimustes.<\/li>\n<\/ol>\n

    <\/p>\n

    Mis on SMR ja millega see tegeleb?<\/h2>\n

    \nKiripeaga suurus on ligikaudu 1,7 korda suurem kui lugemisseadmestiku suurus. See silmapaistev erinevus on lihtsasti seletatav: kui salvestusmodul p\u00f5hjalikult miniaturiseerida, pole genereeritava magnetv\u00e4lja j\u00f5ud piisav ferromagnetkihi domeenide magnetimiseks, mist\u00f5ttu andmed lihtsalt ei salvestu. Lugemisseadmestiku puhul sellist probleemi ei esine. Veelgi enam: selle miniaturiseerimine v\u00e4hendab eelpool mainitud ITI m\u00f5ju teabele lugemisprotsessile.<\/p>\n

    See fakt on aluseks plaatide magnetsalvestusele (Shingled Magnetic Recording, SMR). Vaatame, kuidas see t\u00f6\u00f6tab. Traditsioonilise PMR kasutamisel nihkub kirjutamispea iga varasema riba suhtes kaugusele, mis on v\u00f5rdne tema laius + kaitsev\u00f6\u00f6ndi laius (guard space).<\/p>\n

    \"HDD
    \nMagnetkirjutamise katse kasutamisel nihkub kirjutuspea ettepoole vaid osaliselt, seet\u00f5ttu salvestatakse iga eelmine rada osaliselt j\u00e4rgnenud raja peale: magnetrajad kattuvad nagu katuseruut. Selline l\u00e4henemine v\u00f5imaldab t\u00e4iendavalt suurendada salvestustiheduse, pakkudes kuni 10% mahutavuse kasvu, samas mitte m\u00f5jutades lugemisprotsessi. N\u00e4iteks v\u00f5ib tuua     Western Digital Ultrastar DC HC 650<\/a><\/noindex> \u2014 maailma esimesed 3,5-tollised 20 TB andmekandjad SATA\/SAS liidesega, mille ilmumine sai v\u00f5imalikuks just t\u00e4nu uuele magnetkirjutustehnoloogiale. Seel\u00e4bi v\u00f5imaldab SMR-diskidele \u00fcleminek andmete salvestustiheduse suurendamist samades kappides minimaalsete IT-infrastruktuuri moderniseerimise kuludega.<\/p>\n

    \"HDD
    \nKuigi SMR-l on suur eelis, on tal ka ilmseid puudusi. Kuna magnetribad kattuvad \u00fcksteisega, tuleb andmete v\u00e4rskendamisel kirjutada \u00fcmber mitte ainult vajalik fragment, vaid ka k\u00f5ik j\u00e4rgmised rajad magnetplaadil, mille maht v\u00f5ib \u00fcletada 2 terabaiti, mis v\u00f5ib p\u00f5hjustada t\u00f5sist j\u00f5udluse langust.<\/p>\n

    Seda probleemi aitab lahendada teatud arvu radade \u00fchendamine eraldi r\u00fchmadesse, mida nimetatakse tsoonideks. Kuigi selline l\u00e4henemine andmete salvestamise korraldusele v\u00e4hendab HDD kogumahtu (kuna tsoonide vahel tuleb s\u00e4ilitada piisavalt suuri vahemaid, et takistada naabergruppide radade \u00fcmberkirjutamist), v\u00f5imaldab see andmete v\u00e4rskendamise protsessi oluliselt kiirendada, kuna n\u00fc\u00fcd osaleb selles ainult piiratud arv radu.<\/p>\n

    \"HDD
    \nKlaasikujuline magnetiline salvestus eeldab mitmeid rakendusv\u00f5imalusi:<\/p>\n