{"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\/fr\/blog\/administrirovanie\/tehnologii-magnitnoj-zapisi-hdd-prosto-o-slozhnom","title":{"rendered":"Technologies de stockage magn\u00e9tique HDD : simplement compliqu\u00e9","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Technologies
\nLe premier disque dur au monde, l'IBM RAMAC 305, sorti en 1956, ne contenait que 5 Mo de donn\u00e9es, pesait 970 kg et avait des dimensions comparables \u00e0 celles d'un r\u00e9frig\u00e9rateur industriel. Aujourd'hui, les leaders d'entreprise modernes peuvent se vanter d'une capacit\u00e9 allant jusqu'\u00e0 20 To. Imaginez : il y a 64 ans, pour enregistrer une telle quantit\u00e9 d'informations, il aurait fallu plus de 4 millions de RAMAC 305, et la taille du centre de donn\u00e9es n\u00e9cessaire pour les accueillir aurait d\u00e9pass\u00e9 9 kilom\u00e8tres carr\u00e9s, tandis qu'aujourd'hui, une petite bo\u00eete pesant environ 700 grammes suffira ! Cette incroyable augmentation de la densit\u00e9 de stockage a largement \u00e9t\u00e9 rendue possible gr\u00e2ce \u00e0 l'am\u00e9lioration des m\u00e9thodes d'enregistrement magn\u00e9tique.<\/a><\/noindex>
\nC'est difficile \u00e0 croire, mais la conception des disques durs n'a pas fondamentalement chang\u00e9 depuis pr\u00e8s de 40 ans, depuis 1983 : c'est alors qu'est sorti le premier disque dur de 3,5 pouces, le RO351, d\u00e9velopp\u00e9 par la soci\u00e9t\u00e9 \u00e9cossaise Rodime. Ce petit appareil avait deux plateaux magn\u00e9tiques de 10 Mo chacun, ce qui lui permettait de stocker deux fois plus de donn\u00e9es que le ST-412 de 5,25 pouces, lanc\u00e9 par Seagate la m\u00eame ann\u00e9e pour les ordinateurs personnels IBM 5160.<\/p>\n

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\nRodime RO351 \u2014 le premier disque dur de 3,5 pouces au monde<\/i><\/p>\n

Malgr\u00e9 son innovation et sa compacit\u00e9, le RO351 s'est retrouv\u00e9 presque inutile au moment de sa sortie, et toutes les tentatives ult\u00e9rieures de Rodime pour s'imposer sur le march\u00e9 des disques durs ont \u00e9chou\u00e9, ce qui a conduit l'entreprise \u00e0 cesser ses activit\u00e9s en 1991, vendant presque tous ses actifs et r\u00e9duisant son personnel au minimum. Cependant, Rodime n'\u00e9tait pas destin\u00e9e \u00e0 faire faillite : peu apr\u00e8s, elle a commenc\u00e9 \u00e0 recevoir des demandes des plus grands fabricants de disques durs souhaitant acqu\u00e9rir une licence pour utiliser le format brevet\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9 par les \u00c9cossais. Aujourd'hui, 3,5 pouces est devenu la norme accept\u00e9e pour la production \u00e0 la fois des HDD grand public et des dispositifs de classe entreprise.<\/p>\n

Avec l'\u00e9mergence des r\u00e9seaux neuronaux, du Deep Learning et de l'Internet des objets (IoT), le volume de donn\u00e9es g\u00e9n\u00e9r\u00e9es par l'humanit\u00e9 a commenc\u00e9 \u00e0 cro\u00eetre de mani\u00e8re exponentielle. Selon les estimations de l'agence d'analyse IDC, d'ici 2025, la quantit\u00e9 d'informations g\u00e9n\u00e9r\u00e9es tant par les \u00eatres humains que par les appareils qui nous entourent atteindra 175 zettaoctets (1 Zoctet = 10^21 octets), alors qu'en 2019, cela s'\u00e9levait \u00e0 45 Zettaoctets, en 2016 \u00e0 16 Zettaoctets, et qu'en 2006, le volume total de donn\u00e9es produites depuis le d\u00e9but de l'histoire n'exc\u00e9dait pas 0,16 (!) Zettaoctets. Les technologies modernes, parmi lesquelles figurent des m\u00e9thodes avanc\u00e9es d'enregistrement de donn\u00e9es, aident \u00e0 g\u00e9rer cette explosion d'informations.<\/p>\n

LMR, PMR, CMR et TDMR : quelle est la diff\u00e9rence ?<\/h2>\n

\nLe principe de fonctionnement des disques durs est assez simple. De minces plaques m\u00e9talliques, recouvertes d'une couche de mat\u00e9riau ferromagn\u00e9tique (une substance cristalline capable de conserver sa magn\u00e9tisation m\u00eame sans l'influence d'un champ magn\u00e9tique externe \u00e0 une temp\u00e9rature inf\u00e9rieure \u00e0 la temp\u00e9rature de Curie), se d\u00e9placent \u00e0 grande vitesse par rapport \u00e0 un bloc de t\u00eates d'\u00e9criture (5400 tours par minute ou plus). Lorsqu'un courant \u00e9lectrique est appliqu\u00e9 \u00e0 la t\u00eate d'\u00e9criture, un champ magn\u00e9tique variable se cr\u00e9e, modifiant la direction du vecteur de magn\u00e9tisation des domaines (zones discr\u00e8tes de mati\u00e8re) du ferromagn\u00e9tique. La lecture des donn\u00e9es s'effectue soit par le ph\u00e9nom\u00e8ne d'induction \u00e9lectromagn\u00e9tique (le d\u00e9placement des domaines par rapport au capteur g\u00e9n\u00e8re un courant \u00e9lectrique altern\u00e9), soit par l'effet de magn\u00e9tor\u00e9sistance g\u00e9ante (la r\u00e9sistance \u00e9lectrique du capteur change sous l'effet d'un champ magn\u00e9tique), comme c'est le cas dans les dispositifs de stockage modernes. Chaque domaine code un bit d'information, prenant la valeur logique \u00ab 0 \u00bb ou \u00ab 1 \u00bb en fonction de la direction du vecteur de magn\u00e9tisation.<\/p>\n

Pendant longtemps, les disques durs ont utilis\u00e9 la m\u00e9thode de l'enregistrement magn\u00e9tique longitudinal (Longitudinal Magnetic Recording, LMR), o\u00f9 le vecteur de magn\u00e9tisation des domaines se situait dans le plan du plateau magn\u00e9tique. Malgr\u00e9 la relative simplicit\u00e9 de mise en \u0153uvre, cette technologie avait un inconv\u00e9nient majeur : pour surmonter la coercitivit\u00e9 (la transition des particules magn\u00e9tiques vers un \u00e9tat de domaine unique), il \u00e9tait n\u00e9cessaire de laisser une zone tampon importante entre les pistes (appel\u00e9e espace de protection \u2014 guard space). En cons\u00e9quence, la densit\u00e9 d'enregistrement maximale atteinte \u00e0 la fin de cette technologie n'\u00e9tait que de 150 Gbit\/in\u00b2.<\/p>\n

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\nEn 2010, la LMR a \u00e9t\u00e9 presque compl\u00e8tement remplac\u00e9e par la PMR (Perpendicular Magnetic Recording \u2014 enregistrement magn\u00e9tique perpendiculaire). La principale diff\u00e9rence entre cette technologie et l'enregistrement magn\u00e9tique longitudinal est que le vecteur de direction magn\u00e9tique de chaque domaine est situ\u00e9 \u00e0 un angle de 90\u00b0 par rapport \u00e0 la surface du plateau magn\u00e9tique, ce qui a permis de r\u00e9duire consid\u00e9rablement l'espace entre les pistes. <\/p>\n

Gr\u00e2ce \u00e0 cela, la densit\u00e9 d'enregistrement des donn\u00e9es a pu \u00eatre consid\u00e9rablement augment\u00e9e (jusqu'\u00e0 1 Tbit\/in\u00b2 dans les dispositifs modernes), tout en ne sacrifiant pas les caract\u00e9ristiques de vitesse et la fiabilit\u00e9 des disques durs. \u00c0 l'heure actuelle, l'enregistrement magn\u00e9tique perpendiculaire est dominant sur le march\u00e9, et c'est pourquoi on l'appelle aussi souvent CMR (Conventional Magnetic Recording \u2014 enregistrement magn\u00e9tique conventionnel). Il est important de comprendre qu'il n'y a en r\u00e9alit\u00e9 aucune diff\u00e9rence entre la PMR et la CMR \u2014 c'est tout simplement une autre variante de nom.<\/p>\n

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\nEn \u00e9tudiant les sp\u00e9cifications techniques des disques durs modernes, vous pouvez \u00e9galement tomber sur l'\u00e9nigmatique acronyme TDMR. En particulier, cette technologie est utilis\u00e9e dans les dispositifs de classe entreprise Western Digital Ultrastar s\u00e9rie 500<\/a><\/noindex>. Du point de vue de la physique, le TDMR (qui signifie Two Dimensional Magnetic Recording \u2014 enregistrement magn\u00e9tique bidimensionnel) ne diff\u00e8re en rien de la PMR que nous connaissons : comme auparavant, nous avons affaire \u00e0 des pistes non crois\u00e9es, dont les domaines sont orient\u00e9s perpendiculairement au plan des plaques magn\u00e9tiques. La diff\u00e9rence entre les technologies r\u00e9side dans l'approche de la lecture des informations.<\/p>\n

Dans le bloc des t\u00eates magn\u00e9tiques des disques durs fabriqu\u00e9s avec la technologie TDMR, chaque t\u00eate d'\u00e9criture est accompagn\u00e9e de deux capteurs de lecture, permettant une lecture simultan\u00e9e des donn\u00e9es sur chaque piste parcourue. Cette redondance permet au contr\u00f4leur HDD de filtrer efficacement les bruits \u00e9lectromagn\u00e9tiques, caus\u00e9s par l'interf\u00e9rence inter-piste (Intertrack Interference, ITI).<\/p>\n

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\nR\u00e9soudre le probl\u00e8me de l\u2019ITI offre deux avantages extr\u00eamement importants :<\/p>\n

    \n
  1. la r\u00e9duction du coefficient de bruit permet d\u2019augmenter la densit\u00e9 d\u2019enregistrement en diminuant la distance entre les pistes, augmentant ainsi la capacit\u00e9 globale jusqu\u2019\u00e0 10 % par rapport \u00e0 la PMR classique ;<\/li>\n
  2. en combinaison avec la technologie RVS et un micro-actionneur \u00e0 trois positions, le TDMR permet de lutter efficacement contre les vibrations rotatives g\u00e9n\u00e9r\u00e9es par le fonctionnement des disques durs, garantissant ainsi un niveau de performance stable m\u00eame dans les conditions d'exploitation les plus difficiles.<\/li>\n<\/ol>\n

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    Qu'est-ce que le SMR et comment cela fonctionne-t-il ?<\/h2>\n

    \nLes dimensions de la t\u00eate d'\u00e9criture sont environ 1,7 fois plus grandes que celles du capteur de lecture. Cette diff\u00e9rence significative s'explique facilement : si le module d'\u00e9criture \u00e9tait encore plus miniaturis\u00e9, la force du champ magn\u00e9tique qu'il pourrait g\u00e9n\u00e9rer ne serait pas suffisante pour magn\u00e9tiser les domaines de la couche ferromagn\u00e9tique, ce qui emp\u00eacherait la sauvegarde des donn\u00e9es. En revanche, un capteur de lecture n'est pas confront\u00e9 \u00e0 ce probl\u00e8me. De plus, sa miniaturisation permet de r\u00e9duire encore l'influence de l\u2019ITI mentionn\u00e9e pr\u00e9c\u00e9demment sur le processus de lecture d'information.<\/p>\n

    Ce fait est \u00e0 la base de l'enregistrement magn\u00e9tique en tuiles (Shingled Magnetic Recording, SMR). Voyons comment cela fonctionne. Lors de l'utilisation de la PMR traditionnelle, la t\u00eate d'\u00e9criture est d\u00e9cal\u00e9e par rapport \u00e0 chaque piste pr\u00e9c\u00e9dente d'une distance \u00e9gale \u00e0 sa largeur + la largeur de l'espace de protection (guard space).<\/p>\n

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    \nDans la m\u00e9thode d'enregistrement magn\u00e9tique en tuiles, la t\u00eate d'\u00e9criture se d\u00e9place vers l'avant seulement d'une partie de sa largeur, ce qui fait que chaque piste pr\u00e9c\u00e9dente se retrouve partiellement r\u00e9\u00e9crite par la suivante : les pistes magn\u00e9tiques se superposent les unes aux autres comme des tuiles de toiture. Cette approche permet d'augmenter la densit\u00e9 d'enregistrement, offrant un gain de capacit\u00e9 allant jusqu'\u00e0 10% sans affecter le processus de lecture. Par exemple, on peut citer     Western Digital Ultrastar DC HC 650<\/a><\/noindex> \u2014 les premiers disques durs de 3,5 pouces d'une capacit\u00e9 de 20 To avec interface SATA\/SAS, dont l'apparition a \u00e9t\u00e9 rendue possible gr\u00e2ce \u00e0 la nouvelle technologie d'enregistrement magn\u00e9tique. Ainsi, le passage aux disques SMR permet d'augmenter la densit\u00e9 de stockage de donn\u00e9es dans les m\u00eames racks tout en minimisant les co\u00fbts de modernisation de l'infrastructure informatique.<\/p>\n

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    \nMalgr\u00e9 cet avantage consid\u00e9rable, le SMR pr\u00e9sente un inconv\u00e9nient \u00e9vident. \u00c9tant donn\u00e9 que les pistes magn\u00e9tiques se superposent, lors de la mise \u00e0 jour des donn\u00e9es, il faudra r\u00e9\u00e9crire non seulement le fragment requis, mais aussi toutes les pistes suivantes sur le disque magn\u00e9tique, dont la capacit\u00e9 peut d\u00e9passer 2 t\u00e9raoctets, ce qui peut entra\u00eener une chute significative des performances.<\/p>\n

    Cette probl\u00e9matique peut \u00eatre r\u00e9solue en regroupant un certain nombre de pistes en groupes distincts, appel\u00e9s zones. Bien que cette approche d'organisation du stockage des donn\u00e9es r\u00e9duise l\u00e9g\u00e8rement la capacit\u00e9 totale des HDD (puisqu'il est n\u00e9cessaire de conserver des intervalles suffisants entre les zones pour emp\u00eacher la r\u00e9\u00e9criture des pistes des groupes voisins), cela permet d'acc\u00e9l\u00e9rer consid\u00e9rablement le processus de mise \u00e0 jour des donn\u00e9es, car seules un nombre limit\u00e9 de pistes sont d\u00e9sormais concern\u00e9es.<\/p>\n

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    \nL'enregistrement magn\u00e9tique en tuiles propose plusieurs options de mise en \u0153uvre :<\/p>\n