Hard drive pertama di dunia, IBM RAMAC 305, dirilis pada tahun 1956, hanya menampung 5 MB data, beratnya 970 kg dan ukurannya sebanding dengan lemari es industri. Unggulan perusahaan modern dapat membanggakan kapasitas 20 TB. Bayangkan saja: 64 tahun yang lalu, untuk mencatat jumlah informasi ini, diperlukan lebih dari 4 juta RAMAC 305, dan ukuran pusat data yang diperlukan untuk menampung informasi tersebut akan melebihi 9 kilometer persegi, sedangkan saat ini sebuah kotak kecil berbobot sekitar 700 gram! Dalam banyak hal, peningkatan kepadatan penyimpanan yang luar biasa ini dicapai berkat perbaikan dalam metode perekaman magnetik.
Sulit dipercaya, namun desain dasar hard drive tidak berubah selama hampir 40 tahun, dimulai pada tahun 1983: saat itulah hard drive RO3,5 351 inci pertama, yang dikembangkan oleh perusahaan Skotlandia Rodime, mulai dikenal. Bayi ini memiliki dua piringan magnetis masing-masing 10 MB, yang berarti ia mampu menampung data dua kali lebih banyak dibandingkan Seagate ST-412 5,25 inci terbaru yang dirilis pada tahun yang sama untuk komputer pribadi IBM 5160.
Rodime RO351 - hard drive 3,5 inci pertama di dunia
Terlepas dari inovasi dan ukurannya yang ringkas, pada saat peluncurannya, RO351 ternyata praktis tidak berguna bagi siapa pun, dan semua upaya lebih lanjut oleh Rodime untuk mendapatkan pijakan di pasar hard drive gagal, itulah sebabnya perusahaan tersebut terpaksa terpaksa melakukannya pada tahun 1991. untuk menghentikan aktivitasnya, menjual hampir seluruh aset yang ada dan mengurangi staf seminimal mungkin. Namun, Rodime tidak ditakdirkan untuk bangkrut: produsen hard drive terbesar segera mulai menghubunginya, ingin membeli lisensi untuk menggunakan faktor bentuk yang dipatenkan oleh Skotlandia. Saat ini, 3,5 inci adalah standar yang diterima secara umum untuk produksi HDD konsumen dan drive kelas perusahaan.
Dengan munculnya jaringan saraf, Deep Learning, dan Internet of Things (IoT), volume data yang dihasilkan manusia mulai tumbuh secara eksponensial. Menurut perkiraan lembaga analisis IDC, pada tahun 2025 jumlah informasi yang dihasilkan oleh manusia itu sendiri dan perangkat di sekitar kita akan mencapai 175 zettabytes (1 Zbyte = 1021 bytes), meskipun pada tahun 2019 jumlahnya mencapai 45 Zbytes. , pada tahun 2016 - 16 Zbytes, dan pada tahun 2006, jumlah total data yang dihasilkan sepanjang sejarah yang dapat diamati tidak melebihi 0,16 (!) Zbytes. Teknologi modern membantu mengatasi ledakan informasi, salah satunya adalah peningkatan metode pencatatan data.
LMR, PMR, CMR dan TDMR: Apa bedanya?
Prinsip pengoperasian harddisk cukup sederhana. Pelat logam tipis yang dilapisi dengan lapisan bahan feromagnetik (zat kristal yang dapat tetap termagnetisasi meskipun tidak terkena medan magnet eksternal pada suhu di bawah titik Curie) bergerak relatif terhadap unit kepala tulis dengan kecepatan tinggi (5400 putaran per menit atau lagi). Ketika arus listrik diterapkan ke kepala tulis, medan magnet bolak-balik muncul, yang mengubah arah vektor magnetisasi domain (daerah materi diskrit) feromagnet. Pembacaan data terjadi baik karena fenomena induksi elektromagnetik (pergerakan domain relatif terhadap sensor menyebabkan munculnya arus listrik bolak-balik pada sensor), atau karena efek magnetoresistif raksasa (di bawah pengaruh medan magnet listrik). resistensi sensor berubah), seperti yang diterapkan pada drive modern. Setiap domain mengkodekan satu bit informasi, mengambil nilai logis "0" atau "1" tergantung pada arah vektor magnetisasi.
Untuk waktu yang lama, hard drive menggunakan metode Longitudinal Magnetic Recording (LMR), di mana vektor magnetisasi domain terletak pada bidang pelat magnet. Meskipun penerapannya relatif sederhana, teknologi ini memiliki kelemahan yang signifikan: untuk mengatasi koersivitas (transisi partikel magnetik ke keadaan domain tunggal), zona penyangga yang mengesankan (yang disebut ruang penjaga) harus dibiarkan di antara keduanya. trek. Hasilnya, kepadatan perekaman maksimum yang dicapai pada akhir teknologi ini hanya 150 Gbit/inci2.
Pada tahun 2010, LMR hampir seluruhnya digantikan oleh PMR (Perpendicular Magnetic Recording). Perbedaan utama antara teknologi ini dan perekaman magnetik longitudinal adalah bahwa vektor arah magnet setiap domain terletak pada sudut 90Β° terhadap permukaan pelat magnet, yang secara signifikan mengurangi jarak antar trek.
Oleh karena itu, kepadatan perekaman data meningkat secara signifikan (hingga 1 Tbit/in2 pada perangkat modern), tanpa mengorbankan karakteristik kecepatan dan keandalan hard drive. Saat ini, rekaman magnetik tegak lurus mendominasi pasar, oleh karena itu sering juga disebut CMR (Conventional Magnetic Recording). Pada saat yang sama, Anda perlu memahami bahwa sama sekali tidak ada perbedaan antara PMR dan CMR - ini hanya versi namanya yang berbeda.
Saat mempelajari karakteristik teknis hard drive modern, Anda mungkin juga menemukan singkatan misterius TDMR. Secara khusus, teknologi ini digunakan oleh hard disk kelas perusahaan . Dari sudut pandang fisika, TDMR (yang merupakan singkatan dari Two Dimensional Magnetic Recording) tidak berbeda dengan PMR biasa: seperti sebelumnya, kita berurusan dengan lintasan yang tidak berpotongan, yang domainnya berorientasi tegak lurus terhadap bidang magnet. piring. Perbedaan antar teknologi terletak pada pendekatan membaca informasi.
Pada blok kepala magnet harddisk yang dibuat menggunakan teknologi TDMR, setiap kepala tulis terdapat dua sensor pembaca yang secara bersamaan membaca data dari setiap track yang dilewati. Redundansi ini memungkinkan pengontrol HDD menyaring kebisingan elektromagnetik secara efektif, yang kemunculannya disebabkan oleh intertrack interferensi (ITI).
Memecahkan masalah ITI memberikan dua manfaat yang sangat penting:
- mengurangi faktor kebisingan memungkinkan Anda meningkatkan kepadatan rekaman dengan mengurangi jarak antar trek, memberikan peningkatan kapasitas total hingga 10% dibandingkan dengan PMR konvensional;
- Dikombinasikan dengan teknologi RVS dan mikroaktuator tiga posisi, TDMR secara efektif menahan getaran rotasi yang disebabkan oleh hard drive, membantu mencapai tingkat kinerja yang konsisten bahkan dalam kondisi pengoperasian yang paling menantang sekalipun.
Apa itu SMR dan dimakan dengan apa?
Ukuran kepala tulis kira-kira 1,7 kali lebih besar dibandingkan ukuran sensor pembaca. Perbedaan yang mengesankan ini dapat dijelaskan dengan cukup sederhana: jika modul perekam dibuat lebih kecil lagi, kekuatan medan magnet yang dihasilkannya tidak akan cukup untuk memagnetisasi domain lapisan feromagnetik, yang berarti bahwa data akan hilang begitu saja. tidak disimpan. Dalam kasus sensor pembacaan, masalah ini tidak muncul. Selain itu: miniaturisasinya memungkinkan untuk lebih mengurangi pengaruh ITI tersebut di atas terhadap proses membaca informasi.
Fakta ini menjadi dasar dari Shinled Magnetic Recording (SMR). Mari kita cari tahu cara kerjanya. Saat menggunakan PMR tradisional, kepala tulis digeser relatif terhadap setiap trek sebelumnya dengan jarak yang sama dengan lebarnya + lebar ruang pelindung.
Saat menggunakan metode perekaman magnetik ubin, kepala tulis hanya bergerak maju sebagian dari lebarnya, sehingga setiap trek sebelumnya sebagian ditimpa oleh trek berikutnya: trek magnetik saling tumpang tindih seperti genteng. Pendekatan ini memungkinkan Anda untuk lebih meningkatkan kepadatan perekaman, memberikan peningkatan kapasitas hingga 10%, tanpa mempengaruhi proses pembacaan. Contohnya adalah - drive 3.5 inci 20 TB pertama di dunia dengan antarmuka SATA/SAS, yang tampilannya dimungkinkan berkat teknologi perekaman magnetik baru. Dengan demikian, transisi ke disk SMR memungkinkan Anda meningkatkan kepadatan penyimpanan data di rak yang sama dengan biaya minimal untuk meningkatkan infrastruktur TI.
Meskipun memiliki kelebihan yang signifikan, SMR juga memiliki kelemahan yang jelas. Karena trek magnetis saling tumpang tindih, memperbarui data akan memerlukan penulisan ulang tidak hanya fragmen yang diperlukan, tetapi juga semua trek berikutnya dalam pelat magnet, yang volumenya dapat melebihi 2 terabyte, yang dapat menyebabkan penurunan kinerja yang serius.
Masalah ini dapat diatasi dengan menggabungkan sejumlah jalur ke dalam kelompok terpisah yang disebut zona. Meskipun pendekatan untuk mengatur penyimpanan data ini agak mengurangi kapasitas keseluruhan HDD (karena perlu untuk menjaga kesenjangan yang cukup antar zona untuk mencegah trek dari grup yang berdekatan ditimpa), hal ini dapat mempercepat proses pembaruan data secara signifikan, karena sekarang hanya sejumlah trek yang terlibat di dalamnya.
Perekaman magnetik ubin melibatkan beberapa opsi implementasi:
- Mendorong SMR Terkelola
Keuntungan utamanya adalah tidak perlu memodifikasi perangkat lunak dan/atau perangkat keras host, karena pengontrol HDD mengambil kendali atas prosedur perekaman data. Drive tersebut dapat dihubungkan ke sistem apa pun yang memiliki antarmuka yang diperlukan (SATA atau SAS), setelah itu drive akan segera siap digunakan.
Kerugian dari pendekatan ini adalah tingkat performa yang bervariasi, sehingga Drive Managed SMR tidak cocok untuk aplikasi perusahaan yang mengutamakan performa sistem yang konsisten. Namun, drive tersebut bekerja dengan baik dalam skenario yang memberikan waktu yang cukup untuk terjadinya defragmentasi data latar belakang. Misalnya, drive DMSMR , dioptimalkan untuk digunakan sebagai bagian dari NAS kecil 8-bay, akan menjadi pilihan tepat untuk sistem pengarsipan atau pencadangan yang memerlukan penyimpanan cadangan jangka panjang.
- SMR yang Dikelola Tuan Rumah
SMR yang Dikelola Host adalah implementasi perekaman ubin pilihan untuk digunakan di lingkungan perusahaan. Dalam hal ini, sistem host sendiri bertanggung jawab untuk mengelola aliran data dan operasi baca/tulis, dengan menggunakan ekstensi antarmuka ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) dan SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) yang dikembangkan oleh INCITS. Komite T10 dan T13.
Saat menggunakan HMSMR, seluruh kapasitas penyimpanan drive yang tersedia dibagi menjadi dua jenis zona: Zona Konvensional, yang digunakan untuk menyimpan metadata dan perekaman acak (pada dasarnya memainkan peran cache), dan Zona Diperlukan Penulisan Berurutan, yang menempati sebagian besar dari total kapasitas hard drive tempat data ditulis secara berurutan. Data yang rusak disimpan di area cache, yang kemudian dapat ditransfer ke area penulisan berurutan yang sesuai. Hal ini memastikan bahwa semua sektor fisik ditulis secara berurutan dalam arah radial dan ditulis ulang hanya setelah transfer siklik, sehingga menghasilkan kinerja sistem yang stabil dan dapat diprediksi. Pada saat yang sama, drive HMSMR mendukung perintah pembacaan acak dengan cara yang sama seperti drive yang menggunakan PMR standar.
SMR yang Dikelola Host diimplementasikan pada hard drive kelas perusahaan .
Produk ini mencakup drive SATA dan SAS berkapasitas tinggi yang dirancang untuk digunakan di pusat data skala besar. Dukungan untuk Host Managed SMR secara signifikan memperluas cakupan penerapan hard drive tersebut: selain sistem cadangan, hard drive ini sempurna untuk penyimpanan cloud, CDN, atau platform streaming. Hard drive berkapasitas tinggi memungkinkan Anda meningkatkan kepadatan penyimpanan secara signifikan (dalam rak yang sama) dengan biaya peningkatan minimal, dan konsumsi daya rendah (tidak lebih dari 0,29 watt per terabyte informasi yang disimpan) dan pembuangan panas (rata-rata 5 Β°C lebih rendah dibandingkan analog) - semakin mengurangi biaya pengoperasian untuk pemeliharaan pusat data.
Satu-satunya kelemahan HMSMR adalah kompleksitas implementasinya. Masalahnya adalah saat ini tidak ada sistem operasi atau aplikasi yang dapat langsung bekerja dengan drive seperti itu, itulah sebabnya perubahan serius pada tumpukan perangkat lunak diperlukan untuk mengadaptasi infrastruktur TI. Pertama-tama, ini menyangkut, tentu saja, OS itu sendiri, yang dalam kondisi pusat data modern menggunakan server multi-core dan multi-socket adalah tugas yang tidak sepele. Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang opsi untuk menerapkan dukungan Host Managed SMR pada sumber daya khusus , didedikasikan untuk masalah penyimpanan data zonal. Informasi yang dikumpulkan di sini akan membantu Anda menilai kesiapan infrastruktur TI Anda untuk transfer ke sistem penyimpanan zona.
- SMR Sadar Host (SMR Sadar Host)
Perangkat berkemampuan Host Aware SMR menggabungkan kenyamanan dan fleksibilitas Drive Managed SMR dengan kecepatan tulis tinggi dari Host Managed SMR. Drive ini kompatibel dengan sistem penyimpanan lama dan dapat beroperasi tanpa kontrol langsung dari host, namun dalam kasus ini, seperti halnya drive DMSMR, kinerjanya menjadi tidak dapat diprediksi.
Seperti SMR yang Dikelola Host, SMR Sadar Host menggunakan dua jenis zona: Zona Konvensional untuk penulisan acak dan Zona Pilihan Penulisan Berurutan. Yang terakhir, berbeda dengan Zona Wajib Tulis Berurutan yang disebutkan di atas, secara otomatis diturunkan ke kategori zona reguler jika zona tersebut mulai mencatat data secara tidak berurutan.
Implementasi SMR yang sadar host menyediakan mekanisme internal untuk pemulihan dari penulisan yang tidak konsisten. Data yang rusak ditulis ke area cache, dari mana disk dapat mentransfer informasi ke area penulisan berurutan setelah semua blok yang diperlukan diterima. Disk menggunakan tabel tipuan untuk mengelola penulisan yang tidak berurutan dan defragmentasi latar belakang. Namun, jika aplikasi perusahaan memerlukan kinerja yang dapat diprediksi dan dioptimalkan, hal ini hanya dapat dicapai jika host mengambil kendali penuh atas semua aliran data dan zona perekaman.
Sumber: www.habr.com