{"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\/it\/blog\/administrirovanie\/tehnologii-magnitnoj-zapisi-hdd-prosto-o-slozhnom","title":{"rendered":"Tecnologie di registrazione magnetica HDD: spiegato in maniera semplice","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Tecnologie
\nIl primo disco rigido al mondo, l'IBM RAMAC 305, presentato nel 1956, conteneva solo 5 MB di dati, pesando 970 kg e con dimensioni paragonabili a un refrigeratore industriale. I moderni flagship aziendali possono vantare capacit\u00e0 di 20 TB. Immaginate: 64 anni fa, per registrare tale quantit\u00e0 di informazioni sarebbero stati necessari oltre 4 milioni di RAMAC 305, e le dimensioni del centro dati necessari per ospitarli avrebbero superato i 9 chilometri quadrati, mentre oggi sar\u00e0 sufficiente una piccola scatola dal peso di circa 700 grammi! Molto di questo incredibile aumento della densit\u00e0 di archiviazione \u00e8 stato possibile grazie al perfezionamento delle tecniche di registrazione magnetica.<\/a><\/noindex>
\n\u00c8 difficile da credere, ma la struttura dei dischi rigidi non \u00e8 cambiata in modo sostanziale da quasi 40 anni, a partire dal 1983: \u00e8 in quell'anno che \u00e8 stato presentato il primo disco da 3,5 pollici, il RO351, sviluppato dall'azienda scozzese Rodime. Questo piccolo gioiello aveva due piatti magnetici da 10 MB ciascuno, quindi era in grado di contenere il doppio dei dati rispetto al rinnovato ST-412 da 5,25 pollici, rilasciato da Seagate nello stesso anno per i computer personali IBM 5160.<\/p>\n

\"Tecnologie
\nRodime RO351 \u2014 il primo disco rigido da 3,5 pollici al mondo<\/i><\/p>\n

Nonostante l'innovazione e le dimensioni compatte, al momento del lancio il RO351 si rivel\u00f2 praticamente inutile, e tutti gli ulteriori tentativi di Rodime di affermarsi nel mercato dei dischi rigidi fallirono, costringendo l'azienda nel 1991 a cessare la propria attivit\u00e0, svendendo praticamente tutti i beni e riducendo il personale al minimo. Tuttavia, non era destino che Rodime diventasse insolvente: in breve tempo, i maggiori produttori di dischi rigidi iniziarono a contattarla per acquisire la licenza per l'utilizzo del fattore di forma brevettato dagli scozzesi. Oggi, i 3,5 pollici rappresentano lo standard comune per la produzione sia di HDD consumer che di unit\u00e0 di livello enterprise.<\/p>\n

Con l'emergere delle reti neurali, del Deep Learning e dell'Internet delle Cose (IoT), il volume dei dati generati dall'umanit\u00e0 ha cominciato a crescere in modo esponenziale. Secondo le stime dell'agenzia di analisi IDC, entro il 2025 la quantit\u00e0 di informazioni generate sia dalle persone che dai dispositivi che ci circondano raggiunger\u00e0 i 175 zettabyte (1 ZB = 10^21 byte), rispetto ai 45 ZB del 2019, ai 16 ZB del 2016, e ai soli 0,16 (!) ZB del 2006, che rappresentava l'intero volume di dati creati nella storia recente. A fronte di questa esplosione informativa, ci aiutano le tecnologie moderne, tra cui metodi avanzati di registrazione dei dati che occupano un posto di primo piano.<\/p>\n

LMR, PMR, CMR e TDMR: qual \u00e8 la differenza?<\/h2>\n

\nIl principio di funzionamento dei dischi rigidi \u00e8 abbastanza semplice. Sottile piastre metalliche, rivestite con uno strato di materiale ferromagnetico (un materiale cristallino capace di mantenere la magnetizzazione anche in assenza di un campo magnetico esterno a temperature inferiori al punto di Curie), si muovono rispetto al blocco delle teste di scrittura a alta velocit\u00e0 (5400 giri al minuto o superiore). Quando viene applicata una corrente elettrica alla testa di scrittura, si genera un campo magnetico variabile che altera la direzione del vettore di magnetizzazione dei domini (aree discrete del materiale) del ferromagnetico. La lettura dei dati avviene o tramite il fenomeno dell'induzione elettromagnetica (il movimento dei domini rispetto al sensore provoca la generazione di una corrente elettrica alternata), o grazie al gigantesco effetto magnetoresistivo (sotto l'azione di un campo magnetico, la resistenza elettrica del sensore varia), come avviene nei moderni dispositivi di memorizzazione. Ogni dominio codifica un bit di informazione, assumendo il valore logico di \"0\" o \"1\" a seconda della direzione del vettore di magnetizzazione.<\/p>\n

A lungo i dischi rigidi hanno utilizzato il metodo di registrazione magnetica longitudinale (Longitudinal Magnetic Recording, LMR), dove il vettore di magnetizzazione dei domini giaceva nel piano del disco magnetico. Nonostante la relativa semplicit\u00e0 di implementazione, questa tecnologia presentava un notevole svantaggio: per superare la coercitivit\u00e0 (la transizione delle particelle magnetiche in uno stato monodominio), era necessario lasciare una consistente zona di buffer tra le tracce (il cosiddetto guard space \u2014 spazio di protezione). Di conseguenza, la massima densit\u00e0 di registrazione raggiunta alla fine di questa tecnologia era di soli 150 Gbit\/dimensione2.<\/p>\n

\"Tecnologie
\nNel 2010, l'LMR \u00e8 stata praticamente completamente soppiantata dalla PMR (Perpendicular Magnetic Recording \u2014 registrazione magnetica perpendicolare). La principale differenza tra questa tecnologia e la registrazione magnetica longitudinale \u00e8 che il vettore di orientamento magnetico di ciascun dominio \u00e8 posizionato ad un angolo di 90\u00b0 rispetto alla superficie del disco magnetico, il che ha permesso una notevole riduzione della distanza tra le tracce. <\/p>\n

Grazie a ci\u00f2, la densit\u00e0 di registrazione dei dati \u00e8 aumentata notevolmente (fino a 1 Tbit\/dimensione2 nei dispositivi moderni), senza compromettere le caratteristiche di velocit\u00e0 e affidabilit\u00e0 degli hard disk. Attualmente, la registrazione magnetica perpendicolare \u00e8 dominante sul mercato, motivo per cui viene anche spesso chiamata CMR (Conventional Magnetic Recording \u2014 registrazione magnetica convenzionale). \u00c8 importante capire che non c'\u00e8 alcuna differenza sostanziale tra PMR e CMR: \u00e8 semplicemente un'altra variante del nome.<\/p>\n

\"Tecnologie
\nEsaminando le specifiche tecniche dei moderni dischi rigidi, potresti anche imbatterti nell'arcana abbreviazione TDMR. In particolare, questa tecnologia \u00e8 utilizzata negli storage di classe enterprise Western Digital Ultrastar serie 500<\/a><\/noindex>. Dal punto di vista fisico, il TDMR (che sta per Two Dimensional Magnetic Recording \u2014 registrazione magnetica bidimensionale) non differisce affatto dalla consueta PMR: come in precedenza, abbiamo a che fare con tracce non sovrapposte, i domini dei quali sono orientati perpendicolarmente al piano dei dischi magnetici. La differenza tra le tecnologie risiede nell'approccio alla lettura delle informazioni.<\/p>\n

Nel blocco delle testine magnetiche degli hard disk creati con la tecnologia TDMR, ciascuna testina di scrittura \u00e8 accompagnata da due sensori di lettura, che effettuano una lettura simultanea dei dati da ogni traccia percorsa. Tale ridondanza consente al controller HDD di filtrare efficacemente i rumori elettromagnetici, la cui presenza \u00e8 dovuta all'interferenza intertraccia (Intertrack Interference, ITI).<\/p>\n

\"Tecnologie
\nLa soluzione al problema dell'ITI offre due vantaggi estremamente importanti:<\/p>\n

    \n
  1. la riduzione del coefficiente di interferenza consente di aumentare la densit\u00e0 di scrittura riducendo la distanza tra le tracce, garantendo un guadagno in capacit\u00e0 complessiva fino al 10% rispetto alla tradizionale PMR;<\/li>\n
  2. in combinazione con la tecnologia RVS e un microattuatore a tre posizioni, il TDMR consente di affrontare efficacemente la vibrazione rotazionale causata dal funzionamento degli hard disk, contribuendo a garantire un livello di prestazioni stabile anche nelle condizioni operative pi\u00f9 difficili.<\/li>\n<\/ol>\n

    <\/p>\n

    Cos'\u00e8 lo SMR e come funziona?<\/h2>\n

    \nLe dimensioni della testina di scrittura sono circa 1,7 volte maggiori rispetto alle dimensioni del sensore di lettura. Questa notevole differenza \u00e8 spiegabile abbastanza semplicemente: se il modulo di scrittura viene ulteriormente miniaturizzato, le forze del campo magnetico che pu\u00f2 generare non saranno sufficienti per magnetizzare i domini dello strato ferromagnetico, il che significa che i dati semplicemente non verranno salvati. Nel caso del sensore di lettura, questo problema non si presenta. Inoltre: la sua miniaturizzazione consente di ridurre ulteriormente l'influenza dell'ITI menzionata sopra sul processo di lettura delle informazioni.<\/p>\n

    Questo fatto ha dato origine alla registrazione magnetica a strisce sovrapposte (Shingled Magnetic Recording, SMR). Analizziamo come funziona. Quando si utilizza il tradizionale PMR, la testina di scrittura si sposta rispetto a ciascuna traccia precedente a una distanza pari alla sua larghezza + la larghezza dello spazio protettivo (guard space).<\/p>\n

    \"Tecnologie
    \nUtilizzando il metodo di registrazione magnetica a piastrelle, la testina di scrittura si sposta in avanti solo per una parte della propria larghezza, quindi ogni traccia precedente risulta parzialmente riscritta da quella successiva: le tracce magnetiche si sovrappongono l'una all'altra come le piastrelle di un tetto. Questo approccio consente di aumentare ulteriormente la densit\u00e0 di registrazione, garantendo un guadagno di capacit\u00e0 fino al 10%, senza impattare sul processo di lettura. Un esempio \u00e8 dato da     Western Digital Ultrastar DC HC 650<\/a><\/noindex> \u2014 i primi dischi da 3,5 pollici al mondo con una capacit\u00e0 di 20 TB e interfaccia SATA\/SAS, la cui introduzione \u00e8 diventata possibile grazie a una nuova tecnologia di registrazione magnetica. Pertanto, il passaggio ai dischi SMR consente di aumentare la densit\u00e0 di archiviazione dei dati negli stessi scaffali con minimi costi per l'aggiornamento dell'infrastruttura IT.<\/p>\n

    \"Tecnologie
    \nNonostante questo vantaggio significativo, lo SMR presenta anche uno svantaggio evidente. Poich\u00e9 le tracce magnetiche si sovrappongono, durante l'aggiornamento dei dati sar\u00e0 necessaria la riscrittura non solo del frammento richiesto, ma anche di tutte le tracce successive all'interno del piatto magnetico, il cui volume pu\u00f2 superare i 2 terabyte, il che potrebbe comportare un serio calo delle prestazioni.<\/p>\n

    La soluzione a questo problema \u00e8 l'unione di un certo numero di tracce in gruppi separati, chiamati zone. Anche se questo approccio all'organizzazione dell'archiviazione dei dati riduce leggermente la capacit\u00e0 complessiva dell'HDD (poich\u00e9 tra le zone \u00e8 necessario mantenere spazi sufficienti per evitare la sovrascrittura delle tracce dei gruppi vicini), consente di accelerate notevolmente il processo di aggiornamento dei dati, poich\u00e9 ora coinvolge solo un numero limitato di tracce.<\/p>\n

    \"Tecnologie
    \nLa registrazione magnetica a piastrelle prevede diverse varianti di implementazione:<\/p>\n