Déi éischt Festplack vun der Welt, den IBM RAMAC 305, deen 1956 erauskoum, huet nëmmen 5 MB Daten gehal, 970 kg gewien a war a Gréisst mat engem industrielle Frigo vergläichbar. Modern Firmeflaggschëffer kënne mat enger Kapazitéit vun 20 TB prägen. Stellt Iech einfach vir: Virun 64 Joer wieren, fir dës Informatiounsquantitéit opzehuelen, iwwer 4 Millioune RAMAC 305 néideg gewiescht, an d'Gréisst vum Datenzenter, déi néideg ass fir se z'empfänken, wier iwwer 9 Quadratkilometer iwwerschratt, woubäi haut eng kleng Këscht weit. ronn 700g! Op vill Manéiere gouf dës onheemlech Erhéijung vun der Späicherdensitéit duerch Verbesserunge vun de magnetesche Opnammethoden erreecht.
Et ass schwéier ze gleewen, awer de fundamentalen Design vun de Festplazen huet bal 40 Joer net geännert, ab 1983: dat ass wann déi éischt 3,5 Zoll Festplack RO351, entwéckelt vun der schottescher Firma Rodime, d'Liicht gesinn huet. Dëse Puppelchen hat zwee magnetesch Placke vun all 10 MB, dat heescht datt et fäeg ass zweemol sou vill Daten ze halen wéi den aktualiséierten 412-Zoll ST-5,25 Seagate am selwechte Joer fir IBM 5160 perséinlech Computeren verëffentlecht.
Rodime RO351 - déi éischt 3,5 Zoll Festplack vun der Welt
Trotz senger Innovatioun a kompakter Gréisst, huet de RO351 zu der Zäit vu senger Verëffentlechung praktesch nëtzlos fir jiddereen erausgestallt, an all weider Versuche vum Rodime fir Fouss op der Festplackmaart ze kréien, ass gescheitert, dofir ass d'Firma 1991 gezwongen. hir Aktivitéiten opzehalen, bal all existent Verméigen ze verkafen an d'Personal op e Minimum ze reduzéieren. Wéi och ëmmer, Rodime war net bestëmmt fir Faillite ze goen: geschwënn hunn déi gréissten Harddiskhersteller ugefaang et ze kontaktéieren, fir eng Lizenz ze kafen fir de Formfaktor ze benotzen, dee vun de Schotten patentéiert ass. De Moment ass 3,5 Zoll den allgemeng akzeptéierte Standard fir d'Produktioun vu béid Konsumenten HDDs an Enterprise-Klass Drive.
Mat dem Advent vun neuralen Netzwierker, Deep Learning an Internet of Things (IoT), huet de Volume vun Daten erstallt vun der Mënschheet ugefaang exponentiell ze wuessen. Laut Schätzunge vun der analytescher Agentur IDC, bis 2025 wäert d'Quantitéit un Informatioun generéiert vu béide Leit selwer an den Apparater ronderëm eis 175 Zettabyte erreechen (1 Zbyte = 1021 Bytes), an dëst trotz der Tatsaach, datt dëst am Joer 2019 op 45 Zbytes ausgaang ass. , an 2016 - 16 Zbytes, an zréck an 2006, de Gesamtbetrag vun Daten iwwer déi ganz beobachtbar Geschicht produzéiert net méi wéi 0,16 (!) Zbytes. Modern Technologien hëllefen d'Informatiounsexplosioun ze bewältegen, net zulescht vun deenen verbessert Methoden fir Datenopnam sinn.
LMR, PMR, CMR an TDMR: Wat ass den Ënnerscheed?
De Prinzip vun der Operatioun vun Festplacken ass relativ einfach. Dënn Metallplacke, déi mat enger Schicht vu ferromagnetesche Material beschichtet sinn (eng kristallin Substanz déi magnetiséiert bleift och wann se net un engem externen Magnéitfeld bei Temperaturen ënner dem Curie-Punkt ausgesat sinn) bewegt sech relativ zu der Schreifkopf Eenheet mat héijer Geschwindegkeet (5400 Revolutiounen pro Minutt oder méi). Wann en elektresche Stroum op de Schreifkopf applizéiert gëtt, entsteet en alternéierend Magnéitfeld, wat d'Richtung vum Magnetiséierungsvektor vun den Domänen (diskrete Beräicher vun der Matière) vum Ferromagnet verännert. D'Dateliesen geschitt entweder wéinst dem Phänomen vun der elektromagnetescher Induktioun (d'Bewegung vun de Beräicher relativ zum Sensor verursaacht d'Erscheinung vun engem alternéierende Stroum an der leschter), oder duerch e riesegen magnetoresistiven Effekt (ënner dem Afloss vun engem Magnéitfeld d'elektresch D'Resistenz vum Sensor ännert), wéi et a modernen Drive implementéiert gëtt. All Domain codéiert e bësse Informatioun, hëlt de logesche Wäert "0" oder "1" ofhängeg vun der Richtung vum Magnetiséierungsvektor.
Laang Zäit hunn d'Harddisken d'Methode Longitudinal Magnetic Recording (LMR) benotzt, an där d'Domainmagnetiséierungsvektor am Plang vun der Magnéitplack läit. Trotz der relativer Einfachheet vun der Ëmsetzung hat dës Technologie e wesentlechen Nodeel: fir d'Coercivitéit ze iwwerwannen (den Iwwergank vu magnetesche Partikelen an e Single-Domain-Staat), huet eng beandrockend Pufferzon (de sougenannte Garderaum) missen tëscht d'Gleiser. Als Resultat war déi maximal Opnamdicht, déi um Enn vun dëser Technologie erreecht gouf, nëmmen 150 Gbit / Zoll2.
Am Joer 2010 gouf LMR bal komplett duerch PMR (Perpendicular Magnetic Recording) ersat. Den Haaptunterschied tëscht dëser Technologie an der Längsmagnetescher Opnam ass datt de magnetesche Richtungsvektor vun all Domain an engem Wénkel vun 90° op d'Uewerfläch vun der Magnéitplack läit, wat de Spalt tëscht de Bunnen wesentlech reduzéiert huet.
Wéinst dësem gouf d'Datenopnamdicht däitlech erhéicht (bis zu 1 Tbit/in2 a modernen Apparater), ouni d'Geschwindegkeetseigenschaften an d'Zouverlässegkeet vun de Festplazen ofzeginn. De Moment dominéiert senkrecht magnetesch Opnam um Maart, dofir gëtt et och dacks CMR (Conventional Magnetic Recording) genannt. Zur selwechter Zäit musst Dir verstoen datt et absolut keen Ënnerscheed tëscht PMR an CMR ass - et ass just eng aner Versioun vum Numm.
Wärend Dir d'technesch Charakteristike vun de modernen Festplazen studéiert, kënnt Dir och op déi mysteriéis Ofkierzung TDMR kommen. Besonnesch dës Technologie gëtt vun Enterprise-Klass Drive benotzt . Aus enger Physik Siicht ass TDMR (wat fir Two Dimensional Magnetic Recording steet) net anescht wéi den üblechen PMR: wéi virdru beschäftegen mir eis mat net-intersecting Bunnen, deenen d'Domänen senkrecht zum Plang vun der Magnéit orientéiert sinn. Placke. Den Ënnerscheed tëscht Technologien läit an der Approche fir Informatioun ze liesen.
Am Block vu magnetesche Kapp vun Festplazen erstallt mat TDMR Technologie, huet all Schreifkop zwee Liessensoren, déi gläichzäiteg Daten aus all Streck liesen. Dës Redundanz erlaabt den HDD Controller effektiv elektromagnetesch Geräischer ze filteren, d'Erscheinung vun deem duerch Intertrack Interferenz (ITI) verursaacht gëtt.
D'Léisung vum ITI Problem bitt zwee extrem wichteg Virdeeler:
- D'Reduktioun vum Geräischer Faktor erlaabt Iech d'Aufnahmedicht ze erhéijen andeems d'Distanz tëscht de Gleiser reduzéiert gëtt, e Gewënn an der Gesamtkapazitéit vu bis zu 10% am Verglach zum konventionellen PMR;
- Kombinéiert mat RVS Technologie an engem Dräi-Positioun Mikroaktuator, widderstoen TDMR effektiv Rotatiounsvibrationen, déi duerch Harddriven verursaacht ginn, an hëlleft fir konsequent Leeschtungsniveauen och an de schwieregsten Operatiounsbedingungen z'erreechen.
Wat ass SMR a mat wat gëtt et giess?
D'Gréisst vum Schreifkopf ass ongeféier 1,7 Mol méi grouss am Verglach mat der Gréisst vum Liessensor. Sou en beandrockend Ënnerscheed kann ganz einfach erkläert ginn: wann den Opnammodul nach méi Miniatur gemaach gëtt, ass d'Stäerkt vum Magnéitfeld, deen et generéiere kann, net genuch fir d'Domänen vun der ferromagnetescher Schicht ze magnetiséieren, wat heescht datt d'Donnéeën einfach wäerten. net gespäichert ginn. Am Fall vun engem Liessensor entsteet dëse Problem net. Ausserdeem: seng Miniaturiséierung mécht et méiglech den Afloss vun der uewe genannten ITI op den Informatiounsliesprozess weider ze reduzéieren.
Dëse Fakt huet d'Basis vum Shingled Magnetic Recording (SMR) geformt. Loosst eis erausfannen wéi et funktionnéiert. Wann Dir en traditionelle PMR benotzt, gëtt de Schreifkopf relativ zu all virdrun Streck ëm eng Distanz gläich wéi seng Breet + d'Breet vum Schutzraum verréckelt.
Wann Dir d'tiled magnetesch Opnammethod benotzt, bewegt de Schreifkopf nëmmen en Deel vu senger Breet no vir, sou datt all virdrun Streck deelweis vun der nächster iwwerschriwwe gëtt: déi magnetesch Bunnen iwwerlappen sech wéi Dachdecker. Dës Approche erlaabt Iech d'Opnahmsdichte weider ze erhéijen, e Gewënn an der Kapazitéit vu bis zu 10% ubitt, ouni de Liesprozess ze beaflossen. E Beispill ass - déi éischt 3.5-Zoll 20 TB Drive vun der Welt mat enger SATA / SAS Interface, d'Erscheinung vun deenen duerch déi nei magnetesch Opnamtechnologie méiglech gemaach gouf. Also, den Iwwergank op SMR-Disks erlaabt Iech d'Dicht vun der Datelagerung an de selwechte Racken mat minimale Käschten fir d'Upgrade vun der IT-Infrastruktur ze erhéijen.
Trotz esou engem bedeitende Virdeel huet SMR och en offensichtlechen Nodeel. Zënter datt d'magnetesch Bunnen sech géigesäiteg iwwerlappen, erfuerdert d'Aktualiséierung vun Daten net nëmmen dat erfuerdert Fragment ëmzeschreiwen, awer och all spéider Bunnen an der magnetescher Plack, de Volume vun deem kann 2 Terabytes iwwerschreiden, wat zu engem seriöse Réckgang an der Leeschtung féieren kann.
Dëse Problem ka geléist ginn andeems Dir eng gewëssen Zuel vu Bunnen an separat Gruppen kombinéiert genannt Zonen. Och wann dës Approche fir d'Organisatioun vun Datelagerung d'Gesamtkapazitéit vun der HDD e bësse reduzéiert (well et néideg ass genuch Lücken tëscht Zonen z'erhalen fir ze vermeiden datt Tracks vun ugrenzend Gruppen iwwerschriwwe ginn), kann et de Prozess vun der Aktualiséierung vun Daten wesentlech beschleunegen, well elo nëmmen eng limitéiert Unzuel u Lidder sinn dran involvéiert.
Tile magnetesch Opnam ëmfaasst verschidde Implementéierungsoptiounen:
- Drive Managed SMR
Säin Haaptvirdeel ass datt et net néideg ass d'Hostsoftware an / oder d'Hardware z'änneren, well den HDD Controller d'Kontroll iwwer d'Datenopnamprozedur iwwerhëlt. Esou fiert kann zu all System verbonne ginn, datt déi néideg Interface (SATA oder SAS) huet, no deem ass de Fuerwen direkt prett fir benotzen.
Den Nodeel vun dëser Approche ass datt d'Leeschtungsniveauen variéieren, wat Drive Managed SMR net gëeegent fir Enterprise Uwendungen mécht, wou konsequent Systemleistung kritesch ass. Wéi och ëmmer, sou Fuerwen funktionnéieren gutt an Szenarien déi genuch Zäit erlaben fir Backgrounddaten Defragmentatioun ze geschéien. Zum Beispill, DMSMR fiert , optimiséiert fir ze benotzen als Deel vu klenge 8-Bucht NAS, wäert eng exzellent Wiel fir en Archiv- oder Backup-System sinn, deen laangfristeg Späichere vu Backups erfuerdert.
- Host Managed SMR
Host Managed SMR ass déi bevorzugt betegelt Opnamimplementatioun fir an engem Enterprise Ëmfeld ze benotzen. An dësem Fall ass den Hostsystem selwer verantwortlech fir d'Gestioun vun Datestroum a Lies-/Schreifoperatioune, fir dës Zwecker benotzt den ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) an SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) Interface Extensiounen entwéckelt vun den INCITS T10 an T13 Comitée.
Wann Dir HMSMR benotzt, ass déi ganz verfügbar Späicherkapazitéit vum Drive an zwou Zorte Zonen opgedeelt: Konventionell Zonen, déi benotzt gi fir Metadaten an zoufälleg Opnam ze späicheren (wesentlech d'Roll vun engem Cache spillen), a Sequentiell Schreiwen erfuerderlech Zonen, déi besetzen e groussen Deel vun der totaler Festplack Kapazitéit an deem Daten streng sequenziell geschriwwe ginn. Ausseruerdentlech Donnéeën ginn an engem Cacheberäich gespäichert, vu wou se dann an dat entspriechend sequenziell Schreifberäich transferéiert kënne ginn. Dëst garantéiert datt all kierperlech Secteuren sequenziell an der radialer Richtung geschriwwe ginn an nëmmen no engem zykleschen Transfert nei geschriwwe ginn, wat zu enger stabiler a prévisibel Systemleistung resultéiert. Zur selwechter Zäit ënnerstëtzen HMSMR Drive zoufälleg Liesbefehle op déiselwecht Manéier wéi Drive mat Standard PMR.
Host Managed SMR gëtt an Enterprise-Klass Harddisken implementéiert .
D'Linn enthält SATA- a SAS-Laufwerke mat héijer Kapazitéit entworf fir ze benotzen an Hyperscale-Datenzentren. Ënnerstëtzung fir Host Managed SMR erweidert den Ëmfang vun der Uwendung vun esou Festplazen wesentlech: Zousätzlech zu Backupsystemer si se perfekt fir Cloud Storage, CDN oder Streaming Plattformen. Déi héich Kapazitéit vun de Festplazen erlaabt Iech d'Späicherdicht (an de selwechte Racken) mat minimalen Upgradekäschten wesentlech ze erhéijen, a nidderegen Energieverbrauch (net méi wéi 0,29 Watt pro Terabyte vun gespäichert Informatioun) an Wärmevergëftung (am Duerchschnëtt 5 °C méi niddereg). wéi Analoga) - d'Betribskäschte fir den Ënnerhalt vum Datenzenter weider reduzéieren.
Deen eenzegen Nodeel vun HMSMR ass déi relativ Komplexitéit vun der Implementatioun. D'Saach ass datt haut kee Betribssystem oder Applikatioun ka mat esou Drive aus der Këscht funktionnéieren, dofir si seriös Ännerungen am Software Stack néideg fir d'IT Infrastruktur unzepassen. Éischt vun all, betrëfft dat, natierlech, d'OS selwer, déi an de Konditiounen vun modern Daten Zentren mat Multi-Core a Multi-Socket Serveren eng zimlech net-trivial Aufgab ass. Dir kënnt méi iwwer Optiounen léieren fir Host Managed SMR Support op enger spezialiséierter Ressource ëmzesetzen , gewidmet fir Themen vun zonalen Datelagerung. D'Informatioun hei gesammelt hëlleft Iech virleefeg d'Bereetschaft vun Ärer IT-Infrastruktur ze bewäerten fir an d'Zone-Späichersystemer ze transferéieren.
- Host Aware SMR (Host Aware SMR)
Host Aware SMR-aktivéiert Geräter kombinéieren d'Bequemlechkeet an d'Flexibilitéit vum Drive Managed SMR mat den héije Schreifgeschwindegkeete vum Host Managed SMR. Dës Drive sinn zréckkompatibel mat legacy Späichersystemer a kënnen ouni direkt Kontroll vum Host funktionnéieren, awer an dësem Fall, wéi mat DMSMR Drive, gëtt hir Leeschtung onberechenbar.
Wéi Host Managed SMR benotzt Host Aware SMR zwou Zorte Zonen: Konventionell Zonen fir zoufälleg Schreiwen a Sequential Write Preferred Zones. Déi lescht, am Géigesaz zu de Sequential Write Required Zones uewen ernimmt, ginn automatesch an d'Kategorie vun de reegelméissegen ofgeleent wa se ufänken Daten aus Uerdnung opzehuelen.
D'Hostbewosst Implementatioun vu SMR bitt intern Mechanismen fir Erhuelung vun onkonsequent Schreiwen. Out-of-order Daten ginn an de Cache-Gebidder geschriwwe, vu wou d'Disk d'Informatioun an d'sequenziell Schreifberäich transferéiere kann nodeems all déi néideg Blockë kritt goufen. D'Disk benotzt eng Indirektiounstabel fir d'Schreiwen ausseruerdentlech an d'Hannergrond Defragmentatioun ze managen. Wéi och ëmmer, wann d'Entreprise Uwendungen prévisibel an optimiséiert Leeschtung erfuerderen, kann dëst nach ëmmer nëmmen erreecht ginn wann de Host d'Kontroll iwwer all Datefloss an Opnamzonen iwwerhëlt.
Source: will.com