Pirmasis pasaulyje kietasis diskas, IBM RAMAC 305, išleistas 1956 m., talpino tik 5 MB duomenų, svėrė 970 kg ir savo dydžiu prilygo pramoniniam šaldytuvui. Šiuolaikiniai įmonių flagmanai gali pasigirti 20 TB talpa. Įsivaizduokite: prieš 64 metus tokiam informacijos kiekiui įrašyti būtų reikėję daugiau nei 4 milijonų RAMAC 305, o duomenų centro, reikalingo jiems talpinti, dydis būtų viršijęs 9 kvadratinius kilometrus, o šiandien nedidelė dėžė, sverianti apie 700 gramų! Daugeliu atžvilgių šis neįtikėtinas saugojimo tankio padidėjimas buvo pasiektas patobulinus magnetinio įrašymo metodus.
Sunku patikėti, bet esminis standžiųjų diskų dizainas nepasikeitė beveik 40 metų, pradedant 1983 m.: tada dienos šviesą išvydo pirmasis 3,5 colio kietasis diskas RO351, sukurtas Škotijos kompanijos Rodime. Šis kūdikis turėjo dvi magnetines lėkštes po 10 MB, o tai reiškia, kad jis galėjo talpinti dvigubai daugiau duomenų nei atnaujintas 412 colio ST-5,25 Seagate, išleistas tais pačiais metais, skirtas IBM 5160 asmeniniams kompiuteriams.
Rodime RO351 – pirmasis pasaulyje 3,5 colio kietasis diskas
Nepaisant naujovių ir kompaktiško dydžio, išleidimo metu RO351 pasirodė praktiškai niekam nenaudingas, o visi tolesni Rodime bandymai įsitvirtinti kietųjų diskų rinkoje žlugo, todėl įmonė buvo priversta 1991 m. nutraukti savo veiklą, išparduodant beveik visą turimą turtą ir iki minimumo sumažinant darbuotojų skaičių. Tačiau bankrutuoti Rodime nebuvo lemta: netrukus į ją ėmė kreiptis didžiausi kietųjų diskų gamintojai, norintys įsigyti licenciją naudoti škotų patentuotą formos faktorių. Šiuo metu 3,5 colio yra visuotinai priimtas standartas gaminant tiek plataus vartojimo HDD, tiek įmonės klasės diskus.
Atsiradus neuroniniams tinklams, giliajam mokymuisi ir daiktų internetui (IoT), žmonijos kuriamų duomenų kiekis pradėjo eksponentiškai augti. Analitinės agentūros IDC skaičiavimais, iki 2025 metų tiek pačių žmonių, tiek mus supančių įrenginių generuojamos informacijos kiekis sieks 175 zettabaitus (1 Zbyte = 1021 baitas), ir tai nepaisant to, kad 2019 metais tai siekė 45 zbaitus. , 2016 metais - 16 Zbaitų, o dar 2006 metais bendras per visą stebimą istoriją pagamintų duomenų kiekis neviršijo 0,16 (!) Zbaitų. Šiuolaikinės technologijos padeda susidoroti su informacijos sprogimu, ypač patobulinti duomenų įrašymo metodai.
LMR, PMR, CMR ir TDMR: koks skirtumas?
Kietųjų diskų veikimo principas yra gana paprastas. Plonos metalinės plokštės, padengtos feromagnetinės medžiagos sluoksniu (kristalinė medžiaga, kuri gali išlikti įmagnetinta net tada, kai nėra veikiama išorinio magnetinio lauko, esant žemesnei nei Curie taško temperatūrai), rašymo galvutės atžvilgiu juda dideliu greičiu (5400 apsisukimų per minutę arba daugiau). Kai į rašymo galvutę patenka elektros srovė, atsiranda kintamasis magnetinis laukas, kuris keičia feromagneto domenų (diskrečiųjų materijos sričių) įmagnetinimo vektoriaus kryptį. Duomenų nuskaitymas vyksta arba dėl elektromagnetinės indukcijos reiškinio (domenų judėjimas jutiklio atžvilgiu sukelia kintamos elektros srovės atsiradimą pastarajame), arba dėl milžiniško magnetorezistinio efekto (veikiant magnetiniam laukui, jutiklio pokyčių atsparumas), kaip tai įdiegta šiuolaikinėse pavarose. Kiekvienas domenas koduoja vieną informacijos bitą, atsižvelgiant į įmagnetinimo vektoriaus kryptį, loginę reikšmę „0“ arba „1“.
Ilgą laiką kietieji diskai naudojo Longitudinal Magnetic Recording (LMR) metodą, kai domeno įmagnetinimo vektorius buvo magnetinės plokštės plokštumoje. Nepaisant santykinio įgyvendinimo paprastumo, ši technologija turėjo reikšmingą trūkumą: norint įveikti koercityvumą (magnetinių dalelių perėjimą į vieno domeno būseną), tarp jų reikėjo palikti įspūdingą buferinę zoną (vadinamąją apsaugos erdvę). takelius. Dėl to maksimalus įrašymo tankis, kuris buvo pasiektas šios technologijos pabaigoje, buvo tik 150 Gbit/inch2.
2010 m. LMR beveik visiškai pakeitė PMR (Perpendicular Magnetic Recording). Pagrindinis skirtumas tarp šios technologijos ir išilginio magnetinio įrašymo yra tas, kad kiekvieno domeno magnetinės krypties vektorius yra 90° kampu magnetinės plokštės paviršiaus atžvilgiu, o tai žymiai sumažino tarpą tarp takelių.
Dėl šios priežasties buvo žymiai padidintas duomenų įrašymo tankis (iki 1 Tbit/in2 šiuolaikiniuose įrenginiuose), neprarandant kietųjų diskų greičio charakteristikų ir patikimumo. Šiuo metu rinkoje dominuoja statmenas magnetinis įrašymas, todėl jis taip pat dažnai vadinamas CMR (Conventional Magnetic Recording). Tuo pačiu metu jūs turite suprasti, kad tarp PMR ir CMR nėra jokio skirtumo - tai tik kitokia pavadinimo versija.
Studijuodami šiuolaikinių standžiųjų diskų technines charakteristikas, galite susidurti ir su paslaptinga santrumpa TDMR. Visų pirma, šią technologiją naudoja įmonės klasės diskai . Fizikos požiūriu TDMR (tai reiškia dviejų dimensijų magnetinį įrašymą) niekuo nesiskiria nuo įprasto PMR: kaip ir anksčiau, mes susiduriame su nesikertančiais takeliais, kurių sritys yra nukreiptos statmenai magneto plokštumai. lėkštės. Skirtumas tarp technologijų yra požiūris į informacijos skaitymą.
Kietųjų diskų magnetinių galvučių bloke, sukurtame naudojant TDMR technologiją, kiekviena rašymo galvutė turi du skaitymo jutiklius, kurie vienu metu nuskaito duomenis iš kiekvieno praeito takelio. Šis perteklius leidžia HDD valdikliui efektyviai filtruoti elektromagnetinį triukšmą, kurio atsiradimą sukelia intertrack interferencija (ITI).
ITI problemos sprendimas suteikia du itin svarbius privalumus:
- triukšmo koeficiento sumažinimas leidžia padidinti įrašymo tankį sumažinant atstumą tarp takelių, todėl bendra talpa padidėja iki 10%, palyginti su įprastu PMR;
- Kartu su RVS technologija ir trijų padėčių mikropavara, TDMR efektyviai atsispiria sukimosi vibracijai, kurią sukelia standieji diskai, todėl padeda pasiekti pastovų našumo lygį net ir sudėtingiausiomis darbo sąlygomis.
Kas yra SMR ir su kuo jis valgomas?
Rašymo galvutės dydis yra maždaug 1,7 karto didesnis, palyginti su skaitymo jutiklio dydžiu. Tokį įspūdingą skirtumą galima paaiškinti gana paprastai: jei įrašymo modulis bus dar labiau miniatiūrinis, jo generuojamo magnetinio lauko stiprumo nepakaks feromagnetinio sluoksnio domenams įmagnetinti, o tai reiškia, kad duomenys tiesiog bus negali būti saugomi. Skaitymo jutiklio atveju ši problema nekyla. Be to: jo miniatiūrizavimas leidžia dar labiau sumažinti minėtos ITI įtaką informacijos skaitymo procesui.
Šis faktas sudarė „Shingled Magnetic Recording“ (SMR) pagrindą. Išsiaiškinkime, kaip tai veikia. Naudojant tradicinį PMR, rašymo galvutė, palyginti su kiekvienu ankstesniu takeliu, pasislenka atstumu, lygiu jos pločiui + apsaugos erdvės pločiui.
Naudojant plytelių magnetinio įrašymo metodą, rašymo galvutė juda į priekį tik dalį savo pločio, todėl kiekvieną ankstesnį takelį iš dalies perrašo kitas: magnetiniai takeliai persidengia kaip stogo čerpės. Šis metodas leidžia dar labiau padidinti įrašymo tankį ir padidinti talpą iki 10%, nedarant įtakos skaitymo procesui. Pavyzdys yra - pirmieji pasaulyje 3.5 colio 20 TB diskai su SATA/SAS sąsaja, kurių atsiradimas tapo įmanomas dėl naujos magnetinio įrašymo technologijos. Taigi, perėjimas prie SMR diskų leidžia padidinti duomenų saugojimo tankį tuose pačiuose stovuose su minimaliomis IT infrastruktūros atnaujinimo išlaidomis.
Nepaisant tokio reikšmingo pranašumo, SMR turi ir akivaizdų trūkumą. Kadangi magnetiniai takeliai persidengia vienas su kitu, atnaujinant duomenis reikės perrašyti ne tik reikiamą fragmentą, bet ir visus vėlesnius magnetinės plokštelės takelius, kurių tūris gali viršyti 2 terabaitus, o tai gali smarkiai sumažėti našumas.
Šią problemą galima išspręsti sujungiant tam tikrą skaičių takelių į atskiras grupes, vadinamas zonomis. Nors toks duomenų saugojimo organizavimo būdas šiek tiek sumažina bendrą HDD talpą (kadangi tarp zonų būtina išlaikyti pakankamus tarpus, kad nebūtų perrašomi gretimų grupių takeliai), jis gali žymiai pagreitinti duomenų atnaujinimo procesą, nes dabar joje dalyvauja tik ribotas takelių skaičius.
Plytelių magnetinis įrašymas apima keletą įgyvendinimo variantų:
- Pavaros valdomas SMR
Pagrindinis jo pranašumas yra tai, kad nereikia keisti pagrindinio kompiuterio programinės įrangos ir (arba) techninės įrangos, nes HDD valdiklis perima duomenų įrašymo procedūrą. Tokius diskus galima prijungti prie bet kurios sistemos, turinčios reikiamą sąsają (SATA arba SAS), po kurios diskas bus iš karto paruoštas naudoti.
Šio metodo trūkumas yra tas, kad našumo lygiai skiriasi, todėl Drive Managed SMR netinkamas įmonės programoms, kuriose nuoseklus sistemos veikimas yra labai svarbus. Tačiau tokie diskai gerai veikia scenarijuose, kurie suteikia pakankamai laiko foniniams duomenims defragmentuoti. Pavyzdžiui, DMSMR diskai , optimizuotas naudoti kaip mažos 8 skyrių NAS dalis, bus puikus pasirinkimas archyvavimo ar atsarginių kopijų kūrimo sistemai, kuriai reikalingas ilgalaikis atsarginių kopijų saugojimas.
- Prieglobos valdomas SMR
Pagrindinio kompiuterio valdomas SMR yra pageidaujamas įrašymo iš plytelių diegimas, skirtas naudoti įmonės aplinkoje. Šiuo atveju pati pagrindinė sistema yra atsakinga už duomenų srautų valdymą ir skaitymo/rašymo operacijas, šiems tikslams naudodama INCITS sukurtus ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) ir SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) sąsajos plėtinius. T10 ir T13 komitetai .
Naudojant HMSMR, visa disko talpa yra padalinta į dviejų tipų zonas: įprastines zonas, kurios naudojamos metaduomenims saugoti ir atsitiktiniam įrašymui (iš esmės atlieka talpyklos vaidmenį), ir Sequential Write Required Zones, kurios užima didelė dalis visos kietojo disko talpos, kurioje duomenys įrašomi griežtai nuosekliai. Netvarkingi duomenys saugomi talpyklos srityje, iš kurios juos galima perkelti į atitinkamą nuoseklaus rašymo sritį. Tai užtikrina, kad visi fiziniai sektoriai būtų rašomi nuosekliai radialine kryptimi ir perrašomi tik po ciklinio perdavimo, todėl sistemos veikimas yra stabilus ir nuspėjamas. Tuo pačiu metu HMSMR įrenginiai palaiko atsitiktinio skaitymo komandas taip pat, kaip ir diskai, naudojantys standartinį PMR.
Host Managed SMR įdiegtas įmonės klasės standžiuosiuose diskuose .
Ši linija apima didelės talpos SATA ir SAS diskus, skirtus naudoti didelio masto duomenų centruose. „Host Managed SMR“ palaikymas žymiai išplečia tokių standžiųjų diskų taikymo sritį: be atsarginių sistemų, jie puikiai tinka saugoti debesyje, CDN ar srautinio perdavimo platformoms. Didelė standžiųjų diskų talpa leidžia žymiai padidinti saugojimo tankį (tuose pačiuose stovuose) su minimaliomis atnaujinimo sąnaudomis ir mažomis energijos sąnaudomis (ne daugiau kaip 0,29 vatai vienam saugomos informacijos terabaitui) ir šilumos išsklaidymo (vidutiniškai 5 °C mažesnis). nei analogai) – dar labiau sumažina duomenų centro priežiūros eksploatacines išlaidas.
Vienintelis HMSMR trūkumas yra santykinis įgyvendinimo sudėtingumas. Reikalas tas, kad šiandien jokia operacinė sistema ar programa negali dirbti su tokiais diskais, todėl norint pritaikyti IT infrastruktūrą, reikia rimtų programinės įrangos paketo pakeitimų. Visų pirma, tai, žinoma, liečia pačią OS, kuri šiuolaikinių duomenų centrų, naudojančių kelių branduolių ir kelių lizdų serverius, sąlygomis yra gana nebanali užduotis. Galite sužinoti daugiau apie pagrindinio kompiuterio valdomo SMR palaikymo diegimo specializuotuose šaltiniuose parinktis , skirtas zoniniam duomenų saugojimui. Čia surinkta informacija padės preliminariai įvertinti Jūsų IT infrastruktūros pasirengimą perkelti į zonines saugojimo sistemas.
- Host Aware SMR (Host Aware SMR)
„Host Aware“ SMR palaikantys įrenginiai sujungia Drive Managed SMR patogumą ir lankstumą su dideliu Host Managed SMR rašymo greičiu. Šie diskai yra suderinami su senomis saugojimo sistemomis ir gali veikti be tiesioginio pagrindinio kompiuterio valdymo, tačiau šiuo atveju, kaip ir DMSMR diskų atveju, jų veikimas tampa nenuspėjamas.
Kaip ir Host Managed SMR, Host Aware SMR naudoja dviejų tipų zonas: įprastines zonas atsitiktiniam įrašymui ir nuoseklaus rašymo pageidaujamas zonas. Pastarosios, priešingai nei anksčiau paminėtos nuoseklaus rašymo reikalaujamos zonos, automatiškai perkeliamos į įprastų kategoriją, jei pradeda registruoti duomenis netvarkingai.
SMR įdiegimas, kuriame yra priegloba, suteikia vidinius atkūrimo iš nenuoseklių įrašų mechanizmus. Netvarkingi duomenys įrašomi į talpyklos sritis, iš kurių diskas, gavęs visus reikiamus blokus, gali perkelti informaciją į nuoseklaus rašymo sritį. Diskas naudoja netiesioginę lentelę, kad valdytų rašymo netvarką ir foninį defragmentavimą. Tačiau jei įmonės programoms reikalingas nuspėjamas ir optimizuotas našumas, tai vis tiek galima pasiekti tik tada, kai pagrindinis kompiuteris visiškai kontroliuoja visus duomenų srautus ir įrašymo zonas.
Šaltinis: www.habr.com