Pemacu keras pertama di dunia, IBM RAMAC 305, yang dikeluarkan pada tahun 1956, mengandungi hanya 5 MB data, dan beratnya 970 kg dan saiznya setanding dengan peti sejuk industri. Perdana korporat moden boleh mempunyai kapasiti sudah 20 TB. Bayangkan sahaja: 64 tahun yang lalu, untuk merekodkan jumlah maklumat ini, ia akan mengambil lebih daripada 4 juta RAMAC 305, dan saiz pusat data yang diperlukan untuk menampungnya, akan melebihi 9 kilometer persegi, manakala hari ini saiz yang kecil kotak seberat kira-kira 700 gram! Dalam banyak cara, peningkatan luar biasa dalam ketumpatan storan ini telah dicapai berkat penambahbaikan kaedah rakaman magnetik.
Sukar untuk dipercayai, tetapi pada asasnya reka bentuk cakera keras tidak berubah selama hampir 40 tahun, sejak 1983: pada masa itu pemacu keras 3,5-inci RO351 pertama, yang dibangunkan oleh syarikat Scotland Rodime, melihat cahaya. Bayi ini menerima dua plat magnetik 10 MB setiap satu, iaitu, ia mampu menyimpan dua kali lebih banyak data berbanding ST-412 5,25 inci yang dikemas kini, dikeluarkan oleh Seagate pada tahun yang sama untuk komputer peribadi IBM 5160.
Rodime RO351 - pemacu keras 3,5 inci pertama di dunia
Walaupun inovasi dan saiz yang padat, pada masa pengeluaran RO351, hampir tiada siapa yang memerlukannya, dan semua percubaan selanjutnya oleh Rodime untuk bertapak dalam pasaran cakera keras gagal, itulah sebabnya syarikat terpaksa menghentikan operasi pada tahun 1991, setelah menjual hampir semua aset sedia ada dan mengurangkan keadaan kepada minimum. Walau bagaimanapun, Rodime tidak ditakdirkan untuk muflis: tidak lama kemudian pengeluar cakera keras terbesar mula beralih kepadanya, ingin memperoleh lesen untuk menggunakan faktor bentuk yang dipatenkan oleh Scots. 3,5" kini merupakan standard industri untuk HDD pengguna dan perusahaan.
Dengan kemunculan rangkaian neural, Deep Learning dan Internet of Things (IoT), jumlah data yang dicipta oleh manusia telah mula berkembang seperti runtuhan salji. Menurut anggaran agensi analisis IDC, menjelang 2025 jumlah maklumat yang dijana oleh kedua-dua orang itu sendiri dan peranti di sekeliling kita akan mencapai 175 zettabait (1 Zbyte = 1021 bait), dan ini walaupun pada hakikatnya pada tahun 2019 ia adalah 45 Zbytes, pada 2016 - 16 Zbytes, dan kembali pada 2006, jumlah jumlah data yang dihasilkan dalam keseluruhan sejarah yang boleh dijangka tidak melebihi 0,16 (!) Zbytes. Teknologi moden membantu mengatasi letupan maklumat, antaranya kaedah rakaman data yang dipertingkatkan bukanlah yang terakhir.
LMR, PMR, CMR dan TDMR: apa bezanya?
Prinsip operasi cakera keras agak mudah. Plat logam nipis yang disalut dengan lapisan bahan feromagnetik (bahan kristal yang boleh kekal bermagnet walaupun tanpa ketiadaan medan magnet luar pada suhu di bawah titik Curie) bergerak relatif kepada blok kepala rakaman pada kelajuan tinggi (5400 rpm atau lagi). Apabila arus elektrik dikenakan pada kepala tulis, medan magnet berselang-seli timbul, yang mengubah arah vektor magnetisasi domain (kawasan diskret jirim) feromagnet. Pembacaan data berlaku sama ada disebabkan oleh fenomena aruhan elektromagnet (pergerakan domain relatif kepada penderia menyebabkan berlakunya arus elektrik berselang-seli pada yang kedua), atau disebabkan oleh kesan magnetoresistif gergasi (rintangan elektrik penderia berubah di bawah pengaruh medan magnet), seperti yang dilaksanakan dalam peranti storan moden. Setiap domain mengekod satu bit maklumat, mengambil nilai logik "0" atau "1" bergantung pada arah vektor kemagnetan.
Untuk masa yang lama, cakera keras menggunakan kaedah Rakaman Magnetik Membujur (LMR), di mana vektor kemagnetan domain terletak pada satah pinggan magnet. Walaupun relatif mudah dilaksanakan, teknologi ini mempunyai kelemahan yang ketara: untuk mengatasi paksaan (peralihan zarah magnet ke keadaan domain tunggal), zon penampan yang mengagumkan (yang dipanggil ruang pengawal) harus ditinggalkan di antara trek. Akibatnya, ketumpatan rakaman maksimum yang dicapai pada penghujung teknologi ini hanya 150 Gb/in2.
Pada tahun 2010, LMR hampir digantikan sepenuhnya dengan PMR (Perpendicular Magnetic Recording - perpendicular magnetic recording). Perbezaan utama antara teknologi ini dan rakaman magnet membujur ialah vektor directivity magnetik setiap domain terletak pada sudut 90Β° ke permukaan plat magnet, yang memungkinkan untuk mengurangkan jurang antara trek dengan ketara.
Disebabkan ini, ketumpatan rakaman data telah meningkat dengan ketara (sehingga 1 Tbit / inci2 dalam peranti moden), sambil tidak mengorbankan ciri kelajuan dan kebolehpercayaan cakera keras. Pada masa ini, rakaman magnet serenjang adalah yang dominan dalam pasaran, sebab itu ia juga sering dirujuk sebagai CMR (Rakaman Magnetik Konvensional - rakaman magnetik konvensional). Pada masa yang sama, seseorang mesti memahami bahawa tidak ada perbezaan antara PMR dan CMR - ini hanyalah versi nama yang berbeza.
Apabila melihat spesifikasi cakera keras moden, anda juga mungkin menjumpai singkatan samar TDMR. Khususnya, teknologi ini digunakan oleh pemacu kelas perusahaan . Dari sudut pandangan fizik, TDMR (yang bermaksud Rakaman Magnet Dua Dimensi - rakaman magnetik dua dimensi) tidak berbeza dengan PMR biasa: seperti sebelum ini, kita berurusan dengan trek tidak bersilang, domain yang berorientasikan serenjang kepada satah plat magnet. Perbezaan antara teknologi terletak pada pendekatan membaca maklumat.
Dalam blok kepala magnet cakera keras yang dibuat menggunakan teknologi TDMR, setiap kepala rakaman mempunyai dua sensor bacaan yang membaca data secara serentak dari setiap trek yang dilalui. Lebihan ini membolehkan pengawal HDD menapis hingar elektromagnet yang disebabkan oleh Intertrack Interference (ITI) dengan berkesan.
Menyelesaikan masalah dengan ITI memberikan dua faedah yang sangat penting:
- pengurangan faktor hingar membolehkan meningkatkan ketumpatan rakaman dengan mengurangkan jarak antara trek, memberikan keuntungan dalam jumlah kapasiti sehingga 10% berbanding PMR konvensional;
- Digabungkan dengan teknologi RVS dan penggerak mikro tiga kedudukan, TDMR berkesan menahan getaran putaran yang disebabkan oleh cakera keras, membantu mencapai tahap prestasi yang konsisten walaupun dalam persekitaran yang paling mencabar.
Apa itu SMR dan dengan apa ia dimakan?
Dimensi kepala tulisan adalah kira-kira 1,7 kali lebih besar daripada dimensi sensor baca. Perbezaan yang mengagumkan ini dijelaskan dengan ringkas: jika modul rakaman dibuat lebih kecil, kekuatan medan magnet yang boleh dihasilkannya tidak akan mencukupi untuk memagnetkan domain lapisan feromagnetik, yang bermaksud bahawa data itu tidak akan disimpan. Dalam kes sensor membaca, masalah ini tidak timbul. Selain itu, pengecilannya memungkinkan untuk mengurangkan lagi pengaruh ITI yang disebutkan di atas ke atas proses membaca maklumat.
Fakta ini membentuk asas rakaman magnet berjubin (Rakaman Magnetik Kayap, SMR). Mari kita fahami cara ia berfungsi. Apabila menggunakan PMR tradisional, kepala tulisan dianjakkan relatif kepada setiap trek sebelumnya dengan jarak yang sama dengan lebarnya + lebar ruang pelindung (ruang pengawal).
Apabila menggunakan kaedah rakaman magnet berjubin, kepala rakaman bergerak ke hadapan hanya sebahagian daripada lebarnya, jadi setiap trek sebelumnya ditimpa sebahagiannya oleh yang seterusnya: trek magnet bertindih antara satu sama lain seperti jubin bumbung. Pendekatan ini memungkinkan untuk meningkatkan lagi ketumpatan rakaman, memberikan peningkatan kapasiti sehingga 10%, sambil tidak menjejaskan proses pembacaan. Contohnya ialah β pemacu 3.5-inci 20 TB pertama di dunia dengan antara muka SATA/SAS, yang penampilannya dimungkinkan berkat teknologi rakaman magnetik baharu. Oleh itu, peralihan kepada cakera SMR membolehkan anda meningkatkan ketumpatan storan data dalam rak yang sama pada kos minimum untuk menaik taraf infrastruktur IT.
Walaupun kelebihan yang begitu ketara, SMR mempunyai kelemahan yang jelas. Memandangkan trek magnet bertindih antara satu sama lain, apabila mengemas kini data, anda perlu menulis semula bukan sahaja serpihan yang diperlukan, tetapi juga semua trek berikutnya dalam pinggan magnet, yang jumlahnya boleh melebihi 2 terabait, yang penuh dengan penurunan yang serius. dalam prestasi.
Menggabungkan bilangan trek tertentu ke dalam kumpulan berasingan yang dipanggil zon membantu menyelesaikan masalah ini. Walaupun pendekatan storan data ini agak mengurangkan kapasiti keseluruhan HDD (memandangkan jurang yang mencukupi mesti dikekalkan antara zon untuk mengelakkan penggantian trek daripada kumpulan jiran), ini boleh mempercepatkan proses kemas kini data dengan ketara, kerana kini hanya bilangan trek yang terhad. mengambil bahagian di dalamnya.
Rakaman magnet berjubin melibatkan beberapa pilihan pelaksanaan:
- Drive Managed SMR (Drive Managed SMR)
Kelebihan utamanya ialah tidak perlu mengubah suai perisian dan/atau perkakasan hos, kerana pengawal HDD mengambil alih kawalan prosedur rakaman data. Pemacu sedemikian boleh disambungkan kepada mana-mana sistem yang mempunyai antara muka yang diperlukan (SATA atau SAS), selepas itu pemacu akan segera sedia untuk digunakan.
Kelemahan pendekatan ini ialah kebolehubahan prestasi, yang menjadikan Drive Managed SMR tidak sesuai untuk aplikasi perusahaan di mana konsistensi prestasi sistem adalah kritikal. Walau bagaimanapun, cakera sedemikian berfungsi dengan baik dalam senario yang membenarkan masa yang mencukupi untuk penyahperangan data latar belakang selesai. Jadi, sebagai contoh, pemacu DMSMR Dioptimumkan untuk digunakan dalam NAS 8-ruang kecil, ia merupakan pilihan terbaik untuk sistem pengarkiban atau sandaran yang memerlukan storan sandaran jangka panjang.
- SMR Terurus Hos (SMR Terurus Hos)
SMR Terurus Hos ialah pelaksanaan jubin yang paling disukai untuk kegunaan perusahaan. Dalam kes ini, sistem hos itu sendiri bertanggungjawab untuk menguruskan aliran data dan operasi baca/tulis, menggunakan untuk tujuan ini sambungan antara muka ATA (Set Perintah ATA Peranti Zon, ZAC) dan SCSI (Perintah Blok Zon, ZBC) yang dibangunkan oleh jawatankuasa INCITS T10 dan T13 .
Apabila menggunakan HMSMR, keseluruhan kapasiti storan yang tersedia dibahagikan kepada dua jenis zon: Zon Konvensional (zon biasa), yang digunakan untuk menyimpan metadata dan rakaman sewenang-wenang (malah, memainkan peranan cache) dan Zon Diperlukan Tulis Berjujukan (zon tulis berurutan), yang menduduki sebahagian besar daripada jumlah kapasiti cakera keras, di mana data direkodkan secara ketat secara berurutan. Data tidak tersusun disimpan dalam kawasan cache, dari mana ia kemudiannya boleh dipindahkan ke zon tulis berjujukan yang sepadan. Disebabkan ini, semua sektor fizikal ditulis secara berurutan dalam arah jejari dan ditimpa hanya selepas pembalut, yang membolehkan anda mencapai prestasi sistem yang stabil dan boleh diramal. Pada masa yang sama, pemacu HMSMR menyokong arahan baca rawak serupa dengan pemacu menggunakan PMR standard.
SMR Terurus Hos dilaksanakan dalam pemacu keras kelas perusahaan .
Barisan ini termasuk pemacu SATA dan SAS berkapasiti tinggi yang direka untuk digunakan dalam pusat data skala besar. Sokongan untuk Host Managed SMR meluaskan skop pemacu keras sedemikian dengan ketara: sebagai tambahan kepada sistem sandaran, ia sesuai untuk storan awan, CDN atau platform penstriman. Kapasiti tinggi cakera keras membolehkan anda meningkatkan ketumpatan storan dengan ketara (dalam rak yang sama) dengan kos naik taraf yang minimum, dan penggunaan kuasa yang rendah (kurang daripada 0,29 watt setiap terabait maklumat yang disimpan) dan pelesapan haba (secara purata 5 Β° C lebih rendah daripada analog) β mengurangkan lagi kos operasi menyelenggara pusat data.
Satu-satunya kelemahan HMSMR ialah kerumitan perbandingan pelaksanaan. Masalahnya ialah hari ini tidak satu sistem pengendalian atau aplikasi boleh berfungsi dengan pemacu sedemikian di luar kotak, itulah sebabnya perubahan besar dalam timbunan perisian diperlukan untuk menyesuaikan infrastruktur IT. Pertama sekali, kebimbangan ini, tentu saja, OS itu sendiri, yang dalam keadaan pusat data moden menggunakan pelayan berbilang teras dan berbilang soket adalah tugas yang agak tidak remeh. Anda boleh mengetahui lebih lanjut tentang pilihan untuk melaksanakan sokongan untuk Host Managed SMR pada sumber khusus. khusus untuk isu penyimpanan data zon. Maklumat yang dikumpul di sini akan membantu anda menilai secara awal kesediaan infrastruktur IT anda untuk peralihan kepada sistem storan berzon.
- Host Aware SMR (SMR disokong oleh hos)
Peranti yang didayakan Host Aware SMR menggabungkan kemudahan dan fleksibiliti Drive Managed SMR dengan kelajuan rakaman pantas Host Managed SMR. Pemacu sedemikian serasi ke belakang dengan sistem storan lama dan boleh berfungsi tanpa kawalan langsung daripada hos, tetapi dalam kes ini, seperti pemacu DMSMR, prestasinya menjadi tidak dapat diramalkan.
Seperti Host Managed SMR, Host Aware SMR menggunakan dua jenis zon: Zon Konvensional untuk penulisan rawak dan Zon Pilihan Tulis Berjujukan (zon pilihan untuk rakaman berjujukan). Yang terakhir, berbeza dengan Zon Diperlukan Tulis Berjujukan yang disebutkan di atas, dipindahkan secara automatik ke kategori yang biasa jika mereka mula menulis data dengan cara yang tidak teratur.
Pelaksanaan SMR yang menyedari hos menyediakan mekanisme dalaman untuk pulih daripada penulisan yang tidak konsisten. Data rawak ditulis ke kawasan cache, dari mana cakera boleh memindahkan maklumat ke zon tulis berjujukan selepas semua blok yang diperlukan telah diterima. Pemacu menggunakan jadual tidak arah untuk mengurus penulisan tertib dan penyahperangan latar belakang. Walau bagaimanapun, jika prestasi yang boleh diramal dan dioptimumkan diperlukan untuk aplikasi perusahaan, ini masih boleh dicapai hanya apabila hos mengawal sepenuhnya semua aliran data dan zon tulis.
Sumber: www.habr.com