{"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\/pt\/blog\/administrirovanie\/tehnologii-magnitnoj-zapisi-hdd-prosto-o-slozhnom","title":{"rendered":"Tecnologias de grava\u00e7\u00e3o magn\u00e9tica HDD: descomplicando o complexo","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Tecnologias
\nO primeiro disco r\u00edgido do mundo, o IBM RAMAC 305, lan\u00e7ado em 1956, tinha apenas 5 MB de dados, pesando 970 kg e com dimens\u00f5es compar\u00e1veis a um refrigerador industrial. Os l\u00edderes corporativos modernos podem se orgulhar de capacidades de at\u00e9 20 TB. Imagine s\u00f3: h\u00e1 64 anos, para gravar essa quantidade de informa\u00e7\u00e3o, seriam necess\u00e1rias mais de 4 milh\u00f5es de RAMAC 305, e as dimens\u00f5es do Data Center necess\u00e1rio para armazen\u00e1-los ultrapassariam 9 quil\u00f4metros quadrados, enquanto hoje bastaria uma pequena caixa pesando cerca de 700 gramas! Muito desse aumento incr\u00edvel na densidade de armazenamento foi alcan\u00e7ado gra\u00e7as ao aprimoramento dos m\u00e9todos de grava\u00e7\u00e3o magn\u00e9tica.<\/a><\/noindex>
\n\u00c9 dif\u00edcil acreditar, mas a estrutura dos discos r\u00edgidos n\u00e3o muda h\u00e1 quase 40 anos, desde 1983: foi quando o primeiro disco de 3,5 polegadas, o RO351, desenvolvido pela empresa escocesa Rodime, foi lan\u00e7ado. Esse pequeno dispositivo tinha duas placas magn\u00e9ticas de 10 MB cada, ou seja, era capaz de armazenar o dobro de dados do ST-412 de 5,25 polegadas, lan\u00e7ado pela Seagate no mesmo ano para os computadores pessoais IBM 5160.<\/p>\n

\"Tecnologias
\nRodime RO351 \u2014 o primeiro disco r\u00edgido de 3,5 polegadas do mundo<\/i><\/p>\n

Apesar da inova\u00e7\u00e3o e do tamanho compacto, na \u00e9poca do lan\u00e7amento, o RO351 acabou sendo praticamente desnecess\u00e1rio, e todas as tentativas subsequentes da Rodime de se firmar no mercado de discos r\u00edgidos fracassaram, levando a empresa a encerrar suas atividades em 1991, vendendo praticamente todos os ativos e reduzindo sua equipe ao m\u00ednimo. No entanto, o destino da Rodime n\u00e3o era a fal\u00eancia: em pouco tempo, os maiores fabricantes de discos r\u00edgidos come\u00e7aram a procur\u00e1-la para adquirir a licen\u00e7a de uso do formato patenteado pelos escoceses. Atualmente, 3,5 polegadas \u00e9 o padr\u00e3o amplamente aceito tanto para HDDs de consumo quanto para unidades de classe corporativa.<\/p>\n

Com o surgimento das redes neurais, do Deep Learning e da Internet das Coisas (IoT), a quantidade de dados gerados pela humanidade aumentou de forma avassaladora. Segundo a ag\u00eancia de an\u00e1lises IDC, at\u00e9 2025, a quantidade de informa\u00e7\u00f5es geradas tanto por pessoas quanto pelos dispositivos ao nosso redor atingir\u00e1 175 zettabytes (1 ZB = 10\u00b2\u00b9 bytes), enquanto em 2019, esse n\u00famero era de 45 ZB, em 2016 era de 16 ZB, e em 2006, o total de dados produzidos na hist\u00f3ria n\u00e3o ultrapassava 0,16 (!) ZB. As tecnologias modernas, entre as quais se destacam os m\u00e9todos aprimorados de grava\u00e7\u00e3o de dados, auxiliam a lidar com essa explos\u00e3o de informa\u00e7\u00f5es.<\/p>\n

LMR, PMR, CMR e TDMR: qual \u00e9 a diferen\u00e7a?<\/h2>\n

\nO princ\u00edpio de funcionamento dos discos r\u00edgidos \u00e9 bastante simples. Finas placas met\u00e1licas, cobertas por uma camada de material ferromagn\u00e9tico (uma subst\u00e2ncia cristalina capaz de manter a magnetiza\u00e7\u00e3o mesmo na aus\u00eancia de um campo magn\u00e9tico externo quando a temperatura fica abaixo do ponto de Curie), se movem rapidamente em rela\u00e7\u00e3o ao conjunto das cabe\u00e7as de grava\u00e7\u00e3o (5400 rota\u00e7\u00f5es por minuto ou mais). Quando uma corrente el\u00e9trica \u00e9 aplicada \u00e0 cabe\u00e7a de grava\u00e7\u00e3o, um campo magn\u00e9tico alternado se forma, alterando a dire\u00e7\u00e3o do vetor de magnetiza\u00e7\u00e3o dos dom\u00ednios (\u00e1reas discretas da subst\u00e2ncia) do ferromagn\u00e9tico. A leitura de dados ocorre por meio do fen\u00f4meno da indu\u00e7\u00e3o eletromagn\u00e9tica (a movimenta\u00e7\u00e3o dos dom\u00ednios em rela\u00e7\u00e3o ao sensor gera uma corrente el\u00e9trica alternada) ou atrav\u00e9s do efeito giantomagn\u00e9tico, onde a resist\u00eancia el\u00e9trica do sensor \u00e9 alterada sob a a\u00e7\u00e3o de um campo magn\u00e9tico, como \u00e9 implementado nos dispositivos de armazenamento modernos. Cada dom\u00ednio codifica um bit de informa\u00e7\u00e3o, assumindo o valor l\u00f3gico \"0\" ou \"1\" dependendo da dire\u00e7\u00e3o do vetor de magnetiza\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

Durante muito tempo, os discos r\u00edgidos usaram o m\u00e9todo de Grava\u00e7\u00e3o Magn\u00e9tica Longitudinal (Longitudinal Magnetic Recording, LMR), no qual o vetor de magnetiza\u00e7\u00e3o dos dom\u00ednios ficava na superf\u00edcie do disco magn\u00e9tico. Apesar da relativa simplicidade de implementa\u00e7\u00e3o, essa tecnologia tinha um defeito significativo: para superar a coercividade (a transi\u00e7\u00e3o das part\u00edculas magn\u00e9ticas para um estado de dom\u00ednio \u00fanico), era necess\u00e1rio deixar uma consider\u00e1vel zona de buffer entre as trilhas (o chamado guard space). Em consequ\u00eancia disso, a densidade m\u00e1xima de grava\u00e7\u00e3o alcan\u00e7ada no final dessa tecnologia era de apenas 150 Gbit\/dm\u00b2.<\/p>\n

\"Tecnologias
\nEm 2010, a LMR foi praticamente totalmente substitu\u00edda pela Grava\u00e7\u00e3o Magn\u00e9tica Perpendicular (Perpendicular Magnetic Recording, PMR). A principal diferen\u00e7a dessa tecnologia em rela\u00e7\u00e3o \u00e0 grava\u00e7\u00e3o magn\u00e9tica longitudinal \u00e9 que o vetor de magnetiza\u00e7\u00e3o de cada dom\u00ednio est\u00e1 posicionado a um \u00e2ngulo de 90\u00b0 em rela\u00e7\u00e3o \u00e0 superf\u00edcie do disco magn\u00e9tico, o que permitiu uma redu\u00e7\u00e3o significativa do espa\u00e7o entre as trilhas. <\/p>\n

Gra\u00e7as a isso, a densidade de grava\u00e7\u00e3o de dados aumentou consideravelmente (at\u00e9 1 Tbit\/dm\u00b2 em dispositivos modernos), sem comprometer as caracter\u00edsticas de velocidade e a confiabilidade dos discos r\u00edgidos. Atualmente, a grava\u00e7\u00e3o magn\u00e9tica perpendicular \u00e9 predominante no mercado, raz\u00e3o pela qual tamb\u00e9m \u00e9 frequentemente chamada de CMR (Grava\u00e7\u00e3o Magn\u00e9tica Convencional \u2014 Conventional Magnetic Recording). Deve-se entender que n\u00e3o h\u00e1 diferen\u00e7a alguma entre PMR e CMR \u2014 \u00e9 apenas uma variante diferente do nome.<\/p>\n

\"Tecnologias
\nAo estudar as especifica\u00e7\u00f5es t\u00e9cnicas dos discos r\u00edgidos modernos, voc\u00ea pode tamb\u00e9m se deparar com a enigm\u00e1tica abreviatura TDMR. Em particular, essa tecnologia \u00e9 utilizada em unidades de classe corporativa Western Digital Ultrastar s\u00e9rie 500<\/a><\/noindex>. Do ponto de vista da f\u00edsica, TDMR (que significa Grava\u00e7\u00e3o Magn\u00e9tica Bidimensional \u2014 Two Dimensional Magnetic Recording) n\u00e3o \u00e9 diferente da conhecida PMR: como antes, tratamos de trilhas que n\u00e3o se cruzam, cujos dom\u00ednios est\u00e3o orientados perpendicularmente \u00e0 superf\u00edcie dos discos magn\u00e9ticos. A diferen\u00e7a entre as tecnologias reside na abordagem de leitura das informa\u00e7\u00f5es.<\/p>\n

No bloco de cabe\u00e7otes magn\u00e9ticos dos discos r\u00edgidos, desenvolvidos com a tecnologia TDMR, cada cabe\u00e7ote de grava\u00e7\u00e3o \u00e9 acompanhado por dois sensores de leitura, permitindo a leitura simult\u00e2nea de dados de cada trilha percorrida. Essa redund\u00e2ncia permite que o controlador do HDD filtre efetivamente os ru\u00eddos eletromagn\u00e9ticos, cuja presen\u00e7a \u00e9 causada pela interfer\u00eancia entre trilhas (Intertrack Interference, ITI).<\/p>\n

\"Tecnologias
\nA solu\u00e7\u00e3o para o problema do ITI oferece duas vantagens extremamente importantes:<\/p>\n

    \n
  1. a redu\u00e7\u00e3o do \u00edndice de interfer\u00eancia permite aumentar a densidade de grava\u00e7\u00e3o, reduzindo a dist\u00e2ncia entre as trilhas, resultando em um ganho de capacidade total de at\u00e9 10% em compara\u00e7\u00e3o com o PMR convencional;<\/li>\n
  2. junto com a tecnologia RVS e um microatuador de tr\u00eas posi\u00e7\u00f5es, o TDMR permite uma resist\u00eancia eficaz \u00e0 vibra\u00e7\u00e3o rotacional, causada pela opera\u00e7\u00e3o dos discos r\u00edgidos, ajudando a alcan\u00e7ar um n\u00edvel est\u00e1vel de desempenho mesmo nas condi\u00e7\u00f5es mais desafiadoras.<\/li>\n<\/ol>\n

    <\/p>\n

    O que \u00e9 SMR e como funciona?<\/h2>\n

    \nAs dimens\u00f5es do cabe\u00e7ote de grava\u00e7\u00e3o s\u00e3o aproximadamente 1,7 vezes maiores em compara\u00e7\u00e3o \u00e0s dimens\u00f5es do sensor de leitura. Essa diferen\u00e7a consider\u00e1vel pode ser facilmente explicada: se o m\u00f3dulo gravador fosse ainda mais miniaturizado, a for\u00e7a do campo magn\u00e9tico que poderia gerar n\u00e3o seria suficiente para magnetizar os dom\u00ednios da camada ferromagn\u00e9tica, e, portanto, os dados simplesmente n\u00e3o seriam armazenados. No caso do sensor de leitura, esse problema n\u00e3o ocorre. Al\u00e9m disso, sua miniaturiza\u00e7\u00e3o permite ainda reduzir o impacto mencionado acima do ITI no processo de leitura das informa\u00e7\u00f5es.<\/p>\n

    Esse fato fundamenta a grava\u00e7\u00e3o magn\u00e9tica em sobreposi\u00e7\u00e3o (Shingled Magnetic Recording, SMR). Vamos entender como isso funciona. Ao utilizar o tradicional PMR, o cabe\u00e7ote de grava\u00e7\u00e3o se desloca em rela\u00e7\u00e3o a cada trilha anterior a uma dist\u00e2ncia igual \u00e0 sua largura + a largura do espa\u00e7o de prote\u00e7\u00e3o (guard space).<\/p>\n

    \"Tecnologias
    \nNo m\u00e9todo de grava\u00e7\u00e3o magn\u00e9tica em telhas, a cabe\u00e7a de grava\u00e7\u00e3o se move para frente apenas parte da sua largura, portanto, cada trilha anterior \u00e9 parcialmente sobrescrita pela seguinte: as trilhas magn\u00e9ticas se sobrep\u00f5em como telhas de um telhado. Essa abordagem permite aumentar ainda mais a densidade de grava\u00e7\u00e3o, proporcionando um ganho de capacidade de at\u00e9 10%, sem afetar o processo de leitura. Como exemplo, podemos citar     Western Digital Ultrastar DC HC 650<\/a><\/noindex> \u2014 os primeiros discos r\u00edgidos de 3,5 polegadas do mundo com 20 TB de capacidade e interface SATA\/SAS, cuja exist\u00eancia foi possibilitada precisamente gra\u00e7as \u00e0 nova tecnologia de grava\u00e7\u00e3o magn\u00e9tica. Assim, a transi\u00e7\u00e3o para discos SMR permite aumentar a densidade de armazenamento de dados nos mesmos racks com m\u00ednimos custos de moderniza\u00e7\u00e3o da infraestrutura de TI.<\/p>\n

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    \nApesar de sua vantagem significativa, o SMR tamb\u00e9m tem uma desvantagem \u00f3bvia. Uma vez que as trilhas magn\u00e9ticas se sobrep\u00f5em, ao atualizar dados, ser\u00e1 necess\u00e1rio reescrever n\u00e3o apenas o fragmento requerido, mas tamb\u00e9m todas as trilhas subsequentes dentro do disco magn\u00e9tico, cuja capacidade pode exceder 2 terabytes, o que pode resultar em uma queda s\u00e9rio de desempenho.<\/p>\n

    Resolver esse problema \u00e9 facilitado pela combina\u00e7\u00e3o de um n\u00famero espec\u00edfico de trilhas em grupos distintos, chamados zonas. Embora essa abordagem de organiza\u00e7\u00e3o de armazenamento de dados reduza um pouco a capacidade total do HDD (uma vez que \u00e9 necess\u00e1rio manter intervalos suficientes entre as zonas para evitar a sobrescrita de trilhas de grupos vizinhos), isso acelera significativamente o processo de atualiza\u00e7\u00e3o de dados, pois agora apenas um n\u00famero limitado de trilhas est\u00e1 envolvido.<\/p>\n

    \"Tecnologias
    \nA grava\u00e7\u00e3o magn\u00e9tica em telhas prev\u00ea v\u00e1rias op\u00e7\u00f5es de implementa\u00e7\u00e3o:<\/p>\n