{"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\/sv\/blog\/administrirovanie\/tehnologii-magnitnoj-zapisi-hdd-prosto-o-slozhnom","title":{"rendered":"Teknologier f\u00f6r magnetisk lagring av HDD: enkelt om komplexiteter","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Teknologier
\nDen f\u00f6rsta h\u00e5rddisken i v\u00e4rlden, IBM RAMAC 305, som s\u00e5g dagens ljus 1956, rymde bara 5 MB data, v\u00e4gde 970 kg och var i storlek j\u00e4mf\u00f6rbar med en industriell kylare. Moderna f\u00f6retagsflaggskepp kan stoltsera med kapacitet p\u00e5 hela 20 TB. T\u00e4nk p\u00e5 detta: f\u00f6r 64 \u00e5r sedan, f\u00f6r att lagra s\u00e5 mycket information, skulle det ha kr\u00e4vts \u00f6ver 4 miljoner RAMAC 305, och storleken p\u00e5 datacentret som beh\u00f6vdes f\u00f6r att rymma dem skulle ha \u00f6verstigit 9 kvadratkilometer, medan det idag skulle r\u00e4cka med en liten l\u00e5da som v\u00e4ger omkring 700 gram! Mycket av den otroliga \u00f6kningen av lagringst\u00e4theten har uppn\u00e5tts genom f\u00f6rb\u00e4ttringar av magnetisk inspelning.<\/a><\/noindex>
\nDet \u00e4r sv\u00e5rt att tro, men i grunden har konstruktionen av h\u00e5rddiskar inte f\u00f6r\u00e4ndrats p\u00e5 n\u00e4stan 40 \u00e5r, sedan 1983: det var d\u00e5 den f\u00f6rsta 3,5-tums h\u00e5rddisken RO351, utvecklad av det skotska f\u00f6retaget Rodime, s\u00e5g dagens ljus. Denna lilla enhet hade tv\u00e5 magnetiska skivor p\u00e5 10 MB vardera, vilket innebar att den kunde lagra dubbelt s\u00e5 mycket data som den uppdaterade ST-412 p\u00e5 5,25 tum, som sl\u00e4pptes av Seagate samma \u00e5r f\u00f6r IBM 5160-personaldatorer.<\/p>\n

\"Teknologier
\nRodime RO351 \u2014 den f\u00f6rsta 3,5-tums h\u00e5rddisken i v\u00e4rlden<\/i><\/p>\n

Trots innovationen och den kompakta storleken var RO351 praktiskt taget obeh\u00f6vlig vid lanseringen, och alla senare f\u00f6rs\u00f6k av Rodime att etablera sig p\u00e5 h\u00e5rddiskmarknaden misslyckades, vilket tvingade f\u00f6retaget att avveckla sin verksamhet 1991, s\u00e4lja av n\u00e4stan alla sina tillg\u00e5ngar och minska sin personal till ett minimum. Men Rodime skulle inte bli konkursdrabbat: snart v\u00e4nde sig de st\u00f6rsta h\u00e5rddiskproducenterna till dem f\u00f6r att k\u00f6pa licens f\u00f6r att anv\u00e4nda den patenterade skotska formfaktorn. Idag \u00e4r 3,5 tum en allm\u00e4nt accepterad standard f\u00f6r produktion av b\u00e5de konsument-HDD och f\u00f6retagsklasslagringsenheter.<\/p>\n

Med framv\u00e4xten av neurala n\u00e4tverk, djupinl\u00e4rning och Internet of Things (IoT) har den m\u00e4ngd data som m\u00e4nskligheten skapar \u00f6kat explosivt. Enligt uppskattningar fr\u00e5n analysf\u00f6retaget IDC kommer m\u00e4ngden information som genereras b\u00e5de av m\u00e4nniskor och av de enheter som omger oss att n\u00e5 175 zettabyte (1 ZB = 10^21 byte) \u00e5r 2025, j\u00e4mf\u00f6rt med 45 ZB \u00e5r 2019, 16 ZB \u00e5r 2016 och endast 0,16 (!) ZB \u00e5r 2006, vilket var den totala m\u00e4ngden data som producerats genom hela v\u00e5r historia. Moderna teknologier, d\u00e4ribland avancerade metoder f\u00f6r dataskrivning, hj\u00e4lper till att hantera denna informationsexplosion.<\/p>\n

LMR, PMR, CMR och TDMR: vad \u00e4r skillnaden?<\/h2>\n

\nPrincipen f\u00f6r hur h\u00e5rddiskar fungerar \u00e4r ganska enkel. Tunna metallplattor, belagda med ett skikt av ferromagnetiskt material (ett kristallint \u00e4mne som kan beh\u00e5lla sin\u78c1\u6027 \u00e4ven utan p\u00e5verkan av ett yttre magnetf\u00e4lt vid temperaturer under Curietemperaturen) r\u00f6r sig i h\u00f6g hastighet (5400 varv per minut eller mer) i f\u00f6rh\u00e5llande till skrivhuvudblocken. N\u00e4r elektrisk str\u00f6m visas p\u00e5 skrivhuvudet uppst\u00e5r ett v\u00e4xlande magnetf\u00e4lt som \u00e4ndrar riktningen av magnetiseringsvektorn inom dom\u00e4ner (diskreta omr\u00e5den av material) i ferromagneten. Dataavl\u00e4sning sker antingen genom elektromagnetisk induktion (r\u00f6relsen av dom\u00e4ner i f\u00f6rh\u00e5llande till sensorn orsakar en v\u00e4xlande elektrisk str\u00f6m i sensorn) eller genom den gigantiska magnetoresistiva effekten (det elektriska motst\u00e5ndet i sensorn \u00e4ndras genom p\u00e5verkan av ett magnetf\u00e4lt), vilket \u00e4r hur moderna lagringsenheter fungerar. Varje dom\u00e4n kodar en bit information, som antar den logiska v\u00e4rdet \"0\" eller \"1\" beroende p\u00e5 magnetiseringsvektorns riktning.<\/p>\n

Under en l\u00e4ngre tid anv\u00e4nde h\u00e5rddiskar metoden f\u00f6r l\u00e4ngsg\u00e5ende magnetisk inspelning (Longitudinal Magnetic Recording, LMR), d\u00e4r riktningen f\u00f6r magnetiseringen av dom\u00e4nerna l\u00e5g i planet av den magnetiska plattan. Trots relativt enkel implementation hade denna teknik en betydande nackdel: f\u00f6r att \u00f6vervinna koercitiviteten (\u00f6verg\u00e5ngen av magnetiska partiklar till ett enskilt dom\u00e4nl\u00e4ge) var man tvungen att l\u00e4mna en omfattande buffertzon mellan sp\u00e5ren (det s\u00e5 kallade guard space). Som ett resultat var den maximala inspelningsdensitet som uppn\u00e5ddes i slutet av denna teknik endast 150 Gbit\/inch\u00b2.<\/p>\n

\"Teknologier
\n\u00c5r 2010 blev LMR praktiskt taget helt ersatt av PMR (Perpendicular Magnetic Recording \u2014 perpendikul\u00e4r magnetisk inspelning). Den huvudsakliga skillnaden mellan denna teknik och l\u00e4ngsg\u00e5ende magnetisk inspelning \u00e4r att riktningen f\u00f6r magnetismen i varje dom\u00e4n \u00e4r vinkelr\u00e4t mot ytan av den magnetiska plattan, vilket avsev\u00e4rt minskade avst\u00e5ndet mellan sp\u00e5ren. <\/p>\n

Tack vare detta har datainspelningens densitet lyckats \u00f6ka avsev\u00e4rt (upp till 1 Tbit\/inch\u00b2 i moderna enheter) utan att kompromissa med hastighetskarakteristikerna och tillf\u00f6rlitligheten hos h\u00e5rddiskarna. F\u00f6r n\u00e4rvarande \u00e4r perpendikul\u00e4r magnetisk inspelning dominerande p\u00e5 marknaden, vilket ocks\u00e5 inneb\u00e4r att den ofta kallas CMR (Conventional Magnetic Recording \u2014 konventionell magnetisk inspelning). Det \u00e4r dock viktigt att f\u00f6rst\u00e5 att det inte finns n\u00e5got egentligen n\u00e5gon skillnad mellan PMR och CMR \u2014 det \u00e4r helt enkelt ett annat namn.<\/p>\n

\"Teknologier
\nN\u00e4r du studerar de tekniska specifikationerna f\u00f6r moderna h\u00e5rddiskar kan du ocks\u00e5 st\u00f6ta p\u00e5 den mystiska akronymen TDMR. Specifikt anv\u00e4nds denna teknik av f\u00f6retagsklassade lagringsenheter Western Digital Ultrastar 500-serien<\/a><\/noindex>. Fr\u00e5n fysikens synvinkel skiljer sig TDMR (vad som st\u00e5r f\u00f6r Two Dimensional Magnetic Recording \u2014 tv\u00e5dimensionell magnetisk inspelning) inte p\u00e5 n\u00e5got s\u00e4tt fr\u00e5n den bekanta PMR: liksom tidigare har vi att g\u00f6ra med icke-\u00f6verlappande sp\u00e5r d\u00e4r dom\u00e4nerna \u00e4r orienterade vinkelr\u00e4tt mot ytan av de magnetiska plattorna. Skillnaden mellan teknologierna ligger i metoden f\u00f6r att l\u00e4sa information.<\/p>\n

I blocket av magnetiska huvuden i h\u00e5rddiskar, skapade med TDMR-teknik, finns det tv\u00e5 l\u00e4sande sensorer f\u00f6r varje skrivhuvud, som g\u00f6r det m\u00f6jligt att l\u00e4sa data fr\u00e5n varje sp\u00e5r samtidigt. Denna redundans ger h\u00e5rddiskens kontroller m\u00f6jlighet att effektivt filtrera bort elektromagnetiska st\u00f6rningar, som orsakas av inter-track interference (ITI).<\/p>\n

\"Teknologier
\nAtt l\u00f6sa problemet med ITI ger tv\u00e5 extremt viktiga f\u00f6rdelar:<\/p>\n

    \n
  1. minskad st\u00f6rningskoefficient som m\u00f6jligg\u00f6r \u00f6kad datat\u00e4thet genom att minska avst\u00e5ndet mellan sp\u00e5ren, vilket resulterar i en \u00f6kning av den totala kapaciteten med upp till 10% j\u00e4mf\u00f6rt med vanlig PMR;<\/li>\n
  2. i kombination med RVS-teknik och en tredelad mikroaktuator, g\u00f6r TDMR det m\u00f6jligt att effektivt motst\u00e5 rotationsvibrationer orsakade av h\u00e5rddiskens drift, vilket hj\u00e4lper till att uppr\u00e4tth\u00e5lla en stabil prestandaniv\u00e5 \u00e4ven under de mest utmanande driftsf\u00f6rh\u00e5llandena.<\/li>\n<\/ol>\n

    <\/p>\n

    Vad \u00e4r SMR och hur fungerar det?<\/h2>\n

    \nStorleken p\u00e5 skrivhuvudet \u00e4r ungef\u00e4r 1,7 g\u00e5nger st\u00f6rre j\u00e4mf\u00f6rt med storleken p\u00e5 l\u00e4ssensorn. Denna stora skillnad f\u00f6rklaras ganska enkelt: om skrivmodulen g\u00f6rs \u00e4nnu mer kompakt kommer den magnetiska kraften den kan generera inte att vara tillr\u00e4cklig f\u00f6r att magnetisera dom\u00e4nerna i det ferromagnetiska lagret, vilket inneb\u00e4r att data helt enkelt inte kommer att sparas. I fallet med l\u00e4ssensorn finns det inget s\u00e5dant problem. Dessutom m\u00f6jligg\u00f6r dess miniatyrisering ytterligare minskning av p\u00e5verkan fr\u00e5n den ovan n\u00e4mnda ITI p\u00e5 l\u00e4sprocessen.<\/p>\n

    Denna verklighet ligger till grund f\u00f6r Shingled Magnetic Recording (SMR). L\u00e5t oss f\u00f6rst\u00e5 hur det fungerar. Vid anv\u00e4ndning av traditionell PMR flyttas skrivhuvudet relativt varje tidigare sp\u00e5r en str\u00e4cka som \u00e4r lika med dess bredd + bredden p\u00e5 det skyddande utrymmet (guard space).<\/p>\n

    \"Teknologier
    \nVid anv\u00e4ndning av takpanne-metoden f\u00f6r magnetisk lagring flyttar skrivhuvudet sig fram\u00e5t endast en del av sin bredd, vilket g\u00f6r att varje f\u00f6reg\u00e5ende sp\u00e5r delvis \u00f6verskrivs av f\u00f6ljande: de magnetiska sp\u00e5ren \u00f6verlappar varandra som takpannor. Denna metod m\u00f6jligg\u00f6r en \u00f6kad lagringsdensitet, vilket ger en kapacitets\u00f6kning p\u00e5 upp till 10%, utan att det p\u00e5verkar l\u00e4sningsprocessen. Ett exempel kan vara     Western Digital Ultrastar DC HC 650<\/a><\/noindex> \u2014 de f\u00f6rsta 3.5-tums lagringsenheterna i v\u00e4rlden med en kapacitet p\u00e5 20 TB med SATA\/SAS-gr\u00e4nssnitt, vars framv\u00e4xt blev m\u00f6jlig genom den nya magnetiska lagringsteknologin. \u00d6verg\u00e5ngen till SMR-skivor m\u00f6jligg\u00f6r d\u00e4rf\u00f6r en \u00f6kning av datalagringst\u00e4theten i samma hyllor med minimala kostnader f\u00f6r att uppgradera IT-infrastrukturen.<\/p>\n

    \"Teknologier
    \nTrots en s\u00e5 betydande f\u00f6rdel har SMR ocks\u00e5 en uppenbar nackdel. Eftersom de magnetiska sp\u00e5ren \u00f6verlappar varandra kr\u00e4vs det vid uppdatering av data att man skriver om inte bara den aktuella delen utan ocks\u00e5 alla efterf\u00f6ljande sp\u00e5r inom den magnetiska skivan, vars kapacitet kan \u00f6verstiga 2 terabyte, vilket kan leda till en allvarlig nedg\u00e5ng i prestanda.<\/p>\n

    Att l\u00f6sa detta problem hj\u00e4lper till att kombinera ett visst antal sp\u00e5r i avgr\u00e4nsade grupper som kallas zoner. \u00c4ven om denna metod f\u00f6r att organisera datalagring n\u00e5got minskar den totala kapaciteten f\u00f6r HDD (eftersom det m\u00e5ste finnas tillr\u00e4ckliga mellanrum mellan zonerna f\u00f6r att f\u00f6rhindra \u00f6verskrivning av sp\u00e5r fr\u00e5n angr\u00e4nsande grupper), m\u00f6jligg\u00f6r det en betydande \u00f6kning av hastigheten i datauppdateringsprocessen, eftersom endast ett begr\u00e4nsat antal sp\u00e5r nu \u00e4r involverade.<\/p>\n

    \"Teknologier
    \nTakpanne-magnetisk lagring f\u00f6ruts\u00e4tter flera implementeringsalternativ:<\/p>\n