SMR 기술은 자기 기록의 새로운 지평을 엽니다. 타일식 자기 녹음(SMR)

현대의 가정용 컴퓨터에는 기계식 HDD가 경쟁할 수 없는 속도의 고속 SSD(Solid State Drive)와 비교할 수 없을 정도로 저렴한 가격의 기존 HDD가 모두 장착되어 있습니다.

일종의 전문화가 이루어졌습니다. 비싸고 빠른 SSD는 프로그램을 실행하는 데 사용되며 용량이 크고 느린 HDD는 데이터를 저장하는 데 사용됩니다. 따라서 기계식 디스크의 최전선은 데이터 압축으로 인한 용량 증가입니다.

밀도를 추구하기 위해 Seagate는 2007년 수직 자기 방식 레코딩 기술을 제안했습니다. 당시 이에 대한 비판이 많았다. 그러나 이제 이러한 데이터 구성 방식이 표준이 되었으며 이것이 없으면 대용량 디스크를 생성할 수 없습니다.

이제 Seagate는 타일식 녹음이라는 새로운 기술을 제안했습니다.

기본 작동 원리

"슁글드 녹음"이라는 용어는 영어 단어인 슁글드 마그네틱 녹음(SMR)에서 유래했습니다. 이 기술은 데이터를 압축하여 드라이브 용량이 1/4이 되도록 합니다. 기존 디스크 표면 레이아웃 구성표에서 모든 데이터는 표면을 따라 차례로 실행되는 트랙에 기록됩니다.

SMR을 사용하는 경우 트랙도 서로 위에 정렬됩니다. 데이터 배치에서 그러한 종류의 부분적으로 3 차원이 나타납니다.

경로는 지붕의 타일처럼 부분적으로만 서로 겹칩니다. 따라서 이러한 녹음은 본격적인 입체 스타일링이라고 할 수 없습니다. 순차 기록은 서로 겹쳐진 트랙에 데이터를 순차적으로 기록합니다.

이 경우 디스크 레이아웃은 크게 변경되지 않으며 표준 자기 헤드를 사용할 수 있습니다. 이 모든 것이 하드 드라이브의 가격을 낮게 유지하는 데 도움이 됩니다.

SMR의 단점

SMR 기술의 병목 현상은 재작성 절차 자체입니다. 트랙 중 하나를 다시 쓸 때 겹치는 모든 인접 트랙을 다시 써야 합니다. 그리고 이것은 차례로 녹음 시간을 크게 증가시킵니다.

타일링된 시리즈에서 트랙이 낮을수록 덮어써야 하는 트랙이 더 많아집니다. 논리 볼륨의 조각 모음을 아무리 잘 해도 쓰기 속도가 크게 떨어질 수 있습니다.

추가로 다시 쓸 수 있는 트랙의 수를 줄이기 위해 테이프라고 하는 구조로 그룹화됩니다. 겹치는 트랙은 동일한 테이프 내에서만 발생합니다. 따라서 갑자기 데이터가 가장 낮은 "타일"에 있는 경우 다시 쓰기 가능한 트랙의 수를 예측할 수 있고 최소 다시 쓰기 속도가 미리 결정됩니다.

테이프로의 파티션은 장치의 목적에 따라 각 특정 디스크 모델에 대해 개별적으로 수행됩니다. 데이터를 자주 덮어쓰지 않을 것으로 예상되는 장치에는 더 긴 테이프가 사용됩니다. 아카이브 드라이브 또는 데이터 읽기용 장치로 사용됩니다.

테이프 길이를 줄이면 드라이브 크기가 늘어나 손실이 발생하지만 HDD에 있는 데이터에 대한 액세스 속도는 빨라집니다.

예산 부문의 실제 적용

자기 HDD에 데이터를 기록하는 생존 기술에서 제조업체는 여전히 어떻게 든 용량을 늘리려고 노력하고 있습니다. 그럼에도 불구하고 기계식 HDD를 쓰기에는 너무 이릅니다. 1GB 메모리 비용은 솔리드 스테이트 드라이브 비용보다 훨씬 낮습니다.

저장 공간과 가격 인하를 위한 싸움에서 Seagate는 2014년에 비교적 저렴하고 용량이 큰 드라이브 모델인 ST8000AS002를 출시했습니다.

디스크의 크기는 8TB로 홈 미디어 라이브러리로 유용할 수 있습니다. 동시에 가격은 같은 크기의 다른 모델의 절반(동일한 볼륨의 SSD보다 10배 저렴)입니다.

이 HDD는 데이터 저장을 위해 특별히 설계되었습니다. 처음에 기록되면 다른 디스크에 비해 크게 떨어지지 않는 속도로 데이터가 기록됩니다. 그리고 읽기는 상당히 수용 가능한 속도로 수행됩니다.

이 모델은 사용자들 사이에서 논란의 여지가 있는 태도를 일으켰으며 지금까지 한 가지 분명한 사실은 기술이 지나치지 않았고 그 자체로 관심이 있다는 것입니다.

요약

SMR 기술은 여전히 개선되고 있습니다. 여기에 명시된 원칙은 크기와 속도 모두에서 최적화된 다양한 디스크 변형을 구축할 수 있는 여지를 제공합니다. 그리고 디스크 챔버를 헬륨으로 채우는 것과 같은 기술과 결합하면 전체 생산성을 높일 수 있습니다.

가격은 다른 HDD에 비해 1000~2000r 정도 저렴합니다. 상점과 거주 지역에 따라 다릅니다.

Seagate는 작년 말에 하드 드라이브가 향후 20년 동안 계속 발전할 것이며 그 동안 관련 저장 매체로 남을 것이라고 말했습니다. 성명서는 회사가 앞으로 수년 동안 하드 드라이브의 용량과 성능을 향상시킬 여러 기술을 개발하고 있음을 분명히 암시합니다. 그 후 Seagate는 "타일형" 자기 기록 기능이 있는 최초의 HDD를 발표한 후 헬륨 충전 하드 드라이브를 위한 첫 번째 플랫폼과 10TB 용량의 여러 모델을 발표했습니다. 또한, 향후 몇 년 동안 2차원 자기 기록(2차원 자기 기록, TDMR) 및 열 자기 기록(열 보조 자기 기록, HAMR) 기술을 기반으로 하는 하드 드라이브가 있다는 것은 비밀이 아닙니다.

얼마 전에 Seagate의 수석 부사장이자 연구 개발을 담당하는 CTO인 Mark Re는 Seagate의 향후 계획에 대해 논의하기 위해 AnandTech와 인터뷰하기로 동의했습니다. 대화의 녹취록을 공개합니다.

⇡#진화는 계속되고 새로운 도전이 생긴다

솔리드 스테이트 데이터 드라이브는 매년 빠르게 발전하고 성능이 향상되고 있지만 기가바이트당 비용 측면에서는 가까운 장래에하드 드라이브와 경쟁할 수 없습니다. 이러한 경제 모델을 고려할 때 HDD는 계속해서 진화하여 스토리지 용량과 성능을 향상시켜야 합니다.

오늘날 HDD 제조업체의 과제

하드 드라이브의 진화에는 항상 재료(플래터), 역학(모터, 헤드용 모터, 내부 구조 등), 읽기 및 쓰기 헤드, 컨트롤러 및 펌웨어와 같은 여러 매개변수의 개발이 포함됩니다. 하드 드라이브의 성능 및 용량 성장에 영향을 미치는 핵심 요소는 수년 동안 변하지 않았습니다. 우리는 최소한의 정보를 저장하기위한 셀의 크기, 트랙 (트랙)의 너비, 스핀들의 회전 속도에 대해 이야기하고 있습니다. 이러한 구성 요소의 개발은 필연적으로 HDD 내부 및 외부의 전자 장치, 데이터 전송 인터페이스 및 기타 하드웨어의 개선으로 이어집니다.

가까운 미래에 사용될 HDD 기록 밀도 기술

미래의 하드 드라이브의 발전은 주로 플레이트, 새 헤드의 기록 밀도 증가와 컨트롤러의 컴퓨팅 기능에 기반을 두고 있습니다. 또한 향후 몇 년 동안 핵심적인 역할을 할 후자의 매개변수입니다. 그러나 정확히 무엇을 그리고 언제 예상해야 합니까? 실은 이씨와의 대화 내용은 이러하다.

⇡#Seagate는 SMR 플레이트의 사용을 확대할 계획입니다.

오늘날 대다수의 하드 드라이브는 수직 자기 기록(PMR) 기술을 기반으로 합니다. PMR의 기능은 기록 밀도와 성능 면에서 오늘날의 애플리케이션에 매우 충분합니다. 몇 년 전 하드 드라이브 제조업체는 PMR 기술이 1Tbps(제곱인치당 테라비트) 이상의 데이터를 기록할 수 없다고 믿었습니다. 그러나 지난 몇 년 동안 약간의 진전이 있었고 기술은 여전히 발전하는 것처럼 보입니다. 그러나 기록 밀도가 더 심각하게 증가하려면 Seagate Technology Corporation이 몇 년 전 특수 드라이브에 사용하기 시작한 SMR(Singled Magnetic Recording) 기술이 필요합니다.

타일식 자기 녹음: 기본 원리

SMR 기술은 기록 밀도를 1Tbps 이상으로 높일 수 있지만 해결해야 할 많은 문제가 있습니다. 따라서 타일식 녹음을 사용하는 하드 디스크는 이전에 녹음된 자기 트랙의 일부를 "중첩"하는 새 트랙을 녹음합니다. "겹치는" 트랙은 SMR 디스크 아키텍처에 새 데이터를 기록한 다음 인접 트랙을 덮어써야 하기 때문에 기록 속도가 느려집니다. 덮어쓰기를 최소화하기 위해 SMR 기반 하드 디스크 컨트롤러는 "바둑판식" 트랙을 그룹(소위 밴드)으로 정렬합니다. 이렇게 하면 쓰기 작업 후에 다시 써야 하는 트랙 수를 최적화하므로 일반적인 시나리오에서 SMR 드라이브의 예측 가능한 성능을 보장할 수 있습니다.

트랙을 테이프로 그룹화하는 것이 타일식 자기 녹음의 기능을 숨기는 유일한 방법은 아닙니다. 실제로 모든 SMR 플래터 기반 하드 드라이브에는 쓰기 속도가 비교적 빠른 PMR 기록 기술을 사용하는 영역이 있습니다. 이 영역은 필요한 경우 빠른 데이터 기록 및 기타 여러 작업에 사용됩니다. 결과적으로 PMR 영역의 정보는 사용자 또는 운영 체제(SSD 가비지 수집 작업과 유사)의 작업 없이 자동으로 SMR 영역으로 이동됩니다. Seagate는 SMR 레인 또는 PMR 영역 용량의 실제 구성을 공개하지 않지만 이러한 구성은 특정 하드 드라이브 모델이 사용되는 애플리케이션 유형에 따라 다릅니다(즉, 소비자 HDD와 콜드 스토리지 드라이브의 경우 유사한 특성이 다름). ).

최적의 성능을 더욱 보장하기 위해 SMR 기반 하드 드라이브는 대용량 DRAM 및/또는 NAND 플래시 기반 캐시도 사용합니다. 예를 들어, 올해 초 발표된 2TB Seagate Mobile 2.5인치 하드 드라이브는 128MB DRAM과 지정되지 않은 양의 단일 비트 셀(SLC) NAND 플래시를 특징으로 합니다. SLC NAND 버퍼는 쓰기 속도가 상당히 높기 때문에 소량의 데이터로 작업하는 경우 위의 드라이브가 매우 빠른 쓰기 속도를 자랑합니다. NAND의 양이 그리 많지 않기 때문에(위의 모델의 경우 1기가바이트 미만) 대용량 파일을 쓰는 경우에는 전혀 도움이 되지 않습니다. 그러나 국내 수요의 경우 이러한 아키텍처는 매우 유용해야 합니다.

Seagate가 자랑스러워하는 것 중 하나는 SMR 플래터를 기반으로 하드 드라이브의 쓰기 성능을 최적화하기 위한 반복적인 접근 방식입니다. Seagate Archive 8TB 및 Seagate Mobile 2TB에 대해 발표된 성능 수치가 인상적이지 않다고 주장할 수 있습니다. 그러나 PMR 영역, NAND 및 DRAM을 포함하는 Seagate Mobile 2TB의 3단계 캐싱 구현을 빼놓을 수 없습니다. 이는 HDD의 다소 높은 복잡성을 보여줍니다. 분명히 SMR 기반 클라이언트 드라이브의 아키텍처는 버퍼를 관리하고, PMR 영역에서 SMR 영역으로 데이터를 전송하고, 기타 작업을 수행하는 고성능 컨트롤러가 필요하며, 이 모두는 다양한 작업 부하에서 예상되는 성능을 보장합니다. 우리는 의사 SLC 기반 버퍼를 사용하여 빠른 쓰기를 가능하게 하는 TLC NAND 기반 SSD와 유사한 것을 이미 보았습니다. Seagate의 계획에 따라 SMR 기반 하드 드라이브(타사 응용 프로그램, 운영 체제 및/또는 하드웨어의 참여 없이 작업을 완전히 관리하는 소위 장치 관리 드라이브를 의미함)의 아키텍처를 확장하여 더욱 확장할 수 있습니다. 성능.

가까운 미래에 Seagate는 타일 마그네틱 플래터의 사용을 확대할 계획입니다. Seagate는 곧 감시 애플리케이션을 위한 SMR 기반 하드 드라이브를 도입할 예정입니다(즉, 다수의 감시 카메라에서 스트리밍 녹화에 최적화됨 - 최소 32-64개). 클라이언트 장치를 위한 추가 "타일형" 하드 드라이브가 뒤따를 것입니다. SMR 기술이 고성능 애플리케이션에 사용될 것이라는 확신은 없습니다. 첫째, PMR이 계속 진화하기 때문입니다. 둘째, 새로운 기술의 불가피한 출현으로 인해 아래에서 논의할 것입니다. 그러나 우리는 고성능을 보장하기 위해 SMR과 PMR을 모두 사용하는 일종의 하이브리드 드라이브를 아주 잘 볼 수 있었습니다. 어떤 경우에도 Seagate는 SMR이 거의 사용되지 않는 "콜드" 데이터를 저장하는 데만 사용할 수 있다고 생각하지 않습니다.

⇡#Helium은 고용량 HDD 전용으로 유지됩니다.

일반적으로 기업은 고급 제품(매니아 또는 엔터프라이즈)에 신기술을 먼저 도입한 다음 클라이언트 PC 또는 특수 장치와 같은 다른 모든 제품군에 적용하는 경향이 있습니다. 시간이 지나면서 한때 고가의 "극단적인" 장치의 배타적 기능이었던 것이 대량 제품의 필수적인 부분이 되었습니다. 어느 정도, 우리는 헬륨으로 채워진 하드 드라이브의 경우 이것을 보게 될 것입니다. 그러나 모든 것이 그렇게 간단하지는 않습니다.

헬륨 충전 HDD의 주요 장점. HGST 슬라이드

헬륨의 밀도는 공기의 밀도보다 7배 낮기 때문에 하드 드라이브 내부의 마그네틱 플레이트에 작용하는 마찰력이 감소하고 헤드 및 플래터의 위치 지정 정확도에 영향을 미치는 가스 흐름의 힘도 감소합니다. 하드 드라이브를 헬륨으로 채우면 최대 7개의 플래터를 설치할 수 있고 스핀들 모터의 전력을 줄이고 헤드 위치 정확도를 높이고 소음과 발열을 줄일 수 있습니다. 이러한 모든 이점은 오늘날의 데이터 센터에 필수적입니다. HGST는 2013년 세계 최초의 상용 헬륨 하드 드라이브를 출시했으며 Seagate는 올 봄부터 10TB 헬륨 드라이브를 판매하기 시작했습니다.

씨게이트는 지난해 11월 2000년대 초반부터 헬륨 실험을 시작해 지난해 말 12년의 경험을 쌓았다고 밝혔다. Mark Rea는 Seagate가 헬륨에 대해 매우 잘 알고 있으며 밀봉된 HDD 플랫폼이 매우 신뢰할 수 있음을 재확인했습니다. 그러나 후자의 상용화는 초기 단계이다. 따라서 현재 Seagate에는 마케팅 이름조차 없습니다(Western Digital은 플랫폼을 HelioSeal이라고 함).

하드 드라이브를 헬륨으로 채우면 헤드의 위치를 보다 정확하게 지정하는 데 도움이 되지만(트랙 너비와 셀 크기가 줄어들면 중요) Seagate는 회사가 순전히 기계적인 솔루션을 사용하여 하드 드라이브 내부의 가스 흐름을 줄이며 앞으로 이를 더욱 개선할 계획이라고 밝혔습니다. . 따라서 헬륨 사용은 쓰기 밀도와 읽기 속도를 높이기 위해 HAMR, TDMR 및 기타 기술을 사용하는 차세대 하드 드라이브에 필수 사항이 아닙니다.

Seagate는 하드 드라이브 용량 최대화(서버 랙 및 데이터 센터 용량 자동 증가)와 전력 소비 최소화가 우선 데이터 센터에 필수적이라고 믿습니다(이것이 바로 이 시장 부문에서 7개의 플래터와 저전력 모터가 의미가 있는 이유입니다). 그러나 가스 흐름력의 감소는 다양한 방법으로 달성할 수 있으므로 최대 용량의 제품을 생성하도록 설계되지 않은 HDD 플랫폼에는 헬륨을 사용할 필요가 없을 수 있습니다.

Seagate가 밀폐형 HDD에 대해 그다지 열광하지 않는 것처럼 보일 수도 있지만 대기업은 항상 모든 범위의 기술과 플랫폼을 개발하고 때가 되면 이를 사용한다는 점을 기억해야 합니다. 따라서 Seagate가 현재 상대적으로 저렴한 클라이언트 HDD에 헬륨을 사용하지 않을 것이라고 해서 회사가 미래에 그러한 장치를 도입할 수 없다는 의미는 아닙니다. 보다 최근에 회사는 주력 10테라바이트 모델인 BarraCuda, IronWolf 및 SkyHawk가 헬륨으로 채워진 Data Guardians 시리즈를 발표했습니다. 물론 우리는 올해 초에 소개된 서버 플랫폼을 재사용하는 것에 대해 이야기하고 있지만 회사가 데이터 센터 드라이브 부문 외부에서 헬륨을 사용할 준비가 된 것은 꽤 분명합니다.

Seagate의 경쟁업체인 Western Digital Corporation은 다양한 애플리케이션에 HelioSeal 기술을 광범위하게 사용합니다. 그래서 올해 봄에 이 회사는 NAS 및 비디오 감시 시스템을 위한 WD Red, WD Red Pro 및 WD Purple 헬륨 충전 하드 드라이브를 출시했습니다. 이 외에도 그녀는 헬륨으로 채워져 있지만 스핀들 속도가 5400rpm에 불과한 외장 하드 드라이브 My Book 8TB를 발표했습니다. 이것은 HelioSeal 기술이 점점 더 저렴해지고 있음을 시사합니다.

Seagate가 현재 헬륨 충전 HDD에 대한 향후 계획을 공개하지 않고 있지만 Mark Rea는 그러한 계획이 있음을 분명히 했습니다.

⇡#2017년 출시 예정인 TDMR 하드 드라이브

2차원 자기 기록(TDMR)은 하드 드라이브의 기록 밀도와 성능을 높이는 데 도움이 되는 또 다른 기술입니다. Seagate는 TDMR이 기록 밀도를 5-10%까지 높이는 데 도움이 될 것이라고 믿습니다(그러나 기술의 본질은 기록 밀도의 즉각적인 증가보다 훨씬 더 중요합니다. 이에 대해서는 아래에서 더 자세히 설명합니다). 상업용 하드 드라이브에 TDMR을 사용할 계획이 지난 9월에 발표되었으며 Mark Rea는 Seagate가 이를 구현하기 위한 궤도에 올랐다고 확인했습니다. 2D 자기 기록 기술을 사용하는 최초의 HDD는 빠르면 2017년에 시장에 출시될 것입니다.

2D 자기 기록의 주요 이점

TDMR은 하드 드라이브 제조업체가 트랙을 더 좁게 만들고 셀을 더 작게 만들어 HDD 플래터의 밀도를 높일 수 있도록 할 것을 약속합니다. 새로운 기술을 통해 라이터 헤드(라이터)의 크기를 최소화할 수 있지만 이 경우 읽기가 어려운 작업이 됩니다. 마그네틱 플레이트의 트랙 밀도가 크게 증가하면 리더 헤드(리더)가 트랙보다 넓어지고 인접 트랙의 간섭으로 인해 각 트랙의 데이터를 "읽기"가 더 어려워집니다. (트랙간 간섭, ITI), 신호 인식을 방해합니다. ITI 효과를 방지하기 위해 TDMR 기술에는 하나 이상의 트랙에서 동시에 데이터를 읽는 판독기 어레이의 사용이 포함됩니다(이 방법은 여러 과학 출판물에 설명되어 있음). 두 개의 판독기가 동일한 트랙의 데이터를 읽으면 HDD 컨트롤러가 다른 트랙의 잡음비(신호 대 잡음비)를 줄이고 데이터를 올바르게 읽을 수 있습니다. 물론 이를 위해서는 컨트롤러의 높은 처리 능력과 오류 제어가 필요합니다(하드 드라이브 컨트롤러의 경우 LDPC 방식을 볼 수 있음). 물론 이론적으로 단일 판독기 헤드는 읽기 작업 중에 필요한 섹터를 두 번 이상 "통과"할 수 있으며 그 결과 컨트롤러는 필요한 양의 데이터를 수신합니다. 그러나 이러한 알고리즘은 필연적으로 지연을 증가시키고 많은 양의 온보드 메모리를 필요로 하며 컴퓨팅 성능을 증가시킵니다. 또한 전체 성능이 저하될 수 있습니다.

HDD 헤드의 판독기 수 증가는 HAMR(열 보조 자기 기록) 시대에 더욱 중요해질 것입니다. 웨이퍼 표면을 가열하면 트랙 폭과 셀 크기가 줄어들어 기록 밀도와 ITI가 증가하게 됩니다. 따라서 직접 HAMR 기술은 기록 밀도를 높이고 TDMR은 ITI 간섭 문제를 해결할 수 있는 기회를 제공합니다.

또한 Mark Rea는 적절한 프로그래밍을 통해 동일한 헤드에 여러 판독기가 있는 하드 드라이브의 성능이 향상될 것이라고 말했습니다. 우리는 독자가 인접한 트랙의 데이터를 동시에 읽을 수 있다는 사실에 대해 이야기하고 있으며, 이는 많은 양의 데이터에 대한 읽기 속도를 증가시킬 것입니다. 이것은 분명히 새로운 하드 드라이브를 SSD만큼 빠르게 만들지는 못하지만 Seagate 고객이 스토리지 시스템의 성능을 높이는 데 도움이 될 것입니다. 현재 회사는 상업용 HDD의 성능을 높이기 위해 다중 판독기를 사용하는 계획에 대해 이야기하지 않고 있습니다. 왜냐하면 그러한 장치는 내일 나타나지 않을 것이기 때문입니다. 그러나 그러한 가능성을 고려하고 있습니다.

Mark Rea는 TDMR을 통해 HDD 제조업체가 기록 밀도를 약 10% 증가시킬 수 있음을 확인했으며 이는 기존 PMR 유형 플래터에 비해 상당히 중요한 수치입니다. 그러나 추가 저장 용량은 최소한 하드 드라이브 컨트롤러의 처리 능력 측면에서 "무료"가 아닙니다. 헤드에 있는 판독기 어레이는 컨트롤러의 대역폭 요구 사항과 처리해야 하는 정보의 양을 늘립니다. 결과적으로 전체 TDMR 플랫폼은 매우 고가가 됩니다. 많은 수의 판독기, 새 플래터, 새 모터 및 새 컨트롤러를 사용합니다. 이것이 Seagate가 2017년 초에 주로 서버 드라이브용으로 이러한 플랫폼을 사용할 계획인 이유입니다. Seagate는 이러한 하드 드라이브가 TDMR과 헬륨을 모두 사용할 것인지 여부를 확인하지 않았지만 Mark Rea는 사실상 모든 기술을 단일 HDD 플랫폼 내에서 함께 사용하여 다양한 응용 프로그램에 대한 관련 솔루션을 만들 수 있다고 말했습니다. 그러나 우리는 계획에 대해 이야기하고 있으며 종종 변경된다는 것을 기억하십시오.

⇡#차세대 10K 및 15K 하드 드라이브 출시 예정

오늘날 고속 하드 드라이브는 가장 빠른 저장 장치가 아닙니다. 그러나 그들은 지속적으로 작동하는 서버에 사용되며 특수 소프트웨어의 사용과 프로세스의 극도의 복잡성으로 인해 교체가 매우 드뭅니다. 이러한 시스템의 성능 향상은 중요한 구성 요소입니다. 이것이 Seagate Corporation이 분당 10,000 및 15,000 회전(분당 10,000 및 15,000 회전, RPM)의 스핀들 속도를 가진 차세대 하드 드라이브를 준비하는 이유입니다.

Dell PowerEdge 서버. Dell 사진

지속적으로 실행되는 많은 서버(미션 크리티컬, MC)는 스핀들 속도가 높은 하드 드라이브에 계속 의존할 것입니다. 이러한 HDD는 SAS(Serial Attached SCSI) 인터페이스를 사용하여 이러한 시스템에 대한 모든 이점을 제공합니다. 이러한 드라이브는 성능면에서 놀랍지 않지만 모든 곳에서 사용됩니다. 조만간 서비스가 중단되지 않을 것이며 이는 HDD 제조업체에 좋은 신호입니다. 그러나 초고속 10K 및 15K 하드 드라이브에 대한 시장(총 가용 시장, TAM)은 정확히 SSD 때문에 최근 몇 년 동안 축소되었습니다. 하지만 그렇다고 해서 고속 하드 드라이브가 더 이상 개발되지 않는 것은 아닙니다. 모든 곳에 -실제로 Seagate는 이러한 장치의 또 다른 세대를 준비하고 있습니다.

10K RPM Seagate 엔터프라이즈 성능 하드 드라이브

차세대 Seagate Enterprise Performance 10K 하드 드라이브는 10,000rpm의 스핀들 속도뿐 아니라 헤드당 여러 리더를 제공합니다. 매우 높은 기록 밀도(2.5인치 하드 드라이브는 더 작은 플래터를 사용할 수 있으므로 1Tbps2 이상을 처리할 수 있음)로 인해 두 헤드 모두 동일한 트랙을 읽으므로 ITI를 제거하여 10K 드라이브의 예상 성능을 보장합니다. 10K 하드 드라이브의 경우 중요한 데이터 저장 장치를 다루고 있다는 점을 고려할 때 이미 친숙한 PMR 또는 SMR 플래터를 기반으로 할 것으로 예상해야 합니다. 그러나 다중 판독기 헤드는 결국 HAMR 기반 HDD에 나타날 수 있습니다.

Seagate Cheetah 15,000rpm 하드 드라이브

분당 15,000회전의 스핀들 속도를 가진 하드 드라이브의 경우 Seagate는 다소 겸손하고 은밀하게 행동합니다. 회사는 다른 세대의 15K HDD에 대해 작업 중임을 확인했지만 세부 정보를 공개하는 것은 꺼려합니다. 데이터 센터에서 많은 수의 15K SAS 하드 드라이브를 사용하는 회사가 많기 때문에 이러한 드라이브의 다른 세대가 유용할 것이라는 점을 기억해야 합니다. 동시에 SNIA는 SAS 인터페이스를 개발하고 2020년 및 그 이후까지 데이터 전송 속도를 24Gb/s로 증가시키려는 야심찬 장기 계획을 가지고 있습니다. 따라서 Seagate는 이 시장 부문에 SSD와 HDD를 모두 제공하는 것이 중요합니다. 최근 몇 년 동안 15K HDD의 판매가 감소했으며 이러한 장치의 차세대가 마지막일 수 있다는 점을 기억해야 합니다. 따라서 Seagate가 논의하고 싶지 않은 특정 기능 및 기술 세트를 제공해야 합니다. 경쟁 때문이 아니라 회사가 고객과 협력하여 실제로 필요한 기능을 새 HDD에 포함하기 때문일 수 있습니다.

그러나 새로운 데이터 센터 플랫폼이 등장함에 따라 10K/15K 하드 드라이브의 필요성은 불가피하게 줄어들 것입니다. 예를 들어 데이터 센터 및 연속 서버용으로 Intel에서 제조한 모든 새로운 SSD는 PCIe 인터페이스 및 NVMe 프로토콜용으로 설계되었습니다. 고급형 NVMe SSD(Seagate Nytro 가속기 제품군)의 최대 제조업체 중 하나인 Seagate는 시장 동향을 따를 것입니다. 또한 회사의 최근 SSD 시연(예: 60GB SSD 및 10GB/s SSD)은 Seagate가 SSD에 대한 이해와 개발을 이해하고 있음을 확인시켜줍니다.

⇡#HAMR: 2Tbps 이상

위에서 언급했듯이 SMR 및 TDMR 기술은 오늘날의 기록 밀도에 비해 하드 디스크 플래터의 기록 밀도를 10-20% 높일 수 있습니다. Seagate는 SMR 기술을 다양한 하드 드라이브 유형에 가장 적합하게 만들기 위해 많은 노력을 기울였으며 앞으로 TDMR의 결실을 보게 될 것입니다. 그러나 SMR 및 TDMR의 물리적 한계와 헬륨 충전 HDD의 상대적으로 높은 비용을 감안할 때 저장 용량을 크게 늘리기 위해서는 새로운 자기 기록 기술이 필요합니다. 마지막으로(이 특정 섹션을 기다려 왔다는 것을 알고 있습니다.), 이제 열자기 기록 기술인 HAMR에 대해 이야기할 시간입니다.

HAMR 기술의 주요 이점

Seagate는 HAMR 기반 하드 드라이브의 프로토타입이 20mW 810nm 레이저를 사용하여 플래터를 국부적으로 450°C로 가열하는 헤드를 사용한다고 말합니다. 현재 HAMR 기반 하드 드라이브는 약 2Tbps의 기록 밀도를 가지며, 이는 오늘날의 PMR 또는 SMR 플래터 기반 하드 드라이브보다 훨씬 높습니다. 이는 잠재적으로 Seagate가 HAMR 기술을 사용하여 하드 드라이브 용량을 두 배로 늘릴 수 있음을 의미합니다. 사실 모든 것이 그렇게 간단하지는 않습니다.

열복사를 전송하여 데이터 캐리어를 가열하는 장치를 NFT(근거리장 광학 변환기)라고 합니다. NFT는 레이저에 노출되면 열에너지를 플레이트에 전달하여 세포를 확장하고 기록을 가능하게 합니다. 하드 디스크 제조업체는 우수한 광학 특성으로 인해 NFT의 기본 재료로 금을 사용합니다. 반면, 금은 기계적 강도가 상대적으로 낮고 이러한 NFT는 고온에 장기간 노출되면 변형될 수 있습니다. 결과적으로 변형으로 인해 미디어에 열 에너지를 전달하는 능력이 저하될 수 있으며 이는 실제로 하드 드라이브 오류를 의미합니다. 이것이 Seagate 및 기타 하드 드라이브 제조업체가 수년 동안 NFT용 다양한 재료(정확하게는 금 기반 합금)를 연구하고 특허를 취득한 이유입니다. 물론 Seagate는 현재 프로토타입 HAMR HDD에 사용되는 합금을 공개하지 않습니다.

그러나 Mark Rea는 회사가 평가를 위해 2017년에 파트너에게 첫 번째 HAMR 기반 하드 드라이브를 배송한 다음 2018년에 상용 시스템에 배송할 때 오늘날의 HDD처럼 오래 지속되도록 구축될 것이라고 강조합니다. Seagate는 HAMR 기반 하드 드라이브의 기능에 대한 특정 데이터를 공개하지 않지만 5년 동안 하루에 여러 번 데이터를 덮어쓸 수 있다고 주장하며 이는 상당히 높은 신뢰성을 나타냅니다. 결국 클라이언트 PC 드라이브도 HAMR을 사용하게 되지만 이러한 장치는 비교적 빨리 나타날 것입니다.

견고한 NFT 외에도 HAMR 기반 하드 드라이브에는 새로운 헤드(ITI 효과를 방지하기 위해 히터, 라이터 및 여러 리더 포함)가 필요합니다. 이는 여러 면에서 많은 하드웨어가 작동함을 의미합니다. 또한 더 강력한 컨트롤러와 펌웨어가 필요합니다. 예상대로 HAMR은 용량뿐만 아니라 하드 드라이브의 성능도 향상시킬 수 있습니다. 그러나 Seagate는 이를 위해 새로운 미디어 자료, 새로운 헤드, 고급 컨트롤러 및 기타 여러 가지를 포함하는 다소 복잡한 플랫폼을 개발해야 합니다.

HAMR은 Seagate뿐만 아니라 전체 업계의 과제라는 점에 유의해야 합니다. 결과적으로 업계에서 HAMR 기술 하드 드라이브를 기존 하드 드라이브만큼 안정적으로 만드는 방법을 파악하면 이 기술이 대량 생산되기 시작합니다.

⇡#합산

최근 몇 년 동안 소비자용 하드 드라이브의 발전은 그다지 흥미롭지 않았지만 올해는 상황이 바뀌기 시작했습니다. SMR을 사용하면 다음 분기에 하드 드라이브 용량을 늘리는 데 도움이 될 것이며 TDMR은 향후 몇 년 동안 새로운 문을 열 것입니다. 이 시점에서 분명히 해야 할 한 가지가 있습니다. 미래의 하드 드라이브의 발전은 과거의 발전과 다를 것입니다. 그 이유는 HDD 시장의 세분화와 모델의 전문화가 필요했기 때문입니다.

씨게이트 하드 드라이브

예를 들어, 보관용 하드 드라이브, 니어라인 애플리케이션, NAS 및 DAS는 용량을 늘려야 합니다. 그러나 아카이브 하드 드라이브 또는 DAS의 경우 성능은 거의 중요하지 않습니다. 동시에 니어라인과 NAS는 많은 클라이언트가 동시에 사용할 수 있기 때문에 용량과 상대적으로 높은 성능을 모두 제공해야 합니다. 오늘날 최대 용량과 성능을 보장하는 가장 논리적인 방법은 7200rpm 모터가 있는 헬륨 플랫폼을 사용하는 것입니다. Seagate 및 Western Digital의 최신 발표에서 알 수 있듯이 이 접근 방식은 상위 모델이 구축될 때 10TB 하드 드라이브(Seagate의 경우 Enterprise Capacity, Barracuda Pro, SkyHawk 및 IronWolf 장치)에 사용됩니다. 특별한 플랫폼. PC의 최대 용량에 대해서만 이야기하고 있다면 Seagate SMR 클라이언트 플랫폼이 이러한 드라이브에 가장 적합합니다.

차세대 하드 드라이브를 위한 기술 개발에는 HDD 수요 감소를 배경으로 상당한 투자가 필요하기 때문에 상황은 향후 몇 년 동안 바뀌지 않을 것입니다. 결과적으로 많은 기술 또는 기술의 조합을 구축하는 데 사용되지 않습니다. 모두하드 드라이브 유형(저가 세그먼트에서 헬륨 충전 HDD를 볼 수 없음). 일부는 주로 데이터 센터, 특수하고 값비싼 드라이브(예: 헬륨)에 남아 있고 나머지는 엄격하게 클라이언트 컴퓨터(하이브리드 드라이브)로 지정됩니다.

뿐만 아니라 Seagate와 경쟁업체는 특히 임의 읽기/쓰기 상황에서 HDD가 성능 면에서 SSD와 경쟁할 수 없다는 점을 이해하고 있습니다. 따라서 하드 드라이브가 앞으로 몇 년 안에 추가 속도와 용량을 얻을 수 있지만 앞으로는 해당 성능이 제조업체의 주요 관심사가 될 것이라고 기대해서는 안 됩니다. 기록 밀도와 전력 소비는 Seagate, Toshiba 및 Western Digital이 처리해야 할 새로운 요소가 되고 있습니다.

Seagate의 향후 계획에는 SMR, TDMR, HAMR 및 기타 다양한 플래터 기록 방법이 포함됩니다. 회사는 앞서 언급한 기록 방법을 사용하여 미래의 하드 드라이브의 용량, 성능, 안정성 및 내구성을 증가시켜야 하는 일련의 기술을 개발하고 있습니다. Seagate는 자사의 장치가 수요가 있을 것이라고 확신하지만 예측하기 어려운 것이 있습니다. 예를 들어 클라이언트 스토리지 시장이 어떻게 발전할지 확신할 수 없습니다. 그것이 무엇이든 시간이 말해줄 것입니다.

오늘날 1인당 데이터의 증가는 기하급수적으로 증가하고 있으며 이 데이터에 대한 스토리지 솔루션을 제공하는 회사는 장치의 가용 용량을 늘리기 위해 가능한 모든 노력을 기울이고 있습니다. Seagate의 SMR(Shingled Magnetic Recording) 타일 자기 기록 기술은 기록 밀도를 향상시켜 디스크 용량을 25% 증가시킵니다. 이것은 각 플레이트의 트랙 수를 늘리고 트랙 사이의 거리를 줄임으로써 가능합니다. 트랙은 지붕의 타일과 같이 서로의 위에 배치되므로 플레이트의 면적을 늘리지 않고도 더 많은 데이터를 기록할 수 있습니다. 새 데이터가 기록되면 트랙이 겹치거나 "잘라집니다". 디스크 헤드의 읽기 요소가 쓰기 요소보다 작기 때문에 무결성과 신뢰성을 침해하지 않고 잘린 트랙에서도 데이터를 읽을 수 있습니다.

그러나 SMR 기술과 관련하여 다음과 같은 문제가 있습니다. 정보를 덮어쓰거나 업데이트하려면 필요한 조각뿐만 아니라 마지막 트랙의 데이터도 덮어써야 합니다. 레코더가 더 넓기 때문에 인접한 트랙의 데이터를 캡처하므로 해당 트랙도 덮어써야 합니다. 따라서 하단 트랙의 데이터를 변경할 때 가장 가까운 오버레이 트랙의 데이터를 수정한 다음 전체 플레이트가 다시 작성될 때까지 다음 오버레이 등의 방식으로 데이터를 수정해야 합니다.

이러한 이유로 SMR 디스크의 트랙은 테이프라는 작은 그룹으로 그룹화됩니다. 동일한 테이프 내의 트랙만 서로 겹쳐집니다. 이 그룹화 덕분에 일부 데이터가 업데이트되면 전체 플레이트를 다시 작성하지 않고 제한된 수의 트랙만 다시 작성해야 하므로 프로세스가 크게 간소화되고 속도가 빨라집니다. 각 디스크 유형에 대해 응용 프로그램 범위를 고려하여 자체 테이프 아키텍처가 개발됩니다. 각 Seagate 제품 라인은 특정 응용 프로그램 및 환경에 맞게 설계되었으며 SMR 기술은 올바르게 사용할 때 최상의 결과를 제공합니다.

Seagate SMR은 추가 용량에 대한 계속 증가하는 수요를 충족하는 기술입니다. 오늘날에는 적극적으로 개선되고 있으며 다른 혁신적인 방법과 함께 차세대 하드 드라이브의 기록 밀도를 높이는 데 사용할 수 있습니다.

그러나 우선 적용의 뉘앙스를 이해하는 것이 필요합니다.

타일식 녹음을 지원하는 세 가지 유형의 장치가 있습니다.

자율(드라이브 관리)

이러한 장치로 작업할 때 호스트 소프트웨어를 변경할 필요가 없습니다. 모든 쓰기/읽기 로직은 장치 자체에 의해 구성됩니다. 그것은 우리가 그들을 설치하고 긴장을 풀 수 있다는 것을 의미합니까? 아니.

드라이브 관리 쓰기 기술을 구현하는 드라이브에는 일반적으로 많은 양의 후기입 캐시가 있습니다(디스크당 128MB 이상). 이 경우 순차 요청은 write-around 모드에서 처리됩니다. 이 녹음 기술을 기반으로 한 장치 및 저장 시스템 개발자가 직면한 주요 어려움은 다음과 같습니다.

1. 캐시 크기가 제한되어 있으며 가득 차면 예측할 수 없는 장치 성능을 얻을 수 있습니다.
2. 캐시를 과도하게 비울 때 상당한 대기 시간 수준이 때때로 발생합니다.
3. 시퀀스 결정이 항상 간단한 작업은 아니며 복잡한 경우 성능 저하를 예상할 수 있습니다.

이 접근 방식의 주요 이점은 장치와 기존 운영 체제 및 응용 프로그램의 완벽한 역호환성입니다. 작업을 잘 이해하면 지금 드라이브 관리 장치를 구입하고 기술의 이점을 누릴 수 있습니다. 이 기사의 추가 내용에서는 이러한 장치를 테스트한 결과를 보고 귀하에게 적합한 방법을 결정할 수 있습니다.

호스트 관리

이러한 장치는 ATA 및 SCSI에 대한 확장 세트를 사용하여 디스크와 상호 작용합니다. 이것은 다른 유형의 장치(14h)로, 전체 저장소 스택을 크게 변경해야 하고 기존 기술과 호환되지 않습니다. 즉, 응용 프로그램 및 운영 체제를 특별히 조정하지 않으면 이러한 드라이브를 사용할 수 없습니다. 호스트는 디바이스에 엄격하게 순차적으로 써야 합니다. 동시에 장치 성능은 100% 예측 가능합니다. 그러나 스토리지 하위 시스템의 성능을 진정으로 예측할 수 있으려면 상위 수준 소프트웨어의 올바른 작동이 필요합니다.

호스트 인식

이들은 장치 관리 및 호스트 관리 기술의 이점을 결합한 하이브리드 솔루션입니다. 이러한 드라이브를 구입하면 SMR 장치와의 최적의 작업을 위해 특수 ATA 및 SCSI 확장을 사용할 수 있는 기능과 함께 이전 버전과의 호환성을 지원합니다. 즉, 우리는 이전과 같이 단순히 장치에 쓸 수 있고 가장 최적의 방법으로 수행할 수 있습니다.

호스트 관리 및 호스트 인식 장치에 대한 작업을 제공하기 위해 T10/T13에 포함된 ZBC 및 ZAC와 같은 몇 가지 새로운 표준이 개발되고 있습니다. ZBC는 SCSI의 확장이며 T10에서 승인했습니다. SMR 드라이브에 대한 표준이 개발되고 있지만 향후 다른 장치에도 적용될 수 있습니다.

ZBC/ZAC는 기본 요소가 LBA 범위로 매핑되는 영역인 논리적 장치 모델을 정의합니다.

표준은 장치가 분할되는 세 가지 유형의 논리 영역을 정의합니다.

1. 기존 영역 - 일반 하드 드라이브와 같이 기존 방식으로 작업할 수 있는 영역입니다. 즉, 순차적으로 무작위로 쓸 수 있습니다.

2. 쓰기 포인터 영역의 두 가지 유형:

2.1. 순차 쓰기 선호 - 호스트 인식 장치의 기본 영역 유형, 순차 쓰기가 선호됩니다. 장치에 대한 임의 쓰기는 장치 관리 장치처럼 처리되며 성능 저하를 일으킬 수 있습니다.

2.2. 순차 쓰기 전용 - 호스트 관리 장치의 기본 영역 유형으로 순차 쓰기만 가능합니다. 임의 쓰기는 허용되지 않으며 그렇게 하려고 하면 오류가 반환됩니다.

각 영역에는 고유한 쓰기 포인터와 고유한 상태가 있습니다. HM 쓰기 유형을 지원하는 모든 장치의 경우 다음 쓰기 명령의 첫 번째 LBA는 쓰기 포인터의 위치와 일치해야 합니다. HA 장치의 경우 쓰기 포인터는 정보 제공용이며 디스크 처리를 최적화하는 역할을 합니다.

새로운 논리적 구조 외에도 표준에 새로운 명령이 나타납니다.

REPORT_ZONES는 장치의 기존 영역 및 해당 상태에 대한 정보를 얻을 수 있는 주요 방법입니다. 이 명령에 대한 응답으로 디스크는 기존 영역, 해당 유형(기존, 순차 쓰기 필요, 순차 쓰기 선호), 영역 상태, 크기 및 쓰기 포인터 위치에 대한 정보를 보고합니다.

RESET_WRITE_POINTER는 ZBC 장치에 대한 TRIM 명령의 후속입니다. 호출되면 영역이 지워지고 쓰기 포인터가 영역의 시작 부분으로 이동합니다.

영역 상태를 관리하는 데 세 가지 선택적 명령이 사용됩니다.

OPEN_ZONE
CLOSE_ZONE
FINISH_ZONE

더 나은 성능을 위한 최대 개방 영역 수와 더 나은 성능으로 임의 쓰기에 사용할 수 있는 최대 영역 수를 포함하여 새로운 정보가 VPD 페이지에 추가되었습니다.

스토리지 제조업체는 라이브러리, 스케줄러, RAID 엔진, 논리 볼륨, 파일 시스템과 같은 스택의 모든 수준에서 변경하여 HA/HM 장치를 지원해야 합니다.

또한 애플리케이션이 작동하려면 두 가지 유형의 인터페이스를 제공해야 합니다. 하나는 어레이를 장치 관리 장치로 구성하는 기존 인터페이스이고 다른 하나는 HOST AWARE 장치로 가상 볼륨을 구현하는 것입니다. 이것은 응용 프로그램이 HM/HA 장치와 직접 작동할 것으로 예상되기 때문에 필요합니다.

일반적으로 HA 장치 작업을 위한 알고리즘은 다음과 같습니다.

1. REPORT_ZONES를 사용하여 장치 구성 정의
2. 임의 녹음 영역 정의
2.1. 수량은 장치의 기능에 따라 제한됩니다.
2.2. 이 영역에서는 쓰기 포인터의 위치를 추적할 필요가 없습니다.
3. 나머지 영역은 순차 쓰기에 사용하고 Write-Pointer의 위치 정보를 사용하며 순차 쓰기만 합니다.
4. 오픈존 수 조절
5. 가비지 컬렉션을 사용하여 영역 풀 할당 해제

일부 쓰기 기술은 전립선 순차 쓰기 및 가비지 수집 문제가 해결된 사용 가능한 올 플래시 스토리지 시스템에서 적용할 수 있습니다.

RAIDIX는 연구소에서 Seagate SMR 드라이브를 테스트했으며 사용에 대한 몇 가지 권장 사항을 제공합니다. 이러한 드라이브는 장치 관리형이며 애플리케이션에 대한 주요 변경 사항이 필요하지 않다는 점에서 다릅니다.

테스트하는 동안 이러한 드라이브의 성능 기대치를 테스트하고 우리가 사용할 수 있는 용도를 이해하려는 시도가 있었습니다.

테스트에는 8000GB 용량의 Seagate Archive HDD 2개가 포함되었습니다.
테스트는 운영 체제 Debian 버전 8.1에서 수행되었습니다.
CPU 인텔 i7 c 2.67MHz
16GB RAM
드라이브에는 SATA 3 인터페이스가 있으며 컨트롤러를 AHCI 모드로 전환했습니다.

먼저 Inquiry 쿼리를 실행하여 장치에 대한 정보를 제공합니다.

이를 위해 sg3-utils 유틸리티 세트를 사용했습니다.

sg_inq /dev/sdb
표준 문의:
PQual=0 Device_type=0 RMB=0 버전=0x05
NormACA=0 HiSUP=0 Resp_data_format=2
SCCS=0 ACC=0 TPGS=0 3PC=0 보호=0 BQue=0
EncServ=0 MultiP=0 Addr16=0
WBus16=0 동기화=0 연결됨=0 CmdQue=0
길이=96(0x60) 주변 장치 유형: 디스크
공급업체 식별: ATA
제품 식별: ST8000AS0002-1NA
제품 개정 수준: AR13
장치 일련 번호: Z84011LQ

83페이지에 VPD가 있습니다.

sg_inq /dev/sdb -p 0x83
VPD 문의: 장치 식별 페이지
지정 기술자 번호 1, 기술자 길이: 24
designator_type: 공급업체별 , code_set: ASCII

특정 공급업체: Z84011LQ
지정 기술자 번호 2, 기술자 길이: 72
designator_type: T10 공급업체 식별, code_set: ASCII
주소가 지정된 논리 단위와 연결됨
공급업체 ID: ATA
특정 공급업체: ST8000AS0002-1NA17Z Z84011LQ

우리는 특별한 것을 보지 못했습니다. 영역 정보를 읽으려는 시도가 실패했습니다.

RAIDIX는 다양한 산업 분야에서 작동하는 스토리지 시스템용 소프트웨어를 만들고 있으며 전문화되거나 유료 벤치마크를 사용하지 않으려고 노력했습니다.

내부 및 외부 트랙에서 디스크의 스트리밍 성능을 확인하는 것으로 시작합니다. 테스트 결과는 장치의 최대 예상 성능을 제공하며 주로 데이터 보관과 같은 작업과 일치합니다.

블록 하위 시스템의 설정은 건드리지 않았습니다. 우리는 1MB 블록의 디스크에 데이터를 기록하여 테스트를 수행합니다. 이를 위해 우리는 fio v.2.1.11 벤치마크를 사용합니다.

작업은 장치 시작 부분에서의 오프셋에 의해서만 서로 다르며 차례로 시작됩니다. libaio가 I/O 라이브러리로 선택되었습니다.

결과가 좋아 보입니다.

외부 및 내부 트랙의 성능은 거의 2배 차이가 납니다.
간헐적인 성능 저하가 나타납니다. 아카이브에는 중요하지 않지만 다른 작업에는 문제가 될 수 있습니다. 스토리지 시스템의 후기입 캐시가 올바르게 작동하면 이러한 상황이 관찰되지 않을 것이라고 가정합니다. 우리는 두 드라이브의 RAID 0 어레이를 만들고 각 드라이브에 2GB의 RAM 캐시를 할당하는 유사한 경험을 했고 성능 저하를 보지 못했습니다.

읽을 때 오류가 표시되지 않습니다. 그리고 후속 테스트는 SMR 디스크가 읽기 작업에서 일반 디스크와 성능면에서 다르지 않음을 보여줍니다.

이제 우리는 더 흥미로운 테스트를 수행할 것입니다. 오프셋이 다른 10개의 스레드를 동시에 실행해 보겠습니다. 버퍼링의 정확성을 확인하고 디스크가 CCTV, 비디오 수집 및 유사한 작업에서 어떻게 작동하는지 확인하기 위해 이 작업을 수행합니다.
그래프는 모든 작업의 총 생산성을 보여줍니다.

디스크가 부하를 잘 처리했습니다!

성능은 90MB/s로 유지되고 스레드 간에 고르게 분산되며 큰 저하가 없습니다. 읽기 일정은 20MB만 증가하면 완전히 유사합니다. 비디오 콘텐츠의 저장 및 배포, 대용량 파일 교환에 적합한 성능으로 기존 디스크의 성능과 실질적으로 다르지 않습니다.

예상대로 디스크는 스트리밍 읽기 및 쓰기에서 잘 수행되었으며 멀티스레딩은 우리에게 즐거운 놀라움이었습니다.

"무작위" 읽기 및 쓰기로 넘어 갑시다. DBMS 파일 저장, 가상화 등의 일반적인 엔터프라이즈 작업에서 디스크가 어떻게 작동하는지 살펴보겠습니다. 또한 메타데이터에 대한 빈번한 작업 및 예를 들어 어레이에서 활성화된 중복 제거는 "무작위" 작업에 해당합니다.

우리는 16킬로바이트 블록에서 테스트하고 있으며 여전히 올바른 fio입니다.
테스트에서 대기열 깊이가 다른 여러 작업을 설정했지만 전체 결과를 제공하지는 않습니다. 테스트의 시작 부분만 표시됩니다.

처음 70.5초는 하드 드라이브에 대해 비현실적인 2500 IOPS를 봅니다. 이로 인해 자주 실패합니다. 분명히이 순간에 버퍼가 기록되고 주기적으로 재설정됩니다. 그런 다음 테스트가 끝날 때까지 지속되는 3 IOPS로 급격히 떨어집니다.

몇 분 정도 기다리면 캐시가 재설정된 후 상황이 반복됩니다.

적은 수의 임의 작업으로 디스크가 잘 작동할 것으로 예상할 수 있습니다. 그러나 장치에 집중적인 부하가 예상되는 경우 SMR 디스크 사용을 자제하는 것이 좋습니다. RAIDIX는 가능한 경우 메타데이터에 대한 모든 작업을 외부 장치로 이동할 것을 권장합니다.

무작위 읽기는 어떻습니까?
이 테스트에서는 응답 시간을 50ms로 제한했습니다. 우리 장치는 잘 작동합니다.

판독값은 144-165 IOP 범위입니다. 수치 자체는 나쁘지 않은데 20 IOP의 퍼짐이 조금 무섭습니다. 결론에 중점을 둡니다. 결과는 클래식 디스크 수준에서 나쁘지 않습니다.

접근 방식을 조금 바꿔봅시다. 많은 수의 파일 작업에 대해 다시 살펴보겠습니다.
SGI의 frametest 유틸리티가 이를 도와줄 것입니다. 이 벤치마크는 압축되지 않은 비디오를 편집할 때 스토리지 시스템의 성능을 테스트하도록 설계되었습니다. 각 프레임은 별도의 파일입니다.

xfs 파일 시스템을 만들고 다음 옵션으로 마운트했습니다.
-o noatime,nodiratime,logbufs=8,logbsize=256k,largeio,inode64,swalloc,allocsize=131072k,nobarrier

다음 매개변수를 사용하여 frametest를 실행합니다.

./프레임 테스트 -w HD -n 2000 /테스트1/

벤치마크는 2000개의 8MB 파일을 생성합니다.

테스트 시작이 잘 됩니다.

평균 세부정보:

마지막 1초: 0.028ms 79.40ms 79.43ms 100.37MB/s 12.6fps
5초: 0.156ms 83.37ms 83.53ms 95.44MB/s 12.0fps

그러나 1500프레임을 기록하면 상황이 크게 악화됩니다.

평균 세부정보:
개방형 I/O 프레임 데이터 속도 프레임 속도
마지막 1초: 0.035ms 121.88ms 121.92ms 65.39MB/s 8.2fps
5초: 0.036ms 120.78ms 120.83ms 65.98MB/s 8.3fps

평균 세부정보:
개방형 I/O 프레임 데이터 속도 프레임 속도
마지막 1초: 0.036ms 438.90ms 438.94ms 18.16MB/s 2.3fps
5초: 0.035ms 393.50ms 393.55ms 20.26MB/s 2.5fps

읽기 테스트를 해보자:

./프레임 테스트 -r HD -n 2000 /테스트1/

테스트 전반에 걸쳐 성능이 우수합니다.

평균 세부정보:
마지막 1초: 0.004ms 41.09ms 41.10ms 193.98MB/s 24.3fps
5초: 0.004ms 41.09ms 41.10ms 193.98MB/s 24.3fps

현재 SMR 디스크용 특수 파일 시스템에 대한 작업이 진행 중입니다.
Seagate는 ext4 기반 SMR_FS-EXT4를 개발 중입니다. Device Managed SMR 드라이브를 위해 특별히 설계된 여러 로그 구조 파일 시스템을 찾을 수 있지만 그 중 어느 것도 구현을 위한 성숙하고 권장되는 제품이라고 할 수 없습니다. Seagate는 또한 SMR 드라이브의 호스트 인식 버전을 개발 중이며 올해 말 이전에 완료되어야 합니다.

성능 측정 결과에서 어떤 결론을 도출할 수 있습니까?
장치 관리 장치는 집중 녹음과 다르지 않은 작업에 안전하게 사용할 수 있습니다. 그들은 단일 스레드 및 다중 스레드 녹음 작업에 매우 잘 대처합니다. 데이터를 읽는 데 좋습니다. 메타데이터 업데이트를 위한 주기적 "임의" 디스크 요청은 대용량 캐시에서 사용됩니다.

집중적 인 "무작위"기록 또는 많은 수의 파일 업데이트로 특징 지어지는 문제를 해결하기 위해 이러한 장치는 최소한 추가 기술 수단을 사용하지 않고는 적합하지 않습니다.

테스트한 드라이브의 MTBF 매개변수는 800,000시간으로 NAS 드라이브 등의 드라이브보다 1.5배 낮습니다. 디스크 볼륨이 크면 복구 시간이 크게 늘어나고 일반 미디어 스캔이 거의 불가능합니다. 이러한 드라이브로 스토리지를 설계할 때 패리티가 2보다 큰 RAID 및/또는 재구축 시간을 줄이는 접근 방식(예: 패리티 클러스터 해제)에 의존하는 것이 좋습니다.

Seagate 전문가가 개발한 SMR(Shingled Magnetic Recording) 기술을 사용하면 근본적으로 새로운 트랙 레이아웃으로 인해 곧 하드 디스크 플래터의 데이터 밀도를 25%까지 높일 수 있습니다. 내년에는 5TB 용량의 3.5인치 하드 드라이브를 대량 생산할 예정이며, 2020년까지 이러한 드라이브의 최대 용량은 20TB에 이를 것입니다.

정보 폭발

전문가에 따르면 약 70억 명의 세계 인구는 현재 연간 총 2.7제타바이트의 데이터를 생성합니다. 그리고 이 수치가 매년 증가할 것이라는 점을 이해하기 위해 정보 기술 전문가가 될 필요는 없습니다. 이에 기여하는 요인 중 하나는 유선 및 공용 무선 액세스 영역 및 셀룰러 네트워크를 통해 인터넷에 연결하는 데 사용되는 채널 대역폭의 증가입니다. 해마다 클라우드 스토리지에 업로드되는 데이터(그리고 무엇보다 미디어 파일)의 양이 가정용 PC 및 NAS 드라이브의 하드 드라이브에 저장되는 양은 증가하고 있습니다. 그리고 이것은 아주 자연스러운 일입니다. 첫째, 가정용 사진 및 비디오 카메라의 해상도가 증가하고 결과적으로 동일한 촬영 매수 및 비디오 타이밍으로 저장된 이미지 및 비디오 녹화의 양이 증가합니다. 둘째, 인터넷 접속 채널의 대역폭 증가로 인해 훨씬 더 높은 품질의 미디어 콘텐츠를 스트리밍할 수 있게 되었습니다. 당연히 고화질 비디오(특히 스테레오스코픽 형식)는 표준 화질 파일보다 훨씬 더 많은 저장 공간이 필요합니다.

데이터 저장 시스템에 추가적인 부하를 발생시키는 심각한 요인은 모바일 장치의 급속한 성장입니다. 주로 스마트폰과 태블릿 PC입니다. 일반적으로 이러한 가제트에는 비교적 적은 양의 내부 메모리가 장착되어 있기 때문에 소유자는 종종 외부 드라이브를 사용하여 자체 생성된 미디어 콘텐츠와 외부에서 다운로드한 미디어 콘텐츠를 모두 저장해야 합니다.

시장 조사 회사 IDC의 하드 드라이브 시장 조사 부사장인 John Rydning에 따르면 현재 하드 드라이브 산업은 상당한 성장을 경험하고 있습니다. 제공된 드라이브의 총 용량은 페타바이트로 측정되며 이 지표의 연간 증가는 약 30%입니다. 그러나 동시에 개발자는 자기 기록의 특정 밀도를 연간 20% 미만으로 높일 수 있습니다.

따라서 하드 드라이브에 사용되는 기술의 지속적인 개선에도 불구하고 이러한 구성 요소 제조업체는 빠르게 성장하는 시장 요구 사항을 따라가지 못합니다. 그러나 이미 자기 기록 밀도를 높이기 위해 점점 더 많은 새로운 방법을 찾고 있는 개발자를 비난할 수는 없습니다.

예를 들어 Seagate는 2007년 상용 하드 드라이브에서 PMR(수직 자기 기록) 기술을 개척했습니다. 디스크 평면과 평행하지 않고 수직인 자기 도메인의 방향으로 인해 트랙의 크기를 줄이고 한 플레이트의 용량을 최대 250GB까지 늘릴 수 있었습니다.

5년 후, 이 기술의 체계적인 개발 덕분에 자기 기록의 비밀도를 4배까지 높이고 1TB의 데이터를 한 판에 담을 수 있었습니다. 이 성과로 4TB 용량의 3.5인치 하드디스크 양산이 시작됐다. 그러나 현재 상황에서는 더 이상 충분하지 않습니다.

사용자 요구와 하드 드라이브 성능 사이의 격차를 해소하는 한 가지 방법은 Seagate에서 개발한 SMR(Shingled Magnetic Recording) 기술을 도입하는 것입니다. 이 솔루션의 본질이 무엇인지 봅시다.

대상 포진 원리

대부분의 독자는 하드 디스크 플래터 표면의 데이터가 동심원 세트로 단순화될 수 있는 소위 트랙에 기록된다는 것을 알고 있을 것입니다(그림 1). 트랙의 너비와 트랙 사이의 간격이 작을수록 특정 기록 밀도가 높아지므로 동일한 폼 팩터와 플래터 수를 가진 드라이브의 용량이 높아집니다.

쌀. 1. 트랙 레이아웃
마그네틱 플레이트의 표면에

자기 기록의 전통적인 방법에서 최소 트랙 너비는 하드 디스크 헤드의 기록 요소의 물리적 치수에 의해 결정됩니다(그림 2). 현재까지 자기 헤드 소자의 소형화에는 한계가 있어 기존 기술로는 더 이상 소형화하는 것이 불가능하다.

쌀. 2. 트랙의 전통적인 레이아웃으로 최소 너비
드라이브의 자기 헤드 기록 요소의 크기에 의해 제한됨

SMR 기술을 사용하면 이러한 제한을 우회하고 기와 지붕의 유사한 요소 위에 부분적으로 중첩되는 트랙의 밀도가 높은 배열로 인해 특정 기록 밀도를 높일 수 있습니다(그림 3). 새로운 데이터가 기록됨에 따라 이전에 저장된 데이터가 있는 트랙은 마치 잘립니다. 자기 헤드의 판독 요소의 너비가 기록 요소의 너비보다 작기 때문에 이 정보의 무결성과 안전성을 손상시키지 않으면서 트리밍된 트랙에서 플레이트의 모든 데이터를 읽을 수 있습니다.

쌀. 3. SMR 기술을 사용하면 트랙이 더 밀접하게 배열되고,
서로 겹치다

모든 것이 간단하고 명확합니다. 그러나 기존 데이터 위에 새 데이터를 써야 하는 경우 문제가 발생합니다. 결국 이 경우 이 조각뿐만 아니라 다음 트랙의 데이터 블록도 덮어써야 합니다. 자기 헤드의 기록 요소가 읽기 요소보다 넓기 때문에 덮어쓰기 프로세스는 인접 트랙의 인접 영역에 이전에 저장된 데이터를 파괴합니다(그림 4). 따라서 이전에 기록된 정보의 무결성을 보장하려면 이러한 블록을 먼저 버퍼링한 다음 적절한 트랙에 다시 기록해야 합니다. 또한이 작업은 자기 판의 작업 영역 경계에 도달 할 때까지 모든 후속 트랙에 대해 순차적으로 반복되어야합니다.

쌀. 4. 하나의 데이터를 덮어쓰는 과정에서
트랙 중 인접한 트랙의 섹션이 영향을 받습니다.

이 기능을 염두에 두고 SMR 기술이 적용된 하드 드라이브의 트랙은 패키지라고 하는 소그룹으로 나뉩니다(그림 5). 이 접근 방식을 사용하면 데이터 추가 및 덮어쓰기 프로세스를 보다 유연하게 제어할 수 있으며 가장 중요한 것은 추가 덮어쓰기 주기 수를 줄여 드라이브 성능을 높일 수 있다는 것입니다. 패키지가 이미 가득 차 있더라도 그 안에 있는 데이터 블록을 교체할 때 제한된 수의 트랙(이 패키지의 경계까지)의 섹션만 다시 써야 합니다.

쌀. 5. 패키지의 트랙 레이아웃

드라이브의 패키지 구조는 특정 모델의 범위에 따라 다를 수 있습니다. 따라서 각 하드 드라이브 제품군에 대해 이러한 드라이브의 특정 용도에 최적화된 고유한 패키지 구조를 생성할 수 있습니다.

SMR 기술의 도입은 마그네틱 헤드의 설계와 이러한 구성 요소의 생산 공정 구조 조정에 있어 중요한 변경을 요구하지 않는다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 이렇게 하면 새 드라이브의 비용이 동일한 수준으로 유지되고 더 높은 용량으로 인해 데이터 스토리지의 단가에 대해 훨씬 더 매력적인 지표를 얻을 수 있습니다.

결론

따라서 SMR 기술은 하드 드라이브의 최대 용량을 짧은 시간에 최소한의 비용으로 증가시켜야 하는 요구 사항을 충족할 수 있는 매우 효과적인 솔루션입니다. SMR 기술 구현의 첫 번째 단계에서 데이터 기록 밀도가 3.5인치 플레이트당 1TB에서 1.25TB로 25% 증가합니다. 따라서 내년에는 5TB 용량의 하드 드라이브를 생산할 수 있습니다.

SMR 기술 도입의 경우 자기 헤드 및/또는 하드 디스크 플래터의 수를 늘리지 않고도 드라이브 용량을 늘릴 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 용량이 더 큰 새 하드 드라이브는 이전에 생산된 유사한 폼 팩터 모델만큼 안정적입니다. 또한 위에서 언급한 바와 같이 SMR 기술의 도입으로 하드 드라이브 설계에 큰 변화가 필요하지 않습니다. 특히 이를 통해 현재 모델에 설치된 것과 동일한 자기 헤드 및 플레이트를 사용할 수 있습니다.

SMR의 또 다른 장점은 이 솔루션을 다양한 자기 기록 기술과 결합할 수 있다는 것입니다. 현재는 수직 자기 기록 방식의 하드 디스크에 사용되지만 앞으로는 더 높은 특정 기록 밀도를 달성할 수 있는 다른 솔루션과 함께 사용할 수 있습니다.

Seagate의 자료를 기반으로 한 기사