Moderné domáce počítače sú vybavené ako rýchlymi pevnými diskami (SSD), ktorým rýchlosťou nemôže konkurovať žiadny mechanický HDD, tak klasickými HDD, ktoré sú cenovo neporovnateľne lacnejšie.
Došlo k akejsi špecializácii: na spustenie programov sa používajú drahé a rýchle SSD a na ukladanie dát kapacitné a pomalé HDD. Preto je bojovým frontom mechanických diskov zvýšenie kapacity v dôsledku zhutňovania dát.
V snahe o hustotu navrhla spoločnosť Seagate v roku 2007 technológiu kolmého záznamu. V tom čase sa na to strhlo veľa kritiky. Teraz sa však tento spôsob organizácie dát stal štandardom a bez neho nie je možné vytvárať veľké disky.
Teraz spoločnosť Seagate navrhla novú technológiu - dlaždicové nahrávanie.
Základný princíp fungovania
Pojem „shingled recording“ pochádza z anglického slova – shingled magnetic recording (SMR). Technológia pomáha komprimovať dáta tak, aby sa kapacita disku zväčšila o štvrtinu. V klasickej schéme rozloženia povrchu disku sa všetky údaje zapisujú do stôp, ktoré prebiehajú po povrchu jedna za druhou.
Pri použití SMR sú dráhy tiež usporiadané nad sebou. Ukazuje sa taký druh čiastočne tretieho rozmeru v umiestňovaní údajov.
Cesty sa prekrývajú len čiastočne, ako škridly na streche. Preto nemožno takúto nahrávku nazvať plnohodnotným trojrozmerným stylingom. Sekvenčné nahrávanie zapisuje údaje sekvenčne do stôp, ktoré sú naukladané jedna na druhej.
Rozloženie disku v tomto prípade neprechádza výraznými zmenami a možno použiť štandardné magnetické hlavy. To všetko pomáha udržiavať nízke ceny pevných diskov.
Nevýhoda SMR
Prekážkou technológie SMR je samotná procedúra prepisovania. Pri prepisovaní jednej zo skladieb budete musieť prepísať všetky susedné, s ktorými sa prekrýva. A to zase výrazne zvyšuje čas nahrávania.
Čím nižšie je skladba umiestnená v dlaždicovej sérii, tým viac skladieb bude musieť byť prepísaných. Ukazuje sa, že bez ohľadu na to, ako dobre je defragmentovaný logický zväzok, rýchlosť zápisu môže výrazne klesnúť.
Aby sa znížil počet dodatočne prepisovateľných skladieb, sú zoskupené do štruktúr, ktoré sa nazývajú pásky. Prekrývajúce sa stopy sa vyskytujú iba na tej istej páske. Ak sa teda náhle údaje nachádzajú na najnižšej „dlaždici“, počet prepisovateľných skladieb bude predvídateľný a minimálna rýchlosť prepisovania bude určená vopred.
Rozdelenie na pásky sa vykonáva individuálne pre každý konkrétny model disku v závislosti od účelu zariadenia. Dlhšie pásky sa používajú na zariadeniach, kde sa neočakáva, že sa údaje budú prepisovať len zriedka. Poslúžia buď ako archivačné mechaniky, alebo ako zariadenia na čítanie dát.
Zníženie dĺžky pásky povedie k strate zväčšenia veľkosti jednotky, ale zvýši rýchlosť prístupu k údajom umiestneným na HDD.
Praktická aplikácia v segmente rozpočtu
V prežitej technológii záznamu dát na magnetické HDD sa výrobcovia stále snažia nejako zvýšiť ich kapacitu. Napriek tomu je príliš skoro na odpisovanie mechanických pevných diskov: náklady na jeden gigabajt pamäte na nich sú výrazne nižšie ako v prípade pevných diskov.
V boji o úložný priestor a zníženie cien spoločnosť Seagate v roku 2014 uviedla na trh relatívne lacný a priestranný model pohonu: ST8000AS002.
Disk má veľkosť 8 TB, čo sa môže hodiť ako domáca mediatéka. Zároveň je jeho cena polovičná v porovnaní s inými modelmi rovnakej veľkosti (10-krát nižšia ako SSD s rovnakým objemom).
Tento HDD je navrhnutý špeciálne na ukladanie dát. Ak sa naň najprv zapíše, údaje sa zapíšu rýchlosťou, ktorá nie je výrazne nižšia ako na iné disky. A čítanie sa bude vykonávať celkom prijateľnými rýchlosťami.
Tento model vyvolal medzi používateľmi kontroverzný postoj a jedna vec je zatiaľ jasná: technológia neprešla a je zaujímavá pre seba.
Zhrnutie
Technológia SMR sa stále zlepšuje: princípy v nej stanovené dávajú priestor na vytváranie rôznych variantov diskov, optimalizovaných veľkosťou aj rýchlosťou. A v kombinácii s technikami, ako je plnenie diskovej komory héliom, je možné zvýšiť celkovú produktivitu.
Čo sa týka ceny, sú lacnejšie, cca 1000-2000r oproti iným HDD. V závislosti od obchodu a miesta, kde bývate.
Spoločnosť Seagate koncom minulého roka uviedla, že pevné disky sa budú naďalej vyvíjať počas nasledujúcich 20 rokov, počas ktorých zostanú relevantným pamäťovým médiom. Vyhlásenie jasne naznačuje, že spoločnosť vyvíja množstvo technológií, ktoré zvýšia kapacitu a výkon pevných diskov na dlhé roky. Následne spoločnosť Seagate oznámila prvé pevné disky s „dlaždicovým“ magnetickým záznamom, následne predstavila svoju prvú platformu pre pevné disky plnené héliom a množstvo modelov s kapacitou 10 TB. Okrem toho nie je žiadnym tajomstvom, že v najbližších rokoch budú existovať pevné disky založené na technológiách dvojrozmerného magnetického záznamu (dvojrozmerný magnetický záznam, TDMR) a termálneho magnetického záznamu (tepelne podporovaný magnetický záznam, HAMR).
Pred časom Mark Re, senior viceprezident a hlavný technologický riaditeľ spoločnosti Seagate, osoba zodpovedná za výskum a vývoj, súhlasil s rozhovorom s AnandTech, aby prediskutoval plány Seagate na najbližšie roky. Zverejňujeme prepis rozhovoru.
⇡#Evolúcia pokračuje, vznikajú nové výzvy
Hoci sa dátové disky SSD rýchlo vyvíjajú a každým rokom zvyšujú výkon, z hľadiska ceny za gigabajt v dohľadnej dobe nemôže konkurovať pevným diskom. Vzhľadom na tento ekonomický model sa HDD jednoducho musia naďalej vyvíjať a zvyšovať kapacitu úložiska a výkon.
Výzvy pre výrobcov HDD dnes
Evolúcia pevných diskov vždy zahŕňala vývoj množstva parametrov: materiály (platne), mechanika (motory, hlavové motory, vnútorná štruktúra atď.), čítacie a zapisovacie hlavy, ovládače a firmvér. Kľúčové faktory ovplyvňujúce rast výkonu a kapacity pevných diskov sa rokmi nezmenili. Hovoríme o veľkosti bunky na uloženie minimálneho množstva informácií, šírke stopy (stopy), rýchlosti otáčania vretena. Vývoj týchto komponentov nevyhnutne vedie k zdokonaľovaniu elektroniky, rozhraní na prenos dát a ďalšieho hardvéru vnútri aj mimo HDD.
Technológie hustoty záznamu na HDD, ktoré sa budú používať v dohľadnej budúcnosti
Evolúcia pevných diskov v budúcnosti bude založená predovšetkým na zvyšovaní hustoty záznamu platní, nových hláv, ako aj na výpočtových schopnostiach radičov. Navyše práve posledný uvedený parameter bude hrať kľúčovú úlohu v nasledujúcich rokoch. Čo presne však možno očakávať a kedy? V skutočnosti je o tom rozhovor s pánom Reem.
⇡#Seagate plánuje rozšíriť používanie platní SMR
V súčasnosti je prevažná väčšina pevných diskov založená na technológii kolmého magnetického záznamu (PMR). Možnosti PMR sú pre dnešné aplikácie z hľadiska hustoty záznamu a výkonu úplne postačujúce. Pred niekoľkými rokmi sa výrobcovia pevných diskov domnievali, že technológia PMR neumožní zaznamenať viac ako jeden terabit dát na štvorcový palec (Tbps). Za posledných pár rokov však došlo k určitému pokroku a zdá sa, že technológia sa stále vyvíja. Vážnejšie zvýšenie hustoty záznamu si však vyžaduje technológiu šindľového magnetického záznamu (SMR), ktorú spoločnosť Seagate Technology Corporation začala používať pred niekoľkými rokmi pre špecializované mechaniky.
Kachľový magnetický záznam: Základné princípy
Technológia SMR dokáže zvýšiť hustotu záznamu nad 1 Tbps, no prináša so sebou množstvo problémov, ktoré je potrebné riešiť. Takže pevné disky, ktoré používajú dlaždicové nahrávanie, zaznamenávajú nové stopy, ktoré „prekrývajú“ časť predtým zaznamenaných magnetických stôp. „Prekrývajúce sa“ stopy spomaľujú nahrávanie, pretože architektúra disku SMR vyžaduje zapísanie nových údajov a následné prepísanie susedných stôp. Aby sa minimalizovalo prepisovanie, radič pevného disku na báze SMR zoraďuje „dlaždicové“ stopy do skupín (tzv. pásiem). To optimalizuje počet stôp, ktoré je potrebné prepísať po operáciách zápisu, a tak môže pomôcť zabezpečiť predvídateľný výkon diskov SMR v typických scenároch.
Zoskupovanie stôp do pások nie je jediným spôsobom, ako skryť vlastnosti dlaždicového magnetického záznamu. V skutočnosti má každý pevný disk na báze platne SMR zóny, ktoré využívajú technológiu záznamu PMR s relatívne vysokou rýchlosťou zápisu. Tieto zóny slúžia na rýchly záznam dát a množstvo ďalších operácií v prípade potreby. Následne sa informácie z PMR zón automaticky presúvajú do SMR zón bez akéhokoľvek zásahu zo strany užívateľa alebo operačného systému (čo je obdoba operácií SSD garbage collection). Spoločnosť Seagate nezverejňuje skutočné konfigurácie svojich pruhov SMR alebo kapacít PMR zón, ale poznamenáva, že takéto konfigurácie závisia od typov aplikácií, pre ktoré sú určené konkrétne modely pevných diskov (t. j. podobné charakteristiky sa líšia pre spotrebiteľské HDD a chladiace jednotky). ).
Na zabezpečenie optimálneho výkonu používajú pevné disky založené na SMR aj veľké vyrovnávacie pamäte typu DRAM a/alebo NAND flash. Napríklad 2TB pevný disk Seagate Mobile 2,5” uvedený začiatkom tohto roka obsahuje 128 MB DRAM a nešpecifikované množstvo jednobitových buniek (SLC) NAND flash. Vyrovnávacia pamäť SLC NAND má pomerne vysokú rýchlosť zápisu, čo znamená, že v prípade práce s malým množstvom dát sa bude vyššie uvedený disk pýšiť veľmi vysokou rýchlosťou zápisu. Keďže množstvo NAND nie je príliš veľké (v prípade spomínaného modelu menej ako jeden gigabajt), v prípade zápisu veľkých súborov to nijako nepomôže. Ale pre domáce potreby by takáto architektúra mala byť celkom užitočná.
Jednou z vecí, na ktorú je spoločnosť Seagate hrdá, je jej iteratívny prístup k optimalizácii výkonu zápisu pevných diskov založených na platniach SMR. Dá sa tvrdiť, že deklarované údaje o výkone pre Seagate Archive 8 TB a Seagate Mobile 2 TB nie sú pôsobivé. Nemožno si však nevšimnúť implementáciu trojúrovňového ukladania do vyrovnávacej pamäte v Seagate Mobile 2 TB, ktorá zahŕňa zóny PMR, NAND a DRAM, čo dokazuje pomerne vysokú zložitosť takýchto pevných diskov. Je zrejmé, že architektúra klientskych diskov založených na SMR vyžaduje vysokovýkonné radiče na správu vyrovnávacích pamätí, prenos údajov zo zón PMR do zón SMR a vykonávanie ďalších operácií, a to všetko na zabezpečenie očakávaného výkonu pri rôznych pracovných zaťaženiach. Niečo podobné sme už videli pri SSD založených na TLC NAND, ktoré používajú vyrovnávacie pamäte založené na pseudo-SLC na umožnenie rýchleho zápisu. V závislosti od plánov spoločnosti Seagate môže byť architektúra pevných diskov na báze SMR (čo znamená takzvané zariadenia spravované disky, ktoré plne riadia svoju prácu bez účasti aplikácií tretích strán, operačného systému a / alebo hardvéru) rozšírená tak, aby sa ďalej zväčšovala. výkon.
V dohľadnej budúcnosti plánuje Seagate rozšíriť používanie kachľových magnetických platní. Seagate čoskoro predstaví pevné disky založené na SMR pre aplikácie sledovania (t. j. optimalizované na streamovanie záznamu z veľkého počtu sledovacích kamier – aspoň 32-64). Nasledovať budú ďalšie „dlaždicové“ pevné disky pre klientske zariadenia. Nie je isté, že technológia SMR bude použitá pre vysokovýkonné aplikácie. Po prvé, pretože PMR sa naďalej vyvíja; po druhé, kvôli nevyhnutnému vzniku nových technológií, o ktorých budeme diskutovať nižšie. Veľmi dobre sme však mohli vidieť nejaký druh hybridných pohonov, ktoré by využívali SMR aj PMR na zaručenie vysokého výkonu. V každom prípade Seagate neverí, že SMR možno použiť výlučne na ukladanie zriedka používaných „studených“ dát.
⇡#Hélium zostane exkluzívne pre vysokokapacitné HDD
Spoločnosti majú zvyčajne tendenciu najprv zavádzať nové technológie do špičkových produktov (nadšencov alebo podnikov) a potom ich aplikovať na všetky ostatné skupiny produktov, ako sú klientske počítače alebo špecializované zariadenia. Postupom času sa niečo, čo bolo kedysi exkluzívnou vlastnosťou drahých, „extrémnych“ zariadení, stáva neoddeliteľnou súčasťou masových produktov. Do istej miery to uvidíme v prípade pevných diskov naplnených héliom. Nie všetko je však také jednoduché.
Hlavné výhody héliom plnených HDD. HGST snímka
Hustota hélia je sedemkrát nižšia ako hustota vzduchu, čo znižuje treciu silu pôsobiacu na magnetické platne vo vnútri pevných diskov a tiež znižuje silu prúdenia plynov ovplyvňujúcu presnosť polohovania hláv a platní. Naplnenie pevných diskov héliom umožňuje osadiť do nich až sedem platní, znížiť výkon vretenových motorov, zvýšiť presnosť polohovania hlavy, znížiť hlučnosť a tvorbu tepla. Všetky tieto výhody sú pre dnešné dátové centrá nevyhnutné. Spoločnosť HGST predstavila prvý komerčný héliový pevný disk na svete už v roku 2013 a spoločnosť Seagate začala túto jar predávať svoje 10TB héliové disky.
V novembri minulého roka spoločnosť Seagate uviedla, že s héliom začala experimentovať začiatkom roku 2000 a koncom minulého roka s ním mala 12-ročné skúsenosti. Mark Rea potvrdil, že Seagate je skutočne oboznámený s héliom a že jeho hermeticky uzavretá platforma HDD je veľmi spoľahlivá. Komercializácia druhého z nich je však v počiatočnom štádiu. Seagate teda momentálne nemá ani marketingový názov (Western Digital svoje platformy nazýva HelioSeal).
Zatiaľ čo naplnenie pevných diskov héliom pomáha presnejšie umiestniť hlavy (dôležité, pretože šírky stopy a veľkosti buniek sa zmenšujú), spoločnosť Seagate tvrdí, že spoločnosť používa čisto mechanické riešenia na zníženie sily prúdenia plynu vo vnútri pevných diskov a plánuje ich ďalšie zlepšenie v budúcnosti. . Použitie hélia teda nie je povinné pre ďalšie generácie pevných diskov, ktoré budú využívať HAMR, TDMR a ďalšie technológie na zvýšenie hustoty zápisu a rýchlosti čítania.
Seagate verí, že maximalizácia kapacity pevného disku (ktorá automaticky zvyšuje kapacitu serverového racku a dátového centra) a minimalizácia spotreby energie sú v prvom rade nevyhnutné pre dátové centrá (to je presne dôvod, prečo má v tomto segmente trhu zmysel sedem platní a motory s nízkou spotrebou energie). Keďže však zníženie síl prúdenia plynu možno dosiahnuť rôznymi spôsobmi, použitie hélia nemusí byť potrebné pre platformy HDD, ktoré nie sú navrhnuté na vytváranie produktov s maximálnou kapacitou.
Aj keď sa môže zdať, že Seagate nie je veľmi nadšený zo zapečatených pevných diskov, treba mať na pamäti, že veľké korporácie vždy vyvíjajú celý rad technológií a platforiem a potom ich používajú, keď príde čas. Ak teda Seagate nebude teraz používať hélium pre relatívne lacné klientske HDD, neznamená to, že spoločnosť nebude môcť takéto zariadenia v budúcnosti predstaviť. Nedávno spoločnosť oznámila svoju sériu pevných diskov Data Guardians, ktorých vlajková loď 10-terabajtových modelov – BarraCuda, IronWolf a SkyHawk – je naplnená héliom. Samozrejme, hovoríme o opätovnom použití serverovej platformy predstavenej začiatkom tohto roka, ale je celkom jasné, že spoločnosť je celkom pripravená používať hélium mimo segmentu diskov dátových centier.
Konkurent spoločnosti Seagate, Western Digital Corporation, vo veľkej miere využíva technológiu HelioSeal pre širokú škálu aplikácií. Na jar tohto roku teda spoločnosť predstavila pevné disky WD Red, WD Red Pro a WD Purple plnené héliom pre NAS a systémy video sledovania. Okrem toho oznámila externý pevný disk My Book 8 TB, ktorý je naplnený héliom, no má rýchlosť vretena len 5400 ot./min. To naznačuje, že technológia HelioSeal je čoraz lacnejšia.
Stojí za zmienku, že zatiaľ čo Seagate momentálne neodhaľuje budúci plán pre svoje HDD naplnené héliom, Mark Rea dal jasne najavo, že takýto plán existuje.
⇡#Pevné disky TDMR sa dostanú na trh v roku 2017
Dvojrozmerný magnetický záznam (TDMR) je ďalšou technológiou, ktorá by mala pomôcť zvýšiť hustotu záznamu a výkon pevných diskov. Seagate verí, že TDMR pomôže zvýšiť hustotu záznamu o 5-10% (podstata technológie je však oveľa dôležitejšia ako okamžité zvýšenie hustoty záznamu, ktorému sa budeme podrobnejšie venovať nižšie). Plány na použitie TDMR pre komerčné pevné disky boli oznámené vlani v septembri a Mark Rea potvrdil, že Seagate je na dobrej ceste k ich implementácii. Prvé HDD využívajúce technológiu 2D magnetického záznamu sa dostanú na trh už v roku 2017.
Kľúčové výhody 2D magnetického záznamu
TDMR sľubuje, že umožní výrobcom pevných diskov zvýšiť hustotu platní HDD tým, že dráhy budú užšie a bunky menšie. Nové technológie umožňujú minimalizovať veľkosť hlavy zapisovača (zapisovateľa), čítanie sa však v tomto prípade stáva ťažkou úlohou. S výrazným zvýšením hustoty stôp na magnetickej platni sa hlava čítačky (čítačka) ukáže byť širšia ako stopa a je pre ňu ťažšie „čítať“ údaje na každej stope v dôsledku rušenia susednými stopami. (medzistopové rušenie, ITI), ktoré ruší rozpoznávanie signálu. Na boj proti efektu ITI technológia TDMR zahŕňa použitie radu čítačiek, ktoré budú čítať údaje z jednej alebo viacerých stôp súčasne (metóda bola opísaná vo viacerých vedeckých publikáciách). Čítanie údajov z jednej stopy dvoma čítačkami umožňuje ovládaču HDD znížiť pomer šumu (pomer signálu k šumu, pomer signálu k šumu) z rôznych stôp a správne čítať údaje. To si samozrejme vyžiada vysoký výpočtový výkon od radičov, ako aj kontrolu chýb (spôsob LDPC môžeme pravdepodobne vidieť v prípade radičov pevných diskov). Samozrejme, teoreticky môže hlava s jednou čítačkou pri operáciách čítania urobiť viac ako jeden „prechod“ cez potrebné sektory, v dôsledku čoho ovládač dostane požadované množstvo dát. Takýto algoritmus však nevyhnutne zvýši oneskorenia, bude vyžadovať veľké množstvo vnútornej pamäte a zvýšený výpočtový výkon. Okrem toho môže spôsobiť zníženie celkového výkonu.
Zvýšený počet čítačiek na hlave HDD sa stane dôležitejším v časoch tepelného magnetického záznamu (HAMR): zahrievanie povrchu plátku zníži šírku stopy a veľkosť buniek, čo povedie k zvýšeniu hustoty záznamu a ITI. Priamo technológia HAMR teda zvýši hustotu záznamu a TDMR poskytne príležitosť na riešenie problémov s rušením ITI.
Okrem toho Mark Rea povedal, že pri správnom naprogramovaní získajú pevné disky s viacerými čítačkami na tej istej hlave vyšší výkon. Hovoríme o tom, že čítačky budú môcť súčasne čítať dáta zo susedných stôp, čím sa zvýši rýchlosť čítania pri veľkom objeme dát. To samozrejme neurobí nové pevné disky tak rýchle ako SSD, ale pomôže to zákazníkom Seagate zvýšiť výkon ich úložných systémov. Momentálne spoločnosť nehovorí o svojich plánoch využiť viacero čítačiek na zvýšenie výkonu v komerčných HDD, keďže takéto zariadenia sa zajtra, ak vôbec, neobjavia – ale o takejto možnosti uvažuje.
Mark Rea potvrdil, že TDMR umožňuje výrobcom HDD zvýšiť hustotu záznamu približne o 10%, čo je v porovnaní s bežnými platňami typu PMR dosť významné. Dodatočná úložná kapacita však nebude „zadarmo“, aspoň čo sa týka výpočtového výkonu radičov pevných diskov. Rad čítačiek na čele zvyšuje požiadavky na šírku pásma kontroléra, ako aj množstvo informácií, ktoré je potrebné spracovať. V dôsledku toho sa celá platforma TDMR stáva veľmi drahou: využíva veľké množstvo čítačiek, nových platní, nových motorov a nových ovládačov. To je dôvod, prečo spoločnosť Seagate plánuje použiť takéto platformy primárne pre serverové jednotky niekedy začiatkom roka 2017. Spoločnosť Seagate nepotvrdila, či takéto pevné disky budú využívať TDMR aj hélium, no Mark Rea uviedol, že prakticky všetky technológie možno použiť spoločne v rámci jednej platformy HDD na vytvorenie relevantných riešení pre rôzne aplikácie. Pamätajte však, že hovoríme o plánoch a tie sa často menia.
⇡#Nová generácia 10K a 15K pevných diskov na ceste
Dnes nie sú vysokorýchlostné pevné disky najrýchlejšími úložnými zariadeniami. Používajú sa však pre servery s nepretržitou prevádzkou, ktorých výmena je pomerne zriedkavá kvôli použitiu špecializovaného softvéru a extrémnej zložitosti procesu. Dôležitou súčasťou je zvýšenie výkonu takýchto systémov. Seagate Corporation preto pripravuje novú generáciu pevných diskov s rýchlosťou vretena 10 a 15 tisíc otáčok za minútu (10K a 15K otáčok za minútu, RPM).
Server Dell PowerEdge. Fotografie Dell
Mnoho bežiacich serverov s nepretržitou činnosťou (kritické, MC) sa bude aj naďalej spoliehať na pevné disky s vysokou rýchlosťou vretena. Takéto HDD využívajú rozhranie SAS (Serial Attached SCSI) so všetkými jeho výhodami pre takéto stroje - tieto disky neohromujú výkonom, ale používajú sa všade. Nebudú tak skoro vyradené z prevádzky, čo je dobré znamenie pre výrobcov HDD. Trh (total available market, TAM) s ultrarýchlymi 10K a 15K pevnými diskami sa však v posledných rokoch zmenšil práve kvôli SSD diskom. To však neznamená, že sa už nevyvíjajú rýchle pevné disky. všade - Seagate totiž pripravuje ďalšiu generáciu takýchto zariadení.
Pevný disk Seagate Enterprise Performance s rýchlosťou 10 000 otáčok za minútu
Nová generácia pevných diskov Seagate Enterprise Performance 10K bude mať nielen rýchlosť vretena 10 000 otáčok za minútu, ale aj viacero čítačiek na hlavu. Obe hlavy budú čítať rovnakú stopu kvôli veľmi vysokej hustote záznamu (nezabudnite, že 2,5-palcové pevné disky môžu používať menšie platne, takže sa môžeme vysporiadať s niečím nad 1 Tbps2), čo zaručuje očakávaný výkon 10K disku odstránením ITI. Vzhľadom na to, že v prípade 10K pevných diskov ide o kritické zariadenia na ukladanie dát, mali by sme očakávať, že budú založené na už známych platniach PMR alebo SMR. V HDD na báze HAMR sa však nakoniec môžu objaviť hlavy s viacerými čítačkami.
Pevný disk Seagate Cheetah 15k ot./min
Pokiaľ ide o pevné disky s rýchlosťou vretena 15 000 otáčok za minútu, Seagate sa správa o niečo skromnejšie a tajnejšie. Spoločnosť potvrdzuje, že pracuje na ďalšej generácii 15K HDD, no zdráha sa prezradiť detaily. Je potrebné pripomenúť, že existuje veľa spoločností, ktoré v dátovom centre používajú veľké množstvo 15K SAS pevných diskov, a preto by prišla vhod ďalšia generácia takýchto diskov. SNIA má zároveň ambiciózny dlhodobý plán na vývoj rozhrania SAS a zvýšenie rýchlosti prenosu dát na 24 Gb/s do roku 2020 a neskôr. Preto je dôležité, aby Seagate ponúkal pre tento segment trhu SSD aj HDD. Treba pripomenúť, že predaj 15K HDD v posledných rokoch klesá a nová generácia takýchto zariadení môže byť poslednou – práve preto by mala ponúkať určitú sadu funkcií a technológií, o ktorých Seagate nechce diskutovať. Možno ani nie tak kvôli konkurencii, ale preto, že spoločnosť pracuje so svojimi zákazníkmi na zahrnutí funkcií do nového HDD, ktoré sú skutočne potrebné.
S príchodom nových platforiem dátových centier však nutne klesne potreba 10K/15K pevných diskov. Napríklad všetky nové SSD vyrobené spoločnosťou Intel pre dátové centrá a kontinuálne servery sú navrhnuté pre rozhranie PCIe a protokol NVMe. Ako jeden z najväčších výrobcov špičkových NVMe SSD (rodina akcelerátorov Seagate Nytro) bude Seagate nasledovať trendy na trhu. A čo viac, nedávne demonštrácie SSD spoločnosti (napríklad 60 GB SSD a 10 GB/s SSD) potvrdzujú pochopenie a vývoj SSD zo strany Seagate.
⇡#HAMR: viac ako 2 Tbps a viac
Ako bolo uvedené vyššie, technológie SMR a TDMR sú schopné zvýšiť hustotu záznamu na platniach pevných diskov o 10-20% v porovnaní s dnešnou hustotou záznamu. Spoločnosť Seagate urobila veľa pre to, aby sa technológia SMR stala najživotaschopnejšou pre širokú škálu typov pevných diskov a v budúcnosti uvidíme plody TDMR. Avšak vzhľadom na fyzikálne obmedzenia SMR a TDMR, ako aj relatívne vysoké náklady na HDD plnené héliom, je potrebná nová technológia magnetického záznamu na výrazné zvýšenie kapacity pamäte. Konečne (vieme, že ste čakali práve na túto sekciu :)), je čas porozprávať sa o technológii termomagnetického záznamu – HAMR.
Kľúčové výhody technológie HAMR
Spoločnosť Seagate tvrdí, že prototypy jej pevných diskov založených na HAMR používajú hlavy, ktoré ohrievajú platňu lokálne na 450 °C pomocou 20mW 810nm lasera. V súčasnosti majú pevné disky založené na HAMR hustotu záznamu približne 2 Tb/s, čo je výrazne viac ako dnešné pevné disky založené na platniach PMR alebo SMR. Potenciálne to znamená, že Seagate dokáže zdvojnásobiť kapacitu pevných diskov práve použitím technológie HAMR. V skutočnosti nie je všetko také jednoduché.
Zariadenie, ktoré prenáša tepelné žiarenie na ohrev dátového nosiča, sa nazýva optický prevodník blízkeho poľa (NFT). Keď je NFT vystavený laseru, prenáša tepelnú energiu na platňu, čím rozširuje bunky a umožňuje záznam. Výrobcovia pevných diskov používajú zlato ako primárny materiál pre NFT kvôli jeho vynikajúcim optickým vlastnostiam. Na druhej strane má zlato relatívne nízku mechanickú pevnosť a takéto NFT sa môžu pri dlhodobom vystavení zvýšeným teplotám deformovať. Deformácia môže zase viesť k zníženiu schopnosti prenášať tepelnú energiu na médium, čo v skutočnosti znamená poruchu pevného disku. To je dôvod, prečo Seagate a ďalší výrobcovia pevných diskov v priebehu rokov skúmali a patentovali rôzne materiály (presnejšie zliatiny na báze zlata) pre NFT. Spoločnosť Seagate samozrejme nezverejňuje zliatinu, ktorá sa práve teraz používa v prototypoch pevných diskov HAMR.
Mark Rea však zdôrazňuje, že keď spoločnosť v roku 2017 odošle prvé pevné disky založené na HAMR svojim partnerom na vyhodnotenie a potom v roku 2018 do komerčných systémov, budú vyrobené tak, aby vydržali dlhú dobu, rovnako ako dnešné HDD. Seagate nezverejňuje konkrétne údaje o schopnostiach pevných diskov na báze HAMR, tvrdí však, že budú schopné prepisovať dáta niekoľkokrát denne po dobu piatich rokov, čo svedčí o pomerne vysokej spoľahlivosti. Nakoniec budú HAMR využívať aj mechaniky klientskych PC, no takéto zariadenia sa objavia pomerne skoro.
Okrem solídneho NFT budú pevné disky založené na HAMR potrebovať nové hlavy (s ohrievačom, zapisovačom a možno aj viacerými čítačkami na boj proti efektu ITI), čo znamená veľa hardvérovej práce na viacerých frontoch. Okrem toho budú potrebné výkonnejšie ovládače a firmvér. Ako sa očakávalo, HAMR umožní zvýšiť nielen kapacitu, ale aj výkon pevných diskov. Na to však bude musieť Seagate vyvinúť pomerne komplexnú platformu, ktorá bude obsahovať nové mediálne materiály, nové hlavy, pokročilé ovládače a množstvo ďalších vecí.
Treba si uvedomiť, že HAMR je výzvou pre celé odvetvie, nielen pre Seagate. Výsledkom bolo, že akonáhle priemysel prišiel na to, ako urobiť pevné disky s technológiou HAMR tak spoľahlivé ako tradičné pevné disky, táto technológia sa začne masovo vyrábať.
⇡#Zhrnutie
Vývoj spotrebiteľských pevných diskov v posledných rokoch nebol obzvlášť vzrušujúci, ale tento rok sa veci začali meniť. Použitie SMR pomôže zvýšiť kapacitu pevných diskov v nasledujúcich štvrťrokoch a potom TDMR otvorí nové dvere pre nasledujúce roky. V tejto chvíli by mala byť jasná jedna vec: vývoj pevných diskov v budúcnosti sa bude líšiť od ich vývoja v minulosti. Dôvodom bola segmentácia trhu HDD a potreba špecializácie modelov.
Pevný disk Seagate
Zvýšenú kapacitu musia mať napríklad pevné disky na archiváciu, nearline aplikácie, NAS a DAS. Pri archívnych pevných diskoch alebo DAS však na výkone takmer nezáleží. Nearline a NAS by zároveň mali ponúkať kapacitu aj relatívne vysoký výkon vzhľadom na to, že ich môže využívať veľké množstvo klientov súčasne. Najlogickejším spôsobom, ako dnes zabezpečiť maximálnu kapacitu a výkon, je použitie héliovej platformy s motorom s 7200 otáčkami za minútu. Ako vidno z najnovších oznámení spoločností Seagate a Western Digital, tento prístup sa používa pre 10 TB pevné disky (v prípade Seagate ide o zariadenia Enterprise Capacity, Barracuda Pro, SkyHawk a IronWolf), kedy sú top modely postavené na špeciálna platforma. Ak sa bavíme len o maximálnej kapacite pre PC, tak pre takéto disky je najvhodnejšia klientska platforma Seagate SMR.
Situácia sa v najbližších rokoch pravdepodobne nezmení, keďže vývoj technológií pre ďalšiu generáciu pevných diskov si vyžaduje značné investície na pozadí klesajúceho dopytu po pevných diskoch. Vďaka tomu sa na stavbu nepoužije množstvo technológií či kombinácií technológií všetky typy pevných diskov (héliom plnené HDD v segmente nízkej ceny neuvidíme). Niektoré veci zostanú väčšinou v dátovom centre, špecializované a drahé disky (ako hélium), iné budú striktne smerované na klientske počítače (hybridné disky).
A čo viac, Seagate a jeho konkurenti chápu, že HDD nemôžu konkurovať SSD z hľadiska výkonu, najmä v situáciách náhodného čítania/zápisu. Hoci teda pevné disky v najbližších rokoch získajú vyššiu rýchlosť a kapacitu, nemali by sme očakávať, že ich výkon bude odteraz hlavným problémom výrobcov. Hustota záznamu a spotreba energie sa stávajú novými faktormi, o ktoré sa musia starať spoločnosti Seagate, Toshiba a Western Digital.
Dopredný plán spoločnosti Seagate zahŕňa SMR, TDMR, HAMR a rôzne ďalšie metódy nahrávania platní. Spoločnosť vyvíja súbor technológií, ktoré by mali zvýšiť kapacitu, výkon, spoľahlivosť a výdrž budúcich pevných diskov pomocou už spomínaných záznamových metód. Aj keď je spoločnosť Seagate presvedčená, že jej zariadenia budú žiadané, sú veci, ktoré je ťažké predvídať: napríklad si nie sme istí, ako sa bude vyvíjať trh s klientskymi úložiskami. Nech je to ako chce, čas ukáže.
Dnes rast údajov na osobu exponenciálne rastie a spoločnosti ponúkajúce riešenia na ukladanie týchto údajov sa snažia urobiť všetko pre to, aby zvýšili dostupnú kapacitu svojich zariadení. Technológia magnetického záznamu Seagate Shingled Magnetic Recording (SMR) dlaždice zlepšuje hustotu záznamu a zvyšuje kapacitu disku o 25 %. Je to možné zvýšením počtu stôp na každej platni a zmenšením vzdialenosti medzi nimi. Skladby sú umiestnené na sebe (ako dlaždice na streche), čo vám umožňuje zaznamenať viac údajov bez zväčšenia plochy dosky. Keď sa zapisujú nové dáta, stopy sa prekrývajú alebo sú „skrátené“. Vďaka tomu, že čítací prvok na hlave disku je menší ako zapisovací prvok, dokáže čítať dáta aj zo skrátenej stopy bez narušenia ich integrity a spoľahlivosti.
S technológiou SMR je však spojený nasledujúci problém: na prepísanie alebo aktualizáciu informácií je potrebné prepísať nielen požadovaný fragment, ale aj údaje na posledných stopách. Keďže je rekordér širší, zachytáva údaje o susedných stopách, takže je potrebné prepísať aj tie. Pri zmene údajov na spodnej stope je teda potrebné opraviť údaje na najbližšej prekryvnej stope, potom na ďalšej a tak ďalej, až kým sa neprepíše celá platňa.
Z tohto dôvodu sú skladby na disku SMR zoskupené do malých skupín nazývaných pásky. Navzájom sa prekrývajú iba skladby na tej istej páske. Vďaka tomuto zoskupeniu sa v prípade aktualizácie niektorých údajov nebude musieť prepisovať celá platňa, ale iba obmedzený počet skladieb, čo značne zjednodušuje a urýchľuje proces. Pre každý typ disku je vyvinutá jeho vlastná pásková architektúra s prihliadnutím na rozsah jeho použitia. Každý produktový rad Seagate je navrhnutý pre špecifickú aplikáciu a prostredie a technológia SMR poskytuje najlepšie výsledky pri správnom používaní.
Seagate SMR je technológia na uspokojenie neustále sa zvyšujúceho dopytu po dodatočnej kapacite. Dnes sa aktívne zdokonaľuje a v kombinácii s ďalšími inovatívnymi metódami sa dá použiť na zvýšenie hustoty záznamu na pevných diskoch novej generácie.
Najprv je však potrebné pochopiť niektoré nuansy jeho aplikácie.
Existujú tri typy zariadení, ktoré podporujú dlaždicové nahrávanie:
Autonómne (riadené diskom)
Práca s týmito zariadeniami si nevyžaduje žiadne zmeny v hostiteľskom softvéri. Celá logika zápisu/čítania je organizovaná samotným zariadením. Znamená to, že ich môžeme len nainštalovať a relaxovať? nie
Jednotky, ktoré implementujú technológiu zápisu Drive Managed, majú zvyčajne veľké množstvo vyrovnávacej pamäte na spätný zápis (od 128 MB na disk). V tomto prípade sa sekvenčné požiadavky spracovávajú v režime zapisovania. Hlavné ťažkosti, ktorým čelia vývojári zariadení a úložných systémov založených na tejto technológii nahrávania, sú nasledovné:
1. Veľkosť vyrovnávacej pamäte je obmedzená a keď sa zaplní, môžeme dosiahnuť nepredvídateľný výkon zariadenia.
2. Pri intenzívnom vyprázdnení vyrovnávacej pamäte sa niekedy vyskytujú významné úrovne latencie.
3. Určenie sekvencií nie je vždy triviálna úloha a v zložitých prípadoch môžeme očakávať degradáciu výkonu.
Hlavnou výhodou tohto prístupu je úplná spätná kompatibilita zariadení s existujúcimi operačnými systémami a aplikáciami. Ak dobre rozumiete svojej úlohe, môžete si teraz kúpiť zariadenia spravované Diskom a využívať výhody tejto technológie. Ďalej v článku uvidíte výsledky testovania takýchto zariadení a budete sa môcť rozhodnúť, ako vám vyhovujú.
Spravované hostiteľom
Tieto zariadenia používajú na interakciu s diskami sadu rozšírení ATA a SCSI. Ide o iný typ zariadenia (14h), ktorý si vyžaduje zásadné zmeny na celom Storage Stack a je nekompatibilný s klasickými technológiami, čiže bez špeciálneho prispôsobenia aplikácií a operačných systémov tieto disky nebudete môcť používať. Hostiteľ musí zapisovať do zariadení striktne sekvenčne. Výkon zariadenia je zároveň 100% predvídateľný. Na to, aby bol výkon úložného subsystému skutočne predvídateľný, je však potrebná správna prevádzka softvéru vyššej úrovne.
Hostiteľ si uvedomuje
Ide o hybridné riešenia, ktoré spájajú výhody technológií Device Managed a Host Managed. Kúpou takýchto diskov získame podporu spätnej kompatibility s možnosťou využiť špeciálne rozšírenia ATA a SCSI pre optimálnu prácu so zariadeniami SMR. To znamená, že môžeme jednoducho zapisovať do zariadení, ako sme to robili predtým, a robiť to najoptimálnejším spôsobom.
S cieľom zabezpečiť prácu so zariadeniami Host Managed a Host Aware sa vyvíja niekoľko nových štandardov: ZBC a ZAC, ktoré sú zahrnuté v T10 / T13. ZBC je rozšírením SCSI a je ratifikovaný T10. Normy sa vyvíjajú pre disky SMR, ale v budúcnosti sa môžu použiť aj na iné zariadenia.
ZBC/ZAC definujú model logického zariadenia, kde hlavným prvkom je zóna, ktorá je mapovaná ako rozsah LBA.
Normy definujú tri typy logických zón, do ktorých sú zariadenia rozdelené:
1. Konvenčná zóna – zóna, s ktorou môžeme pracovať tradičným spôsobom ako s bežnými pevnými diskami. To znamená, že môžeme písať postupne a náhodne.
2. Dva typy zóny ukazovateľa zápisu:
2.1. Uprednostňuje sa sekvenčný zápis – typ hlavnej zóny pre zariadenia Host Aware, uprednostňuje sa sekvenčný zápis. Náhodné zápisy do zariadení sa spracúvajú ako zariadenia spravované zariadeniami a môžu spôsobiť zníženie výkonu.
2.2. Iba sekvenčný zápis – typ hlavnej zóny pre zariadenia s riadením hostiteľa, možný je len sekvenčný zápis. Náhodné zápisy nie sú povolené a pokusy o to vrátia chybu.
Každá zóna má svoj vlastný ukazovateľ zápisu a svoj vlastný stav. Pre všetky zariadenia, ktoré podporujú typ zápisu HM, sa musí prvý LBA nasledujúceho príkazu zápisu zhodovať s pozíciou ukazovateľa zápisu. Pre zariadenia HA je ukazovateľ zápisu informačný a slúži na optimalizáciu manipulácie s diskom.
Okrem novej logickej štruktúry sa v štandardoch objavujú aj nové príkazy:
REPORT_ZONES je hlavná metóda, pomocou ktorej môžete získať informácie o existujúcich zónach na zariadení a ich stave. Ako odpoveď na tento príkaz disk hlási existujúce zóny, ich typy (konvenčné, sekvenčný zápis povinný, sekvenčný zápis preferovaný), stav zóny, veľkosť, informácie o umiestnení ukazovateľa zápisu.
RESET_WRITE_POINTER je nástupcom príkazu TRIM pre zariadenia ZBC. Keď sa zavolá, zóna sa vymaže a ukazovateľ zápisu sa presunie na začiatok zóny.
Na správu stavu zóny sa používajú tri voliteľné príkazy:
OPEN_ZONE
CLOSE_ZONE
FINISH_ZONE
Na stránky VPD boli pridané nové informácie, vrátane maximálneho počtu otvorených zón pre lepší výkon a maximálneho počtu zón dostupných pre náhodné zápisy s lepším výkonom.
Výrobcovia úložných zariadení sa musia postarať o podporu zariadení HA / HM vykonaním zmien na všetkých úrovniach zásobníka: knižnice, plánovače, jadro RAID, logické zväzky, súborové systémy.
Okrem toho musíte pre aplikácie poskytnúť dva typy rozhraní, aby fungovali: tradičné rozhranie, organizujúce pole ako zariadenie riadené zariadením a implementáciu virtuálneho zväzku ako zariadenie HOST AWARE. Je to nevyhnutné, pretože sa očakáva, že aplikácie budú pracovať priamo so zariadeniami HM/HA.
Vo všeobecnosti je algoritmus pre prácu s HA zariadeniami nasledujúci:
1. Definujte konfiguráciu zariadenia pomocou REPORT_ZONES
2. Definujte oblasti pre náhodné nahrávanie
2.1. Množstvo je obmedzené možnosťami zariadenia
2.2. V týchto zónach nie je potrebné sledovať polohu ukazovateľa zápisu
3. Použite zvyšok zón na sekvenčné písanie a používanie informácií o polohe ukazovateľa zápisu a robte iba sekvenčné písanie
4. Ovládajte počet otvorených zón
5. Na pridelenie fondu zóny použite zber odpadu
Niektoré techniky zápisu je možné použiť z existujúcich celoflashových úložných systémov, pre ktoré boli vyriešené problémy s prostatickým sekvenčným zápisom a zberom odpadu.
RAIDIX testoval disky Seagate SMR vo svojom laboratóriu a poskytuje niekoľko odporúčaní na ich použitie. Tieto disky sa líšia tým, že sú spravované zariadením a nevyžadujú žiadne veľké zmeny v aplikácii.
Počas testovania bol urobený pokus otestovať výkonové očakávania takýchto diskov a pochopiť, na čo ich môžeme použiť.
Testy zahŕňali dva pevné disky Seagate Archive s kapacitou 8000 GB.
Testovanie bolo vykonané na operačnom systéme Debian verzie 8.1
CPU Intel i7 c 2,67 MHz
16 GB RAM
Disky majú rozhranie SATA 3, radič sme prepli do režimu AHCI.
Na začiatok poskytujeme informácie o zariadeniach spustením dopytu.
Na tento účel sme použili sadu nástrojov sg3-utils.
sg_inq /dev/sdb
štandardný dopyt:
PQual=0 Device_type=0 RMB=0 verzia=0x05
NormACA=0 HiSUP=0 Resp_data_format=2
SCCS=0 ACC=0 TPGS=0 3PC=0 Ochrana=0 BQue=0
EncServ=0 MultiP=0 Addr16=0
WBus16=0 Sync=0 Prepojené=0 CmdQue=0
dĺžka=96 (0x60) Typ periférneho zariadenia: disk
Identifikácia predajcu: ATA
Identifikácia produktu: ST8000AS0002-1NA
Úroveň revízie produktu: AR13
Sériové číslo jednotky: Z84011LQ
Na strane 83 je VPD.
sg_inq /dev/sdb -p 0x83
VPD DOTAZ: Stránka Identifikácia zariadenia
Číslo deskriptora označenia 1, dĺžka deskriptora: 24
designator_type: vendor specific , code_set: ASCII
špecifický pre dodávateľa: Z84011LQ
Číslo deskriptora označenia 2, dĺžka deskriptora: 72
typ_označenia: identifikácia dodávateľa T10, sada_kódov: ASCII
spojené s adresovanou logickou jednotkou
ID predajcu: ATA
špecifický pre dodávateľa: ST8000AS0002-1NA17Z Z84011LQ
Nič zvláštne sme nevideli. Pokusy o prečítanie informácií o zónach zlyhali.
RAIDIX vyrába softvér pre úložné systémy pracujúce v rôznych odvetviach a my sme sa snažili nepoužívať špecializované alebo platené benchmarky.
Začneme kontrolou streamovacieho výkonu diskov na interných a externých stopách. Výsledky testov poskytnú maximálny očakávaný výkon zariadenia a sú predovšetkým v súlade s úlohami, ako je archivácia údajov.
Nastavenia blokového subsystému sme sa nedotkli. Testovanie vykonávame zápisom dát na disky v blokoch po 1 MB. Na tento účel používame benchmark fio v.2.1.11.
Úlohy sa od seba líšia iba posunutím od začiatku zariadenia a spúšťajú sa jedna za druhou. libaio je vybraná ako I/O knižnica.
Výsledky vyzerajú dobre:
Výkon na externých a interných tratiach sa líši takmer 2 krát.
Vidíme prerušované poklesy výkonu. Nie sú kritické pre archiváciu, ale môžu byť problémom pri iných úlohách. Pri správnom fungovaní cache spätného zápisu úložného systému predpokladáme, že takúto situáciu nezaznamenáme. Spustili sme podobnú skúsenosť, vytvorili sme pole RAID 0 oboch diskov, každému disku sme pridelili 2 GB vyrovnávacej pamäte RAM a nezaznamenali sme žiadne poklesy výkonu.
Pri čítaní poruchy nie sú viditeľné. A následné testy ukážu, že výkon SMR diskov sa vo výkone nijako nelíši od bežných.
Teraz vykonáme zaujímavejšie testy. Spustíme súčasne 10 vlákien s rôznymi posunmi. Robíme to preto, aby sme skontrolovali správnosť vyrovnávacej pamäte a videli, ako budú disky fungovať pri CCTV, Video Ingest a podobných úlohách.
Grafy zobrazujú celkovú produktivitu pre všetky úlohy:
Disk zvládol záťaž dobre!
Výkon zostáva na 90 MB/s, rovnomerne rozložený medzi vláknami a nedochádza k žiadnym veľkým poklesom. Plán čítania je úplne podobný, iba sa zvýšil o 20 MB. Na ukladanie a distribúciu video obsahu, výmenu veľkých súborov je výkon vhodný a prakticky sa nelíši od výkonu bežných diskov.
Disky si podľa očakávania viedli dobre pri streamovaní čítania a zápisu a multithreading bol pre nás príjemným prekvapením.
Prejdime k „náhodnému“ čítaniu a písaniu. Pozrime sa, ako sa disky správajú pri klasických podnikových úlohách: ukladanie DBMS súborov, virtualizácia atď. Do „náhodných“ operácií navyše spadá častá práca s metadátami a napríklad povolená deduplikácia na poli.
Testujeme v blokoch po 16 kilobajtoch a stále sú správne fio.
V teste sme nastavili niekoľko úloh s rôznou hĺbkou frontu, ale nepodáme úplné výsledky. Orientačný je len začiatok testu.
Prvých 70,5 sekundy vidíme nereálnych 2500 IOps pre pevný disk. To spôsobuje časté poruchy. Zdá sa, že v tomto okamihu je vyrovnávacia pamäť zapísaná a pravidelne resetovaná. Potom nastáva prudký pokles na 3 IOps, ktorý trvá až do konca testu.
Ak počkáte niekoľko minút, po vynulovaní vyrovnávacej pamäte sa situácia zopakuje.
Dá sa očakávať, že pri malom počte náhodných operácií sa bude disk správať dobre. Ak ale očakávame intenzívne zaťaženie zariadenia, je lepšie sa zdržať používania diskov SMR. RAIDIX odporúča presunúť všetku prácu s metaúdajmi na externé zariadenia vždy, keď je to možné.
A čo náhodné čítanie?
V tomto teste sme obmedzili čas odozvy na 50 ms. Naše zariadenia fungujú dobre.
Čítanie je v rozsahu 144-165 IOPs. Samotné čísla nie sú zlé, ale rozptyl 20 IOP je trochu strašidelný. Zamerajte sa na spodný riadok. Výsledok nie je zlý, na úrovni klasických diskov.
Zmeňme trochu náš prístup. Pozrime sa ešte raz na prácu s veľkým množstvom súborov.
Pomôže nám v tom utilita frametest od SGI. Tento benchmark je navrhnutý na testovanie výkonu vášho úložného systému pri úprave nekomprimovaného videa. Každý rám je samostatný súbor.
Vytvorili sme súborový systém xfs a pripojili sme ho s nasledujúcimi možnosťami:
-o noatime,nodiratime,logbufs=8,logbsize=256k,largeio,inode64,swalloc,allocsize=131072k,nobarrier
Spustite frametest s nasledujúcimi parametrami:
./frametest -w hd -n 2000 /test1/
Benchmark vytvorí 2 000 8 MB súborov.
Začiatok testu ide dobre:
Priemerné detaily:
Posledná 1 s: 0,028 ms 79,40 ms 79,43 ms 100,37 MB/s 12,6 fps
5 s: 0,156 ms 83,37 ms 83,53 ms 95,44 MB/s 12,0 snímok za sekundu
Ale po zaznamenaní 1500 snímok sa situácia výrazne zhorší:
Priemerné detaily:
Open I/O Frame Data Rate Frame Rate
Posledná 1 s: 0,035 ms 121,88 ms 121,92 ms 65,39 MB/s 8,2 sn./s
5 s: 0,036 ms 120,78 ms 120,83 ms 65,98 MB/s 8,3 sn./s
Priemerné detaily:
Open I/O Frame Data Rate Frame Rate
Posledná 1 s: 0,036 ms 438,90 ms 438,94 ms 18,16 MB/s 2,3 snímky za sekundu
5 s: 0,035 ms 393,50 ms 393,55 ms 20,26 MB/s 2,5 sn./s
Urobme test čítania:
./frametest -r hd -n 2000 /test1/
Počas celého testu je výkon vynikajúci:
Priemerné detaily:
Posledná 1 s: 0,004 ms 41,09 ms 41,10 ms 193,98 MB/s 24,3 snímok za sekundu
5 s: 0,004 ms 41,09 ms 41,10 ms 193,98 MB/s 24,3 obr./s
V súčasnosti sa pracuje na špecializovaných súborových systémoch pre SMR disky.
Seagate vyvíja SMR_FS-EXT4 na báze ext4. Je možné nájsť niekoľko súborových systémov so štruktúrou protokolov navrhnutých špeciálne pre jednotky SMR riadené zariadením, ale žiadny z nich nemožno nazvať vyspelým produktom odporúčaným na implementáciu. Seagate tiež vyvíja Host Aware verziu disku SMR, ktorá by mala byť dokončená do konca roka.
Aké závery môžeme vyvodiť z výsledkov meraní výkonnosti?
Zariadenia spravované zariadením možno bezpečne používať na úlohy, ktoré sa nelíšia intenzívnym nahrávaním. Veľmi dobre zvládajú úlohy jednovláknového a viacvláknového nahrávania. Sú skvelé na čítanie údajov. Pravidelné „náhodné“ požiadavky na disk o aktualizácie metadát sú spotrebované veľkou vyrovnávacou pamäťou.
Na riešenie problémov charakterizovaných intenzívnym „náhodným“ nahrávaním alebo aktualizáciou veľkého množstva súborov nie sú takéto zariadenia príliš vhodné, aspoň bez použitia dodatočných technických prostriedkov.
Parameter MTBF testovaných diskov je 800 000 hodín, čo je 1,5-krát menej ako napríklad u NAS diskov. Veľký objem diskov výrazne predlžuje čas obnovy a takmer znemožňuje pravidelné skenovanie médií. Odporúčame, aby ste sa pri navrhovaní úložiska s takýmito diskami spoliehali na RAID s paritou väčšou ako 2 a/alebo na prístupy, ktoré skracujú čas prestavby (napríklad deklastrovanie parity).
Technológia Shingled Magnetic Recording (SMR) vyvinutá špecialistami Seagate čoskoro umožní zvýšiť hustotu dát na platniach pevných diskov o 25 % vďaka zásadne novému usporiadaniu skladieb. V budúcom roku bude spustená hromadná výroba 3,5-palcových pevných diskov s kapacitou 5 TB a do roku 2020 dosiahne maximálny objem takýchto diskov 20 TB.
informačná explózia
Podľa odborníkov svetová populácia, ktorá predstavuje približne 7 miliárd ľudí, v súčasnosti generuje celkovo 2,7 zettabajtu dát ročne. A nemusíte byť odborníkom na informačné technológie, aby ste pochopili, že toto číslo sa bude každým ďalším rokom len zvyšovať. Jedným z faktorov, ktoré k tomu prispievajú, je zvýšenie šírky pásma kanálov používaných na pripojenie k internetu prostredníctvom pevných liniek, ako aj verejných bezdrôtových prístupových oblastí a mobilných sietí. Z roka na rok narastá množstvo dát (a predovšetkým mediálnych súborov), ktoré sa nahrávajú na cloudové úložiská, ako aj na pevné disky domácich počítačov a NAS disky. A to je celkom prirodzené. Po prvé, zvyšuje sa rozlíšenie domácich kamier a videokamier a následne objem uložených obrázkov a videozáznamov s rovnakým počtom záberov a načasovaním videa. Po druhé, v dôsledku zvýšenia šírky pásma internetových prístupových kanálov je možné streamovať mediálny obsah oveľa vyššej kvality. Prirodzene, video s vysokým rozlíšením (najmä v stereoskopickom formáte) vyžaduje oveľa viac úložného priestoru ako súbory so štandardným rozlíšením.
Vážnym faktorom, ktorý vytvára dodatočné zaťaženie systémov na ukladanie dát, je rýchly rast flotily mobilných zariadení – predovšetkým smartfónov a tabletov. Keďže takéto miniaplikácie sú spravidla vybavené relatívne malým množstvom vnútornej pamäte, ich majitelia často potrebujú používať externé jednotky na ukladanie vlastného aj externe stiahnutého mediálneho obsahu.
Podľa Johna Rydninga, viceprezidenta pre prieskum trhu s pevnými diskami vo firme IDC pre prieskum trhu, odvetvie pevných diskov v súčasnosti zažíva obdobie výrazného rastu. Celková kapacita dodávaných diskov sa meria v petabajtoch a medziročný nárast tohto ukazovateľa je približne 30 %. Vývojárom sa však zároveň darí zvyšovať špecifickú hustotu magnetického záznamu o menej ako 20 % ročne.
Výrobcovia týchto komponentov teda napriek neustálemu zdokonaľovaniu technológií používaných v pevných diskoch nedržia krok s rýchlo rastúcimi potrebami trhu. Ťažko za to však môžeme viniť vývojárov, ktorí už neúnavne hľadajú nové a nové spôsoby, ako zvýšiť hustotu magnetického záznamu.
Spoločnosť Seagate napríklad v roku 2007 propagovala technológiu kolmého magnetického záznamu (PMR) v komerčných pevných diskoch. Vďaka orientácii magnetických domén nie rovnobežne s rovinou disku, ale kolmo na ňu, bolo možné zmenšiť veľkosť stopy a tým zvýšiť kapacitu jednej platne až na 250 GB.
O päť rokov neskôr sa vďaka systematickému vývoju tejto technológie podarilo štvornásobne zvýšiť špecifickú hustotu magnetického záznamu a zmestiť 1 TB dát na jednu platňu. Tento úspech viedol k masovej výrobe 3,5-palcových pevných diskov s kapacitou 4 TB. V súčasných podmienkach to však už nestačí.
Jedným zo spôsobov, ako preklenúť zväčšujúcu sa priepasť medzi dopytom používateľov a výkonom pevného disku, je zavedenie technológie Shingled Magnetic Recording (SMR) vyvinutej spoločnosťou Seagate. Pozrime sa, čo je podstatou tohto riešenia.
Princíp šindľov
Väčšina čitateľov asi vie, že údaje na povrchu platní pevného disku sa zaznamenávajú na takzvané stopy, ktoré možno zjednodušiť ako súbor sústredných kružníc (obr. 1). Čím menšia je šírka stôp a intervaly medzi nimi, tým vyššia je špecifická hustota záznamu, a teda aj kapacita jednotky s rovnakým tvarovým faktorom a počtom platní.
Ryža. 1. Rozloženie stopy
na povrchu magnetickej platne
Pri tradičnom spôsobe magnetického záznamu je minimálna šírka stopy určená fyzickými rozmermi záznamového prvku hlavy pevného disku (obr. 2). K dnešnému dňu už bola dosiahnutá hranica miniaturizácie prvkov magnetickej hlavy a ďalšie zmenšenie ich veľkosti pomocou existujúcich technológií je nemožné.
Ryža. 2. Pri tradičnom rozložení dráh ich minimálna šírka
obmedzená veľkosťou záznamového prvku magnetickej hlavy pohonu
Technológia SMR umožňuje obísť toto obmedzenie a zvýšiť špecifickú hustotu záznamu vďaka hustejšiemu usporiadaniu stôp, ktoré sú čiastočne prekryté jeden na druhom ako prvky škridlovej strechy (obr. 3). Keď sa zapisujú nové údaje, stopy s predtým uloženými údajmi sú akoby orezané. Pretože šírka čítacieho prvku magnetickej hlavy je menšia ako šírka záznamového prvku, všetky údaje na platni možno stále čítať z orezaných stôp bez ohrozenia integrity a bezpečnosti týchto informácií.
Ryža. 3. Pri použití technológie SMR sú dráhy usporiadané bližšie,
vzájomne sa prekrývajúce
Zatiaľ čo všetko je jednoduché a jasné. Ak však potrebujete prepísať nové dáta cez existujúce, nastáva problém. Koniec koncov, v tomto prípade budete musieť prepísať nielen tento fragment priamo, ale aj dátové bloky na nasledujúcich stopách. Pretože záznamový prvok magnetickej hlavy je širší ako čítací prvok, proces prepisovania zničí dáta, ktoré boli predtým uložené v susedných oblastiach susedných stôp (obr. 4). Aby sa teda zabezpečila integrita predtým zaznamenaných informácií, tieto bloky sa musia najskôr uložiť do vyrovnávacej pamäte a potom zapísať späť na príslušnú stopu. Okrem toho sa táto operácia bude musieť opakovať postupne pre všetky nasledujúce stopy - kým sa nedosiahne hranica pracovnej oblasti magnetickej dosky.
Ryža. 4. V procese prepisovania údajov na jednom
koľají bude zasiahnutý úsek priľahlej koľaje
S ohľadom na túto vlastnosť sú stopy v pevných diskoch s technológiou SMR rozdelené do malých skupín – takzvaných balíkov (obr. 5). Tento prístup poskytuje flexibilnejšiu kontrolu nad procesom pridávania a prepisovania údajov a čo je najdôležitejšie, umožňuje vám znížiť počet dodatočných cyklov prepisovania a tým zvýšiť výkon disku. Aj keď je balík už plný, pri výmene dátového bloku v ňom bude potrebné prepísať úseky len obmedzeného počtu skladieb (až po hranicu tohto balíka).
Ryža. 5. Rozloženie dráh v balení
Štruktúra balíkov na disku sa môže líšiť v závislosti od rozsahu konkrétneho modelu. Pre každú rodinu pevných diskov tak môžete vytvoriť jedinečnú štruktúru balíka optimalizovanú pre špecifické použitie týchto diskov.
Je dôležité poznamenať, že zavedenie technológie SMR si nevyžaduje výrazné zmeny v dizajne magnetických hláv a reštrukturalizáciu výrobného procesu týchto komponentov. To udrží náklady na nové disky na rovnakej úrovni a vďaka vyššej kapacite dosiahnete ešte atraktívnejšie ukazovatele pre jednotkové náklady na ukladanie dát.
Záver
Technológia SMR je teda veľmi efektívnym riešením, ktoré umožňuje uspokojiť rastúci dopyt po zvyšovaní maximálnej kapacity pevných diskov v krátkom čase a s minimálnymi nákladmi. V prvej fáze implementácie technológie SMR zvýši hustotu záznamu dát o 25 % – z 1 na 1,25 TB na 3,5-palcovú platňu. V budúcom roku tak bude možné vyrábať pevné disky s kapacitou 5 TB.
Je dôležité poznamenať, že v prípade zavedenia technológie SMR sa dosiahne zvýšenie kapacity pohonov bez zvýšenia počtu magnetických hláv a/alebo platní pevných diskov. Nové pevné disky s vyššou kapacitou tak budú rovnako spoľahlivé ako predtým vyrábané modely rovnakého tvaru. Navyše, ako už bolo spomenuté vyššie, zavedenie technológie SMR si nevyžaduje výrazné zmeny v konštrukcii pevného disku. To predovšetkým umožňuje použitie rovnakých magnetických hláv a dosiek, aké sú inštalované v súčasných modeloch.
Ďalšou výhodou SMR je možnosť kombinovať toto riešenie s rôznymi technológiami magnetického záznamu. V súčasnosti sa používa v pevných diskoch s kolmým magnetickým záznamom, no v budúcnosti môže byť použitý v kombinácii s inými riešeniami, ktoré umožnia dosiahnuť ešte vyššiu špecifickú hustotu záznamu.
Článok založený na materiáloch od Seagate
Technológia Shingled Magnetic Recording (SMR) vyvinutá špecialistami Seagate čoskoro umožní zvýšiť hustotu dát na platniach pevných diskov o 25 % vďaka zásadne novému usporiadaniu skladieb. V budúcom roku bude spustená hromadná výroba 3,5-palcových pevných diskov s kapacitou 5 TB a do roku 2020 dosiahne maximálny objem takýchto diskov 20 TB.
informačná explózia
Podľa odborníkov svetová populácia, ktorá predstavuje približne 7 miliárd ľudí, v súčasnosti generuje celkovo 2,7 zettabajtu dát ročne. A nemusíte byť odborníkom na informačné technológie, aby ste pochopili, že toto číslo sa bude každým ďalším rokom len zvyšovať. Jedným z faktorov, ktoré k tomu prispievajú, je zvýšenie šírky pásma kanálov používaných na pripojenie k internetu prostredníctvom pevných liniek, ako aj verejných bezdrôtových prístupových oblastí a mobilných sietí. Z roka na rok narastá množstvo dát (a predovšetkým mediálnych súborov), ktoré sa nahrávajú na cloudové úložiská, ako aj na pevné disky domácich počítačov a NAS disky. A to je celkom prirodzené. Po prvé, zvyšuje sa rozlíšenie domácich kamier a videokamier a následne objem uložených obrázkov a videozáznamov s rovnakým počtom záberov a načasovaním videa. Po druhé, v dôsledku zvýšenia šírky pásma internetových prístupových kanálov je možné streamovať mediálny obsah oveľa vyššej kvality. Prirodzene, video s vysokým rozlíšením (najmä v stereoskopickom formáte) vyžaduje oveľa viac úložného priestoru ako súbory so štandardným rozlíšením.
Vážnym faktorom, ktorý vytvára dodatočné zaťaženie systémov na ukladanie dát, je rýchly rast flotily mobilných zariadení – predovšetkým smartfónov a tabletov. Keďže takéto miniaplikácie sú spravidla vybavené relatívne malým množstvom vnútornej pamäte, ich majitelia často potrebujú používať externé jednotky na ukladanie vlastného aj externe stiahnutého mediálneho obsahu.
Podľa Johna Rydninga, viceprezidenta pre prieskum trhu s pevnými diskami vo firme IDC pre prieskum trhu, odvetvie pevných diskov v súčasnosti zažíva obdobie výrazného rastu. Celková kapacita dodávaných diskov sa meria v petabajtoch a medziročný nárast tohto ukazovateľa je približne 30 %. Vývojárom sa však zároveň darí zvyšovať špecifickú hustotu magnetického záznamu o menej ako 20 % ročne.
Výrobcovia týchto komponentov teda napriek neustálemu zdokonaľovaniu technológií používaných v pevných diskoch nedržia krok s rýchlo rastúcimi potrebami trhu. Ťažko za to však môžeme viniť vývojárov, ktorí už neúnavne hľadajú nové a nové spôsoby, ako zvýšiť hustotu magnetického záznamu.
Spoločnosť Seagate napríklad v roku 2007 propagovala technológiu kolmého magnetického záznamu (PMR) v komerčných pevných diskoch. Vďaka orientácii magnetických domén nie rovnobežne s rovinou disku, ale kolmo na ňu, bolo možné zmenšiť veľkosť stopy a tým zvýšiť kapacitu jednej platne až na 250 GB.
O päť rokov neskôr sa vďaka systematickému vývoju tejto technológie podarilo štvornásobne zvýšiť špecifickú hustotu magnetického záznamu a zmestiť 1 TB dát na jednu platňu. Tento úspech viedol k masovej výrobe 3,5-palcových pevných diskov s kapacitou 4 TB. V súčasných podmienkach to však už nestačí.
Jedným zo spôsobov, ako preklenúť zväčšujúcu sa priepasť medzi dopytom používateľov a výkonom pevného disku, je zavedenie technológie Shingled Magnetic Recording (SMR) vyvinutej spoločnosťou Seagate. Pozrime sa, čo je podstatou tohto riešenia.
Princíp šindľov
Väčšina čitateľov asi vie, že údaje na povrchu platní pevného disku sa zaznamenávajú na takzvané stopy, ktoré možno zjednodušiť ako súbor sústredných kružníc (obr. 1). Čím menšia je šírka stôp a intervaly medzi nimi, tým vyššia je špecifická hustota záznamu, a teda aj kapacita jednotky s rovnakým tvarovým faktorom a počtom platní.
Ryža. 1. Rozloženie stopy
na povrchu magnetickej platne
Pri tradičnom spôsobe magnetického záznamu je minimálna šírka stopy určená fyzickými rozmermi záznamového prvku hlavy pevného disku (obr. 2). K dnešnému dňu už bola dosiahnutá hranica miniaturizácie prvkov magnetickej hlavy a ďalšie zmenšenie ich veľkosti pomocou existujúcich technológií je nemožné.
Ryža. 2. Pri tradičnom rozložení dráh ich minimálna šírka
obmedzená veľkosťou záznamového prvku magnetickej hlavy pohonu
Technológia SMR umožňuje obísť toto obmedzenie a zvýšiť špecifickú hustotu záznamu vďaka hustejšiemu usporiadaniu stôp, ktoré sú čiastočne prekryté jeden na druhom ako prvky škridlovej strechy (obr. 3). Keď sa zapisujú nové údaje, stopy s predtým uloženými údajmi sú akoby orezané. Pretože šírka čítacieho prvku magnetickej hlavy je menšia ako šírka záznamového prvku, všetky údaje na platni možno stále čítať z orezaných stôp bez ohrozenia integrity a bezpečnosti týchto informácií.
Ryža. 3. Pri použití technológie SMR sú dráhy usporiadané bližšie,
vzájomne sa prekrývajúce
Zatiaľ čo všetko je jednoduché a jasné. Ak však potrebujete prepísať nové dáta cez existujúce, nastáva problém. Koniec koncov, v tomto prípade budete musieť prepísať nielen tento fragment priamo, ale aj dátové bloky na nasledujúcich stopách. Pretože záznamový prvok magnetickej hlavy je širší ako čítací prvok, proces prepisovania zničí dáta, ktoré boli predtým uložené v susedných oblastiach susedných stôp (obr. 4). Aby sa teda zabezpečila integrita predtým zaznamenaných informácií, tieto bloky sa musia najskôr uložiť do vyrovnávacej pamäte a potom zapísať späť na príslušnú stopu. Okrem toho sa táto operácia bude musieť opakovať postupne pre všetky nasledujúce stopy - kým sa nedosiahne hranica pracovnej oblasti magnetickej dosky.
Ryža. 4. V procese prepisovania údajov na jednom
koľají bude zasiahnutý úsek priľahlej koľaje
S ohľadom na túto vlastnosť sú stopy v pevných diskoch s technológiou SMR rozdelené do malých skupín – takzvaných balíkov (obr. 5). Tento prístup poskytuje flexibilnejšiu kontrolu nad procesom pridávania a prepisovania údajov a čo je najdôležitejšie, umožňuje vám znížiť počet dodatočných cyklov prepisovania a tým zvýšiť výkon disku. Aj keď je balík už plný, pri výmene dátového bloku v ňom bude potrebné prepísať úseky len obmedzeného počtu skladieb (až po hranicu tohto balíka).
Ryža. 5. Rozloženie dráh v balení
Štruktúra balíkov na disku sa môže líšiť v závislosti od rozsahu konkrétneho modelu. Pre každú rodinu pevných diskov tak môžete vytvoriť jedinečnú štruktúru balíka optimalizovanú pre špecifické použitie týchto diskov.
Je dôležité poznamenať, že zavedenie technológie SMR si nevyžaduje výrazné zmeny v dizajne magnetických hláv a reštrukturalizáciu výrobného procesu týchto komponentov. To udrží náklady na nové disky na rovnakej úrovni a vďaka vyššej kapacite dosiahnete ešte atraktívnejšie ukazovatele pre jednotkové náklady na ukladanie dát.
Záver
Technológia SMR je teda veľmi efektívnym riešením, ktoré umožňuje uspokojiť rastúci dopyt po zvyšovaní maximálnej kapacity pevných diskov v krátkom čase a s minimálnymi nákladmi. V prvej fáze implementácie technológie SMR zvýši hustotu záznamu dát o 25 % – z 1 na 1,25 TB na 3,5-palcovú platňu. V budúcom roku tak bude možné vyrábať pevné disky s kapacitou 5 TB.
Je dôležité poznamenať, že v prípade zavedenia technológie SMR sa dosiahne zvýšenie kapacity pohonov bez zvýšenia počtu magnetických hláv a/alebo platní pevných diskov. Nové pevné disky s vyššou kapacitou tak budú rovnako spoľahlivé ako predtým vyrábané modely rovnakého tvaru. Navyše, ako už bolo spomenuté vyššie, zavedenie technológie SMR si nevyžaduje výrazné zmeny v konštrukcii pevného disku. To predovšetkým umožňuje použitie rovnakých magnetických hláv a dosiek, aké sú inštalované v súčasných modeloch.
Ďalšou výhodou SMR je možnosť kombinovať toto riešenie s rôznymi technológiami magnetického záznamu. V súčasnosti sa používa v pevných diskoch s kolmým magnetickým záznamom, no v budúcnosti môže byť použitý v kombinácii s inými riešeniami, ktoré umožnia dosiahnuť ešte vyššiu špecifickú hustotu záznamu.
Článok založený na materiáloch od Seagate
