Kietieji diskai: kas pasikeitė per 2014 metus

3,5 colių HDD įrašymo tankis plokštelėje pagaliau įveikė 1TB ribą. Diskai pasiekė 8TB talpą, pasirodė HDD su „Shingled Recording“ technologija ir septynių tūkstančių apsisukimų per minutę greičio NAS masiniam vartojimui skirtuose produktuose.

Iš kietųjų diskų reikalaujama talpos augimo ir vieno gigabaito kainos mažėjimo. Šioje srityje 2014metai pasižymėjo didžiuliais pasiekimais. Pirmą kartą po potvynio Tailando gamyklose 2011 pasiektas naujas duomenų tankio lygis – 1,2 TB į 3,5 colių plokštelę. Vieno HDD apimtis pasiekė 8 TB ribą ir 10 terabaitų taip pat ne už kalnų.

6 TB ore, 8 TB helyje

6 TB nustojo būti helio dujomis užpildytų diskų prerogatyva. Vieninteliu tokios talpos HDD yra „Ultrastar He6“, turintis septynias 860 GB plokšteles hermetiškame korpuse. Dabar, didėjančio įrašymo tankio dėka, helis išstumiamas į didesnės talpos diskus. „Seagate Enterprise Capacity 3.5 HDD“ sudaro šešios 1 TB plokštelės – daugiau nei gamintojai tradiciškai galėjo sau leisti „ore”. Tačiau visi sekantys modeliai – „normalūs” penkių plokštelių diskai su 1,2 TB įrašymo tankiu: „HGST“ gaminys „Ultrastar 7K6000“, „Toshiba“ MG04SCAxxXX ir MG04ACAxxXX serijos. „Western Digital” pirmieji pristatė 6 TB talpą vartotojų segmente – „Red“ ir „Green“ šeimose.

1,142 TB plokštelės kartu su heliu, leido „HGST“ sukurti 8TB diską „Ultrastar He8“ naudojant standartinį statmeną įrašymą.

„Shingled Magnetic Recording“

Tolesnis progresas įmanomas tik įrašymo „plytelėmis“ – „Shingled Magnetic Recording“ (SMR) dėka, kurio pastaruosius kelerius metus buvo tikimasi sulaukti brangesniuose diskuose. SRM technologija išnaudoja tai, kad kietojo disko įrašymo galvutė didesnė už nuskaitymo. Todėl magnetinio takelio plotis skaitymui yra per didelis. SRM įrašymo metu užgriebia ankstesnio takelio dalį, paliekant nuskaitymui būtiną erdvę. Takelių dalinio uždengimo dėka įrašymo tankis didėja.

Tačiau SMR turi tuos pačius trūkumus, kaip „NAND Flash“ atmintis. Nors kiekvieną takelį galima skaityti atskirai, įrašymas į vieną takelį kitame informaciją pažeidžia. Būtina atlikti operaciją „read-modify-write“: iš anksto perskaityti informaciją iš visų sekančių takelių ir tada nuosekliai įrašyti ją atgal. Paprasčiausiu SMR įgyvendinimo atveju reikėtų perrašyti visą magnetinį plokštelę. Tačiau komercinės versijos modeliuose takelių perdengimas nutraukiamas, formuojant skirtingas juostas. Blogiausiu atveju gali tekti perrašyti juostą, bet ne visą plokštelę, tačiau našumo nuostoliai yra neišvengiami. Be to, informacijos saugojimui operacijos metu, diskui reikalinga talpi „DRAM“ laikinoji atmintis.

Kietųjų diskų naudojančių SMR greitis, palyginti su SSD, nėra didelis, todėl jų naudojimas bus apribotas „šaltos” informacijos saugojimu duomenų centruose. Ten taip pat užtikrinamas nepertraukimas maitinimas ir atsarginės duomenų kopijos – šie reikalavimai yra būtini, kai energetiškai priklausomame HDD duomenys periodiškai „pakabinti“ lakiname buferyje.

„HGST“ pagamino bandomąsias 10 terabaitų diskų, paremtų SMR ir su heliu korpuse, siuntas („10TB SMR HelioSeal HDD“). „Seagate” naudoja SMR (taip pat su heliu) „Archive HDD“ serijoje, kurių talpa iki 8 TB ir 5 terabaitų „Desktop HDD“. Plokštelės „Seagate“ diskuose su SMR yra 1,25-1,33 TB.

2015 metais, „Seagate” planuoja padidinti diskų talpą iki 10 TB dėl 1,66 terabaitų kiekvienoje plokštelėje įrašymo tankio, naudojant SMR.

Tačiau be galo tankinti takelių nepavyks. Anksčiau ar vėliau, SNR („signalo-triukšmo” santykis) skaitant, dėl kaimyninių takelių įtakos nukritus žemiau kritinės ribos. Technologija „TDMR“ (Two-Dimensional Magnetic Recording) padidina SNR plokštelės fragmento duomenų analizės dėka. Norint sukurti dvimatį vaizdą, reikia nuskenuoti dominančią sritį keliais skaitymo galvutės perėjimais arba naudoti kelių galvučių masyvą. Bet visa tai kol kas lieka ateičiai.

„Heat-Assisted Magnetic Recording“ artimoje ateityje

Diskai sistemoms, kur yra būtinas didesnis našumas nei gali pasiūlyti SMR, gali padaryti perversmą talpos didinime dėl naudojamos perspektyvios technologijos – „HAMR“ (Heat-Assisted Magnetic Recording). „HARM“ žada padidinti įrašymo tankį nuo 750 gigabaitų į kvadratinį colį, kurį gali pasiekti šiuo metu dominuojanti technologija „PMR“ (Perpendicular Magnetic Recording), iki 5 TB/In² artimiausioje ateityje.

Pagrindinė kliūtis siekiant padidinti HDD talpą vadinama superparamagnetiniu limitu. Magnetinis domenas plokštelėje susideda iš kelių šimtų atskirų grūdelių, su kurių dydžio mažėjimu susietas įrašymo tankio progresas. Tačiau, esant tam tikram grūdelių dydžiui, energetinis barjeras, skiriantis magnetinę „nulio” ir „vieneto” būklę, palyginamas su šiluminių svyravimų energija. Atsiranda įtampos praradimo rizika. Sprendimas – magnetinėse plokštelėse vietoj esamų kobalto lydinių naudoti kitas medžiagas (kaip kandidatas minimas geležies ir platinos lydinys), kurioms būdinga didesnė komercinė jėga – magnetinio lauko stiprumas reikalingas išmagnetinti domeną. Todėl, grūdelių dydžio ribojimas, kurį sukelia superparamagnetinis efektas, bus pašalintas.

Kita vertus, tokį lydinį yra sunku įmagnetinti informacijos įrašymui. Kad medžiaga taptų imlesnė, ji turi būti šildoma lazeriu įrašymo galvutės slinkimo metu. Naudojant „HAMR“ teorinė įrašymo tankio riba yra maždaug 50 Tbit/In ², kuri suteikia 80 TB kiekvienai 3,5 colių formos kietojo disko plokštelei. Be to, tokioje konstrukcijoje vietoj lazerio gali būti naudojamas mikrobangų šaltinis.

„Seagate” planuoja išleisti HDD su „HAMR“ jau 2016 metais ir sieks 20 TB talpos vienam diskui iki 2020 metų.

„Media Cache“ iš „HGST“

Taip pat norisi atkreipti dėmesį į įdomią „Media Cache“ technologiją, kurią savo HDD pritaikė „HGST“ – „Ultrastar C10K1800“ diskai su 10.000 aps/min greičiu ir SAS sąsaja skirti našioms duomenų saugykloms. Laikinam duomenų saugojimui plokštelėse skirtos kelios sritys. Gavęs nurodymą rašyti nurodytu adresu, diskas perkelia duomenis į arčiausiai galvutės esančią laikiną saugyklą, o vėliau, patogiu metu, perduoda duomenis į paskirties vietą.

Galima sakyti, kad tai yra pavėluota „NCQ“ idėjos plėtra, kuri restruktūrizuoja užklausų eilę, siekiant užtikrinti patogiausią galvutės judėjimo kelią. „Media Cache“, lyginant su senesniais „Ultrastar“ modeliais, pagreitina įrašymą 2,5 karto.

HDD kaina

Technologijų pažanga dar neatsispindi kietųjų diskų kainose. Talpos vieneto kaina dar 2013 metais sumažėjo iki lygio, buvusio iki 2011 metų potvynio Tailando gamyklose, tačiau nuo to laiko beveik nepasikeitė. Dabar įrašymo tankio didėjimas yra pagrindinis kainų mažinimo šaltinis. 1,2 TB talpos plokštelės su standartine statmeno įrašymo technologija kol kas skirtos tik 6TB talpos HDD, bet palaipsniui pereis į labiau prieinamus modeliu, kas leis juos atpiginti. SMR įdiegimas verslo klasės diskuose turės įtakos vidutinei gigabaito kainai, tačiau neįtakos pigesnių įrenginių.

Nauji „Seagate” ir „WD” diskai

2014 metais, „Seagate” ir „Western Digital” išplėtė savo asortimentą naujais prekiniais ženklais. Nors ankstesniais metais šių gamintojų kietųjų diskų modelių serijos buvo konsoliduojamos, tai dabar vyksta atvirkštinis procesas. „Toshiba” ir „HGST“, kaip gamintojai orientuoti į verslo klientus, čia nebus minimi.

WD, prie serijos Red, skirtos mažiems diskų masyvams tinklams (NAS), pristatė „Red Pro“ seriją. Skirtingai nuo Red (penkių tūkstančių), naujiena paremta diskais „WD” Se ir Re kurių veleno greitis yra 7200 aps/min. „Red Pro“ garantija pratęsta nuo 3 iki 5 metų. Tačiau turime nepamiršti, kad „Red Pro“ nebūtinai pranašesnis už paprastą „Red“. „WD Se“ platformoje naudojamos 600-800 GB plokštelės, o „WD Red“ – 1 TB.

Serijas „Red“ ir „Red Pro“ jungia šios savybės:

• Magnetinių plokštelių blokas subalansuotas dviejose plokštumose, siekiant užkirsti kelią vibracijoms;
• Velenas pritvirtintas abiejose korpuso pusėse;
• Protokolas SATA nustatytas geriausiam veikimui diskų masyvuose, skirtuose tinklams;
• Garantuotas didelis patikimumas ir 24/7 darbo režimas.

Seagate, atsakydami į „Red Pro“ pasirodymą, pristatė seriją „Enterprise NAS HDD“. Tai taip pat 7200 aps/min greičio HDD nedidelio masto tinklo saugykloms. Tik, skirtingai nuo „WD“, „Seagate“ gali pasiūlyti sukimosi greitį kartu su 1TB įrašymo tankiu – naudingiausias derinys našumo požiūriu. 5 ir 6 TB talpos tarp konkuruojančių „WD“ produkto taip pat nėra. Be to, „Enterpise NAS HDD“ turi ilgesnį vidutinį laiką tarp gedimų – 1,2 mln valandų prieš „WD Red Pro“ vieną milijoną.

Dar viena simetriška naujų produktų iš „Seagate“ ir „WD“ pora yra skirta siaurai nišai – vaizdo stebėjimo sistemoms. „WD Purple“ ir „Seagate Surveillance HDD“ palaiko ATA protokolo plėtinį pavadintą „ATA Streaming Command Set“, egzistuojantį tam, kad užtikrintų kelių stebėjimo kamerų informacijos įrašymą į diską ir neleistų kadrų praleidimo, kurį gali iššaukti HDD buferio išvalymas.

• „ATA Streaming“ sukuria lentelę, kurios pagrindu galima prognozuoti prieigos laiką į tam tikrą plokštelės takelį.
• Klaidų taisymo laikas ribojamas.
• Bandymas atkurti duomenis iš blogo sektoriaus gali vykti keliais etapais, tarp kurių diskas įrašo vaizdo srautus.
• Disko valdiklis gauna informaciją apie tai, su kiek srautų teks dirbti.
• Duomenų įrašymo užklausos, priklausančios tam pačiam kadrui, pažymimos „NS“ (Non-Sequential) ir gali būti įrašomos be eilės, patogia diskui tvarka.

Abiejų diskų gamintojai garantuoja 24/7 veikimą ir trejų metų aptarnavimą. Modeliai talpa yra iki 6TB. „WD Purple“ veleno greitis yra apie 5400 aps/min ir 5900 aps/min „Seagate Surveillance HDD“.

„WD Purple“, kaip ir „WD Red“ diskai, turi TLER (Time-Limited Error Recovery): HDD neužsibūna bandydamas skaityti duomenis iš blogo sektoriaus, kad RAID valdiklis neatjungtų jo iš masyvo. Algoritmai „AllFrame“, kartu su „ATA Streaming Command Set“ pritaiko darbą kelių mažos spartos (iki 32 kamerų). duomenų srautų įrašymui į diską.

„Western Digital” taip pat pristatė specialų produktą duomenų centrui – „Ae“ seriją. Diską sudaro penkios iki 1,2 TB talpos plokštelės. Konkreti konfigūracija lemia disko dydį: nuo 6 TB toliau didėjant talpai 100 GB žingsniu (viršutinė riba nėra nurodyta, bet neviršija 6,9 TB). Veleno greitis 5760 apsisukimų per minutę. „WD Ae“ yra skirti saugoti „šaltus” duomenis. Matyt, tokiu būdu WD „išspaudžia“ didžiausią galimą talpą iš geriausių magnetinių plokštelių, kol kompanija nenaudoja nei helio nei „Shingled Magnetic Recording“ – technologijų, su kurių pagalba konkurentai gamina talpesnius kietuosius diskus, skirtus toms pačioms užduotims.