В тази си статия ще се опитам да разясним какво е SMR (Shingled Magnetic Recording)  и PMR (Perpendicular Magnetic Recording) технология на запис върху хард диск.

Предизвикателството наречено Дисково Пространство

Откакто IBM представят първият хард диск през 1956г. производителите на дискове увеличават капацитета на дисковото пространство експоненциално, за да задоволят все по голямата нужда от него. Днес използването на електронни устройства, които съхраняват музика, снимки и видео, както и приложенията включващи дигитално видео, NAS сторидж и RAID  решения, са движеща сила за създаване на дискове с все повече и повече капацитет в всякакви размери. Исторически в времето, с цел по висок капацитет на диска,  производителите  намалят постепенно размерите на магнитните пиксели (участъци), които са отговорни за запаметяване на информационния bit – 0 или 1. Развитието на технологията  допринася  за все по голяма плътност или брой битове съхранени на единица площ върху  повърхността на диска . Проблемът с използването на този метод е, че се достига крайната точка, където микроскопичните магнитни пиксели върху диска са толкова малки, че могат да започнат да си взаимодействат едни с други, като по този начин загубят възможността си да задържат магнитната си ориентация. Тя от своя страна е важна, защото определя дали в магнитния участък е съхранена 0 или 1.  Евентуално взаимодействие на магнитните полета би направило диска ненадежден. Феноменът е известен още като Суперпарамагнетичен ефект – the superparamagnetic effect (SPE). За да се преодолее този проблем производителите на дискове търсят решения с материали, които имат по висока коерцитивност. Коерцитивността е показател, който показва напрегнатостта на магнитния носител или нужната енергия , за да се запише информацията върху магнитното устройство. Подобряването на този показател, подобрява способностите на bit-а да запази магнитните си свойства. С други думи – по висока коерцитивност дава възможност за все по голямо приближаване на магнитните пиксели един до друг.

 

 

Решението на проблема:  Перпендикулярно магнитно записване PMR.

Преди появата PMR технологията на запис, десетилетия наред производителите на хард дискове са използвали метода на надлъжното магнитно записване (longitudinal magnetic recording) на данни. При него, намагнетизирането на всеки bit от данни (казано по друг начин -всяка бинарна 0 или 1) се подравнява хоризонтално, успоредно на въртящият се диск- фиг.1

Фиг. 1

Но с намалянето на размера и приближаването един до друг на магнитните пиксели (респективно магнитните полюси), те започват да изпитват силни размагнитизиращи полета. Представете си как 2 магнита, еднаквите полюси на който са приближени един до друг се отблъскват. Необходимо е увеличаване на коерцитивноста с цел да се противодейства на размагнетизирането и да се запазят bit-овете стабилни дори и при температурни амплитуди. Изискването за висока коерцитивност тласка до краен предел възможностите на познатите материали особено в часта на главата на диска.

Така се появява перпендикулярното магнитно записване- PMR.

При него магнитните полюси се записват перпендикулярно на повърхността на диска- фиг.2

 

 

Подравняването (подреждането) на магнитните полюси перпендикулярно позволява използването на по силно намагнитващи материали, чрез рутиране (заобикаляне) на магнитното поле през допълнителен подзаписен слой. Такива по силно намагнитени материали са  по термално устойчиви, което e важно поради суперпарамагнетичният ефект. Новата ориентация на битовете позволява на производителите да намалят още размера на всеки бит. Но и това си има ограничения. В момента максималната гъстота (плътност) на PMR технологията на запис се опитва да достигне около 1 Tbit/inch².

Но съвременното общество е лакомо. Иска още и още капацитет. Стига се дотам, че е необходима нова технология за запис, която да позволи още по голяма плътност на битовете на единица площ.

SMR (Shingled Magnetic Recording)в буквален превод “керемидално”  магнитен запис.  SMR е нова технология за запис върху HDD създадена с цел да увеличи плътността на запис върху диска, спрямо  традиционната технология на перпендикуряното магнитно записване (Perpendicular Magnetic Recording -PMR).  SMR технологията на запис позволява пистите (пътищата) върху диска за запис да се наслагват едни върху други, точно като подреждането на керемиди на покрива на къща. По този начин се увеличава плътността на пистите за единица площ или фактора (TPI-tracks per inch)-  писти за инч.

 

Традиционно магнитните битове са подредени в паралелни концентрични писти по повърхността на диска. Ширината на пистата е около 75 нанометра. За сравнение един грипен вирус има по голям размер. Традиционната технология на запис оставя малко разтояние между две съседни писти с цел да се намали интерференцията между тях. Миниатюризирането на елементите за запис и четене на главата на диска, позволяват на производителите да намалят разтоянието между пистите. Забележете, че ширината на пистата на главата за четене (маркирано с зелено на горния чертеж) е по малка от тази за запис (светло синьо).

 

SMR технологията  припокрива по широките писти за запис (като керемиди на покрив), оставяйки само пистите за четене открити. По малката глава за четене на диска може лесно да  прочете данните върху диска. Тази технология е предпочитана от производителите, защото минимализира разходите за терабайт/ площ и увеличава значително TPI (Tracks Per Inch²). Очаква се в бъдеще SMR технологията да достигне гъстота от 4 трилиона bit-а за Inch², което може да позволи хард дискове от 20TB и нагоре.

Голямото предизвикателство обаче си остава с  записа   или  презаписването на данни върху тези дискове. Проблема е в това, че пистите с вече записани данни са вече застъпени с други писти. Нека видим как инженерите адресират този проблем.

Предизвикателството на бързодействието при SMR.

Процеса на запис на данни върху един нов SMR HDD  е бърз и ясен в началото. Диска записва последователни данни нормално и пистите се припокриват (керемидално). Остават открити пистите за четене. Това е много важно при тази технология. Данните трябва задължително да се записват последователно. Какво става обаче, ако нови (модифицирани)  данни трябва да бъдат позиционирани до/между съществуващи такива?  Това би презаписало некоректно данните в вече съществуващите писти. Както вече казахме главата на диска за запис е по широка от тази за четене. Опит за запис на данни между други данни би повредил вече записаните. Такъв опит за презаписване на данни тригва (стартира) процедура наречена прочети-модифицирай-запиши.  За съжаление непоследователния (random ) запис също стартира тази процедура, защото той би засегнал припокритите писти.

Затова процеса на презапис започва с прочитане на всички данни, които трябва да бъдат модифицирани. Следва прочитане на данните в съседните сектори (писти), които се засягат. Всички те се изместват в кеша на диска (cache). За пример в SMR дисковете на Seagate, кеша представлява част от самия диск (слухове говорят за 20GB ), който се използва за постоянна памет. Диска използва мястото от диска определено за кеша , когато трябва да съхрани временно данни докато реорганизира процедурите за запис. Когато данните са реорганизирани диска презаписва вече последователно обратно данните в първоначалната им позиция. Използва се още и DRAM кеш за времено съхраняване на входящите данни за запис върху диска.

За самия процес на управление на данните се използват различни медотологий, които няма да описваме тук.

 

И в заключение как всичко това влияе на Burst?

Както знаем за копаенето на монетата се създават първоначално плот файлове. Плотирането на файл представлява запис на произволни (random) данни. Когато те се създават върху  PMR  диск скоростта на трансфер не е ограничена от технологията на запис а от други фактори, като въртене на диска и интерфейса му на свързване. Един PMR  диск, няма проблеми в скоростно отношение с запис и презапис на последователни или произволни (random) данни.

Какво се случва обаче при SMR технологията? Тя позволява скоростно записване само на последователни данни. Copy/Paste на файлове представлява последователен запис от данни.  Запомнете това. Всякакви произволни (random) данни се реорганизират така, че да се преустроят на последователни.  Диска за да запише данни между вече създадени и застъпени писти, прочита всички засегнати писти, премества ги в кеш, реорганизира данните и започва последователен запис в необходимите участъци заедно с новите данни, които трябва да бъдат записани. Виждате ли колко време се отделя. Записа на нови данни  е свързано с преместване и реорганизиране на стари с цел да не се засегнат. Ето от тук идва слабото място на тази технология. Именно затова SMR  дисковете се използват най-вече в архивни дискове, за  back up на данни, които рядко се модифицират директно върху диска. Или казано по друг начин- един път записвай и много пъти чети.

Какво да правим?

Поради ниската си цена тези SMR дискове са атрактивни. За копането на Burst не отстъпват по нищо в сравнение с PMR диск. Копането означава прочитане на файл от диска. Закачен на USB 3.0, SATA 2 или SATA 3 архивните дискове достигат повече от прилични скорости на четене – до над 100 Mb/s при дискове с 7200 оборота за минута. 

От друга страна знаем, че записа на плот файл се случва веднъж. Директния опит за запис на файл чрез плотираща програма ще изпита до краен предел Вашите нерви. Максимална скорост на запис от 15-20 Mb/s бихте постигнали и то при мощен процесор и отделена RAM памет. Ако сте с по посредствени параметри  се пригответе за запис от 1-10 Mb/s. И какво се получава ако искате да запълните 1 архивен диск от 8 Tb:

Приблизителен брой нонси за 8 Tb (7,27 Tb чисто пространство) диск = 30 500 000

1 Gb = 4096 nonses

30 500 000 / 4096  x  1024 =  7 625 000 Mb данни за запис.

Ако скоростта Ви на запис е да кажем  5 Mb/s то:

7 625 000 / 5   / 3600 sеc   x  24ч. = 17,65 дена.

Честито.

Затова НЕ препоръчваме да плотвате директно върху такива дискове. Изпозвайте хубав PMR диск и прехвърлете после върху архивния с copy/paste.

 

Как да определим кой диск какъв е преди да закупим?

Приципно ако вече нямате от същия модел диск, които искате да закупите трудно ще разберете дали е PMR или SMR.  Някой производители дават тази информация. Ако в спецификацията на диска пише SMR или Archive HDD работата е ясна. Но ако не е подадена тази информация следват жокерите:

  1. Цената. Архивните SMR дискове са с ниска цена за терабайт спрямо PMR.
  2. Оборотите рядко са 7200.
  3. Кеша рядко е 256 мб.

Най-сигурния начин е да изпратите официално запитване с партидния номер на желания от Вас диск  и да попитате директно продавача или производителя за технологията на запис.

 

Burstcoin.website team