Hard drive pertama di dunia, IBM RAMAC 305, yang dirilis pada tahun 1956, hanya berisi 5 MB data, dan pada saat yang sama memiliki berat 970 kg dan ukurannya sebanding dengan lemari es industri. Kapal induk perusahaan modern mampu membanggakan kapasitas 20 TB. Bayangkan saja: 64 tahun yang lalu, untuk mencatat informasi sebanyak itu, dibutuhkan lebih dari 4 juta RAMAC 305, dan ukuran pusat data yang diperlukan untuk penempatannya akan melebihi 9 kilometer persegi, sedangkan hari ini sebuah kotak kecil dengan berat sekitar 700 gram! Sebagian besar peningkatan kepadatan penyimpanan yang luar biasa ini berasal dari peningkatan teknik perekaman magnetik.
Sulit dipercaya, tetapi desain hard drive tidak berubah secara mendasar selama hampir 40 tahun, dimulai pada tahun 1983: saat itulah hard drive 3,5 inci RO351 pertama, yang dikembangkan oleh perusahaan Skotlandia Rodime, melihat cahaya. Balita ini menerima dua pelat magnetis masing-masing 10 MB, yang mampu menampung data dua kali lebih banyak daripada ST-412 5,25 inci yang diperbarui, yang dirilis oleh Seagate pada tahun yang sama untuk komputer pribadi IBM 5160.
Rodime RO351 - hard drive 3,5 inci pertama di dunia
Terlepas dari inovasi dan ukurannya yang ringkas, pada saat dirilis, RO351 ternyata tidak berguna, dan semua upaya lebih lanjut oleh Rodime untuk mendapatkan pijakan di pasar hard drive gagal, itulah sebabnya pada tahun 1991 perusahaan itu gagal. terpaksa menghentikan aktivitasnya, setelah menjual hampir semua aset yang tersedia dan mengurangi jumlah staf seminimal mungkin. Namun, Rodime tidak ditakdirkan untuk bangkrut: segera produsen hard drive terbesar mulai berpaling padanya, ingin memperoleh lisensi untuk menggunakan faktor bentuk yang dipatenkan oleh Skotlandia. 3,5 inci saat ini merupakan standar yang diterima untuk HDD konsumen dan perusahaan.
Dengan munculnya jaringan saraf, Pembelajaran Mendalam dan Internet of Things (IoT), jumlah data yang dibuat oleh umat manusia mulai bertambah seperti longsoran salju. Menurut badan analitik IDC, pada tahun 2025 jumlah informasi yang dihasilkan oleh orang itu sendiri dan perangkat di sekitar kita akan mencapai 175 zettabytes (1 ZB = 10 21 bytes), dan ini terlepas dari kenyataan bahwa pada 2019 adalah 45 ZB. pada tahun 2016 - 16 ZB, dan pada tahun 2006 jumlah total data yang dihasilkan di seluruh sejarah yang dapat diperkirakan tidak melebihi 0,16 (!) ZB. Teknologi modern membantu mengatasi ledakan informasi, di antaranya metode perekaman data yang ditingkatkan bukanlah yang terakhir.
LMR, PMR, CMR dan TDMR: Apa bedanya?
Prinsip pengoperasian hard drive cukup sederhana. Pelat logam tipis yang dilapisi dengan lapisan bahan feromagnetik (zat kristal yang mampu menahan magnetisasi meskipun tidak terkena medan magnet eksternal pada suhu di bawah titik Curie) bergerak relatif terhadap blok kepala tulis dengan kecepatan tinggi (5400 rpm atau lebih). Ketika arus listrik diterapkan ke kepala penulisan, medan magnet bolak-balik muncul, yang mengubah arah vektor magnetisasi domain (daerah diskrit zat) feromagnet. Pembacaan data terjadi baik karena fenomena induksi elektromagnetik (pergerakan domain relatif terhadap sensor menyebabkan arus listrik bolak-balik pada yang terakhir),atau karena efek magnetoresistif raksasa (hambatan listrik sensor berubah di bawah pengaruh medan magnet), seperti yang diterapkan pada perangkat penyimpanan modern. Setiap domain mengkodekan satu bit informasi, mengambil nilai logika "0" atau "1" tergantung pada arah vektor magnetisasi.
Untuk waktu yang lama, hard disk menggunakan metode Longitudinal Magnetic Recording (LMR), dimana vektor magnetisasi domain berada pada bidang pelat magnet. Terlepas dari kesederhanaan implementasinya, teknologi ini memiliki kelemahan yang signifikan: untuk mengatasi koersivitas (transisi partikel magnetik ke keadaan domain tunggal), zona penyangga yang mengesankan harus dibiarkan di antara trek (yang disebut ruang penjaga). Hasilnya, kerapatan perekaman maksimum yang dicapai pada akhir teknologi ini hanya 150 Gbit / inci 2 .
Pada tahun 2010, LMR hampir seluruhnya digantikan oleh PMR (Perekaman Magnetik Tegak Lurus - perekaman magnetis tegak lurus). Perbedaan utama antara teknologi ini dan perekaman magnet longitudinal adalah bahwa vektor arah magnet dari setiap domain terletak pada sudut 90 ° terhadap permukaan pelat magnet, yang secara signifikan mengurangi jarak antar trek.
Karena itu, kepadatan perekaman data meningkat secara signifikan (hingga 1 Tbit / inci 2di perangkat modern), dengan tidak mengorbankan karakteristik kecepatan dan keandalan hard drive. Saat ini perekaman magnetik tegak lurus masih dominan di pasaran sehingga sering disebut juga dengan CMR (Conventional Magnetic Recording). Perlu dipahami bahwa sama sekali tidak ada perbedaan antara PMR dan CMR - ini hanyalah versi lain dari namanya.
Saat mempelajari spesifikasi teknis hard drive modern, Anda mungkin juga menemukan singkatan misterius TDMR. Secara khusus, teknologi ini digunakan oleh drive seri Western Digital Ultrastar 500 kelas perusahaan . Dari sudut pandang fisika, TDMR (yang merupakan singkatan dari Two Dimensional Magnetic Recording) tidak berbeda dengan PMR yang biasa kita gunakan: seperti sebelumnya, kita berurusan dengan lintasan terputus-putus, domain yang berorientasi tegak lurus ke bidang pelat magnet. Perbedaan antara teknologi terletak pada pendekatan membaca informasi.
Di blok kepala magnetis hard drive, dibuat menggunakan teknologi TDMR, ada dua sensor pembacaan untuk setiap kepala perekam, yang secara bersamaan membaca data dari setiap trek yang dilewati. Redundansi ini memungkinkan pengontrol HDD untuk secara efisien menyaring gangguan elektromagnetik yang disebabkan oleh Intertrack Interference (ITI).
Memecahkan masalah ITI memberikan dua manfaat yang sangat penting:
- Mengurangi Rasio Noise memungkinkan Anda meningkatkan kepadatan perekaman dengan mengurangi jarak antar trek, memberikan keuntungan dalam kapasitas total hingga 10% dibandingkan PMR konvensional;
- RVS , TDMR , , .
SMR ?
Ukuran kepala tulisan kira-kira 1,7 kali ukuran sensor pembacaan. Perbedaan yang mengesankan tersebut dapat dijelaskan secara sederhana: jika modul perekam dibuat lebih mini, kekuatan medan magnet yang dapat dihasilkannya tidak akan cukup untuk memagnetisasi domain lapisan feromagnetik, yang berarti bahwa data tidak akan disimpan. Dalam kasus sensor pembacaan, masalah ini tidak muncul. Selain itu: miniaturisasi memungkinkan untuk lebih mengurangi pengaruh ITI yang disebutkan di atas pada proses pembacaan informasi.
Fakta ini menjadi dasar dari Shingled Magnetic Recording (SMR). Mari kita cari tahu cara kerjanya. Dengan PMR tradisional, head diimbangi dari setiap trek sebelumnya dengan jarak yang sama dengan lebarnya + lebar ruang pelindung.
Saat menggunakan metode perekaman magnetik ubin, kepala perekam bergerak maju hanya sebagian dari lebarnya, sehingga setiap trek sebelumnya sebagian ditimpa oleh trek berikutnya: trek magnetik saling tumpang tindih seperti genteng. Pendekatan ini memungkinkan Anda untuk lebih meningkatkan kepadatan tulis, memberikan peningkatan kapasitas hingga 10%, sementara tidak memengaruhi proses baca. Contohnya adalah Western Digital Ultrastar DC HC 650 , drive SATA / SAS 3,5 inci 20TB pertama di dunia, yang dimungkinkan oleh teknologi perekaman magnetik baru. Dengan demikian, transisi ke hard disk SMR memungkinkan Anda meningkatkan kepadatan penyimpanan di rak yang sama dengan biaya minimal untuk meningkatkan infrastruktur TI.
Meskipun memiliki keunggulan yang signifikan, SMR juga memiliki kelemahan yang jelas. Karena trek magnetis saling tumpang tindih, memperbarui data akan memerlukan penulisan ulang tidak hanya fragmen yang diperlukan, tetapi juga semua trek berikutnya di dalam pelat magnet, yang volumenya dapat melebihi 2 terabyte, yang menyebabkan penurunan performa yang serius.
Menggabungkan sejumlah trek ke dalam kelompok terpisah yang disebut zona membantu memecahkan masalah ini. Meskipun pendekatan untuk mengatur penyimpanan data ini agak mengurangi total kapasitas HDD (karena perlu menjaga celah yang cukup antar zona untuk mencegah penulisan ulang trek dari grup tetangga), ini dapat secara signifikan mempercepat proses pembaruan data, karena sekarang hanya sejumlah trek terbatas yang terlibat di dalamnya.
Rekaman magnetik ubin menyarankan beberapa opsi implementasi:
- Drive Managed SMR (Drive Managed SMR)
Keuntungan utamanya adalah tidak perlu memodifikasi perangkat lunak dan / atau perangkat keras host, karena kontrol prosedur perekaman data diambil alih oleh pengontrol HDD. Drive tersebut dapat dihubungkan ke sistem apa pun yang memiliki antarmuka yang diperlukan (SATA atau SAS), setelah itu drive akan segera siap digunakan.
Kerugian dari pendekatan ini adalah variabilitas dalam tingkat kinerja, yang membuat SMR Terkelola Drive tidak sesuai untuk aplikasi perusahaan yang membutuhkan konsistensi kinerja sistem. Namun, disk tersebut bekerja dengan baik dalam skenario yang memungkinkan cukup waktu untuk melakukan defragmentasi latar belakang data. Misalnya, drive WD Red DMSMRDioptimalkan untuk digunakan dalam sistem NAS 8-ruang kecil, ini adalah pilihan yang sangat baik untuk sistem pengarsipan atau pencadangan yang memerlukan penyimpanan cadangan jangka panjang.
- SMR Terkelola Host (SMR Terkelola Host)
Host Managed SMR adalah implementasi perekaman ubin yang disukai untuk digunakan di lingkungan perusahaan. Dalam hal ini, sistem host itu sendiri bertanggung jawab untuk mengelola aliran data dan operasi baca / tulis, menggunakan untuk tujuan ini ekstensi antarmuka ATA (Zoned Device ATA Command Set, ZAC) dan SCSI (Zoned Block Commands, ZBC) yang dikembangkan oleh INCITS T10 dan T13 ...
Saat menggunakan HMSMR, seluruh ruang penyimpanan yang tersedia dibagi menjadi dua jenis zona: Zona Konvensional, yang digunakan untuk menyimpan metadata dan penulisan acak (sebenarnya, berfungsi sebagai cache), dan Zona Wajib Tulis Berurutan, yang menempati bagian dari total kapasitas hard disk tempat data ditulis secara berurutan. Data tidak berurutan disimpan di area cache, yang kemudian dapat ditransfer ke area tulis berurutan yang sesuai. Hal ini memungkinkan semua sektor fisik untuk ditulis secara berurutan dalam arah radial dan hanya ditimpa setelah transfer siklik, yang memungkinkan kinerja sistem yang stabil dan dapat diprediksi. Pada saat yang sama, disk HMSMR mendukung perintah pembacaan acak yang mirip dengan drive,menggunakan PMR standar.
Host Managed SMR diimplementasikan pada hard drive seri Western Digital Ultrastar HC DC 600 series .
Saluran ini mencakup drive SATA dan SAS berkapasitas tinggi untuk digunakan di pusat data skala besar. Dukungan SMR yang Dikelola Host secara signifikan memperluas cakupan drive tersebut: selain sistem cadangan, mereka sempurna untuk penyimpanan cloud, CDN, atau platform streaming. Kapasitas hard drive yang tinggi memungkinkan Anda untuk meningkatkan kepadatan penyimpanan secara signifikan (di rak yang sama) dengan biaya peningkatan minimal, dan konsumsi daya yang rendah (tidak lebih dari 0,29 watt untuk setiap terabyte informasi yang disimpan) dan pembuangan panas (rata-rata 5 ° C lebih rendah dari pada analog) - untuk lebih mengurangi biaya operasional pemeliharaan pusat data.
Satu-satunya kelemahan HMSMR adalah kompleksitas implementasi yang relatif. Intinya adalah bahwa saat ini tidak ada sistem operasi atau aplikasi yang dapat bekerja dengan drive seperti itu "di luar kotak", itulah sebabnya perubahan serius dalam tumpukan perangkat lunak diperlukan untuk menyesuaikan infrastruktur TI. Pertama-tama, ini menyangkut, tentu saja, OS itu sendiri, yang di pusat data modern menggunakan server multi-core dan multi-soket adalah tugas yang agak tidak sepele. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang opsi untuk menerapkan dukungan SMR Terkelola Host , kunjungi ZonedStorage.io , sumber daya penyimpanan berzonasi khusus. Informasi yang dikumpulkan di sini akan membantu Anda menilai sebelumnya kesiapan infrastruktur TI Anda untuk migrasi ke sistem penyimpanan yang dikategorikan.
- Host Aware SMR (SMR yang Didukung Host)
Perangkat yang mendukung Host Aware SMR menggabungkan kenyamanan dan fleksibilitas Drive Managed SMR dengan kecepatan tulis tinggi dari Host Managed SMR. Drive ini kompatibel dengan sistem penyimpanan lama dan dapat berfungsi tanpa kontrol host langsung, tetapi dalam kasus ini, seperti drive DMSMR, kinerjanya menjadi tidak dapat diprediksi.
Seperti Host Managed SMR, Host Aware SMR menggunakan dua jenis zona: Zona Konvensional untuk penulisan acak dan Zona Pilihan Tulis Berurutan. Yang terakhir, berbeda dengan Zona Wajib Tulis Berurutan yang disebutkan di atas, secara otomatis ditransfer ke kategori yang biasa jika perekaman data tidak berurutan dimulai di dalamnya.
Penerapan SMR dengan bantuan host menyediakan mekanisme internal untuk memulihkan dari penulisan yang tidak konsisten. Data tidak berurutan ditulis ke area cache, dari mana disk dapat mentransfer informasi ke area penulisan berurutan setelah semua blok yang diperlukan telah diterima. Disk menggunakan tabel tipuan untuk mengelola penulisan yang tidak teratur dan defragmentasi latar belakang. Namun, jika aplikasi perusahaan memerlukan kinerja yang dapat diprediksi dan dioptimalkan, ini masih dapat dicapai hanya jika host mengambil kendali penuh atas semua aliran data dan zona tulis.