Quo Vadis, крутой парень? Какое будущее у жестких дисков?

0
146

Согласно Эрику Шмидту из Google, теперь каждые два дня наша цивилизация производит столько данных, сколько все человечество произвело с момента ее создания до 2001 года. Мы уже собрали 3,2 зетабайта данных (1 зетабайт — один миллиард терабайт), а объем всех записанных на Информационный мир удваивается в среднем каждые 18 месяцев. Это означает, что к 2020 году количество хранимых данных вырастет до 40 зетабайт, и вся информация должна быть каким-то образом сохранена!


Содержание
Технологии заполнения данных. Первая революция — перпендикулярная запись. Диск заполнен гелием. Seagate ставит SMR. HAMR приходит. Битовая сетка Плохой сигнал

Каждый читатель, безусловно, сталкивался с проблемами хранения огромных объемов данных. Согласно аналитическим данным IDC, среднее домашнее хозяйство в настоящее время производит около 2 ТБ данных в год, что в два раза больше емкости жестких дисков, наиболее закупленных в 2014 году в мире (согласно данным Trendfocus Inc.). К 2020 году объем данных, полученных домохозяйством, увеличится примерно до 10 ТБ. Ожидается, что этот размер должен иметь средний жесткий диск, проданный в то время.

В настоящее время емкость 10 ТБ доступна только на 3,5-дюймовом жестком диске Ultrastar Archive Ha10, представленном в июне 2015 года, производства HGST (Hitachi Global Storage Technologies), приобретенного в 2012 году компанией Western Digital (WD). Однако накопитель HGST Ultrastar Archive Ha10 не поступил в розничную продажу и доступен только по специальным заказам. В продажу поступают также несколько меньших версий на 8 и 6 терабайт — HGST Ultrastar Archive Ha8 и Ha6, также известные как HGST ARIES-HC8 8 ТБ и HGST ARIES-HC6 6 ТБ, которые в настоящее время стоят примерно 3100 и 2300 злотых соответственно.

Компания Seagate также гордится производством 3,5-дюймовых дисков с такой большой емкостью. Жесткие диски Seagate Archive 8 ТБ и 6 ТБ и быстрый 6-терабайтный жесткий диск Seagate Enterprise Capacity 6 ТБ можно приобрести в польских магазинах преимущественно для облачного архивирования. Их цены примерно 1200 злотых, 1000 и 2000 соответственно.

Технологии заполнения данных

Модель IBM 350, которая содержала 5 миллионов слов, считалась первым серийным жестким диском в 1956 году. Однако традиционный магнитный жесткий диск, каким мы его знаем сегодня, используется в компьютерах только с 1980 года. Затем Seagate представила первую 5,25-дюймовую «жесткую» модель для компьютеров IBM. Этот диск под названием ST-506 имел головокружительную емкость 5 МБ для тех времен, что примерно в 5 раз больше, чем стандарт, используемый в качестве базовой дискеты для хранения данных. Первые 3,5-дюймовые жесткие диски появились три года спустя. Это были 10-мегабайтные модели RO351 / 352, разработанные ныне несуществующей компанией Rodime Limited.

Quo Vadis, крутой парень?  Какое будущее у жестких дисков?

Эволюция жесткого диска (источник: HyperX)

С тех пор базовая механическая конструкция жестких дисков существенно не изменилась. Конечно, отдельные элементы были улучшены, материалы, из которых они были сделаны, были улучшены электроника, были улучшены скорость, время доступа к данным и точность работы, а также способы сохранения данных на магнитной пластине. Однако и первые жесткие диски, и последние модели по-прежнему состоят из одной пластины или набора из нескольких пластин, вращающихся по общей оси, изготовленной из специального стекла, покрытого слоем ферромагнитного материала, и набора головок для чтения / записи, которые размещены на подвижных кронштейнах. Благодаря этому головки могут достигать выбранного сектора с данными, расположенными на поверхности пластин. Не следует забывать о двигателях, необходимых для привода дисков и кронштейнов, а также об управляющей электронике и контроллерах, отправляющих и получающих данные.

Основным фактором, влияющим на емкость жестких дисков и косвенно на скорость их работы, является плотность записи (плотность записи). Эта плотность, измеренная в битах на квадратный дюйм, говорит нам, сколько информации (бит) может уместиться на квадратный дюйм поверхности пластины. Другими словами, чем выше значение плотности, тем больше информации можно вставить в одну пластину жесткого диска. Современные жесткие диски с плотностью записи 740 гигабит на квадратный дюйм позволяют хранить до 4 ТБ данных на одной пластине магнитного диска.

В 2014 году компания Seagate первой представила жесткий диск с плотностью записи 848 Гбит / дюйм, который позволяет разместить 5 ТБ данных на одной 3,5-дюймовой пластине. Считается, что в случае технологий, используемых в настоящее время при производстве дисков, максимально достижимая плотность записи составляет 1 Тбит / дюйм². На 3,5-дюймовый диск с технологией перпендикулярной записи, которая через мгновение мы сможем вместить 6 ТБ данных. Для 2,5-дюймовых ноутбуков это будет около 2 ТБ данных. Конечно, такое увеличение мощности «крутых парней» не сможет удовлетворить растущий спрос на емкие информационные носители.

Первая революция — перпендикулярная запись

До 2005 года все жесткие диски без исключения продольная запись данных LMR (продольная магнитная запись). Затем появились первые две модели жестких дисков, разработанные Toshiba — MK4007GAL и MK8007GAH емкостью 40 и 80 ГБ — с использованием инновационной технологии перпендикулярной магнитной записи (Perpendicular Magnetic Recording). В то время было необходимо разработать эти два очень маленьких 1,8-дюймовых накопителя, которые использовались в качестве запоминающего устройства для мобильных устройств и цифровых камер. Интересно, что первая работа над возможностями использования технологии PMR для записи данных началась еще в 1977 году японскими учеными из университета Тохоку.

Запись LMR использовалась с самого начала истории технологии магнитной записи — как в случае магнитных лент (включая кассеты и видеокассеты), так и гибких дисков и жестких дисков. Как известно, при магнитной записи сигнал записывается на носитель, движущийся под головкой, в результате воздействия переменного магнитного поля, создаваемого в головке. Частицы несущего магнитного материала локально намагничены, что зависит от мгновенной напряженности магнитного поля. Считывание данных основано на том факте, что намагниченный носитель, скользящий под головкой, вызывает изменения магнитного потока, которые пропорциональны локальным значениям намагниченности носителя.

Quo Vadis, крутой парень?  Какое будущее у жестких дисков?

Сравнение традиционной магнитной технологии продольной записи с технологией параллельной записи.

Наименьшая область в ферромагнитном материале, в которой возникает порядок магнитных моментов (эта область равномерно намагничена), необходимая для записи информации, является магнитной областью. Благодаря тому, что магнитное поле от головки может изменять векторы намагниченности отдельных доменов, распределенных по пластине вдоль всех путей жесткого диска, мы можем сохранять отдельные биты информации в отдельных доменах. Чем меньше будет домен, тем выше будет плотность информации на поверхности жесткого диска.

В традиционной технологии записи LMR домены являются плоскими на поверхности носителя. Их размер ограничен из-за возникновения явления суперпарамагнетизма. Это приводит к тому, что магнитные области на поверхности носителя, представляющие отдельные биты, могут самопроизвольно изменять ориентацию магнитного вектора из-за колебаний температуры. Это, конечно, приведет к потере информации. Для плоских несущих магнитных доменов максимальная плотность данных составляет около 120 гигабит на квадратный дюйм. Выше этого предела мы уже будем иметь дело с феноменом суперпарамагнетизма.

В перпендикулярной записи PMR магнитные домены, хранящие информацию, расположены не параллельно, а перпендикулярно поверхности носителя, то есть глубоко в диске жесткого диска. В результате домены также занимают меньше места на поверхности, тем самым создавая больше свободного пространства для последующих доменов. Вертикальная ориентация магнитных доменов не только улучшает стабильность записи информации после превышения критической плотности для технологии LMR, но также дает возможность «заполнять» больше данных на квадратный дюйм дискового пространства. Конечно, в технологии PMR вам необходимо изменить ориентацию частиц носителя, образующих домены, и использовать специальные магнитные головки, которые несколько иным образом будут формировать распределение линий магнитного поля — так что вы сможете изменять векторы намагниченности вертикально расположенных доменов.

Quo Vadis, крутой парень?  Какое будущее у жестких дисков?

Toshiba MK8007GAH — первый в мире диск, использующий перпендикулярный PMR. Интересно, что это был 1,8-дюймовый накопитель для портативных устройств. Источник: Toshiba

На первых PMR-дисках производителям удалось достичь плотности записи 230 Гбит / дюйм², что почти в два раза превышает предельную плотность записи для технологии LMR. Как мы уже упоминали, технология PMR также дает теоретическую возможность достичь плотности записи 1 Тбит / дюйм², после чего мы снова будем иметь дело с эффектом суперпарамагнетизма. Вот почему очень скоро производители жестких дисков перешли с технологии LMR на PMR, и с конца 2006 года все серийные диски используют только различные разновидности технологии PMR.

  • 1
  • 2
  • 3
  • strona Следующая страница