Smr что это

CMR против SMR: выводим производителей HDD на чистую воду

Страница 1: CMR против SMR: выводим производителей HDD на чистую воду

Интерес к магнитной записи SMR за последние месяцы значительно возрос. Причина в том, что производители жестких дисков выпустили ряд моделей, использующих SMR, но не указали это в спецификациях. Между тем наши тесты определенно указывали на наличие SMR. Последним примером можно назвать WD Red 6 TB WD60EFAX, жесткий диск для NAS с явным использованием SMR по результатам тестов. Позднее WD уже официально подтвердила использование SMR в данной модели. Но так ли плоха магнитная запись SMR? В статье мы подробно расскажем о данной технологии, взвесим преимущества и недостатки, чтобы наши читатели смогли сделать обоснованный выбор. Конечно, мы приведем список моделей разных производителей с использованием SMR.

Когда мы начинали наше руководство, скандал насчет линейки Western Digital RED еще не полыхал во всю силу. Сегодня же появилось еще больше аргументов для публикации подобной статьи. Тем более многие пользователи паникуют, если обнаружат SMR в своих накопителях, чаще всего совершенно напрасно. Но позвольте рассказать обо всем по порядку.

Технология перпендикулярной магнитной записи PMR является преемником продольной LMR (Longitudinal Magnetic Recording). В случае LMR магнитные домены расположены параллельно плоскости пластины диска. Чтобы повысить плотность расположения доменов, в случае PMR или перпендикулярной магнитной записи они ориентированы уже вертикально. Конечно, такой шаг привел к полной перестройке головок чтения/записи, которые отличаются от классических головок LMR. Благодаря вертикальной ориентации магнитных доменов удалось увеличить плотность записи в три раза по сравнению с LMR. Производители HDD Toshiba и Seagate используют PMR с середины нулевых годов. Переход на PMR позволил увеличить емкость выше 750 Гбайт в стандартном 3,5″ формате, а также получить 300 Гбайт на 15.000 об/мин у жестких дисков SAS без чрезмерного нагрева.

Два данных способа одинаковы в том, что головки чтения/записи выполняют запись напрямую на целевую дорожку, не затрагивая соседние. К сожалению, в случае SMR это сделать уже не получится.

Как можно догадаться по названию «черепичная» магнитная запись SMR (Shingled Magnetic Recording), дорожки накладываются друг на друга как черепица. Идея возникла из-за разных размеров головок: для чтения головка может быть очень маленькой, но головка записи физически намного крупнее. Поэтому дорожки можно расположить плотнее, сохранив их читаемость. Но при записи целевой дорожки придется перезаписывать и соседнюю, с которой имеется «перехлест». Затем следующую, если в ней есть данные. В худшем случае придется переписать все дорожки зоны. Но благодаря меньшему расстоянию между дорожками плотность записи существенно увеличивается по сравнению с PMR.

Жесткие диски SMR оснащаются дисковым кэшем (on-disk cache) на быстрых внешних дорожках, который дополняет традиционный кэш контроллера. Дисковый кэш записывается по технологии PMR без перехлеста дорожек. При поступлении данных на запись HDD размещает их в кэше, а позднее контроллер диска перемещает данные в область SMR. Собственно, в этом и кроется недостаток всей концепции. Если быстрый дисковый кэш заполнится до того, как контроллер перенесет его содержимое в область SMR, то входящий поток данных придется притормозить на время очистки кэша. После чего новые данные уже можно записывать в кэш. Так что если вы будете записывать на жесткий диск SMR большой массив данных, то после определенного объема скорость записи существенно снизится. Технологию SMR разделяют на управляемую диском (device-managed) и управляемую хостом (host-managed). В последнем случае процесс записи данных регламентируется не контроллером HDD, а операционной системой или драйвером.

Ниже мы привели несколько фактов, которые следует принимать во внимание при чтении статьи.

• Поскольку вместе с SMR используется и PMR, жесткие диски только с PMR часто называют CMR (обычная магнитная запись — conventional magnetic recording). Если вы знаете преимущества и недостатки обеих технологий, то сможете воспользоваться ими наиболее оптимально.

• В случае SMR жесткие диски содержат меньше пластин, поэтому потребляют меньше энергии. Но здесь следует учитывать особенности записи.

• Если вам нужны жесткие диски, обеспечивающие максимальную скорость записи, следует брать «чистые» модели PMR или CMR.

К сожалению, есть другая проблема. Производители жестких дисков, особенно в потребительском сегменте, не спешат публично раскрывать преимущества и недостатки SMR, когда используют данную технологию.

Seagate использует SMR (device managed) в тех же жестких дисках BarraCuda (3,5″), FireCuda SSHD (2,5″), BarraCuda и BarraCuda Pro в формате 2,5″. 3,5″ жесткие диски BarraCuda Pro, все модели IronWolf, IronWolf Pro, SkyHawk AI и Exos X работают по технологии CMR. В линейке SkyHawk на рынке присутствуют обе версии (HDD SMR объявлены, но еще не вышли на рынок). К сожалению, маркетинговые материалы не уточняют используемые технологии записи. Но Seagate публикует довольно подробные технические характеристики, которые позволяют легко и быстро узнать нужную информацию.

Что касается Western Digital, лишь некоторые жесткие диски линейки UltraStar (ранее HGST) опираются на SMR (device managed и host-managed). Новые жесткие диски Red и Blue, начиная с 2018 года с функцией дискового кэша (см. наш тест WD60EFAX), а также ряд моделей Red используют SMR. В отличие от Seagate, способ записи по спецификациям узнать невозможно. То же самое касается и Toshiba, которая подтвердила, что не собирается публиковать информацию об используемом методе записи. Между тем модели линейки P300 используют SMR, хотя об этом нигде не указано.

Многие пользователи жалуются на то, что после приобретения жестких дисков SMR они столкнулись с проблемой резкого падения скорости записи при продолжительной нагрузке. Здесь нельзя говорить о том, что жесткий диск «плохой», как можно часто слышать. Просто HDD для данного сценария выбран неудачно. С другой стороны, кто мешал производителям жестких дисков в полной мере информировать пользователей об имеющихся особенностях?

Жесткие диски SMR не такие плохие, как можно было бы подумать. Мы протестировали немало жестких дисков в лаборатории, как с SMR, так и без. Есть сценарии, для которых жесткие диски SMR отлично подойдут. Об этом мы поговорим в конце статьи, а пока позвольте пояснить, как можно узнать наличие SMR на практике.

Подписывайтесь на группы Hardwareluxx ВКонтакте и Facebook, а также на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).

Мы рекомендуем ознакомиться с нашим руководством по выбору SSD. Если подбирать SSD для компьютера, то придется разбираться со многими техническими тонкостями: в спецификациях указываются контроллер, интерфейс, тип флэш-памяти, характеристики надежности и многое другое. Поэтому неопытные пользователи могут легко запутаться в подобной информации. В нашем руководстве мы рассмотрим наиболее важные характеристики и отличия, поговорим об актуальных технологиях, интерфейсах и форм-факторах. А также приведем советы экспертов.

Мы подготовили руководство по выбору лучшего SSD за свои деньги на текущий квартал. Оно поможет сориентироваться во всем многообразии накопителей и подобрать самый оптимальный вариант.

Жесткие диски с SMR-технологией от Seagate: как они работают и каким компаниям нужны

На днях компания Seagate запустила отгрузку жестких дисков емкостью в 22 ТБ. Такие диски предназначены в первую очередь для корпоративного сектора, включая операторов дата-центров, гиперскейлеров и т.п. HDD, о которых идет речь, изготовлены по черепичной магнитной записи (Shingled magnetic recording, SMR).

В работе дисков есть некоторые особенности, о которых стоит рассказать. Как обычно, все самое интересное — под катом.

Что это за диски и откуда такая емкость

Все дело как раз в технологии производства дисков. Технология Shingled magnetic recording, SMR, дает возможность увеличить, и очень значительно, плотность записи данных. Таким образом, на единице площади таких дисков оказывается больше битов данных, чем в случае использования обычных HDD.

В дисках SMR дорожки располагаются не параллельно, как в обычной ситуации, а друг над другом. Соответственно, так и получается преимущество в большем объеме информации на единицу площади носителя.

Где-то убыло, значит, где-то прибыло

В целом, все так. За повышенную емкость записи данных приходится расплачиваться производительностью. Она у SMR-дисков не особо впечатляющая, ниже, чем у ряда CMR (Conventional Magnetic Recording) моделей. В целом, в этом нет ничего ужасного, поскольку SMR-диски используются, в основном, для хранения «холодных» данных, которым и не нужно постоянное взаимодействие с системой. Такую информацию запрашивают относительно редко.

Для производительных систем SMR-диски использовать не получится, поскольку в случае необходимости перезаписи данных контроллер диска задействует свободную дорожку вместо уже задействованной. Такой принцип сохраняется все время активного использования диска. Когда данные с диска не запрашиваются, контроллер инициализирует реорганизацию хранимых данных.

Если дать диску достаточно времени, то он выполнит все операции обслуживания и после этого будет готов к активному использованию. А вот если задействовать SMR-диск для работы в активной системе с активно используемыми данными, ничего хорошего не получится. Сервисные работы по реорганизации данных диску придется выполнять одновременно с реализацией операций считывания/записи. Два параллельных процесса будут снижать общую производительность системы.

В целом, именно поэтому SMR-накопители и применяют для работы с «холодными» данными.

Емкие диски — весьма интересная тема, но у нас есть и другие статьи, оцените — мы рассказываем о:

Характеристики дисков

Насколько можно судить, новые диски базируются на технологиях предыдущей линейки HDD. В частности, модели Exos X20 емкостью в 20 ТБ, которые появились в продаже в декабре 2021 года. Насколько сильно новые диски отличаются от старых (если таковыми можно назвать устройства, выпущенные месяц назад), пока неясно, компания не предоставила подробную информацию.

Тем не менее, известно, что в Exos X20 используются пластины для перпендикулярной магнитной записи (PMR) емкостью в 2,2 ТБ. Эту же технологию, фактически, использовали и при создании линейки моделей объемом 16/18 ТБ. О них как раз известно многое. Например, то, что они используют двумерную магнитную запись (TDMR) для того, чтобы работать с записью данных высокой плотности. Корпус дисков заполнен гелием, а блок состоит из 18 головок с поддержкой технологии Two-dimensional magnetic recording, TDMR. Плотность гелия в 7 раз ниже плотности воздуха, что уменьшает силу трения, действующую на магнитные пластины внутри винчестеров. Также замена на гелий снижает силу газовых потоков, которая воздействует на позиционирование головок и пластин диска. Все вместе это позволяет увеличить емкость HDD и значительно улучшить совокупную стоимость владения для ЦОД и облачных инфраструктур.

Главное отличие новинки — как раз технология SMR, которая и дала возможность увеличить емкость дисков на 10%, с 20 до 22 ТБ. Плотность записи на отдельно взятой пластине составляет около 1248 Гбит/дюйм 2 .

Кстати, у SMR-дисков есть два типа управления записью данных. Первый — производится при помощи контроллера самого диска. У Seagate это Drive Managed-диски. Второй тип — управление при помощи ПО того ПК, к которому подключен диск. Новые модели относятся ко второму типу. Программное обеспечение для работы с дисками, поставляется корпоративным клиентам.

Разработчики дисков обещают, что новые HDD позволят предприятиям эффективно решать проблемы, связанные с экспоненциальным ростом объемов данных, за счет увеличения емкости системы и снижения сложности развертывания. Новый жесткий диск подойдет для облачных и мультиоблачных сред, систем резервного копирования и восстановления данных, RAID-массивов большой емкости, платформ централизованного видеонаблюдения и так далее.

Ожидание еще одной новинки — HDD с HAMR

О том, что такое технология HAMR, на Хабре уже писали. Если коротко, то это подогрев магнитной пластины в процессе записи данных. Преимущество такой технологии в том, что подогревается, конечно, не вся пластина. Нагрев точечный, реализуется он при помощи встроенного в головку лазера.

Греется пластина лазером для того, чтобы получить возможность намагнитить определенный участок пластины слабым магнитным полем. Это, в свою очередь, позволяет значительно уменьшить площадь магнитного зерна и размера магнитной головки. Такая миниатюризация дает возможность увеличить плотность записи.

Что такое черепичная магнитная запись SMR (Shingled Magnetic Recording), в чем отличие от CMR (PMR)?

При черепичной магнитной записи (SMR) на жесткий диск дорожки размещаются друг над другом, подобно черепице на крыше. Это позволяет повысить плотность записи. Увеличивается количество дорожек на дюйм (TPI). При перпендикулярной магнитной записи (PMR), используемой в большинстве современных дисков, данные размещаются на параллельных дорожках. Увеличение TPI путем уменьшения расстояния между дорожками благодаря технологии SMR открывает огромный простор для роста емкости жестких дисков. Конечный продукт физически выглядит и ведет себя как обычный жесткий диск с PMR, но при этом имеет большую емкость.

Проблемы с масштабированием PMR (CMR)

Инженеры сталкиваются с трудностями увеличения ёмкости жестких дисков, выполненных по технологии CMR (PMR), из-за физических ограничений в процессе записи. При росте плотности записи уменьшается размер битов на поверхности дисковой пластины. Для поддержания приемлемого соотношения сигнал/шум при чтении производители должны уменьшать магнитные элементы на поверхности носителя. Энергия, необходимая для изменения состояния бита, снижается, поэтому бит может самопроизвольно изменить состояние под действием тепла, что приведет к потере записанной на накопитель информации. Для повышения уровня энергии, необходимой для изменения состояния бита, подбираются материалы с большим значением коэрцитивности, то есть способности удержания магнетизма у постоянных магнитов. Таким образом снижается риск изменения состояния каждого бита, то есть сохраняется информация. Однако при увеличении плотности записи уменьшается и головка диска. Чем головка меньше, тем с меньшей энергией она воздействует на каждый бит, поэтому при постоянном увеличении плотности записи в определенный момент энергии головки оказалось недостаточно для записи на диск.

Влияние SMR

Технология SMR решает проблему без уменьшения размеров записывающей головки. На самом деле в SMR дисках ее делают даже больше, чем в накопителях PMR. Чем больше записывающая головка диска, тем эффективнее она воздействует на биты без снижения надежности хранения и читаемости данных.

Изображения ниже помогут понять разницу между PMR и SMR. Как уже говорилось, дорожки на дисках с PMR расположены параллельно друг другу:

SMR-дорожки частично перекрывают друг друга. При этом записывающая головка имеет ту же ширину что и PMR, а читающая – немного меньше.

Большая ширина записывающей головки дает не только преимущества. При записи широкая головка перезаписывает данные на соседних с изменяемой дорожках, поэтому для надежного хранения необходима перезапись данных до конца пластины. Чтобы избежать лишней перезаписи, дорожки SMR дисков объединяются в небольшие группы, называемые лентами. Благодаря такому объединению при изменении данных необходимо переписать не весь диск, а только несколько сгруппированных в ленту дорожек.

Подведём итоги.

Технология SMR — способ увеличения емкости жесткого диска за счет более рационального использования площади дисковой пластины. Все изменения связаны только с внутренним устройством дисков. Использование дисков с SMR не требует модернизации интерфейса и форм-фактора накопителей, поэтому переход на новую технологию пройдет незаметно для пользователя. Недостатком является небольшое, по сравнению с традиционными дисками PMR, падение скорости записи.

Жесткие диски SMR: за и против

Разбираемся, как работают винчестеры с «черепичной» магнитной записью, есть ли у них преимущества, и в чем заключаются недостатки

Покупая жесткий диск, пользователи ориентируются на объем, форм-фактор, скорость вращения шпинделя и размер кэша. Однако есть еще одна характеристика, которая существенно влияет на производительность винчестеров – технология записи.

Технология записи жестких дисков

Схема работы жесткого диска не сложная. Круглые пластины из металла с покрытием из ферромагнитного сплава, вращаются на шпинделе. На пишущие головки подается напряжение, которое намагничивает участки дисков. Каждый намагниченный участок называется доменом, и хранит бит данных, приобретая значения 0 или 1. Значение домена определяется магнитным вектором.

Сейчас в жестких дисках используется две технологии записи информации:

CMR – аббревиатура от «conventional magnetic recording», что обозначает «обычная магнитная запись». Из названия видно, что это стандартная технология записи, которая распространена у большинства современных жестких дисков.

На самом деле, CMR – это упрощенный вариант, произошедший от аббревиатуры PMR, обозначающей технологию перпендикулярной записи. Это значит, что вектор намагниченности доменов располагается под прямым углом к плоскости диска, то есть перпендикулярно. В CMR-накопителях при записи информации треки (дорожки) накладываются параллельно, не взаимодействуя друг с другом.

SMR – черепичная магнитная запись. Все треки записываются, частично накладываясь на предыдущий, словно черепица на крыше. Если необходимо перезаписать информацию в середине массива, системе придется продублировать второй трек, который наложен сверху, что влечет за собой перезапись третьего по счету и дальше по цепочке.

Чтоб избежать перезаписи всего диска, дорожки объединяют в ленты. При записи информации, обновление треков не выходит за пределы одной ленты.

Управление процессами записи и перезаписи осуществляется компонентами самого диска или и с участием системы ПК:

DM-SMR – запись регулируется только контроллером. К этой группе относится большинство жестких дисков пользовательского сегмента.

HM-SMR – процессы записи и чтения контролируются системой (хостом), а фиксация данных осуществляется строго последовательно.

HA-SMR – комбинация двух технологий, процессы записи могут контролироваться силами винчестера или хоста.

Также в различных источниках можно встретить упоминание о технологии LMR. Это продольная запись, при которой магнитный вектор находится на плоскости диска. Технология устаревшая и с 2010 года не используется.

Плюсы и минусы SMR

У дисков с черепичной технологией записи есть определенные преимущества:

• Наслоение треков позволяет существенно экономить место на физическом диске винчестера, а значит повышается емкость накопителя.

• Необходимого объема накопителя можно достичь меньшим количеством физических дисков, следовательно, уменьшается вес, энергопотребление, шум и степень нагрева.
• SMR-диски имеют меньшую себестоимость.

Не обошлось и без недостатков:

• При регулярной перезаписи информации, диск быстрее изнашивается, появляются ошибки и битые сектора.
• Если объем перезаписываемых данных большой, или на диске осталось мало свободного пространства, активизируется технология случайной записи. Это значит, что записываемая информация распределяется по пустующим участкам диска в случайном порядке. При этом устройству приходится перезаписывать большое количество лент, что в свою очередь приводит к существенному падению скорости записи и времени отклика диска.

Однако самой острой проблемой по мнению пользователей является тот факт, что не все производители считают нужным сообщать, какая технология записи используется в различных моделях.

Компания Seagate – наверное единственная, которая откровенно заявила о применении технологии SMR в своих жестких дисках. Но в апреле 2020 года несколько журналистских расследований доказали, что технология черепичной записи используется и другими корпорациями без соответствующей маркировки и каких-либо упоминаний.

Полемика велась больше месяца, в результате производители опубликовали списки моделей дисков SMR и написали подробные рекомендации по эксплуатации к линейкам, предназначенным для data-центров, NAS-хранилищ и RAID-массивов. Это именно те конфигурации систем хранения данных, которые в большей степени зависят от скоростных характеристик накопителей.

Как правильно использовать диски SMR

Несмотря на очевидные и в некоторых случаях критичные недостатки, SMR-диски нельзя считать продуктами недостойными внимания. В некоторых сценариях экономия может быть вполне оправдана.

Идеальным режимом эксплуатации SMR-дисков является сценарий WORM – «однократно записал, многократно прочитал». Или-же Cold Data — «холодне данные» – информации которая записывается и крайне редко заменяется, в основном только читается. Также накопители можно использовать в качестве домашних хранилищ статичного контента: фотографий, аудиотеки, фильмов и прочего.

Падение скоростей дисков SMR не доставит проблем в сборках с достаточным количеством оперативной памяти. Объем ОЗУ определяет частоту обращения к файлу подкачки. Если в ПК установлена оперативная память в объеме 16 ГБ и более, файл подкачки задействуется по минимуму, снижая нагрузку на винчестер.

Избавить винчестер от чрезмерной нагрузки поможет установка в систему пользовательского SSD. На твердотельный накопитель следует установить операционную систему, игры, рабочие программы и приложения. Другими словами, все те элементы, которые в процессе работы ПК часто модифицируются.

SMR-диски крайне не рекомендуется использовать в конфигурациях массивов RAID 5/50, RAID 6/60, RAIDZ. Высокая степень нагрузки может привести к падению производительности всего массива. В домашних NAS-хранилищах с конфигурацией RAID 5 допускается использование младших моделей винчестеров WD линейки Red.

Таким образом, если выбрать правильный сценарий эксплуатации, жесткие диски SMR с «черепичной» магнитной записью могут стать удачным выбором для создания систем хранения информации за умеренную цену.

• Все посты
• HDD и SSD диски (69)
• KVM-оборудование (2)
• Powerline-адаптеры (2)
• Безопасность (4)
• Беспроводные адаптеры (2)
• Блоки питания (14)
• Видеокарты (49)
• Видеонаблюдение (6)
• Дисковые полки (2)
• Звуковые карты (4)
• ИБП (26)
• Инструменты (1)
• Кабели и патч-корды (7)
• Коммутаторы (13)
• Компьютерная периферия (43)
• Компьютеры (49)
• Контроллеры (6)
• Корпусы (14)
• Материнские платы (30)
• Модули памяти (18)
• Мониторы (40)
• Моноблоки (8)
• МФУ (6)
• Ноутбуки (37)
• Общая справка (56)
• Охлаждение (19)
• Планшеты (3)
• Плоттеры (1)
• Принтеры (6)
• Программное обеспечение (65)
• Процессоры (55)
• Рабочие станции (6)
• Распределение питания (1)
• Расходные материалы (1)
• Ретрансляторы Wi-Fi (3)
• Роутеры (17)
• Серверы и платформы (46)
• Сетевые карты (5)
• Сетевые фильтры (2)
• Сканеры (1)
• СХД (6)
• Телефония (4)
• Тонкие клиенты (2)
• Трансиверы (5)
• Умный дом (1)
• Шкафы и стойки (6)

Также вас может заинтересовать