Некоторые HDD Seagate и Western Digital тайно используют SMR

Технология черепичной магнитной записи (shingled magnetic recording, SMR) позволяет увеличить ёмкость жёстких дисков на 15–20 % в зависимости от конкретной реализации. Однако она не лишена недостатков, главным из которых является низкая скорость записи/перезаписи, что критично при использовании в клиентских компьютерах. Тем не менее, как Seagate Technology, так и Western Digital скрытно используют SMR для накопителей, предназначенных для ПК и NAS.

Два лидирующих производителя жёстких дисков — Seagate Technology и Western Digital — широко используют технологию SMR для своих устройств вот уже многие годы. Главной особенностью метода является запись новых дорожек, которые «перекрывают» часть ранее записанных магнитных треков. «Перекрывающиеся» дорожки замедляют запись/перезапись, поскольку архитектура SMR-накопителей требует записать новые данные, а затем перезаписать соседние дорожки. С целью оптимизировать скорость записи/перезаписи, SMR-пластины имеют и «обычные» PMR-дорожки, которые работают подобно псевдо-SLC кешу твердотельных накопителей (данные с которого перезаписываются в основную часть флеш-памяти во время простоя). Поскольку ёмкость PMR-дорожек ограничена, как только они заполняются данными, скорость записи катастрофически падает, поскольку HDD требуется перезаписать их в SMR-сегмент. Таким образом, жёсткие диски на базе SMR отличаются весьма низкой средней скоростью записи/перезаписи.

Черепичная магнитная запись: основные принципы

Официально, технология черепичной магнитной записи применяется главным образом в HDD для центров обработки данных (ЦОД), используются для архивов и приложений типа WORM (write once, read many), где редко необходима перезапись. Тем не менее, как Seagate, так и Western Digital поставляют использующие черепичную магнитную запись жёсткие диски для совсем других сегментов рынка, как выяснили журналисты сайта Blocks & Files (1, 2).

Seagate никогда не делала большого секрета из того, что некоторые из её винчестеров для NAS, резервного копирования, видеонаблюдения и мобильных ПК, также используют SMR-пластины. Однако помимо PMR-дорожек такие жёсткие диски используют ряд иных методов для оптимизации производительности, такие как аппаратное управление операциями записи, кешем на базе SLC NAND и другими. Такой подход называется drive-managed SMR (DM-SMR).

Официальная документация Seagate явно указывает, что жёсткие диски Archive v2 ёмкостью 5, 6 и 8 Тбайт, а также Exos 5E8 ёмкостью 8 Тбайт используют технологию DM-SMR. В случае с Archive v2 SMR пластины применяются главным образом для снижения себестоимости, в то время как Exos 5E8 с четырьмя 2-Тбайт пластинами может похвастаться как невысокой себестоимостью, так и низким энергопотреблением на уровне «гелиевых» винчестеров.

Как оказывается, Seagate также применяет технологию DM-SMR для жёстких дисков Barracuda ST2000DM008 (2 Тбайт/7200 оборотов в минуту), ST4000DM004 (4 Тбайт/5400 оборотов в минуту) и ST8000DM004 (8 Тбайт/5400 оборотов в минуту), а также Desktop ST5000DM000 (5 Тбайт/5900 оборотов в минуту) не указывая этого в документации. В интервью с Blocks & Files компания Seagate подтвердила использование DM-SMR, но отказалась комментировать отсутствие отражения этого факта в документации.

Клиентские ПК редко имеют дело с рабочими нагрузками, характеризующимися высокой интенсивностью записи. Таким образом, в отдельных случаях использование DM-SMR HDD может быть оправдано: офисные работники редко записывают на локальные ПК большие файлы. Для тех же, кто использует ПК для развлечений, характерна запись крупных файлов, а потому скорость записи важна, но не критична. Впрочем, есть и другие варианты использования, где применение жёстких дисков с DM-SMR выглядит странным.

Компания Western Digital формально считает SMR подходящей в первую очередь для серверных жёстких дисков, а потому всегда официально исповедовала подход host-managed SMR (HM-SMR), когда управление операциями записи осуществляется программным обеспечением оператора ЦОД. Тем не менее, нам известно, что уже долгое время в компании разрабатывались технологии управления SMR-накопителями на уровне устройства (DM-SMR).

Судя по всему, одними из первых «клиентских» жёстких дисков Western Digital на базе DM-SMR стали недорогие винчестеры WD Red ёмкостью 2–6 Тбайт последнего поколения (WDx0EFAX), документация к которым никак не отражает технологию записи. Такие HDD применяются в различных сетевых хранилищах где зачастую работают в режимах RAID. Типично, RAID массивы с несколькими жёсткими дисками гарантируют довольно высокую производительность. Однако, не в случае WD Red на основе DM-SMR. Во-первых, RAID не отменяет ограниченной ёмкости PMR-дорожек и, как следствие, низкой скорости записи/перезаписи. Во-вторых, как только в такой массив добавляется ещё один винчестер, перестройка RAID массива занимает в некоторых случаях до восьми дней, во время которого массивом едва ли можно полноценно пользоваться. Более того, иногда это может вызывать ошибки.

Жёсткие диски WD Red и WD Red Pro

Представители Western Digital подтвердили использование DM-SMR для жестких дисков WD Red ёмкостью 2–6 Тбайт последнего поколения (WDx0EFAX) в разговоре с Blocks & Files, но отказались признавать наличие проблем с RAID-массивами. Судя по всему, некоторые NAS просто не рассчитаны на работу с DM-SMR накопителями, что и вызывает ошибки.

«В типичной среде NAS для малого бизнеса и дома рабочие нагрузки скачкообразны, что оставляет достаточное время в режиме простоя для операций обслуживания», — говорится в заявлении Western Digital.

Поскольку черепичная магнитная запись позволяет увеличить ёмкость HDD без существенного увеличения себестоимости, то SMR будет применяться в жёстких дисках для самых разных приложений. К сожалению, нельзя противостоять неизбежному переходу на новые технологии записи и сопутствующие им особенности. Однако отсутствие должного информирования пользователей со стороны производителей винчестеров явно вызывает вопросы и заслуживает порицания.

Уже после выхода новости с нами связались представители компании Seagate, которые прокомментировали вышеизложенные факты: «Технические характеристики устройств Seagate Technology соответствуют рекомендуемым областям применения, профилю рабочей нагрузки и отражаются в позиционировании продуктов в разных сегментах. В частности, компания обращает внимание на то, что накопители Barracuda не предназначены для использования в сетевых хранилищах (NAS) и серверах. Описание наших продуктов и документация предоставляют всю необходимую информацию для выбора правильного накопителя, подходящего конкретному случаю».