Итоги 2015 года: жесткие диски

В отличие от некоторых других разделов информационных технологий, резюме года по жестким дискам трудно сделать красочным и подробным. Во-первых, НЖМД (помните такую аббревиатуру?) – предмет сугубо утилитарный. Обычному пользователю в нем интересен только объем, а в вопросе быстродействия приоритет уже давно у SSD. Во-вторых, сам прогресс в плотности записи на пластинах HDD целиком определяется фундаментальными разработками, которые позволяют делать магнитный домен, хранящий бит информации, все меньше. Разнообразия здесь не так много, как, к примеру, в проектировании микросхем, не говоря уже о разработке ПО или промышленном дизайне устройств. План по внедрению новых решений в HDD рассчитан на годы и даже десятилетия вперед.

Однако отчитаться о прошедшем 2015 годе необходимо. Благо он не был лишен достижений, подчас даже весьма неожиданных.

⇡#3,5-дюймовые HDD: 8 Тбайт на воздухе, 10 Тбайт с гелием

Технология SMR (Shingled Magnetic Recording), дебютировавшая в коммерческих устройствах 2014 года, продолжает покорять новые рубежи плотности записи. HGST, входящая в холдинг Western Ditgital, в середине года запустила в продажу линейку накопителей объемом 10 Тбайт с интерфейсом SATA либо SAS под маркой Ultrastar Ha10 (пробные поставки устройств начались еще в 2014 году). Корпус HDD вмещает семь пластин емкостью около 1,45 Тбайт каждая, вращающихся на скорости 7200 об/мин, и наполнен гелием для снижения вибраций и вызываемых ею издержек – энергопотребления, нагрева и пр.

HGST Ultrastar Ha10

Как мы уже писали, технология SMR достигает более высокой плотности данных по сравнению с традиционной технологий перпендикулярной записи (PMR – Perpendicular Magnetic Recording) благодаря тому, что дорожки на пластине частично перекрываются. Это позволяет беспрепятственно считывать данные по произвольному адресу, но перезапись любого сектора, в свою очередь, нарушает целостность данных в перекрывающейся дорожке, а следовательно – накопителю требуется предварительно считать и целиком перезаписать целую полосу дорожек (пластина разделена на полосы, ибо в противном случае пришлось бы каждый раз перезаписывать ее целиком).

Такая архитектура роднит SMR-накопитель с SSD, которые в силу особенностей Flash-памяти также сталкиваются с дополнительными задержками при перезаписи и используют динамическую адресацию логических блоков и изощренные алгоритмы «сборки мусора», чтобы удерживать быстродействие на постоянном уровне. В линейке Ultrastar Ha10 HGST применяет так называемый host-managed SMR, при котором эти процессы выполняются в ОС компьютера. Следовательно, применение Ha10 ограничено серверной сферой. Устоявшаяся скорость последовательного чтения/записи в этих устройствах составляет 157/68 Мбайт/с.

А совсем недавно HGST повторила свое достижение в 10 Тбайт объема на один 3,5-дюймовый HDD, используя стандартную технологию перпендикулярной магнитной записи. Линейка Ultrastar He10 представляет собой третье поколение гелиевых жестких дисков HGST с технологией PMR и включает модели объемом 8 и 10 Тбайт на базе пластин полезной емкостью 1,45 Тбайт. В сочетании со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин это обеспечивает колоссальную производительность при выполнении последовательного чтения/записи (249/225 Мбайт/с). Кроме того, диски Ultrastar He10 характеризуются высочайшим в своем классе MTBF (временем наработки на отказ) – 2,5 млн часов.

HGST Ultrastar He10

Seagate еще не исполнила свое обещание выпустить корпоративные накопители с технологией SMR объемом 10 Тбайт. Линейка Archive HDD, представленная подобными моделями, по-прежнему ограничена планкой 8 Тбайт. Seagate также пренебрегает гелием, но это не помешало компании довести до 8 Тбайт объем «воздушных» HDD в сериях Enterprise Capacity 3.5 HDD, Enterprise NAS HDD, Surveillance HDD и Kinetic HDD. Корпуса этих дисков вмещают шесть пластин емкостью 1,33 Тбайт.

Western Digital по-прежнему не гонится за плотностью записи и объемом HDD форм-фактора 3,5 дюйма. Самые вместительные накопители, которые может предложить WD, имеют объем 6 Тбайт, распределенный по пяти пластинам емкостью 1,2 Тбайт. Но есть и новости: в этом списке теперь не только HDD со скоростью вращения 5400 об/мин (WD Green, WD Red, WD Purple), но и семитысячники серий WD Red Pro, WD Black, а также корпоративные WD Se и WD Re.

WD Black 6 Тбайт (WD6001FZWX)

К более ярким достижениями «исконное» предприятие Western Digital может не стремиться, поскольку министерство коммерции КНР уже выдало HGST и WD разрешение на дальнейшее слияние активов. Хотя от независимых в прошлом компаний требуют сохранить отдельные продуктовые линейки и каналы сбыта еще в течение двух лет.

⇡#SMR в 2,5-дюймовых HDD

Неожиданно, но факт: технология SMR нашла применение в HDD форм-фактора 2,5 дюйма для мобильных устройств. Выпустив накопители Laptop HDD объемом вплоть до 2 Тбайт в корпусе толщиной 7-9 мм, Seagate достигла невероятно высокой плотности записи – 1 Тбайт на пластину. Это заметный прогресс — двукратное увеличение по сравнению с предыдущими позициями (500 Гбайт на пластину с технологией PMR).

Seagate Laptop HDD		Toshiba MQ03ABB300

Toshiba между тем добилась показателя плотности 750 Гбайт на пластину, оставаясь в рамках PMR. Таким образом, «толстые» (15 мм) 2,5-дюймовые HDD потребительского класса этого производителя теперь вмещают вплоть до 3 Тбайт данных.

⇡#Серверные HDD класса 10К-15К

Из этого сегмента редко приходят новости. В частности, в прошедшем году мы заметили только выход двух новых линеек Toshiba – AL14SE со скоростью 10,5 тыс. об/мин и пятнадцатитысячников AL13SX, которые включают устройства объемом вплоть до 1,2 Тбайт и 600 Гбайт соответственно. Кстати, Toshiba AL13SX участвовал в нашем групповом тесте серверных HDD.

Toshiba AL14SE		Toshiba AL13SX

Новые линейки HDD от Western Digital

Все многообразие брендов, под которыми продаются HDD, и без того трудно удержать в памяти, но производители продолжают порождать все новые категории, нацеленные на узкие рыночные ниши. Возьмем линейку WD Re+, которую сформировали из дисков корпоративного класса со сниженной скоростью вращения шпинделя (5760 об/мин), а следовательно – и меньшим энергопотреблением. При этом новинки сохранили показатели отказоустойчивости и массу технологий, характерных для семейства Re, от которого ведут свою родословную.

WD Re+ 6 Тбайт (WD6005FRPZ)		WD Purple NV 4 Тбайт (WD4NPURX)

Серия WD Purple NV соотносится с Purple – ранее представленными HDD для систем видеонаблюдения — примерно так же, как WD Red Pro ­– с WD Red. Purple NV поддерживает вдвое больше потоков записи (64 камеры) и может устанавливаться в шасси с большим количеством жестких дисков.

Но есть и сокращения. Линейка WD Green больше не будет пополняться новыми моделями, а существующие «зеленые» с идентификаторами, оканчивающимися на EZRZ, переместились в категорию WD Blue (ранее представленную только семитысячниками объемом вплоть до 1 Тбайт).

⇡#Планы на будущее: HAMR – не ранее 2018 года

HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording) – следующая технологическая ступень, которая позволит резко нарастить плотность записи на магнитных пластинах за счет использования лазера либо микроволнового источника при намагничивании домена.

Данная мера необходима для преодоления так называемого суперпарамагнитного предела, задающего минимально допустимый размер отдельно взятого «зерна» из нескольких сотен, составляющих домен. Для достаточно малого зерна энергетический барьер, разделяющий магнитные состояния «нуля» и «единицы», уже сравним с энергией температурных колебаний, что вызывает риск потери заряда. Для решения этой проблемы в магнитных пластинах вместо сплавов кобальта (как сейчас) можно применять другие материалы (допустим, сплав железа и платины), которые характеризуются более высокой коэрцитивной силой – напряженностью магнитного поля, необходимой для размагничивания. А чтобы временно сделать материал более восприимчивым при записи, его требуется нагреть лазером в момент прохождения записывающей головки.

Теоретический предел плотности записи при использовании HAMR оценивают в 50 Тбит/дюйм², что дает объем 80 Тбайт на пластину жесткого диска в форм-факторе 3,5 дюйма.

Ранее Seagate сообщала о планах выпустить диски с HAMR уже в 2016 году и этим летом даже продемонстрировала NAS с массивом таких накопителей на конференции InterMag (IEEE International Magnetics Conference). Но как выяснилось, для коммерческого применения технология все еще слишком сырая. Seagate пока ограничится рассылкой прототипов отдельным клиентам в конце 2016 – начале 2017 года для того, чтобы провести испытания в действующей инфраструктуре ЦОД. С большой вероятностью массовые продажи коммерческих продуктов, оснащенных головками HAMR, начнутся лишь в 2018 году.

Однако и без HAMR у жестких дисков есть задел для увеличения плотности записи. Как сообщает Showa Denko – производитель магнитных пластин, чьей продукцией пользуются Seagate и Toshiba, в следующем поколении носителя будет достигнута плотность 1 Тбайт на пластину в 2,5-дюймовом форм-факторе, а следом – 2 Тбайт в форм-факторе 3,5 дюйма, что позволит Seagate создать жесткий диск объемом 12 Тбайт на базе шести пластин без применения гелия.