Компания Seagate Technology сообщила, что за три с половиной года смогла реализовать более 35 млн жёстких дисков (hard disk drives, HDDs) на базе технологии черепичной магнитной записи (shingled magnetic recording, SMR). Кроме того, глава Seagate анонсировал появление четвёртого поколения винчестеров с SMR-пластинами в ближайшее время, а также рассказал о том, что уже в следующем году большая часть продукции Seagate не будет подвержена конкуренции со стороны твердотельных накопителей.

Seagate выпустила первый коммерческий жёсткий диск на базе технологии черепичной магнитной записи — Seagate Archive ёмкостью 8 Тбайт — в августе 2013 года. Данные HDD были ориентированы в первую очередь на системы архивации «холодных» данных, которые записываются последовательно и редко перезаписываются, что само по себе скрывает особенности технологии. Для увеличения плотности записи до 1 Тбит/дюйм² и выше жёсткие диски, использующие SMR, записывают новые треки, которые «перекрывают» часть ранее записанных магнитных дорожек. «Перекрывающиеся» дорожки замедляют (пере)запись, поскольку архитектура SMR-дисков требует записать новые данные, а затем перезаписать соседние дорожки. С целью смягчить влияние особенностей SMR на производительность Seagate применяет в соответствующих жёстких дисках целый ряд технологий, что было описано в прошлогоднем интервью с Марком Ри (Mark Re), директором по технологиям в Seagate. В течение последних лет Seagate представила несколько поколений накопителей на основе черепичной магнитной записи для архивирования, NAS, видеонаблюдения и мобильных ПК. Каждое новое поколение совершенствовало использование SMR с целью увеличение производительности (так, 2,5-дюймовые HDD для мобильных ПК получили кеш на основе SLC NAND флеш-памяти) и увеличения плотности записи.

Особенности SMR

Во время недавней отчётной конференции с инвесторами и финансовыми аналитиками Стивен Лузо (Stephen Luczo), исполнительный директор Seagate, заявил, что на сегодняшний день компания поставила 35 млн жёстких дисков на основе SMR и собирается начать выпуск SMR-винчестеров четвертого поколения. Поскольку речь идёт о финансовой конференции, глава компании не стал рассказывать подробностей о преимуществах нового поколения накопителей, но ранее Seagate неоднократно указывала, что её SMR-платформа расширяема для увеличения производительности и плотности записи. Кроме того, из анонса жёсткого диска Western Digital HGST Ultrastar He12 ёмкостью 14 Тбайт мы знаем, что 3,5-дюймовые SMR-пластины нового поколения имеют ёмкостью 1,75 Тбайт, а потому стоит ожидать, что Seagate будет применять пластины схожей плотности/ёмкости.

«Мы успешно обновляем ряд продуктов в нашем портфолио, используя нашу технологию SMR четвёртого поколения», — сказал господин Лузо. «На сегодняшний день мы продали более 35 миллионов жёстких дисков для [NAS] и клиентских [устройств] на базе этой технологии».

Seagate Archive ёмкостью 8 Тбайт

Примечательно, что продажи жёстких дисков на базе SMR растут весьма быстро главным образом потому, что Seagate расширяет использование этой технологии. В течение первых двух лет (с сентября 2013 года по сентябрь 2015 года) Seagate поставила около четырех миллионов жёстких дисков на основе SMR для архивации данных, но в последующие шесть кварталов поставки таких жёстких дисков выросли в несколько раз.

Основная технологическая причина, по которой Seagate удалось резко увеличить продажи своих SMR-накопителей за короткий промежуток времени, состоит в том, что такие HDD управляют работой по оптимизации своей производительности полностью самостоятельно, а потому могут быть установлены в любые существующие системы (от ПК до серверов). Есть основания предполагать, что эксплуатанты Seagate Archive 8 Тбайт каким-то образом дорабатывают своё программное обеспечение перед началом их использования с целью минимизировать случайную запись на винчестеры и тем самым оптимизировать производительность и энергопотребление, но основную работу выполняют сами HDD (а точнее Seagate). Напротив, жёсткие диски на основе SMR производства HGST требуют управления со стороны хостов, что означает значительные инвестиции со стороны эксплуатантов. Учитывая тот факт, что Ultrastar серии Ha предназначены для клиентов, которые ценят максимальную ёмкость при относительно низком энергопотреблении (особенность жёстких дисков с гелием) и не испытывают недостатка в деньгах и ресурсах, вряд ли это большая проблема для Western Digital, так как компания продаёт немалое количество HDD с высокой нормой прибыли. Тем не менее, опыт в области управления SMR-винчестерами даёт возможность Seagate предлагать продукты, которые не имеют соперников. Например, жёсткий диск Seagate BarraCuda 2 Тбайт и гибридный жёсткий диск Seagate FireCuda 2 Тбайт не имеют конкурентов в сегменте 2,5"/7 мм.

Жёсткий диск Seagate

На самом деле, одна из задач Seagate на ближайшие кварталы — это создание накопителей, которые не конкурируют напрямую с SSD. С одной стороны, это означает, что Seagate настроена на внедрение перспективных жёстких дисков с интересными особенностями, с другой — прекращение выпуска определённых продуктов и даже семейств, как это случилось с дешёвыми 2,5-дюймовыми накопителями в 2016 году.

«К этому времени в следующем году мы ожидаем, что менее 10 % нашего портфеля жёстких дисков будут напрямую конкурировать с флеш-накопителями», — заявил господин Лузо.

Данные берутся из публикации Итоги 2016 года: жесткие диски

Те, кто увлечён сборкой компактных систем, а также и промышленные компании, для которых выпуск таких ПК является массовым, кровно заинтересованы в увеличении ёмкости накопителей. Но если в мире твердотельных накопителей имеется компактный вариант — форм-фактор M.2, то с традиционными жёсткими дисками всё сложнее. К сожалению, производители ноутбуков по-прежнему ограничены барьером 2 Тбайт из-за необходимости удерживать толщину корпуса HDD на уровне хотя бы 9, а лучше 7,5 мм.

Но в прочих случаях, где ограничение по высоте не столь строгое, ситуация обстоит лучше. Ранее Toshiba выпустила 2,5″ HDD ёмкостью 3 Тбайт толщиной 15 мм, а теперь Seagate начала продажи новой модели Barracuda объёмом 4 Тбайт. Стоимость достаточно высока, на рынке Японии она составляет почти 24 тысячи иен, что в более привычных денежных единицах приблизительно равно $200. Диск имеет привычный интерфейс SATA 6 Гбит/с, оснащён 128 Мбайт кеша и имеет скорость вращения шпинделя 5400 об/мин. Максимальная скорость передачи данных составляет 140 Мбайт/с. Максимальная потребляемая мощность не превышает 2,1 ватта, в режиме простоя диск потребляет всего 1,1 ватта.

Номер модели ST4000LM024, логически для ОС она предоставляет сектора размером 512 байт, хотя физически работает с секторами размером 4 Кбайт. Предусмотрено многоуровневое кеширование, для чего дополнительно к 128 Мбайт DRAM на плате накопителя имеется примерно 1 Гбайт кеша на основе флеш-памяти. Такой подход отчасти компенсирует недостатки, свойственные технологии черепичной записи (SMR). Гарантия на эту модель составляет два года, производитель заявляет о 600 тысячах циклов парковки головок. Существует и более ёмкая модель, ST5000LM000 объёмом 5 Тбайт, но отдельно она пока не продаётся, а поставляется в виде внешнего накопителя Seagate Backup Plus Portable Drive. На сайте компании-производителя имеются подробные спецификации всей серии.

Корпорация Western Digital представила заполненные гелием жёсткие диски (hard disk drives, HDDs) четвёртого поколения — HGST Ultrastar He12, способные хранить 12 и 14 Тбайт данных, используя пластины на базе технологии перпендикулярной магнитной записи (perpendicular magnetic recording, PMR) и черепичной магнитной записи (shingled magnetic recording, SMR) соответственно. Чтобы поднять ёмкость новых винчестеров корпоративного класса, Western Digital пришлось увеличить в них количество пластин, а также плотность записи.

Жёсткие диски HGST Ultrastar He12 основываются на совершенно новой герметичной платформе HelioSeal с восемью пластинами (против семи в заполненных гелием HDD предыдущих поколений) и рядом других нововведений, о которых Western Digital пока не говорит. Судя по всему, по мере того, как компания набралась опыта в массовом производстве «гелиевых» жёстких дисков, её инженеры нашли возможность увеличить количество пластин внутри таких накопителей без увеличения энергопотребления или уменьшения надёжности. При этом следует отметить, что Western Digital пришлось существенно перепроектировать внутренние компоненты своих жёстких дисков (в том числе головки, актуаторы и другое).

HGST Ultrastar He12

Увеличение количества пластин внутри HGST Ultrastar He12 не было единственным методом для увеличения ёмкости данных жёстких дисков. Производителю также потребовалось увеличить плотность записи каждой пластины. Так, Ultrastar He12 ёмкостью 12 Тбайт на основе восьми PMR-пластин имеет плотность записи около 864 Гбит/дюйм². Что касается Ultrastar He12 ёмкостью 14 Тбайт на базе SMR-пластин, то его плотностью записи куда выше и составляет порядка 1000 Гбит/дюйм² (в среднем).

Как и в случае с предыдущими поколениями заполненных гелием HDD, HGST Ultrastar He12 будут поставляться с интерфейсами SAS 12 Гбит/с или с Serial ATA 6 Гбит/с. При этом модель Ultrastar He12 ёмкостью 14 Тбайт будет доступна ограниченному числу клиентов, поскольку речь идёт о винчестере на базе SMR-пластин, управление которым должно осуществляться хостом (т. е. приложениями эксплуатирующих HDD компаний). Обычные жёсткие диски на основе SMR самостоятельно управляют размещением данных на SMR или PMR группах дорожек, что гарантирует предсказуемую производительность без дополнительных затрат, но не даёт возможности конечным клиентам подстроить работу HDD под свои нужды. В случае с Ultrastar He12 ёмкостью 14 Тбайт клиенты из числа владельцев облачных центров обработки данных должны подстраивать свои программы под жёсткие диски, что увеличивает их инвестиции, но даёт возможность получить оптимальную производительность и/или энергопотребление.

Другие технические характеристики HGST Ultrastar He12 напоминают таковые у текущего поколения заполненных гелием жёстких дисков корпоративного класса: скорость вращения шпинделя 7200 оборотов в минуту, кеш ёмкостью 256 Мбайт, максимальная поддерживаемая скорость передачи данных 255 Мбайт/с, а также среднее время ожидания 4,16 мс. Потребляемая мощность Ultrastar He12 с интерфейсом SATA составляет до 7,2 Вт, в то время как потребление модели Ultrastar He12 с интерфейсом SAS составит до 9,8 Вт.

Поскольку в случае с Ultrastar He12 мы имеем дело с жёсткими дисками корпоративного класса, то данные устройства обладают всеми возможными технологиями для увеличения их надёжности и производительности, включая специальный микропривод (актуатор), который повышает точность позиционирования головки в машинах с несколькими жёсткими дисками, (что, естественно, повышает производительность, целостность данных и надёжность), режимы восстановления RAID и другие. Разумеется, новинки могут поставляться с технологиями шифрования (self-encrypted drive, SED), которые, в свою очередь, приносят функции вроде Instant Secure Erase для быстрой передислокации или утилизации HDD.

Жёсткий диск HGST

В настоящее время жёсткие диски Ultrastar He12 доступны для некоторых OEM в виде образцов. Western Digital планирует начать продажи Ultrastar He12 ёмкостью 12 Тбайт в первой половине 2017 года. Что касается Ultrastar He12 ёмкостью 14 Тбайт на базе SMR, то клиенты Western Digital получат их в середине 2017 года. Новые винчестеры будут поставляться с пятилетней гарантией и будут рассчитаны на время наработки на отказ в 2,5 млн часов. Что касается цен, то они будут зависеть от конкретных объёмов покупки в случае с моделями ёмкостью 12 Тбайт и индивидуальными договорённостями в случае с 14-Тбайт HDD.

Seagate Technology готовится начать продажи самого вместительного миниатюрного внешнего жёсткого диска (hard disk drive, HDD), Backup Plus Portable Drive ёмкостью 5 Тбайт. Новинка будет базироваться на недавно анонсированном BarraCuda 2,5” 5 Тбайт и использовать технологии черепичной магнитной записи (shingled magnetic recording, SMR) и многоуровневого кеширования (multi-tier caching, MTC).

Seagate Backup Plus Portable Drive 5 Тбайт (STDR5000100)

Seagate Backup Plus Portable Drive 5 Тбайт (STDR5000100) имеет размеры 78 × 114,5 × 20,5 мм и использует интерфейс USB 3.0 для передачи данных и энергии (обратная совместимость с USB 2.0 сохраняется). Потребляемая мощность новинки не будет превышать 2,1 Вт, так что она может подключаться не только к ПК, но и к мобильным устройствам. Backup Plus Portable Drive будет поставляться в чёрном, синем, серебристом или красном корпусе из анодированного алюминия. Для упрощения процесса резервного копирования с ПК или планшетов/смартфонов Seagate предлагает приложения Seagate Dashboard для ПК и Seagate Mobile Backup для Apple iOS и Google Android. Кроме того, с покупкой нового накопителя Seagate предоставит 200 Гбайт облачного пространства сроком на два года для хранения особенно важных файлов.

Seagate Backup Plus Portable Drive 5 Тбайт (STDR5000100)

Сердцем Seagate Backup Plus Portable Drive 5 Тбайт является винчестер BarraCuda 2,5” 5 Тбайт (ST5000LM000) на базе пяти SMR-пластин. Данный HDD поставляется в форм-факторе 2,5 дюйма толщиной 15 мм. Он имеет скорость вращения шпинделя 5400 оборотов в минуту, экипируется 128 Мбайт DRAM-кеша, а также ~1-Гбайт буфером на базе NAND флеш-памяти. Производитель заявляет, что максимальная скорость чтения/записи у ST5000LM000 (и, соответственно, у STDR5000100) находится на уровне 140 Мбайт/с, а среднее время задержки — 5,6 мс.

Ключевой особенностью Backup Plus Portable Drive 5 Тбайт и BarraCuda 2,5” 5 Тбайт является технология многоуровневого кеширования (MTC), призванная скрыть особенности работы SMR. Черепичная магнитная запись предполагает частичное перекрытие уже записанных дорожек новыми. «Перекрывающиеся» дорожки замедляют запись, так как архитектура SMR-дисков требует записать новые данные, а затем перезаписать соседние дорожки. Для того чтобы «скрыть» подобную особенность, HDD применяет несколько «трюков». Во-первых, для минимизации перезаписи контроллер жёстких дисков на базе SMR размещает «черепичные» дорожки группами (bands). Во-вторых, Seagate применяет технологию MTC, которая использует PMR-полосы на пластинах жёстких дисков, память NAND-флеш, а также память DRAM. Когда рабочие нагрузки генерируют относительно небольшое количество операций записи, жесткий диск записывает данные в памяти NAND и/или на PMR дорожки (которые не требуется перезаписывать) с предсказуемой скоростью передачи данных. Затем, во время легких нагрузок и/или время простоя, HDD перезаписывает данные из кешей на SMR-дорожки. Если же речь идёт о записи данных, чьи объёмы значительно превышают ёмкость MTC, жёсткий диск пишет данные непосредственно на SMR-пластины, но в этом случае скорость записи существенно падает.

Seagate Backup Plus Portable Drive 5 Тбайт (STDR5000100)

Seagate Backup Plus Portable Drive 5 Тбайт — далеко не первый внешний HDD на базе SMR. Компания Seagate использует «черепичную» технологию записи для внешних винчестеров уже около полутора лет. Тем не менее, судя по всему, новинка станет первым внешним накопителем с MTC.

Что касается стоимости, то сейчас Amazon принимает предварительные заказы на Backup Plus Portable Drive 5 Тбайт по цене $160 (10 072 рубля на момент написания заметки). Интернет-магазин начнёт отгружать STDR5000100 9 ноября. Рекомендованная цена и время начала продаж в России и странах СНГ неизвестны, но маловероятно, что они будут значительно отличаться от общемировых.

Данные берутся из публикации Эволюция жёстких дисков в ближайшие годы: беседа с Марком Ри из Seagate

Данные берутся из публикации Итоги 2015 года: жесткие диски

Хотя многие клиентские устройства сегодня используют твердотельные накопители данных (solid-state drives, SSDs), традиционные жёсткие диски (hard disk drives, HDDs) продолжают использоваться сотнями миллионов пользователей и абсолютным большинством центров обработки данных (ЦОД) по всему миру. Технология термомагнитной записи (heat-assisted magnetic recording, HAMR) обещает значительно увеличить ёмкость HDD в ближайшие годы. К сожалению, массовое производство подобных жёстких дисков уже много раз задерживалось и, судя по всему, винчестеры с HAMR появятся на рынке лишь в 2018 г.

Спрос на объёмы хранения данных растёт

Объём различных накопителей данных, которые произведёт вся индустрия в 2020 г., составит 2900 экзабайт (1 экзабайт = 1 миллион терабайт), увеличившись почти втрое с 2015 года, согласно оценкам аналитиков IDC и специалистов Western Digital. Рост спроса на объёмы хранения данных будет обусловлен различными факторами, включая увеличивающиеся требования Big Data и Интернета вещей, растущим спросом на корпоративные системы хранения данных, персональные системы хранения данных (NAS, облачные сервисы и т. д.), ПК и потребительскую электронику. Samsung Electronics ожидает, что производство энергонезависимой NAND флеш-памяти к 2020 году вырастет до 253 экзабайт с 84 экзабайт в этом году. Таким образом, если оценки Samsung, IDC и Western Digital верны, то около 90 % всех данных через пять лет будут по-прежнему храниться на жёстких дисках, тогда как твердотельные накопители будут хранить менее 10 % информации.

Тенденеции на рынке накопителей. Оценки Western Digital и IDC

Чтобы удовлетворить всё возрастающие потребности хранения данных, индустрии необходимо увеличить производство NAND флеш-памяти, а также ёмкость жестких дисков.

Современные винчестеры, которые используют пластины с перпендикулярной магнитной записью (perpendicular magnetic recording, PMR) или черепичной магнитной записью (shingled magnetic recording, SMR), могут хранить до 10 Тбайт данных. Плотность записи у таких магнитных пластин составляет примерно 0,95 Тбит на квадратный дюйм. Технология двухмерной магнитной записи (two-dimensional magnetic recording, TDMR) потенциально может увеличить плотность записи на 5–10 %, что является существенным. Кроме того, Showa Denko K. K. (SDK), крупнейший в мире независимый производитель пластин для жёстких дисков, наметила планы на массовое производство девятого поколения PMR-пластин с плотностью записи до 1,3 Тбит на квадратный дюйм в следующем году.

HAMR: ключ к следующему поколению винчестеров

Специалисты из Seagate Technology и Western Digital полагают, что для достижения плотности записи свыше 1,5 Тбит на квадратный дюйм понадобятся новые магнитные диски, а также технология термомагнитной записи (HAMR). Считается, что текущие методики будут ограничены так называемым супермагнитным пределом, когда «ячейки» хранения данных станут настолько малы, что на них будет невозможно надёжно записать данные вследствие невозможности создания магнитного поля нужной силы внутри жёсткого диска.

Будущее жёстких дисков

Некоторые принципы термомагнитной записи были запатентованы еще в 1954 году, до того, как IBM продемонстрировала самый первый коммерческий жёсткий диск. Суть HAMR заключается в том, чтобы нагреть часть магнитной пластины на доли секунды до точки Кюри (температура, при которой ферромагнетики теряют свои основные магнитные свойства) с тем, чтобы временно изменить её коэрцитивность и записать данные. Жёсткие диски с HAMR будут иметь изменённую архитектуру, новые пластины, новые головки чтения/записи, а также целый ряд других компонентов, которые не используются и не производятся сегодня массово.

Согласно Seagate, головки в её термомагнитных жёстких дисках точечно нагревают пластину до примерно 450° С, используя лазер с длиной волны 810 нм и мощность около 20mW. Компания не раскрывает никаких дополнительных подробностей о своих записывающих головках, поскольку именно они являются ключевой технологией жёстких дисков следующего поколения.

Перспективный план Showa Denko

Недавно компания Showa Denko раскрыла свои перспективные планы касательно выпуска пластин для жёстких дисков, использующих термомагнитную технологию записи. Согласно плану, первые HAMR-пластины SDK для 2,5-дюймовых жёстких дисков появятся в 2018 году и будут иметь ёмкость 1,2–1,5 Тбайт (плотность записи — 1,5–1,95 Тбит на квадратный дюйм). К концу десятилетия ёмкость пластин для 2,5-дюймовых винчестеров увеличится до 2 Тбайт. Прогнозы Showa Denko ясно показывают преимущества технологии HAMR и её потенциал, однако стоит иметь в виду, что планы имеют свойство меняться.

Годы в разработке

Производители жёстких дисков, независимые производители записывающих головок и пластин, университеты и различные другие организации занимаются исследованием и разработкой технологий для HAMR-накопителей вот уже более десяти лет.

Seagate: HAMR прогрессирует

Начиная с середины 2000-х различные компании демонстрировали прототипы винчестеров, которые использовали технологию HAMR, множество раз. Например, Western Digital показывала работающий 2,5-дюймовый HDD, который использовал термомагнитную запись, ещё в конце 2013 г. В середине 2015 г. компания Seagate показывала NAS на базе нескольких жёстких дисков с технологией HAMR. Многочисленные демонстрации работающих HAMR-винчестеров показывают, что технология полностью функциональна и может быть использована для коммерческих устройств.

Тем не менее, несмотря на годы разработок, показов и обещаний, жёсткие диски с термомагнитной технологией записи всё еще недоступны. Кроме того, судя по высказываниям руководителей компаний Seagate и Showa Denko в последние месяцы, коммерческий выпуск HDD c HAMR в очередной раз откладывается.

HAMR всё еще не готова для коммерческих продуктов

Seagate планирует выпустить прототипы своих накопителей на базе HAMR для некоторых клиентов в конце 2016 или в начале 2017 г. Как ожидается, первые жёсткие диски с термомагнитной записью будут иметь ёмкость 4 Тбайт и будут предназначены в основном для целей тестирования. Они помогут Seagate и её клиентам понять, насколько надёжны HAMR-винчестеры в реальных центрах обработки данных, совместимы ли они с существующей инфраструктурой и какую производительность они показывают в реальных приложениях. Поскольку исследования нового поколения жёстких дисков в полевых условиях занимают много времени, маловероятно, что Seagate начнёт сколько-то массовые поставки HDD с технологией HAMR в 2017 г.

Жёсткий диск Seagate

Showa Denko также не очень оптимистична касательно скорого появления жёстких дисков с термомагнитной записью на рынке. Судя по всему, массовое производство таких накопителей будет отложено до 2018 года.

«Что касается технологий нового поколения, HAMR или TAMR, то начало массового производства будет [немного] отложено до 2018 года», — сказал Хидео Ишикава (Hideo Ichikawa), президент Showa Denko, на недавней конференции. Примечательно, что официальный среднесрочный бизнес-план компании гласит, что новое поколение пластин будет выпущено «в 2018 году или позже».

Хотя очевидно, что жёсткие диск с HAMR не готовы выйти на рынок, производители жёстких дисков не раскрывают характер проблем. Компания Seagate указывала, что винчестеры с термомагнитной записью недостаточно стабильны и надёжны, но не делала каких-либо уточнений.

Ёмкость жёстких дисков продолжит расти

Хотя жёсткие диски с технологией HAMR выйдут в свет ещё только через пару лет, ёмкость у флагманских HDD продолжит расти.

Showa Denko обещает начать массовое производство девятого поколения пластин с перпендикулярной магнитной записью в следующем году. Компания объявила, что новые PMR-пластины для 2,5-дюймовых винчестеров будут иметь ёмкость 1 Тбайт. Как следствие, со временем появятся 3,5-дюймовые пластины объёмом 2 Тбайт, что даст возможность поднять вместимость HDD для центров обработки данных и NAS свыше 10 Тбайт.

Жёсткие диски WD

Ранее в этом году компания Seagate представила свой первый 2-Тбайт мобильный жёсткий диск толщиной 7 мм. Данный винчестер базируется на двух пластинах емкостью 1 Тбайт с плотностью записи 1,3 Тбит на квадратный дюйм. Эта же технология неизбежно будет использоваться для 3,5-дюймовых жестких дисков, что также позволит Seagate представить HDD корпоративного (и не только) класса объёмом более 10 Тбайт в ближайшие годы.

Корпорация Western Digital также производит собственные пластины высокой ёмкости. Хотя точные планы компании неясны, HGST (которой владеет Western Digital) в последние годы была лидером по ёмкости HDD.

Таким образом, несмотря на проблемы с термомагнитной записью, ведущие производители жёстких дисков в ближайшие годы будут представлять новые модели HDD увеличенной ёмкости на базе технологий PMR, SMR или TDMR.

Жёсткие диски (hard disk drives, HDDs) для персональных компьютеров были впервые представлены почти шестьдесят лет назад, в 1956 году. По словам финансового директора Seagate Technology, этот вид накопителей данных останется на рынке ещё по крайней мере пятнадцать–двадцать лет. В будущем HDD освоят массу технологий и увеличат свою ёмкость в десятки раз.

«Я считаю, что жёсткие диски останутся надолго, по крайней мере на 15–20 лет», — сказал Дэйв Мортон (Dave Morton), старший вице-президент по финансам компании Seagate, на 33-й конференции Nasdaq Investor Program.

Жёсткий диск

В последние годы продажи жёстких дисков неизменно падали. По оценкам компаний Seagate и Western Digital, общий наличный рынок (total available market, TAM) HDD в третьем квартале 2015 года составил примерно 118 млн единиц. В третьем квартале 2010 года в мире было продано около 164 млн накопителей на магнитных дисках.

Снижение продаж HDD обусловлено целым рядом факторов, включая рост популярности твердотельных накопителей (solid-state drives, SSDs), падение продаж персональных компьютеров, растущее использование облачных сервисов хранения данных и так далее. Тем не менее, винчестеры продолжают оставаться одними из самых дешёвых видов накопителей данных с точки зрения стоимости хранения одного гигабайта информации. Поскольку SSD не станут столь же доступны, как HDD, в обозримом будущем, последние будут оставаться актуальными ещё очень долго.

Общий наличный рынок HDD c 2010 по 2015 год. Оценки Seagate и Western Digital

Ёмкость HDD постоянно увеличивается и в ближайшие годы — благодаря технологиям двухмерной магнитной записи (two-dimensional magnetic recording, TDMR) и термомагнитной записи (heat-assisted magnetic recording, HAMR) — вырастет в несколько раз. В прошлом году консорциум ASTC (Advanced Storage Technology Consortium), куда входят различные компании, участвующие в разработке, производстве и эксплуатации накопителей на магнитных дисках, опубликовал перспективный план, согласно которому к 2025 году ёмкость жёстких дисков может увеличиться до 100 Тбайт.

Перспективы развития жёстких дисков согласно ASTC

Ранее в этом году компания Seagate уже указывала, что в ближайшие два года начнёт коммерческие поставки жёстких дисков на основе технологии TDMR, тогда как массовые поставки HDD на базе HAMR сдвигаются на более поздний срок вследствие недостаточной надёжности.

Технология TDMR позволяет значительно увеличить плотность записи за счёт дальнейшего уменьшения ширины магнитной дорожки. К сожалению, при существенном увеличении плотности дорожек на магнитной пластине считывающая головка оказывается шире трека и ей становится сложнее «читать» данные на каждой дорожке, поскольку помехи с соседних треков (inter-track interference, ITI) мешают распознаванию сигнала. В случае применения технологии TDMR жёсткий диск считывает данные с нескольких находящихся рядом дорожек, а затем «распознаёт» сигнал с нужной на основе виртуальной двухмерной (2D) матрицы существующей в оперативной памяти HDD. Подобный подход требует либо последовательного чтения данных с нескольких находящихся рядом дорожек одной головкой, либо параллельного чтения данных с нескольких находящихся рядом треков несколькими головками. Первый метод серьёзно увеличивает задержки и требует большого количества набортной памяти и увеличенной вычислительной мощности. Второй — очень сложного массива головок. Тем не менее, использование TDMR устраняет проблемы, связанные с ITI у жёстких дисков, и даёт возможность увеличивать плотность записи.

Технология HAMR предполагает нагрев зоны записи лазером перед чтением, чтобы изменить стабильность её магнитного состояния. Это даст возможность увеличить плотность записи до 2 Тбит на квадратный дюйм в обозримом будущем (по сравнению с 0,95–1,1 Тбит на квадратный дюйм сегодня) и до 5 Тбит на квадратный дюйм через несколько лет. Хотя как Seagate, так и Western Digital, неоднократно показывали работающие прототипы HDD с технологией HAMR, она всё ещё не готова к коммерческому применению. В конце 2016 или в начале 2017 года Seagate планирует поставить ряду партнёров образцы HAMR-винчестеров, чтобы они могли протестировать технологию. Однако массовые поставки подобных жёстких дисков начнутся несколько позже.

Жёсткий диск

Помимо двухмерной магнитной записи и термомагнитной записи, которые увеличат ёмкость HDD уже в ближайшие годы, на очереди такие технологии, как Bit Patterned Media Recording (BPMR), Heated Dot Magnetic Recording (HDMR), а также различные комбинации техник. Так или иначе, но индустрия жёстких дисков имеет чёткие планы на десяток лет вперёд. Производители жёстких дисков также имеют своё видение технологий, примерно на декаду вперёд. Однако будущее винчестеров не ограничивается тем, что демонстрирует ASTC или о чём рассказывают Seagate и Western Digital. Судя по всему, накопители на базе магнитных дисков будут развиваться и далее ещё пятнадцать–двадцать лет.

В случае, если HDD будут актуальными средствами хранения данных даже в 2035 году, то это будет означать, что этот тип устройств будет служить человечеству примерно восемьдесят лет, невероятный срок для высокотехнологической отрасли.

Seagate Technology начала поставки жёстких дисков с черепичной технологией записи (shingled magnetic recording, SMR) примерно два года назад. За этот срок компания продала примерно четыре миллиона соответствующих накопителей, что едва ли составляет один процент от всех HDD компании, поставленных за это время. Тем не менее, Seagate позитивно относится к данным устройствам и возлагает большие надежды на SMR.

Черепичная технология магнитной записи увеличивает плотность записи на пластинах на величину порядка 25 % за счёт частичного перекрытия дорожками друг друга. Перекрывающиеся дорожки замедляют процесс записи, поскольку в ходе записи одной дорожки приходится перезаписывать содержимое дорожек, располагающихся рядом (точнее, в одной группе дорожек, которая называется band). Чтобы скомпенсировать низкую скорость записи на жёстких дисках с SMR-пластинами, производителям накопителей приходится создавать специальные микропрограммы, которые оптимизируют операции последовательной записи. Альтернативно операционная система и/или приложения, использующие жёсткие диски, должны понимать, что имеют дело с SMR-винчестером и делать операции последовательной записи лишь в некоторых областях жёстких дисков.

Отличия технологий черепичной и перпендикулярной записи

Так или иначе, жёсткие диски, использующие технологию черепичной записи, медленнее, чем HDD, которые используют технологию перпендикулярной записи. Поскольку жёсткие диски максимального объёма требуются в первую очередь центрам обработки данных, то подобные ограничения производительности вполне допустимы. Тем не менее, ЦОД, которые начинают использовать SMR-винчестеры, чтобы увеличить объёмы хранения данных, вынуждены дорабатывать собственное программное обеспечение, что замедляет распространение подобных HDD.

Seagate Archive: Один из первых жёстких дисков, использующий SMR

Хотя использование винчестеров с SMR-пластинами имеет ряд особенностей, до тех пор, пока жёсткие диски на базе технологий TDMR (двухмерная технология записи) и HAMR (термомагнитная технология записи) не появятся на рынке, жёсткие диски на основе SMR-пластин будут развиваться. К настоящему моменту Seagate уже научилась скрывать недостатки технологии черепичной записи для ЦОД-приложений.    

«Мы поставили около четырёх миллионов «черепичных» жёстких дисков», — сказал Дейв Мосли (Dave Mosley), исполнительный вице-президент по операциям и технологиям в Seagate, во время встречи с инвесторами и финансовыми аналитиками. «Мы рассматриваем это как очень успешное достижение, потому что мы узнали массу информации о приложениях наших клиентов. Мы готовы скрывать недостатки черепичной технологии записи при помощи многоуровневых систем хранения данных, систем кеширования и т. п.,[так, что нашим клиентам] не придётся делать тяжёлых изменений в их программах».

Seagate работает со своими клиентами, которые хотят настроить приложения под «черепичные» жёсткие диски, но компания также постоянно работает над собственными микропрограммами, способными скрыть особенности SMR в случаях, когда изменения приложений затруднительны или невозможны.

Жёсткий диск Seagate

«Мы очень довольны прогрессом, который мы сделали [с SMR накопителями], мы поставляем «черепичные» жёсткие диски для разных платформ и готовы расширить их производство в 2016 году», — сказал господин Мосли.

В дополнение к жёстким дискам для архивирования данных (серия Seagate Archive), Seagate уже применяет пластины с черепичной технологией записи внутри клиентских внешних и мобильных накопителей (продающихся под марками Samsung и Seagate) и планирует использовать SMR для других жёстких дисков. Поскольку клиентские операционные системы и приложения не изменятся в одночасье, компании придётся разрабатывать специальную архитектуру жёстких дисков для персональных компьютеров, которая будет учитывать особенности черепичной технологии и нивелировать низкую скорость записи системами кеширования и расположения данных на магнитных пластинах.

Компания Seagate Technology, один из крупнейших мировых производителей традиционных механических жёстких дисков, подтвердила, что в её планах значатся анонсы нескольких новых продуктов, использующих самые последние технологии, и состоятся эти анонсы уже в этом году. В числе новинок будут представлены ожидаемые многими жёсткие диски ёмкостью 10 Тбайт, предназначенные для использования в системах архивации больших объёмов данных. Как заявил Дэйв Мортон (Dave Morton), заместитель директора финансового отдела Seagate, с архивными дисками ёмкостью 8 и 10 Тбайт в арсенале компания будет готова достойно встретить новые возможности, предлагаемые рынком.

В прошлом году Seagate уже публиковала планы по выпуску жёстких дисков формата 3,5″ ёмкостью 10 терабайт, предназначенных для использования в приложениях класса nearline. Ожидается, что в их конструкции будет установлено шесть пластин ёмкостью 1,66 Тбайт с плотностью записи 1,1 терабит на квадратный дюйм. Вероятнее всего, эти HDD будут отнесены к семейству Seagate Archive. Это наиболее логично, поскольку диски, базирующиеся на технологии «черепичной записи» (Shingled Magnetic Recording) не блещут скоростью записи в сравнении с моделями, использующими традиционную перпендикулярную запись и лучше всего подходят именно для модели использования nearline, в которой не требуется мгновенный доступ к хранимым данным.

Принцип работы SMR

В настоящее время Seagate предлагает архивные модели жёстких дисков объёмом 8 Тбайт, в которых установлено шесть SMR-пластин ёмкостью 1,33 Тбайт. В этом «размере» доступны также модели Enterprise Capacity, Enterprise NAS и Kinetic, оптимизированные для разных сегментов рынка и моделей использования. Надо сказать, что главный конкурент, компания HGST, хотя и предлагает диски ёмкостью 10 Тбайт (7 пластин по 1,43 Тбайт, плотность 0,95 Тбит на дюйм), но они используют дорогой гелиевый гермоблок и доступны лишь избранным клиентам компании. К тому же, жёсткие диски с гелиевой атмосферой требуют иных производственных технологий и заметно дороже традиционных. Seagate считает, что такие диски не станут выгодным приобретением ни в ближней, ни в средней перспективе. А в дальней перспективе добиться больших ёмкостей помогут такие технологии, как «двухмерная запись» (TMDR), «бит-паттерновая запись» (BPM) и термомагнитная запись (HAMR), что сделает гелиевые диски ненужными.

Seagate уже демонстрировала существенные успехи в наращивании плотности магнитной записи, представив в этом месяце первый жёсткий диск формата 2,5″ толщиной 7 миллиметров с двумя SMR-пластинами ёмкость 1 Тбайт и плотностью на уровне около 1,32 Тбит на квадратный дюйм. Аналогичная технология с похожей плотностью записи будет использована и в производстве других пластин, включая модели ёмкостью 2 Тбайт формата 3,5″. Это позволит компании выпустить жёсткие диски объёмом 12 Тбайт в следующем году или несколько позже. Что касается заветной отметки 10 Тбайт, то можно предположить следующий сценарий: если Seagate анонсирует такие HDD в октябре, то появления их на массовом рынке следует ожидать уже в конце этого года, либо в начале следующего, 2016 года. Это даст ей преимущество перед HGST, чьи диски ёмкостью 10 Тбайт, как уже было сказано, на массовый рынок не поставляются.                                                

Компания Seagate Technology представила первый в индустрии жёсткий диск в форм-факторе 2,5 дюйма и ёмкостью 4 Тбайт. Изначально накопитель будет использоваться внутри внешних HDD компании. В дальнейшем пластины, на которых основывается новинка, будут применяться и для других устройств.

Компания Seagate, которая приобрела активы Samsung по производству жёстких дисков в 2011 году, продолжает использовать эту торговую марку для некоторых продуктов. Так, на этой неделе Seagate представила внешние жёсткие диски Samsung M3 и Samsung P3 на базе нового 2,5-дюймового жёсткого диска компании, который использует 800-Гбайт пластины. Новые продукты могут стать предвестниками существенных изменений положения компании на рынке.

Samsung M3 Portable

Новые внешние накопители ёмкостью 4 Тбайт — Samsung M3 Portable (с увеличенной выносливостью к ударам) и Samsung P3 Portable (с изящным дизайном) — базируются на пока не анонсированном жёстком диске Spinpoint M10P. Новые внешние устройства хранения данный оснащены USB 3.0 интерфейсом (с пропускной способностью 5 Гбит/с), весят всего 373 грамма, а их толщина составляет всего 19,85 мм. Приводы требуют исключительно USB-питания, что говорит об их высокой энергоэффективности.

Samsung Spinpoint

Samsung Spinpoint M10P основан на пяти 2,5-дюймовых пластинах по 800 Гбайт, которые, предположительно, используют технологию черепичной магнитной записи (shingled magnetic recording, SMR). Жёсткий диск, скорее всего, использует интерфейс Serial ATA-6 Гбит/с, однако другие характеристики, такие как скорость шпинделя, размер кеша и задержки, неизвестны. Поскольку накопитель опирается на пять пластин, толщина Spinpoint M10P составляет 15 миллиметров. Как следствие, ни один ноутбук не сможет вместить такой HDD.

«Жёсткий диск Spinpoint M10P 4 Тбайта позволяет хранить такое количество данных благодаря самой высокой в индустрии плотности записи и пластин ёмкостью 800 Гбайт», — заявил Даг ДеХаан (Doug DeHaan), генеральный менеджер подразделения Samsung HDD. «С ростом спроса на ёмкость внешних накопителей, P3 и M3 вместимостью 4 Тбайт являются ответом на всё возрастающие аппетиты пользователей».

Samsung P3 Portable

Самой большой интригой касательно нового жёсткого диска Spinpoint M10P является производитель пластин для него. В течение многих лет самые ёмкие носители для HDD изготавливались компанией Showa Denko K.K. (SDK). Ранее в этом году SDK представила пластины восьмого поколения с перпендикулярной магнитной записью (perpendicular magnetic recording, PMR) для 2,5-дюймовых жёстких дисков, которые могут хранить 750 Гбайт данных. Если только Showa Denko не начала поставки 800-Гбайт SMR-пластин без каких-либо анонсов, использование таких носителей означает, что Seagate произвела их сама.

Производство пластин с передовой плотностью записи — достижение, которое сложно переоценить. Если компания Seagate может наладить массовое производство 800-Гбайт пластин для 2,5-дюймовых жёстких дисков, то это значит, что технология позволит создавать пластины для 3,5-дюймовых HDD ёмкостью 1,5–1,6 Тбайт. Такие носители открывают двери для накопителей корпоративного класса с шестью пластинами и ёмкостью 9–9,6 Тбайт. Кроме того, если Seagate может производить передовые пластины на собственных мощностях, это означает, что компании более не требуется покупать дорогие носители у Showa Denko, что означает увеличение нормы прибыльности. Исторически компания закупала у SDK около 30 % пластин для своих HDD, но ранее в этом месяце заявила, что снизит долю закупаемых пластин до 10–20 % в ближайшие годы.

Портативные внешние жёсткие диски Samsung 4TB M3 и MP будут доступны в конце июня у авторизованных дистрибьюторов. Цена новинок неизвестна.

Ведущие производители жёстких дисков продолжают соревноваться в наращивании ёмкостей. И Seagate, и Western Digital HGST уже представили модели ёмкостью 6 и 8 терабайт и вплотную подбираются к заветной отметке 10 Тбайт. Seagate обещает выпустить 10-терабайтный жёсткий диск в следующем году, причём без использования гелиевого гермоблока — эту технологию компания считает нерентабельной. Но классическая конструкция гермоблока не мешает Seagate использовать технологию «черепитчатой записи» (SMR, Shingled Magnetic Recording). Компания также возлагает серьёзные надежды на другую технологию записи — т.н. «термомагнитную запись» (Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR), хотя её реализация «в железе» довольно сложна, поскольку требует использования мощных и прецизионных лазеров, а также пластин, способных выдерживать многократный нагрев и охлаждение.

Принцип работы SMR

Модель жёсткого диска Seagate объёмом 10 терабайт будет иметь шесть пластин ёмкостью 1,66 Тбайт каждая. Компания признаёт, что технология SMR имеет свои недостатки, в частности — пониженную производительность записи и считывания данных, но надеется минимизировать их влияние установкой кеша DRAM большой ёмкости. Неизвестно, какой именно, но даже 1-2 Гбайт кеша не должны слишком сильно повлиять на себестоимость. Кроме того, такие диски не используются для загрузки операционных систем, так что требования к производительности здесь менее жёсткие, особенно на случайных операциях со множеством мелких файлов.

Конструкция HAMR-головки потребует создания компактных, но мощных лазеров

Технология HAMR практически не имеет недостатков, кроме чрезвычайной сложности аппаратной реализации, но один из крупнейших производителей жёстких дисков надеется, что сможет обуздать её к 2016—2017 году и выпустить коммерческие продукты, использующие принцип термомагнитной записи. Благодаря HAMR ёмкость будущих жёстких дисков удастся повышать примерно на 30 % в год. Как уже было сказано, Seagate предстоит проделать немалую работу по созданию новых головок и пластин, выдерживающих многократный нагрев лазером, но компания смотрит в будущее с оптимизмом и обещает продемонстрировать рабочие прототипы таких дисков уже в следующем году.

Объёмы данных постоянно растут, и если раньше пользователи восхищались жёсткими дисками объёмом 250 — 500 Гбайт, то сейчас никого не удивишь моделями, способными вместить один, два или даже три терабайта. И это не предел, ведь известно, что HGST, к примеру, собирается освоить массовое производство 10-терабайтных дисков серии Ultrastar He уже в начале следующего года, а шести- и даже восьмигигабайтные модели предлагает и сейчас. Правда, гелиевый гермоблок и семидисковый дизайн диктуют высокую цену, и за такой жёсткий диск придётся выложить около $800.

Но теперь у HGST появился очень опасный конкурент — компания Seagate также начала поставки жёстких дисков ёмкостью 8 Тбайт, причём, в её варианте используется обычный гермоблок, а повышенная ёмкость достигается с помощью использования технологии SMR (shingled magnetic recording), в которой соседние дорожки записываются с некоторым нахлёстом. За счёт этого удалось уместить 8 Тбайт на шести пластинах ёмкостью 1,33 Тбайт без применения экстремального гелиевого гермоблока. А самое важное — такой диск обойдётся покупателю всего в $310 (около 250 евро, примерно 12,7 тысяч рублей), что, конечно, гораздо доступнее предложения HGST и вполне по карману обычному пользователю.

Как это всегда и бывает, столь низкая цена является продуктом компромисса — диски Seagate серии Archive HDD имеют скорость вращения шпинделя всего 5900 оборотов в минуту, что, разумеется, не способствует достижению максимальной производительности. Но при этом они потребляют очень мало энергии, имеют кеш объёмом 128 Мбайт и время наработки на отказ 800 тысяч часов. Да и производительность не столь уж мала: скорость последовательного чтения и записи находится в районе 150 — 190 Мбайт/с. С учётом трёхлетней гарантии это отличный выбор для недорогой и ёмкой системы NAS или домашнего сервера. Но основная сфера применения — мощные архивные системы хранения данных, где стоимость гигабайта является одной из важнейших характеристик. Новинки поставляются в двух вариантах, один из которых содержит процессор аппаратного кодирования данных. Позднее семейство пополнится моделями меньшей ёмкости, 6 и 5 Тбайт.