Твърдите дискове са нещо, за което дори не сте подозирали.
⇡#Технологии на бъдещето: Shingled запис, Heat-Assisted Recording, Bit-Pattern Media
3DNews: Технологии като Shingled Recording, Heat-Assisted Recording, Bit-Patterned Media вече са в новините, което ще позволи увеличаване на плътността на HDD запис в бъдеще. Каква е тяхната същност и колко скоро можем да очакваме появата на търговски продукти, в които ще бъдат внедрени?
Алекс Блекуел: Shingled Recording е толкова странна технология, която заимства нещо от SSD. Идеята е, както сега, да записваме данни последователно върху магнитна плоча, само че вместо една писта тук и една там с празнина между тях, ние ще наслагваме пистите една върху друга. Но ще трябва да бъдем много внимателни относно това как прилагаме тази технология. Тъй като Shingled Recording ще повлияе на това как хост контролерът ще използва устройството. И в крайна сметка може да е просто нишово решение за определен пазар, който ще се интересува от него.
Следващата технология е Heat-Assisted Recording. Да вземем парче масло. Изваждате от хладилника и го слагате на масата на топъл ден. След това става много меко и можете да направите дупка в него с пръст. Но за да направите дупка в парче направо от хладилника, ви трябва нещо много остро. По същия начин е удобно да се представи свойството на магнитен носител - коерцитивност.
Коерцитивната сила е такова демагнетизиращо външно магнитно поле със сила H, което трябва да бъде приложено към феромагнетик, предварително намагнетизиран до насищане, за да доведе до нула неговото намагнитване I или индукция на магнитно поле B вътре (Wikipedia).
Меко масло, подходящо за дискове с ниска плътност(ниска коерцитивност) и дебел пръст (голямо разстояние между главата и носача). За диск с висока плътност на запис се нуждаете от твърдо масло (висока коерцитивност), за да задържите магнетизираните зони, и много, много остър „пръст“ за запис: голяма сила на магнитното поле и по-малка междина между записващата глава и носителя.
Вземете твърд диск на IBM от 50-те години. Виждаха се кабелите, навити на главата, и разстоянието до носача. Сега главите са направени като интегрални схеми, от тънкослойни материали. Но вероятно ще бъда принуден да те убия, ако говоря твърде много за глави. Главите са технологията, която ни държи в бизнеса.
Така че можем да развием само ограничена сила на магнитното поле. И вече не можем да доближим главата до носача. Но можем да направим магнетизирания носител "по-твърд". Имаме нужда от малък лазер, за да омекнем маслото, да направим дупка в него и да го поставим обратно в хладилника. Можете да очаквате тази технология да стане достъпна в търговската мрежа в рамките на две до три години. Но първо - Shingled Recording, който може да се комбинира с Heat-Assisted Recording или да се използва отделно.
Магнитно записване с помощта на топлина (HAMR)
Друга технология, която се появява в нашата технологична пътна карта след HAMR, е Bit-Patterned Media. HAMR, както е сега, все още включва използването на непрекъснат носач, макар и от екзотични материали. А Bit-Patterned Media означава записване на отделни битове данни, заобиколени от празнота. Тогава магнетизираните зони могат да бъдат разположени много близо една до друга, без да причиняват смущения. Проблемът е да се създадат структури с такъв размер. Съществуващата литография не ни дава дори товаплътността на запис, която имаме с непрекъсната медия. Необходими са големи подобрения в литографията за Bit-Pattern Media, за да се увеличи плътността на записа.
⇡# "Native" поддръжка за 4 KB сектори
3DNews : Е, кога вече?
Алекс Блекуел: Бихме искали да видим собствена поддръжка за 4k сектори. Те вече ни дадоха предимство на нивото на самото устройство: форматирането стана с 10% по-ефективно, коригирането на грешки е по-лесно. Но само си представете, толкова много пари вече са инвестирани в инфраструктура, изградена около 512 битови сектори...
Бих ви показал WD устройство с "родна" поддръжка на 4k сектор точно сега (първо трябва да поръчате само от САЩ). И щом пазарът е готов за това, веднага можем да започнем да ги продаваме. Един-два месеца са достатъчни за подготовка.
⇡ #Хард дискове с хелий. До седем плочи на каса
3DNews: HGST наскоро демонстрира твърд диск, пълен с хелий вместо въздух. Дали твърдите дискове със седем плочи наистина ще бъдат произведени комерсиално поради това?
3DNews: Не може ли също така да изпуснете въздуха в кутията?
Алекс Блекуел: Ние всички използваме аеродинамични техники, за да контролираме разстоянието от главата до повърхността. И не знам каква ще е физиката при използване на разреден въздух. Мислех също да използвам водород вместо хелий. И за това също не мога да кажа нищо. Водородът се получава по-лесно от хелий чрез електролиза на вода. Но ресурсът на хелий е ограничен и за да получим повече, се нуждаем от токамак - съоръжение за термоядрен синтез. Въпреки че ако има достатъчно хелий за пълнене на балоните, предполагам, че ще станедостатъчно за твърди дискове.
Всъщност ние вече използваме хелий в нашия производствен процес. Задвижването се пълни с хелий на етап, който изисква висока точност на позициониране на главите. Трудността при включването на хелий в търговските продукти е да се запази вътре поне за гаранционния период. Молекулата на газа е много малка, така че лесно излиза през най-малките пори. Не знам подробности как го направи HGST, но ако погледнете дизайна на твърдия диск, ще видите елементи, на които трябва да се обърне специално внимание.
Първото нещо е да блокирате въздушния филтър. Задвижването ще се превърне в съд под налягане. Второ, трябва да се уверите, че уплътнението между капака и тялото не е поресто за хелий. Това е материален въпрос.
3DNews: Ще има ли някога хелиеви дискове с марка WD?
Алекс Блекуел: Никога не казвам никога. Ние вече използваме хелий в производството и знаем какви технологии са необходими за това. Освен това предимството в нашата индустрия често се измерва в месеци, а не в години.
⇡#За надеждността, издръжливостта и статистиката
3DNews: Какъв е очакваният живот на едно устройство? Вземете твърд диск с MTBF (средно време между откази, „средно време между откази“) от 1 милион часа. От гледна точка на години това ще даде напълно нереалистичен живот от 114 години. Изглежда, че MTBF не се превежда в живота толкова лесно ...
Алекс Блекуел: MTBF всъщност не е твърдение за издръжливостта на един диск. Това е статистическо твърдение за популацията на диска. Един милион часа MTBF ми казва, че като мениджър на център за данни със сто хиляди диска, мога да очаквам един отте ще се провалят на всеки 10 часа. Това ще ми даде възможност да разбера колко резервни устройства трябва да имате под ръка.
MTBF се изчислява с помощта на такъв тест. Ако трябва да получите MTBF от 2 милиона часа, трябва да генерирате повече от 2 милиона часа работа. Напълнете рафтовете с хиляда диска и се състезавайте хиляда часа (шест седмици). И така се оказва милион часа. И ние също можем да увеличим температурата на тестовия стенд, четири пъти по-бързо задвижване на амортизацията. Това са вече 4 милиона часа работа. Ако през това време два диска се повредят, тогава се получава MTBF от 2 милиона часа. Всъщност ние започнахме да премахваме MTBF от документите на нашите устройства, защото хората често не разбират какво означават тези числа.
И все пак, какъв е експлоатационният живот на едно устройство? Според консервативна оценка е най-малко 5 години. Вие самият едва ли познавате някой, който би използвал компютър, по-стар от тази дата. Дали дискът ще издържи повече зависи от операцията. Това е като кола. Ако карате сто мили всеки ден, тя ще се износи по-бързо от кола, която излиза от гаража само през уикендите.
Трудно е да се даде по-точна оценка на очакваната продължителност на живота, тъй като днес има малко дискове на десет години, които се използват. Такъв стар диск е само 10-40 GB, повечето от които се намират в компютри с изтекла гаранция и вече неизползвани. Няма данни. Всичко, което имаме по този въпрос, са лични, понякога анекдотични доказателства. Например, един от моите клиенти наскоро пенсионира набор от WD устройства, които бяха закупени преди пет години и всеки един все още работеше. И беше център за данни с 24/7 режим на работа.
Корпоративните твърди дискове са проектирани от самото начало с мисъл за надеждността. Това е изборът на компоненти и дизайн. Например в устройства с форм-фактор 2.5инча при 15 000 rpm използва 300 GB плочи. Докато най-високият капацитет на плоча с такъв размер днес е 500 GB. Надеждността е сериозна дисциплина. Имаме много докторанти, които правят това в Western Digital.
Важен фактор, който допринася за надеждността на твърдия диск, е температурата. Колкото по-високо е, толкова по-често се чупят. Температурата е всичко. Имаме модел на връзката между броя на отказите и така наречената ефективна енергия на активиране, за която допринася и температурата. Seagate, HGST, Toshiba имат подобни модели. Те са много точни, всичко това лесно се измерва и проверява. За собствениците на центрове за данни моят съвет е да поддържат твърдите си дискове в диапазона 40-50°C.
⇡ # Балансиращи магнитни плочи
3DNews: Една от технологиите, които отличават наскоро пуснатите устройства от серията WD Red, както и корпоративните твърди дискове на WD, е 3D Active Balance Plus. Какво означава?
Алекс Блекуел: Подобно на автомобилно колело, блокът от магнитни пластини на шпиндела се влияе от дисбалансиращи сили в две посоки: едната се тресе (вектор в равнината на плочите), другата се тресе (вектор перпендикулярно). За да компенсираме силата от типа "разклащане", поставяме парче тел под формата на кръг с празнина в модула на двигателя. За да се справим с този, който "помпи", поставяме "тапа" в един от отворите на шпиндела. Такова малко цветно парче пластмаса.