как работает кристалл записи и считывания на компьютере

Кварцевый диск сможет хранить информацию миллион лет

(a) Установка для записи информации состоит из фемтосекундного лазера, пространственного модулятора света (SLM), линз Фурье (FL), полуволновой фазовой пластинки (λ/2 M), дихроматического зеркала, иммерсионного объектива 1,2 NA, образца кварцевого стекла и платформы. (b) Цветовые коды матрицы с полуволновой фазовой пластинки, впечатанные в кварцевое стекло для контроля поляризации.

Учёным из университета Саутгемптона впервые в мире удалось успешно записать и считать информацию из пятимерного носителя (5D) в кварцевом стекле.

В силу своей прочности и химической инертности кварцевое стекло — уникальный носитель информации. Диск из кварцевого стекла потенциально может вместить до 360 терабайт информации, при этом выдерживает температуру до 1000°C и имеет практически неограниченный срок хранения.

В «кристаллах памяти» из плавленого кварца информация записывается в пяти измерениях: координаты в 3D-пространстве, ориентация и размер. Два последних параметра контролируются с помощью поляризации и интенсивности лазерного луча.

Во время эксперимента в кристалл был успешно записан текстовый файл объемом 300 килобайт. Файл записан с помощью фемтосекундного лазера с длиной волны 1030 нм, импульсами по 8 микроджоулей продолжительностью 280 фемтосекунд с частотой 200 кГц, с помощью выжигания в кристалле точек, слоями на расстоянии 5 мкм друг от друга (1 микрометр — одна миллионная метра) на глубине 140 мкм от поверхности кварцевого стекла.

Записанные данные в трёх слоях, приближение 60х

Для демонстрации технологии запись была осуществлена двумя разными способами: 1 бит в точке, на иллюстрации — (b) справа, и 4 бита в точке, на иллюстрации (b) слева.

Использование пространственного модулятора света и полуволновой фазовой пластинки позволяет избавиться от подвижных компонентов в записывающей установке.

Выжженные точки меняют оптические характеристики кристалла и поляризацию проходящего через него света, что можно обнаружить с помощью оптического микроскопа и поляризатора. Именно такая комбинация приборов используется для считывания информации. Во время эксперимента использовался оптический микроскоп Olympus BX51 с системой измерения двойного лучепреломления

Кварцевый диск с записанной информацией

Научная работа “5D Data Storage by Ultrafast Laser Nanostructuring in Glass” (pdf) представлена на конференции по лазерам и оптоэлектронике (CLEO’13) в Сан-Хосе.

Источник

Устройство кристалла ИМС с шариковыми выводами и почему происходит отсоединение шарика

Рис. 1 Чип ОЗУ Hunix. Схематично показана разварка кристалла (белые черточки) и
сам кристалл (темный прямоугольник), хотя сам корпус припаян на шариках.

Если количество выводов у потенциального кристалла велико, от 600 до over 4000, то разработчик разрабатывает кристалл сразу под шариковые вывода, например, такие кристаллы, как CPU и GPU. Да и физически разварка проволокой такого количества выводов это длительный последовательный процесс, а про программирование машины вообще молчу.

Рис. 2 Графический чип AMD Fiji. На кристалле ИМС более 4000 припойных шариков, не на корпусе.

Шариковый вывод представляет собой шарик из припоя (может быть свинцосодержащий или без оного), который выполняет одновременно 3 функции:
1. Держит кристалл на текстолите или кремниевом интерпозере (как у AMD Fiji)
2. Служит для отвода тепла
3. Создает электрическое соединение кристалла с внешней средой

Если кристалл изготовлен под шариковые вывода, то контактные площадки из меди формируются по всей поверхности кристалла в виде некоторой матрицы, и представляют собой по сути продолжение топологии кристалла. Затем на медь, где это нужно, наносится защитный слой пассивации, и не наносится там, где будет располагаться шарик. Открытой участок меди покрывается слоем UBM и после этого он готов к нанесению шарика. Часть слоя UBM ложится на пассивацию, тем самым полностью закрывая медь и создавая выступ по периметру площадки.

Рис. 3 КП под шариковый вывод. Желтый цвет – медь под пассивацией, серый – покрытие UBM.

Если кристалл изготовлен под проволочную разварку, то контактные площадки (КП) для разварки представляют собой прямоугольники с покрытием в основном из алюминия, и располагаются по периметру кристалла.

Рис. 4 КП под проволочную разварку размером порядка 100 х 100 мкм

Напрямую подсоединить припойный шарик к такой КП тоже невозможно: припой не может припаяться к алюминиевой площадке. Чтобы это сделать припаять шарик, также применяют технологию UBM.
И так, UBM это прослойка между припойным шариком и металлом контактной площадки на кристалле. Её задачей является адгезия с контактной площадкой, диффузионная защита и смачиваемость для припоя. UBM необходима для создания структур с шариковыми соединениями и она также позволяет создавать структуры для шариков и на ИМС, созданных для разварки.

Рис. 5 Месторасположение UBM

Интерфейс UBM должен обеспечивать выполнение следующих условий:
1. Создавать надежную связь с алюминием контактной площадки и со слоем пассивации на кристалле. Важно, чтобы сам слой пассивации был без мелких отверстий, потому что это может привести к замыканию при создании проводящих слоев UBM.
2. Иметь низкое сопротивление с контактной площадкой. Для выполнения этого требования оксид алюминия удаляется с поверхности КП перед нанесением первого слоя UBM.
3. Обеспечивать барьер для диффузии материала припойного шарика и материала КП.
4. Внешний слой UBM должен быть смачиваемым для припоя.
5. Иметь защиту от образования окисного слоя на открытой поверхности.
6. Оказывать как можно меньшее напряжение на кристалл.

UBM представляет собой как минимум 3 втравленных слоя тонких пленок металлов.
1. Слой адгезии к КП. Служит для формирования связи между металлом КП и слоем пассивации ИМС и защищает от диффузии между КП и припойным шариком. Обычно используемые для этого материалы: Хром (Cr), титан (Ti), титан/вольфрам (Ti/W), никель (Ni), молибден Mo. Толщина этого слоя порядка 0.15 – 0.2 мкм.
2. Слой, смачиваемый для припоя. Для создания паяного соединения с припойным шариком. Используются металлы: Медь (Cu), Никель (Ni), Палладий (Pd). Обычная толщина слоя

1 – 5 мкм.
3. Слой защиты от окисления. Для этого используется золото (Au). Толщина

Можно составить много комбинаций слоев UBM, например, Ti/Cu/Au, Ti/Cu, Ti/Cu/Ni, TiW/Cu/Au, Cr/Cu/Au, Ni/Au, Ti/Ni/Pd, Mo/Pd. Однако разные структуры UBM имеют разные свойства и разную надежность. Например, Ti/Cu/Ni имеет лучшую адгезию, чем Ti/Cu. Комбинации материалов UBM сказываются на надежности соединения к площадке кристалла, так и к шарику припоя. UBM должена быть совместима с материалом припойного шарика. Внешний слой UBM, который хорошо работает со свинцовыми припоями, может плохо подходить для бессвинцовых припоев. Например, Cu дает хорошее паяное соединение со свинцовыми припоями, и плохое с бессвинцовыми, потому что чистое олово образует интерметаллическое соединение с медью Sn-Cu. Если медь полностью поглотиться припоем, то контакт разорвется.

Посмотрим, как это выглядит на примере микросхемы, которая была изначально разработана для проволочной разварки, а затем доработана под шариковые вывода. Причем топология кристалла никак не менялась для шариков. И правда, если кристалл работает, зачем лезть? Это микросхема WL1271L – микросхема Wi-Fi и Bluetooth от Texas Instruments. На фото её фрагмент:

Рис. 6 Фрагмент кристалла WL1271L.

Вот тут привлекает момент, что есть возможность, не прибегая к изменению топологии кристалла адаптировать его под шариковые вывода с помощью формирования слоев поверх кристалла. Для этого требуются дополнительные операции над пластиной с кристаллами, операции формирования шариков, но это дает преимущество в экономии места на плате, ведь при размерах шарика в 200 — 250 мкм ему не нужна плата переходник, то есть можно производить монтаж кристалла прямо на плату. Насколько мне известно, в России такого не делают, хотя микросхемы есть, которые подходят для этого, зато некоторые импортные ИМС так делают. По-хорошему такая технология должна удешевлять стоимость конечного продукта. Для военных она может не подойти из-за требований надежности, а вот для домашнего использования, при достижении приемлемой цены, вполне.

Теперь посмотрим на пример ИМС, которая разработана специально для шариковых выводов. Берем видеокарту, и взламываем кристалл, зачищаем, протравливаем смесью персульфата аммония и медного купороса.

Рис. 7 Контактная площадка до (слева) и после травления (справа).

При травлении олова (а шарики должны быть бессинцовые) олово вытесняет медь из медного купороса, а потом эту медь в виде металла поглощает персульфат аммония. Таким образом площадка очищается от олова. Под микроскопом при изменении фокуса видно углубление после удаления олова, на фото это не так хорошо видно. Медные провода, расходящиеся от контактной площадки не подверглись травлению, потому что защищены пассивацией. Медь под самой контактной площадкой также осталась не тронутой, потому что верхний слой UBM не вступил в реакцию ни с персульфатом аммония, ни с купоросом, тем самым обнажив себя и по этому его свойству можно погадать, что это за металл.

Теперь о проблеме шариковых выводов. При проволочной разварке кристалл соединяет с корпусом алюминиевой / золотой проволокой и даже если её деформировать, соединение останется, потому что проволока пластична. А вот шариковый вывод жесткий, мало пластичный, не тянется и при определенных условиях он может отстать от контактной площадки (потому что в этом месте толщина металла минимальна => нагрузки больше). Разрушение / отслоение приводит к росту сопротивления и разрыву цепи.

Рис. 8 Расположение слоя UBM и шарика (вид сверху).

UBM располагается непосредственно под шариковым выводом (если смотреть на кристалл со стороны шариков). При расположении друг на друге шарик оказывает напряжение на UBM и может отсоединиться со слоем металла UBM или от самого UBM.

Некоторые отсоединения шарика не скажутся на работе устройства, например, при наличии большого количества шариков по питанию, подключенных параллельно, отсоединение одного из них не приведет к сбою в работе устройства. А вот если отсоединение происходит на линии, по которой идут данные… Такая проблема называемой “отвалом чипа” и приводит к сбоям в работу устройства. Так вот, это отваливается / отвалился шарик не между подложкой и платой (хотя и такое может быть), а между кристаллом и подложкой. С большой долей вероятности разрушение контакта шарика произошло в месте припайки к UBM из-за многочисленных циклов нагрева/остывания кристалла. А видеокарты разогреваются быстро и до больших температур, что приводит к механическому напряжению. Поэтому справедливо правило, чем лучше охлаждение и “холоднее” система, тем дольше она прослужит. У процессоров интеловских критическая температура до 65 С, после которой начинает срабатывать защита от перегрева, а у видеокарт температура может доходить до 80-90 градусов.

Как утверждают на просторах интернета, можно засунуть видеокарту с отвалившимся кристаллом! (а не с другой проблемой, а потом кричать, что все починилось и автор не прав) в духовку и прогреть, и видеокарта снова заработает. Этого делать не нужно, потому что можно отравиться парами от пластмассы/текстолита и это не отремонтирует видеокарту. На некоторое время работоспособность может восстановиться, потому что из-за теплового расширения может пробиться окисный слой, но на долго, пока процесс коррозии/теплового расширения опять не отсоединит контакт, а это случится. Единственное для чего есть смысл греть видеокарту – это для диагностики, чтобы точно определить отвал.

Источник

Как пользоваться CrystalDiskInfo

Одной из особенностей жестких дисков и твердотельных накопителей является их ограниченный ресурс работы. В среднем как HDD, так и SSD, работают в течение 3-5 лет, после чего их необходимо менять. Поэтому очень важно следить за состоянием накопителей, для того чтобы вовремя их заменить и не потерять данные.

Одной из лучших программ для контроля состояния накопителей является CrystalDiskInfo. В данной статье мы расскажем, как пользоваться CrystalDiskInfo, какими возможностями обладает эта программа и как исправить переназначенные секторы на диске, если они вдруг обнаружатся.

Что такое CrystalDiskInfo

CrystalDiskInfo — это бесплатная программа, которая разрабатывается японским программистом Noriyuki Miyazaki, также известным под ником hiyohiyo. Данная программа имеет открытый исходный код (open source) и предназначается для проверки жёстких дисков и SSD накопителей. CrystalDiskInfo умеет выводить технические характеристики HDD и SSD, ввести мониторинг состояния с помощью системы S.M.A.R.T., а также выполнять постоянный контроль температур. Программу можно запускать как вручную, так и автоматически для работы фоновом режиме.

Основными функциями программы CrystalDiskInfo являются:

Знакомство с программой CrystalDiskInfo

Для того чтобы проверить жесткий диск или SSD с помощью CrystalDiskInfo не требуется никаких особых навыков. Сейчас мы расскажем о том, как пользоваться данной программой.

В левой части окна отображается самая интересная информация для проверки диска. Это параметр « Техсотояние » и температура.

Как проверить жесткий диск в CrystalDiskInfo

При проверке диска через CrystalDiskInfo в первую очередь стоит обратить внимание на параметр « Техосотояние ». По параметру « Техосотояние » можно быстро определить есть проблемы с диском или нет. В случае если проблемы присутствуют, то их можно изучить подробней, самостоятельно рассмотрев значения системы S.M.A.R.T.

Параметр « Техсотояние » в CrystalDiskInfo может принимать одно их трех значений:

В нижней части окна CrystalDiskInfo отображается таблица со списком параметров системы S.M.A.R.T. Используя эти данные можно самостоятельно изучить значения S.M.A.R.T. и оценить в каком состоянии находится диск.

Таблица с данными S.M.A.R.T. состоит из нескольких столбцов:

Список параметров системы S.M.A.R.T. достаточно обширный, вы можете ознакомиться с ним на Википедии. Но, самыми серьезными являются проблемы, которые касаются состояния секторов:

У идеально исправного жесткого диска все параметры, касающиеся состояния секторов, должны равняться нулю. Другими словами, в поле « RAW-значение » должно быть указано значение «0». Если же эти значения больше нуля, то это четкий сигнал, что диск не в порядке и его пора менять.

Как исправить переназначенные сектора в CrystalDiskInfo (Тревога)

Если вы обнаружили проблемы в CrystalDiskInfo (например, сообщение « Тревога » и переназначенные сектора), то вам может быть интересно, как это можно исправить.

Но, практика показывает, что эффективность таких мер крайне мала. Если на диске начали появляться переназначенные сектора, то этого уже не остановить. В процессе работы все больше секторов будут становиться сбойными и диск все равно придется менять.

Поэтому рекомендуем не тратить время спасение обреченных накопителей, а вместо этого позаботиться о данных, которые на них записаны. Как можно быстрее приобретите новый накопитель и скопируйте на него всю информацию с посыпавшегося диска.

Создатель сайта comp-security.net, автор более 2000 статей о ремонте компьютеров, работе с программами, настройке операционных систем.

Хорошая статья. Написано все доходчиво и понятно.

Крутая статья, всё понятно и доступно написано!

Отличная статья! Автору благодарность!

Отлично, всё понятно и доходчиво. Автору спасибо.

у меня вот так уже лет 5 с переназначенными секторами и число постепенно, медленно, но растет.

Обычно, жеские диски с переназначенными секторами умирают намного быстрее.

тоже лет 5 назад переназначенные появились

Хорошая программа и все подробно расписано, НО есть все равно вопросы: Что и как можно сделать с переназначенными секторами с Raw-значением — 0000000000A8 (плюс у меня написано «Тревога!» в техсостоянии) и что обозначает буква в Raw-значении??

Raw-значение указывается в шестнадцатеричной системе исчисления, поэтому A8 — это 168 переназначенных секторов, что достаточно много.

Я бы рекомендовал, как можно скорее купить новый жесткий диск и перенести на него данные. Этот диск умирает.

Если на диске начали появляться переназначенные сектора, то этого уже не остановить. В процессе работы все больше секторов будут становиться сбойными и диск все равно придется менять.

Тоже самое: форматируй — не форматируй они будут появляться?

Источник

Технологии магнитной записи HDD: просто о сложном

Первый в мире жесткий диск, IBM RAMAC 305, увидевший свет в 1956 году, вмещал лишь 5 МБ данных, а весил при этом 970 кг и по габаритам был сопоставим с промышленным рефрижератором. Современные корпоративные флагманы способны похвастаться емкостью уже в 20 ТБ. Только представьте себе: 64 года назад, для того чтобы записать такое количество информации, потребовалось бы свыше 4 миллионов RAMAC 305, а размеры ЦОДа, необходимого для их размещения, превысили бы 9 квадратных километров, тогда как сегодня для этого будет достаточно маленькой коробочки весом около 700 грамм! Во многом добиться столь невероятного повышения плотности хранения удалось благодаря совершенствованию методов магнитной записи.
В это сложно поверить, однако принципиально конструкция жестких дисков не меняется вот уже почти 40 лет, начиная с 1983 года: именно тогда свет увидел первый 3,5-дюймовый винчестер RO351, разработанный шотландской компанией Rodime. Этот малыш получил две магнитные пластины по 10 МБ каждая, то есть был способен вместить вдвое больше данных, чем обновленный ST-412 на 5,25 дюйма, выпущенный Seagate в том же году для персональных компьютеров IBM 5160.

Rodime RO351 — первый в мире 3,5-дюймовый винчестер

Несмотря на инновационность и компактные размеры, на момент выхода RO351 оказался практически никому не нужен, а все дальнейшие попытки Rodime закрепиться на рынке винчестеров потерпели фиаско, из-за чего в 1991 году компания была вынуждена прекратить свою деятельность, распродав практически все имеющиеся активы и сократив штат до минимума. Однако стать банкротом Rodime оказалось не суждено: в скором времени к ней начали обращаться крупнейшие производители винчестеров, желающие приобрести лицензию на использование запатентованного шотландцами форм-фактора. В настоящее время 3,5 дюйма является общепринятым стандартом производства как потребительских HDD, так и накопителей корпоративного класса.

С появлением нейросетей, Deep Learning и интернета вещей (IoT) объем создаваемых человечеством данных стал лавинообразно расти. По оценкам аналитического агентства IDC, к 2025 году количество информации, генерируемой как самими людьми, так и окружающими нас девайсами, достигнет 175 зеттабайт (1 Збайт = 10 21 байт), и это при том, что в 2019-м таковое составляло 45 Збайт, в 2016-м — 16 Збайт, а в далеком 2006-м общий объем данных, произведенных за всю обозримую историю, не превышал 0,16 (!) Збайт. Справиться с информационным взрывом помогают современные технологии, среди которых не последнее место занимают усовершенствованные методы записи данных.

LMR, PMR, CMR и TDMR: в чем разница?

Принцип работы жестких дисков достаточно прост. Тонкие металлические пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала (кристаллического вещества, способного сохранять намагниченность даже при отсутствии воздействия на него внешнего магнитного поля при температуре ниже точки Кюри) движутся относительно блока пишущих головок на большой скорости (5400 оборотов в минуту или более). При подаче электрического тока на пишущую головку возникает переменное магнитное поле, которое изменяет направление вектора намагниченности доменов (дискретных областей вещества) ферромагнетика. Считывание данных происходит либо за счет явления электромагнитной индукции (перемещение доменов относительно сенсора вызывает в последнем возникновение переменного электрического тока), либо за счет гигантского магниторезистивного эффекта (под действием магнитного поля изменяется электрическое сопротивление датчика), как это реализовано в современных накопителях. Каждый домен кодирует один бит информации, принимая логическое значение «0» или «1» в зависимости от направления вектора намагниченности.

В 2010 году LMR была практически полностью вытеснена PMR (Perpendicular Magnetic Recording — перпендикулярная магнитная запись). Главное отличие данной технологии от продольной магнитной записи состоит в том, что вектор магнитной направленности каждого домена располагается под углом 90° к поверхности магнитной пластины, что позволило существенно сократить промежуток между треками.

За счет этого плотность записи данных удалось заметно увеличить (до 1 Тбит/дюйм 2 в современных устройствах), при этом не жертвуя скоростными характеристиками и надежностью винчестеров. В настоящее время перпендикулярная магнитная запись является доминирующей на рынке, в связи с чем ее также часто называют CMR (Conventional Magnetic Recording — обычная магнитная запись). При этом надо понимать, что между PMR и CMR нет ровным счетом никакой разницы — это всего лишь другой вариант названия.

Изучая технические характеристики современных жестких дисков, вы также можете наткнуться на загадочную аббревиатуру TDMR. В частности, данную технологию используют накопители корпоративного класса Western Digital Ultrastar 500-й серии. С точки зрения физики TDMR (что расшифровывается как Two Dimensional Magnetic Recording — двумерная магнитная запись) ничем не отличается от привычной нам PMR: как и прежде, мы имеем дело с непересекающимися треками, домены в которых ориентированы перпендикулярно плоскости магнитных пластин. Разница между технологиями заключается в подходе к считыванию информации.

В блоке магнитных головок винчестеров, созданных по технологии TDMR, на каждую пишущую головку приходятся по два считывающих сенсора, осуществляющих одновременное чтение данных с каждого пройденного трека. Такая избыточность дает возможность контроллеру HDD эффективно фильтровать электромагнитные шумы, появление которых обусловлено межтрековой интерференцией (Intertrack Interference, ITI).

Решение проблемы с ITI обеспечивает два чрезвычайно важных преимущества:

Что такое SMR и с чем его едят?

Размеры пишущей головки примерно в 1,7 раза больше по сравнению с размерами считывающего сенсора. Столь внушительная разница объясняется достаточно просто: если записывающий модуль сделать еще более миниатюрным, силы магнитного поля, которое он сможет генерировать, окажется недостаточно для намагничивания доменов ферромагнитного слоя, а значит, данные попросту не будут сохраняться. В случае со считывающим сенсором такой проблемы не возникает. Более того: его миниатюризация позволяет дополнительно снизить влияние упомянутой выше ITI на процесс считывания информации.

Данный факт лег в основу черепичной магнитной записи (Shingled Magnetic Recording, SMR). Давайте разбираться, как это работает. При использовании традиционного PMR пишущая головка смещается относительно каждого предыдущего трека на расстояние, равное ее ширине + ширина защитного пространства (guard space).

При использовании черепичного метода магнитной записи пишущая головка смещается вперед лишь на часть своей ширины, поэтому каждый предыдущий трек оказывается частично перезаписан последующим: магнитные дорожки накладываются друг на друга подобно кровельной черепице. Такой подход позволяет дополнительно повысить плотность записи, обеспечивая выигрыш по емкости до 10%, при этом не отражаясь на процессе чтения. В качестве примера можно привести Western Digital Ultrastar DC HC 650 — первые в мире 3.5-дюймовые накопители объемом 20 ТБ с интерфейсом SATA/SAS, появление которых стало возможным именно благодаря новой технологии магнитной записи. Таким образом, переход на SMR-диски позволяет повысить плотность хранения данных в тех же стойках при минимальных затратах на модернизацию IT-инфраструктуры.

Несмотря на столь значительное преимущество, SMR имеет и очевидный недостаток. Поскольку магнитные дорожки накладываются друг на друга, при обновлении данных потребуется перезапись не только требуемого фрагмента, но и всех последующих треков в пределах магнитной пластины, объем которой может превышать 2 терабайта, что чревато серьезным падением производительности.

Решить данную проблему помогает объединение определенного количества треков в обособленные группы, называемые зонами. Хотя такой подход к организации хранения данных несколько снижает общую емкость HDD (поскольку между зонами необходимо сохранять достаточные промежутки, препятствующие перезаписи треков из соседних групп), это позволяет существенно ускорить процесс обновления данных, так как теперь в нем участвует лишь ограниченное количество дорожек.

Черепичная магнитная запись предполагает несколько вариантов реализации:

Недостаток этого подхода заключается в изменчивости уровня производительности, в связи с чем Drive Managed SMR оказывается неподходящей для корпоративных приложений, в которых постоянство быстродействия системы является критически важным параметром. Тем не менее такие диски хорошо показывают себя в сценариях, предоставляющих достаточное время для выполнения фоновой дефрагментации данных. Так, например, DMSMR-накопители WD Red, оптимизированные для использования в составе малых NAS на 8 отсеков, станут отличным выбором для системы архивирования или резервного копирования, предполагающей долговременное хранение бэкапов.

При использовании HMSMR весь доступный объем накопителя разделяется на зоны двух типов: Conventional Zones (обычные зоны), которые используются для хранения метаданных и произвольной записи (по сути, играют роль кэша), и Sequential Write Required Zones (зоны последовательной записи), занимающие большую часть общей емкости жесткого диска, в которых данные записываются строго последовательно. Неупорядоченные данные сохраняются в области кэширования, откуда затем могут быть перенесены в соответствующую зону последовательной записи. Благодаря этому все физические сектора записываются последовательно в радиальном направлении и перезаписываются только после циклического переноса, что позволяет добиться стабильной и предсказуемой производительности системы. При этом HMSMR-диски поддерживают команды произвольного чтения аналогично накопителям, использующим стандартный PMR.

Host Managed SMR реализована в жестких дисках enterprise-класса Western Digital Ultrastar HC DC 600-й серии.

Линейка включает в себя SATA- и SAS-накопители высокой емкости, ориентированные на использование в составе гипермасштабных центров обработки данных. Поддержка Host Managed SMR существенно расширяет сферу применения таких винчестеров: помимо систем резервного копирования, они прекрасно подойдут для облачных хранилищ, CDN или стриминговых платформ. Высокая емкость жестких дисков позволяет существенно повысить плотность хранения (в тех же стойках) при минимальных затратах на апгрейд, а низкое энергопотребление (не более 0,29 Ватта на каждый терабайт сохраненной информации) и тепловыделение (в среднем на 5 °C ниже, чем у аналогов) — дополнительно сократить операционные расходы на обслуживание ЦОДа.

Единственным недостатком HMSMR является сравнительная сложность имплементации. Все дело в том, что на сегодняшний день ни одна операционная система или приложение не умеют работать с подобными накопителями «из коробки», в силу чего для адаптации IT-инфраструктуры требуются серьезные изменения стека программного обеспечения. В первую очередь это касается, конечно же, самой ОС, что в условиях современных ЦОД, использующих многоядерные и многосокетные сервера, является достаточно нетривиальной задачей. Узнать подробнее о вариантах реализации поддержки Host Managed SMR можно на специализированном ресурсе ZonedStorage.io, посвященном вопросам зонального хранения данных. Собранные здесь сведения помогут предварительно оценить степень готовности вашей IT-инфраструктуры для перевода на зональные системы хранения.

Подобно Host Managed SMR, Host Aware SMR использует два типа зон: Conventional Zones для произвольной записи и Sequential Write Preferred Zones (зоны, предпочтительные для последовательной записи). Последние, в отличие от упомянутых выше Sequential Write Required Zones, автоматически переводятся в разряд обычных в том случае, если в них начинает вестись неупорядоченная запись данных.

Реализация SMR с поддержкой хоста предусматривает внутренние механизмы восстановления после непоследовательной записи. Неупорядоченные данные записываются в области кэширования, откуда диск может переносить информацию в зону последовательной записи, после того как будут получены все необходимые блоки. Для управления неупорядоченной записью и фоновой дефрагментацией диск использует таблицу косвенного обращения. Однако, если корпоративным приложениям требуется предсказуемая и оптимизированная производительность, достичь этого по-прежнему можно лишь в случае, когда хост берет на себя полное управление всеми потоками данных и зонами записи.

Источник