Техника Айтишника

Эта статья о будущем технологий хранения данных посвящена технологии магнитной записи с частичным перекрытием дорожек (shingled magnetic recording — «черепичная» запись) — многообещающей разработке, которая поможет преодолеть трудности современного производства жестких дисков.

Размер имеет значение

В случае перпендикулярной магнитной записи — технологии, которая сегодня используется во всех жестких дисках — шаг дорожки определяется с учетом поперечного профиля головок записи, а также защитной полосы между дорожками. Чтобы добиться еще большей плотности размещения дорожек и плотности записи, производители все больше сокращают поперечный размер головок записи. Однако это имеет свои недостатки. По мере уменьшения размера снижается качество записи головок, что приводит к ограничению продольной плотности записи и общей поверхностной плотности записи.

Преимущества перекрытия дорожек

Именно здесь на помощь приходит запись с частичным перекрытием дорожек, в случае которой дорожки записываются с шириной, превышающей шаг отдельной дорожки. Это так называемые перекрывающиеся («черепичные») дорожки. В процессе записи данных на диск все новые граничащие дорожки перекрывают друг друга — что позволяет устранить зависимость между шагом дорожки и поперечным размером головки записи. Что получается в результате? По предварительным оценкам, увеличение плотности записи составит 30%, что может привести к появлению устройств хранения данных с большей емкостью и более выгодной ценой.

Как это работает?

Данная передовая технология:

• Предусматривает использование буфера и особой конструкции контроллера жесткого диска для буферизации и упорядочения записи данных.
• Обеспечивает запись данных в виде полосы (группы) дорожек за несколько оборотов диска. При каждом обороте происходит частичная перезапись соседних дорожек, в результате чего создается N-1 узких дорожек и одна широкая дорожка.
• Предполагает масштабирование головок записи в соответствии с новой зауженной шириной дорожек.
• Реализуется на основе традиционной архитектуры каналов для обработки сигналов, поступающих от головки чтения. Мы рассмотрим более сложные технологии каналов в будущих выпусках Knowledge Drive.

Разработка нового контроллера

Технология магнитной записи с перекрытием предусматривает запись данных в виде полосы частично перезаписанных дорожек. Это означает, что контроллер жесткого диска должен обладать дополнительным функционалом, в то же время отвечая требованиям пользователей и типичных рабочих нагрузок. В результате оптимизации подсистемы записи и компонентов, контроллер новой конструкции помогает пользователям воспользоваться увеличенной емкостью без существенной потери производительности. Рассмотрим пример простой архитектуры контроллера, приспособленной к магнитной записи с частичным перекрытием дорожек:

В процессе записи

• Новые файлы: продолжается запись на полосу с последнего участка, где производилась запись.
• Обновленные версии уже имеющихся на диске файлов: продолжается запись на полосу с последнего участка, где производилась запись, затем старые версии помечаются как «мусорные».

Во время простоя или когда необходима дефрагментация (сбор «мусора»)

• Для каждой полосы дорожек, содержащей «мусорные» участки, производится считывание полосы в буфер с уничтожением информации на «мусорных» участках.
• Информация из буфера записывается обратно на диск, в виде неполной и дефрагментированной полосы дорожек.
• Место расположения на диске старой полосы (с фрагментацией и «мусорными» дорожками) помечается как доступное для последующей записи.