Полный обзор типов записи данных на жесткий диск: LMR, PMR, SMR, HAMR, MAMR
Жесткие диски (HDD), несмотря на конкуренцию со стороны SSD, продолжают активно использоваться и развиваться, что обеспечивается внедрением новых технологий записи. Разработки в данном направлении преимущественно ведутся для увеличения плотности хранения данных, а также скорости и надежности дисков. В этой статье мы рассмотрим ключевые технологии записи данных: LMR, PMR (включая ePMR), SMR, а также перспективные HAMR и MAMR, их особенности, преимущества и ограничения.
Как происходит запись данных на жесткий диск?
Основной компонент жесткого диска — это вращающиеся пластины, покрытые магнитным материалом. Данные записываются и считываются с этих пластин с помощью головок, которые перемещаются над поверхностью пластин на минимальном расстоянии. Когда компьютер посылает данные для записи на жесткий диск, контроллер преобразует их в цифровые сигналы, которые затем управляют пишущей магнитной головкой. Магнитная головка изменяет полярность микроскопических участков на пластинах, что позволяет сохранять нули и единицы двоичного кода.
Разберемся в технологиях записи данных
LMR (Longitudinal Magnetic Recording)
LMR — это первая широкомасштабная технология записи данных на HDD, где информация записывается продольно вдоль плоскости диска. Эта технология была стандартом до середины 2000-х годов и обеспечивала адекватную плотность хранения для своего времени. С ростом потребностей в хранении данных возникли ограничения по плотности записи, что привело к развитию более современных методов.
CMR (Conventional Magnetic Recording) и PMR (Perpendicular Magnetic Recording)
CMR заменил LMR как основной способ записи благодаря увеличенной плотности памяти, достигнутой за счет иной структуры. В CMR данные записываются перпендикулярно поверхности пластины, что позволяет значительно увеличить объем хранимой информации без расширения физических размеров диска. CMR и PMR - два названия, в действительности обозначающие одну и ту же технологию.
ePMR (Energy-assisted Perpendicular Magnetic Recording)
ePMR – это улучшенная версия PMR, впервые появившаяся в жестких дисках Western Digital в конце 2020 года. В HDD с данной технологией на главный полюс пишущей головки подается электрический ток, что приводит к созданию дополнительного магнитного поля, увеличающего точность записи. За счет этого получилось использовать меньшие участки пластины для хранения отдельных битов данных и тем самым увеличить плотность памяти. Первый коммерческий диск объемом 32 ТБ от компании Western Digital, выпущенный осенью 2024 года, использует технологию ePMR.
SMR (Shingled Magnetic Recording)
SMR является прямым развитием CMR и использует перекрывающуюся структуру дорожек — подобно черепице на крыше (отсюда название “shingled”). Это позволяет размещать больше дорожек на той же площади диска, но обязует перезаписывать большие объемы данных при каждом процессе записи, так как пишущая головка затрагивает сразу несколько дорожек. В обмен на увеличенную плотность памяти, использование технологии SMR приводит к понижению скорости записи и ограничениям при работе в RAID массивах.
HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording)
HAMR представляет собой инновационный прорыв в технологии HDD за счет использования нагревания лазером участка пластины перед записью данных. Благодаря этому временно снижается коэрцитивная сила материала диска, что позволяет изменять меньшие участки пластины и тем самым увеличить плотность памяти. В прошлом месяце компания Seagate выпустила первые диски с использованием технологии HAMR - Exos M, имеющие объем до 32 ТБ (Структукра SMR) и 30 ТБ (Структура CMR).
MAMR (Microwave-Assisted Magnetic Recording)
MAMR схож с HAMR по концепции увеличения емкости хранения за счет изменения свойств материала пластины перед записью данных. Однако вместо лазера используется микроволновое излучение для изменения магнитных свойств участка диска. Первые HDD с данной технологией появились раньше дисков с примением HAMR, но не достигли тех же показателей по объему - на данный момент существуют лишь демонстративные версии дисков с объемом более 30 ТБ от компании Toshiba.
CMR против SMR - что выбрать?
Большинство доступных на рынке жестких дисков используют технологии CMR (PMR) и SMR. Несмотря на больший объем, HDD с типом записи SMR не являются очевидным выбором - в сравнении с CMR они обладают и существенными недостатками, одним из которых является их скорость.
Сравним скорость трех различных CMR дисков и SMR диска:
Что же выбрать?
В большинстве случаев HDD с технологией CMR будет проявлять себя стабильнее и быстрее, а при его использовании не возникнут характерные для SMR дисков проблемы с RAID массивами. Тем не менее, помимо случаев когда увеличенный объем SMR HDD чрезвычайно необходим, существует иной вариант их целесообразного применения - в качестве WORM (Write Once Read Many) накопителей, данные на которых записываются единожды и в дальнейшем только читаются.
Выбор HDD с нужной технологией записи зависит от требований к характеристикам и области применения:
- — CMR (PMR) - для большинства существующих задач, в случаях когда необходима высокая производительность и стабильность работы.
- — SMR - при необходимости в увеличенном объеме памяти и для хранения данных, не подверженных частой перезаписи.
С распространением на рынке дисков с технологиями HAMR и MAMR, они так же станут достойной опцией при выборе необходимых вам накопителей за счет увеличенного объема памяти.