Итоги 2018 года: жесткие диски

Беспорочно говоря, у нас были сомнения, стоит ли в этом году подводить итоги развития жестких дисков. Сами по себе механические накопители еще нескоро кончат свое существование даже в домашних компьютерах, не говоря уже о хранилищах вящих объемов информации, но широкая публика уже давно утратила интерес к тому, как производители HDD исподволь наращивают плотность магнитной записи и выпускают устройства все большего объема. Однако по крайней мере пока что, как нам представляется, традицию стоит продолжать. В прошедшем году индустрия освоила одну из ключевых технологий, необходимых для покорения новоиспеченных рубежей емкости, TDMR (Two Dimensional Magnetic Recording — «двухмерная магнитная запись»), и сейчас стоит на пороге значительных преобразований, связанных с внедрением термомагнитной записи.

2018 год позволил жестким дискам освоить объем в 15 Тбайт с применением черепичной записи этих (SMR — Shingled Magnetic Recording), а устройства на основе стандартной PMR (Perpendicular Magnetic Recording) доступны в конфигурации 14 Тбайт. Кроме того, возобновился прогресс в сфере ювелирных 2,5-дюймовых HDD с интерфейсом SATA, которые достигли 2 Тбайт без поддержки SMR. В то же время ушли на покой целые семейства жестких дисков, какие производились ранее, но уже не соответствуют запросам покупателя, избалованного твердотельной памятью. Рассмотрим немало подробно, как выглядит сегодня ландшафт рынка магнитных накопителей.

⇡#Серверные HDD форм-фактора 3,5 дюйма

Жесткие диски класса Nearline стоят на переднем кромке борьбы за плотность записи и год за годом достигают новых показателей объема. В крышке 2017 года Toshiba покорила отметку в 14 Тбайт за счет серии дисков MG07ACA, но затем ее каталог пополнился лишь аналогичными моделями под маркой MG07SCA объемом 12 и 14 Тбайт, неужели что с интерфейсом SAS вместо SATA. Однако Toshiba проложила дорогу на базар новейшим пластинам Showa Denko полезной емкостью 1,55 Тбайт с использованием типовой перпендикулярной технологии записи, которые уже нашли применение и в потребительских конструкциях.

Эстафету инноваций в этом году приняли Seagate и Western Digital. Так, Seagate представила Nearline-накопитель Exos X14 объемом 14 Тбайт. В отличие от аналогичного предложения Toshiba, герметичный корпус Exos X14, заполненный гелием, кормит восемь пластин емкостью 1,75 Тбайт каждая. Столь рослой плотности хранения данных удалось достигнуть за счет применения так именуемой двухмерной магнитной записи, хотя в данном случае более корректно сообщать о чтении. TDMR (Two Dimensional Magnetic Recording) — одна из технологий, внедрения каких в коммерческих жестких дисках мы ждали уже несколько лет. Этот прием сам по себе не приводит к увеличению плотности записи, но позволяет сделать немало надежным чтение данных с близко расположенных дорожек. TDMR увеличивает соотношение «сигнал — шум» за счет применения массива головок, возделывающих одновременно одну или несколько дорожек. В новой модели Seagate она трудится «поверх» стандартной перпендикулярной магнитной записи, а более изощренные методы — SMR или HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording) — не применяются. Чрезмерно высокая емкость пластин в сочетании со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин обязана сделать Exos X14 не лишь самым емким магнитным накопителем Seagate, но и наиболее производительным среди предложений класса Nearline, желая конкретные спецификации новых моделей производитель пока не разглашает.

Итоги 2018 года: жесткие диски

Серверные HDD производства Western Digital в минувшем году миновали полный ребрендинг как следствие интеграции наследия Hitachi Global Storage Technologies в объединенную корпорацию. Официально окончена существование массы Nearline-моделей небольшой емкости, которые раньше фигурировали на сайте HGST, и даже само упоминание HGST целиком исчезло из названия жестких дисков.

Так, накопители на платформе HelioSeal объемом от 8 до 12 Тбайт сейчас сосредоточены под новой маркой WD Ultrastar DC HD500 (за исключением WD Gold, какой еще сохраняет отдельный бренд). Компания пополнила эту серию диском DC HC530, какой, подобно Exos X14 от Seagate, содержит восемь пластин по 1,75 Тбайт совокупной емкостью 14 Тбайт. Эта модель также обладает технологией TDMR в сочетании с перпендикулярной магнитной записью. В отличие от Seagate, Western Digital опубликовала детальные характеристики передового накопителя. Известно, что двухступенчатый актуатор нового поколения в Ultrastar DC HC530 несет две считывающих головки, а устойчивая скорость линейного чтения/записи достигает 267 Мбайт/с. Для ускорения операций произвольной записи применяется DRAM-буфер объемом 512 Мбайт и так именуемая Media Cache — система резервных зон, распределенных по площади пластин.

Итоги 2018 года: жесткие диски

В то пора как Seagate давно охладела к черепичной магнитной записи (самый свежий из таких HDD у Seagate имеет емкость 8 Тбайт), а Toshiba вовсе не изготовляла дисков с SMR, Western Digital продолжает использовать эту технологию для покорения рубежей емкости, пока недоступных в рамках типовой перпендикулярной записи, пусть и с поддержкой TDMR. Последний SMR-накопитель, тащащий имя HGST (Ultrastar Hs14, 14 Тбайт), теперь продается под маркой Ultrastar DC HC620 совместно с новым диском объемом 15 Тбайт. Младшая модель этой серии оснащена восемью пластинами объемом 1,75 Тбайт, а старшая — таким же числом по 1,875 Тбайт. Максимальное устойчивое быстродействие в операциях линейного чтения/записи у них составляет 233 и 255 Мбайт/с соответственно.

Ultrastar DC HC620 объемом 15 Тбайт — это самый «крупный» жесткий диск, какой индустрия породила в настоящий момент, но не будем забывать, что технология SMR возбуждает чрезвычайно сильное падение производительности при удалении и перезаписи данных из-за нужды выполнить RMW (Read-Modify-Write). Впрочем, в новейших моделях Western Digital этот фактор в какой-то степени скомпенсирован отсутствием проверочного чтения блока дорожек при любой операции RMW. Кроме того, Ultrastar DC HC620 является так называемым host-managed-накопителем (в отличие от престарелых предложений Seagate). Это значит, что операционная система должна организовать поток команд таким манером, чтобы свести к минимуму число операций RMW, но большинство ОС не обладает такими функциями.

Итоги 2018 года: жесткие диски

Прежде чем WD освободилась от названия HGST в маркировке жестких дисков, на рынок успели угодить накопители HGST Ultrastar 7K6 и Ultrastar 7K8, которые затем были скоплены в серию Ultrastar DC HC300. Отличительной чертой этих HDD является чрезмерно высокая плотность записи, достигнутая с помощью «чистой» PRM без подспорья в облике технологии SMR или TDMR.  WD использовала четыре пластины емкостью 1,5 Тбайт в модели объемом 6 Тбайт и пять таких пластин в модели на 8 Тбайт, старшем представителе семейства. За счет сравнительно небольшого числа пластин разработчики Ultrastar DC HC300 стали без герметичного корпуса, наполненного гелием, а высокая плотность записи обеспечивает устойчивую скорость линейного доступа к этим на уровне 255 Мбайт/с.

Western Digital очистила каталог HGST от массы устаревших моделей небольшой емкости. В строю осталась только серия Ultrastar DC HC200, представленная в 2016 году под именем Ultrastar 7K2. Она вводит HDD с интерфейсом SATA объемом 1 и 2 Тбайт с размером сектора 512 байт — заключительная характеристика важна для определенных приложений, не приспособленных к современной разметке блоков по 4 Кбайт.

⇡#Серверные HDD форм-фактора 2,5 дюйма (SFF)

Жесткие диски со скоростью вращения шпинделя 10–15 тыс. об/мин исподволь уходят со сцены под давлением твердотельных накопителей. Накопители HGST Ultrastar C10K1800 и Ultrastar C15K600 пропали из списка актуальных предложений Western Digital, хотя какие-то останки все еще можно найти в продаже. В игре остались только Seagate и Toshiba, но за минувший год ни та ни другая компания не представила новых моделей высокопроизводительных HDD форм-фактора SFF.

Seagate все так же предлагает конструкции марки Exos 10E2400 со скоростью вращения шпинделя 10 тыс. об/мин и максимальным объемом 2,4 Тбайт, а также 15-тысячники Exos 15E900 объемом до 900 Гбайт. У Nearline-дисков непрерывно возрастает объем, но пропускная способность в операциях за секунду стоит на пункте, а значит, SFF-модели Seagate остаются востребованными, особенно благодаря сложной системе буферов, какая включает Flash-память для кеширования операций чтения и резервные зоны на поверхности пластин для ускорения записи. Кроме того, у Seagate кушать семейство 2,5-дюймовых серверных накопителей начального уровня Exos 7E2000: это конструкции объемом вплоть до 2 Тбайт со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин, какие поставляются только с интерфейсом SATA.

Альтернативой 2,5-дюймовым серверным HDD Seagate являются новинки 2017 года от Toshiba из серий AL15SEB (10,5 тыс. об/мин) и AL14SXB (15 тыс об/мин) с объемом вплоть до 2,4 Тбайт и 900 Гбайт соответственно.

⇡#HDD для настольных ПК и NAS

Потребительские HDD с любым годом все больше похожи на Nearline-модели соответствующих производителей. Десктопные серии снимаются с производства или давным-давно не обновлялись, а накопители для NAS различного типа процветают и не уступают по основным характеристикам своим серверным прообразам.

Так, большая часть потребительских моделей Seagate теперь доступна в объеме 14 Тбайт. Среди них серии BarraCuda Pro, IronWolf (модели объемом от 6 до 14 Тбайт), IronWolf Pro и SkyHawk Pro обладают скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин, и лишь диски SkyHawk без слова Pro в названии довольствуются частотой 5900 об/мин. Нетрудно догадаться, что дебютанты основаны на аппаратной перрону, впервые испытанной в корпоративном жестком диске Exos X14. Они выполнены в герметичном корпусе, заполненном гелием, и кормят по восемь магнитных пластин полезной емкостью 1,85 Тбайт с технологией TDMR. Несмотря на повышенную плотность записи (в сравнении с показателем прошлогодних новинок объемом 12 Тбайт), максимальная устойчивая скорость линейного чтения/записи не возросла и составляет 255 Мбайт/с. Накопители Seagate для NAS и пролетариев станций отличаются от серверного прообраза типом хост-интерфейса (SATA вместо SAS), емкостью буфера (256 вместо 512 Мбайт) и отсутствием специфических функций, таких как внутреннее шифрование. Несмотря на всеобщую платформу, потребительские серии дисков Seagate рассчитаны на особенные сценарии использования с различной интенсивностью нагрузки и характеризуются различными данными отказоустойчивости.

HDD базового степени для настольных ПК (BarraCuda) от Seagate все еще ограничены планкой 8 Тбайт при скорости вращения шпинделя 5400 об/мин, а вот гибридный накопитель FireCuda — открытый кандидат на вылет: производитель снял с продажи все модификации этого SSHD (Solid State Hard Drive) объемом рослее 2 Тбайт.

Итоги 2018 года: жесткие диски

Western Digital в 2018 году представила лишь одинешенек жесткий диск потребительского класса — WD Purple для систем видеонаблюдения объемом 12 Тбайт (скорость вращения шпинделя 7200 об/мин). Он кормит восемь пластин полезной емкостью 1,5 Тбайт в герметичном корпусе и обеспечивает последовательный доступ к этим на скорости 235 Мбайт/с. Остальные HDD для NAS и DAS (WD Red на 5400 об/мин и Red Pro — 7200 об/мин) по-прежнему доступны в объемах не вяще 10 Тбайт. Развитие накопителей для десктопных ПК в сериях WD Blue и WD Black давным-давно заморожено, остановившись на отметке 6 Тбайт. Кроме того, реорганизация модельного линии, который раньше был доступен под брендом HGST, привела к исчезновению коробочных продуктов Deskstar, вводя серию Deskstar NAS на основе WD Red Pro.

Toshiba в последние годы усилила свое наличие на розничном рынке внутренних накопителей. Взяв за основу серию MG07SCA, какая впервые в индустрии достигла объема 14 Тбайт с применением типовой технологии PMR, японская компания сперва представила две OEM-модели MN07ACA объемом 12 и 14 Тбайт со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин. Затем показались аналогичные устройства в семействах X300 и N300, предназначенные для настольных ПК и NAS/DAS соответственно. HDD под марками MN07ACA и N300, как и серверные конструкции серии MG07SCA, содержат беспрецедентно крупный стек магнитных пластин (вплоть до девяти пластин здоровой емкостью 1,55 Тбайт в 14-терабайтной модели). По сравнению с корпоративными HDD они характеризуются не столь рослой отказоустойчивостью, но по прежнему готовы работать в режиме 24/7. Серия X300 отнята такой возможности. Устойчивая скорость доступа к данным в N300 и X300 достигает 260 Мбайт/с.

Розничное наименование S300 получили жесткие диски Toshiba для систем видеонаблюдения серии MD06ACA-V. В этом семействе представлены модели объемом вплоть до 10 Тбайт, и, несмотря на большенное количество пластин (вплоть до семи, каждая полезной емкостью 1429 Гбайт), все они обходится без гелия. Прочие параметры жестких дисков этого семейства включают скорость вращения шпинделя 7200 об/мин и устойчивую пропускную способность вплоть до 248 Мбайт/с.

Итоги 2018 года: жесткие диски
 
Итоги 2018 года: жесткие диски

Одновременно с S300 японцы представили родственную серию Toshiba V300, какая рассчитана на применение в серверах видеонаблюдения стартового уровня и ТВ-приставках. В нее входят накопители объемом от 500 Гбайт до 3 Тбайт на пластинах здоровой емкостью 1 Тбайт, а скорость вращения шпинделя не превышает 5940 об/мин. И наконец, по-прежнему есть устройства Toshiba P300, готовые работать в качестве загрузочного диска офисной «печатной машинки»: объем в пределах 3 Тбайт и скорость вращения шпинделя 7200 об/мин.

⇡#2,5-дюймовые HDD с интерфейсом SATA

Успехи в повышении плотности этих медленнее всего распространяются на жесткие диски для мобильных ПК и портативных накопителей. Чтобы достигнуть объема 1 Тбайт в «плоских» HDD толщиной 7 мм, прежде было необходимо использовать две пластины, но в конструкциях серии L200 (а также их OEM-аналогах под кодом MQ04ABD200) Toshiba стала одной благодаря технологиям девятого поколения Showa Denko. Как последствие, двухпластинные модели в корпусах 9,5 мм теперь достигают емкости 2 Тбайт. Шпиндели в этих накопителях обращаются с частотой 5400 об/мин, но данные быстродействия опубликованы не были.

В прошлом такие показатели плотности записи бывальщины возможны исключительно с применением технологии SMR. К числу устройств, опирающихся на эту технологию, относятся 7-миллиметровые винчестеры Seagate BarraCuda, FireCuda, а также неприметная новинка 2018 года — WD Blue. Все эти модели содержат по две SMR-пластины здоровой емкостью 1 Тбайт и характеризуются скоростью вращения шпинделя 5400 об/мин. Прочие HDD на рынке в корпусах 7 и 9,5 мм основаны на PMR-пластинах по 500 Гбайт и не превышают 1 Тбайт по номинальному объему.

2,5-дюймовые жесткие диски толщиной 15 мм с применением типовой перпендикулярной записи данных существуют в конфигурациях вплоть до 4 Тбайт, а самой крупной моделью, какую можно купить отдельно, остается Toshiba из серии MQ03ABB на базе четырех пластин здоровой емкостью 750 Гбайт. Более вместительный HDD объемом 5 Тбайт предлагает лишь Seagate в семействе BarraCuda, но это уже «черепичный» жесткий диск. Кстати, гибридные конструкции такого объема толщиной 15 мм под маркой FireCuda производитель уже послал на покой.

⇡#Планы на ближайшее будущее

С интеграцией TDMR в коммерчески доступные жесткие диски мы можем поставить галочку визави еще одной технологии в списке инноваций магнитной записи, о которых технические эксперты строчат из года в год. Извлечение данных из близко расположенных дорожек с помощью нескольких считывающих головок уже позволило Seagate и WD повысить полезную емкость пластины 3,5-дюймового HDD до 1,75 Тбайт. Компания Showa Denko, продуктами какой пользуется Toshiba, в настоящий момент также способна производить пластины объемом вплоть до 1,8 Тбайт. Toshiba уже продемонстрировала возможность упаковывать в корпусе жесткого диска вплоть до девяти пластин, что теоретически позволяет достигнуть объема 16 Тбайт в ближайшее время (с поддержкой TDMR).

Итоги 2018 года: жесткие диски

Однако двухмерное чтение само по себе не способно радикально повысить плотность размещения данных. Это лишь подготовка к внедрению более утончённых методов записи на магнитных пластинах. Следующий большой шаг в развитии HDD связан с внедрением технологии HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording), без упоминания какой итоговая статья по жестким дискам не обходится с тех пор, как компании-производители впервые пристроили ее на своих дорожных картах. Как мы уже неоднократно писали, HAMR позволяет хранить эти на субстрате, который лучше держит заряд магнитного зерна по сравнению со сплавами, распространенными в сегодняшнее время, а лазерный луч делает участок пластины более восприимчивым к магнетизации в момент прохождения вписывающей головки. Теоретический предел плотности данных при использовании HAMR оценивается в 50 Тбит/дюйм2, что дает объем 80 Тбайт на пластину жесткого диска форм-фактора 3,5 дюйма.

В декабре 2018 года Seagate огласила о начале внутреннего тестирования накопителей с поддержкой HAMR. Опытные модели обладают емкостью 16 Тбайт, но прочие параметры (в первую очередность количество пластин) компания держит в секрете. Вопреки опасениям насчет рослой мощности устройств, постоянно использующих лазер, Seagate сообщает, что они являются взаимозаменяемыми с типическими HDD. После того как внутренние тесты дадут удовлетворительный результат, Seagate планирует приступить коммерческие поставки в 2020 году, но к тому времени HAMR позволит довести объем диска уже до 20 Тбайт. Дальнейшие планы предполагают каждогоднее увеличение плотности записи на 30 % — вплоть до 6 Тбит/дюйм2. Для сравнения: в нынешних HDD с пластинами полезной емкости 1,5 Тбайт плотность записи составляет 923 Гбит/дюйм2.

Итоги 2018 года: жесткие диски

В то же пора Western Digital работает над альтернативной технологией под названием MAMR (Microwave-Assisted Magnetic Recording). По суждению компании, ее подход имеет ряд преимуществ по сравнению с решением конкурента: MAMR недороже внедрить в производство, а микроволны не вызывают столь же сильного нагрева пластины, как лазер. К слову, заключительнее обстоятельство не только сказывается на энергопотреблении дисков с HAMR, но и вызывает нужда в использовании механизмов выравнивания износа. Согласно последним планам WD, о каких нам известно, начало производства дисков с применением MAMR намечено на 2019 год, а плотностью записи, достижимой в обозримом грядущем, считается 4 Тбит/дюйм2.