Wzrost pojemności dysków HDD - technologie zapisu magnetycznego
Konieczność dysponowania coraz większą przestrzenią magazynową wynikająca z rosnącej w lawinowym tempie liczby bitów informacji przeznaczonych do zapisu, wymusza kolejne udoskonalenia i usprawnienia na wielu różnych płaszczyznach przechowywania danych - powstają coraz nowsze rodzaje pamięci, zmianom ulegają także technologie samego zapisu. Efekty tej ewolucji można dostrzec w obszarze systemów zwiększających gęstości zapisu bitów informacji na nośnikach magnetycznych, czyli w przypadku klasycznych dysków HDD.
LMR
LMR (Longitudinal Magnetic Recording) to tradycyjny system zapisu magnetycznego. Bity informacji zapisywane są tutaj jako płasko ułożone obszary magnetyczne (domeny), które nie mogą być upakowane gęściej właśnie z powodu sposobu ich równoległego ułożenia w stosunku do powierzchni nośnika - domeny zajmują fizycznie pewną ilość miejsca. Ponadto próby zwiększania gęstości zapisu wynikające ze zmiany rozmiaru domeny poniżej pewnej granicznej wartości jej wielkości prowadzą do utraty informacji. Jest to wynikiem zjawiska znanego jako efekt superparamagnetyczny. Powoduje ono, iż obszary magnetyczne reprezentujące bity informacji mogą zmienić swoją orientację w wyniku wzrostu temperatury podczas pracy dysku - domeny zostają przypadkowo przestawione uniemożliwiając odczyt zapisanych danych. Aby zaradzić ograniczeniom w postaci nieprzekraczalnej powierzchniowej gęstości bitów zapisu wzdłużnego postanowiono przeorientować pozycję domen magnetycznych. Wprowadzono technikę zapisu prostopadłego.
PMR
PMR (Perpendicular Magnetic Recording, zwana niekiedy Conventional Magnetic Recording CMR) jest metodą zapisu magnetycznego wykorzystującego nie równoległe, ale prostopadłe ułożenie jednobitowych domen magnetycznych w stosunku do powierzchni platera dysku HDD. Technologia pionowej orientacji wpływa na wzrost stabilności domen (superparamagnetyzm) oraz większą ilości danych w przeliczeniu na jdnostkę powierzchni zapisu. Dzięki nowej metodzie w pierwszych dyskach tego typu odnotowano blisko dwukrotny wzrost gęstości zapisu w stosunku do granicznych wartości osiąganych dzięki technologii LMR. W przypadku technologii PMR stosowany jest “mocniejszy” materiał magnetyczny oraz dodatkowa spodnia warstwa oddziałująca z liniami pola głowicy o specjalnie zoptymalizowanej konstrukcji. Większa koercja magnetyczna wykorzystanego materiału ma wpływ na wzrost stabilności termicznej. Granice efektu superparamagnetycznego zostały przesunięte - szybko jednak osiągnięto stosowne limity, co ponownie skłoniło do poszukiwania nowych metod magnetycznej rejestracji. Tak powstał zapis “gontowy” SMR.
SMR
SMR (Shingled Magnetic Recording) jest technologią, dzięki której wzrost gęstości zapisu nie jest efektem zmniejszania rozmiaru powierzchni zajętej przez domenę magnetyczną, ale odległości pomiędzy ścieżkami zapisu. We wcześniejszych technologiach zapis prowadzony był na ścieżkach równoległych i rozłącznych, tutaj zapis prowadzony jest na ścieżkach z częściowym “zasłonięciem” ścieżki leżącej tuż obok. Można powiedzieć, iż ścieżki nakładają się na siebie, tworząc zbliżoną do pokrycia gontem strukturę, stąd nazwa metody. Taka specyfika zapisu związana jest z uwarunkowaniami technicznymi głowic zapisujących, których przestrzeń robocza jest szersza niż w przypadku głowic czytających. Dzięki temu głowica z powodzeniem odczytuje dane z przysłoniętej ścieżki z zachowaniem integralności danych. W przypadku tego rodzaju zapisu pojawiają się jednak problemy w momencie ponownego zapisu. Prosta zamiana danych ze względu na różnej szerokości głowice (nakładanie ścieżek) nie jest możliwa i konieczne staje się aktualizowanie już istniejących ścieżek informacji. Może to obniżać wydajność podczas zapisu, i aby temu przeciwdziałać i przyspieszyć proces bez konieczności korekcji całej powierzchni dysku, ścieżki połączono w grupy, w obrębie których następuje aktualizacja bitów danych. Aby proces zbytnio nie spowalniał pracy dysku zastosowane zostały także specjalne sterowniki zarządzające optymalną pracą urządzenia. Istotną zaletą SMR jest korzystanie z tradycyjnych zespołów głowic, dzięki czemu nie istnieje konieczność inwestycji w nowe linie produkcyjne, co pozwala utrzymać koszty HDD na zbliżonym poziomie w stosunku do wcześniejszych systemów zapisu. Ograniczenia wydajności nie zmieniają faktu, iż dyski SMR sprawdzają się doskonale we wszelkiego typu systemach archiwizacyjnych, gdzie priorytetowy jest wymóg uzyskania jak największej przestrzeni magazynowej.
Pavel Kroupka
