СТА №3/2017

ёзным конкурентным преимуществом. Согласно данным исследования кон- салтинговой фирмыMcKinsey, в нашем информационно-ориентированном ми- ре, где важна мгновенная доступность данных, применение более совершен- ных технологий обработки и хранения информации даёт выигрыш до 20% по отношению к конкурентам. Именно поэтому новым материалам и техноло- гиям хранения цифровых данных уде- ляется такое внимание. Твердотельные накопители, или SSD, как и НМЖД, прочно вошли в нашу жизнь и заняли место внутри компьютерных корпусов. Без них уже нельзя представить высо- копроизводительные офисные, игро- вые и даже промышленные компьюте- ры. В частности, российский произво- дитель ЭВМ AdvantiX, собирающий компьютеры под собственной торговой маркой, при оснащении своей продук- ции уже достаточно широко использует твердотельные накопители. В SSD сочетается несколько важных для каждого пользователя ПК преиму- ществ, отодвигающих на задний план стоимость, существенно большую, чем у традиционных магнитных накопите- лей. Секрет успеха SSD заключён в со- вершенно иных физических основах за- писи, чтения и хранения информации. Итак, что же привлекает пользователей в твердотельных накопителях и НЖМД? Каковы их преимущества и недостатки? Какие технологии записи и хранения больших объёмов данных доступны се- годня, и какие из них имеют все шансы стать лидерами в недалеком будущем? Рассмотрим это подробнее. П ЛОДЫ ЭВОЛЮЦИИ НЖМД В 2016 году жёсткий диск отметил свой 60-летний юбилей. Выпущенный в 1956 году компанией IBM первый в истории НЖМД был лишь очень отда- лённо похож на своих современных со- братьев. По нынешним меркам он был просто огромным: занимал большой шкаф, состоял из пятидесяти 24-дюй- мовых «блинов» и при этом имел ём- кость всего-то 5 Мбайт. Это устройство, работавшее в составе революционной для тех времён ЭВМ IBM 350, было чрезвычайно дорогим и капризным. Тем не менее, именно оно задало кон- цептуальное направление развития маг- нитных накопителей на многие годы вперёд. В настоящее время старый доб- рый магнитный диск остаётся самым распространённым и наиболее дешё- вым (не считая магнитной ленты) носи- телем для долговре- менного хранения данных из расчёта мегабайт за доллар. Современные дис- ки стали компакт- ными, плотность записи и скорости ч т е н и я / з а п и с и многократно воз- росли благодаря применению новых магнитных мате- риалов, интеллек- туальных алгорит- мов кодирования и позиционирования головок, высокоскоростных приводов. Бытовым винчестером ёмкостью 1 Тбайт давно никого не удивишь. Но остаются ограничения, связанные с фи- зикой процессов магнитной записи и с механической частью устройства: время доступа к информации лимитировано угловой скоростью вращения диска (повышение которой также сопряжено с техническими сложностями) и скоро- стью позиционирования головок, а до- стижимая линейная плотность записи – суперпарамагнитным пределом исполь- зуемых материалов. Однако все назван- ные ограничения в настоящее время имеют скорее технологический, нежели абсолютный характер. Исследователи не без оснований считают их преодоли- мыми в ближайшем будущем. И дей- ствительно, уже не раз мы были свиде- телями качественных скачков после коммерциализации эксперименталь- ных технологий, сначала благодаря тех- нологии PMR (Perpendicular Magnetic Recording), впоследствии – с появлени- ем на рынке так называемых гибридных накопителей – SSHD, которые позво- лили значительно снизить среднее вре- мя доступа к данным. Затем новый про- рыв – технология высокоплотной запи- си SMR (Shingle Magnetic Recording) с частичным перекрытием магнитных до- рожек. Помимо повышения плотности записи примерно на 25% идея SMR ценна ещё и тем, что она реализуема на той же традиционной аппаратной базе чисто программным путём. Диски SMR обладают несколько более низкой ско- ростью записи, но вполне применимы для дата-центров, где главная нагрузка приходится на считывание информа- ции. Жёсткие диски заполняют гелием вместо обычного воздуха, что создаёт меньшее сопротивление вращению пла- стин и позволяет «упаковать» в тот же объём при тех же условиях для охлажде- ния большее число дисковых «блинов». В погоне за плотностью записи порядка 1,5 Тбит на квадратный дюйм и более эксперты из Seagate Technology возла- гают большие надежды на технологию термомагнитной записи (HAMR), при которой поверхность носителя в обла- сти записи будет почти мгновенно разо- греваться лучом лазера до высоких тем- ператур порядка +450°C. По их прогно- зам, 2,5-дюймовый новый диск будет иметь ёмкость до 12–15 Тбайт. Несмотря на внедрение перечислен- ных новшеств, с момента изобретения конструкция НЖМД принципиальных изменений не претерпела. Это всё тот же вращающийся металлический «блин» – пластина с магнитным покры- тием, данные на который записываются магнитной головкой записи/чтения (рис. 1). Расстояние от поверхности пластины до головки составляет поряд- ка 3 нм. Столь малый зазор обеспечива- ется тем, что головка буквально парит над пластиной на воздушной подушке, создаваемой потоком воздуха при бы- стром вращении диска. Стирание или запись информации происходит путём намагничивания или размагничивания очень малых участков поверхности дис- ка – магнитных доменов. В одном жё- стком диске обычно содержится не- сколько соосных «блинов», каждый с одной или двумя головками чтения/за- писи. Как мы уже говорили, скорость работы НЖМД зависит от ряда факто- ров. В первую очередь, это скорость вращения шпинделя диска, скорость перемещения головки, объём внутрен- ней кэш-памяти, алгоритм работы его внутреннего контроллера. Базовые тех- нические параметры НЖМД указы- ваются в спецификациях. Рассмотрим для примера, каковы эти параметры у ОБ ЗОР / Т Е Х НОЛОГ ИИ 33 СТА 3/2017 www.cta.ru Рис. 1. Внешний вид механического жёсткого диска со снятой крышкой