Технический семинар Seagate

    27 февраля 2014 Seagate впервые провел самостоятельное мероприятие для технических специалистов.
    Специально приглашенный гость - Джо Фаган, глава подразделения облачных инициатив в регионе EMEA. Помимо некоторого описания новшеств, внедряемых или планируемых к внедрению в производство HDD, Фаган представил вИдение положения разных классов НЖМД в существенно изменяющейся в современных условиях парадигме использования вычислительной техники.
    Консюмерские (бытовые, пользовательские) накопители (в видении стратегов Seagate) однозначно трансформируются в устройства с сетевым доступом. НЖМД с Ethernet интерфейсом, с беспроводным WiFi интерфейсом. МАЛО ТОГО! Хранилища вообще уходят в облака, даже в промышленном секторе. Инициатива, как принято в по последней моде, имеет слово "Open" в названии и полностью звучит как Seagate Kinetic Open Storage.

Традиционная структура

Так будет в скором будущем

    Дрожите, дистрибьюторы и реселлеры! Близок конец вашей сладкой жизни!  :)

    Мистер Фаган, как замечательный презентер, настолько искренне восхищался техническими нюансами современных накопителей, что ей-богу, я подавлял в себе желание немедленно связаться с дистрибьютором и попросить его поднять для меня цены на накопители Seagate! Меняем угол рассмотрения, представляем данные в других координатах - и вуаля!.. Искушенные специалисты, привыкшие оперировать и сравнивать одни цифры (терабайты емкости, скорость вращения, время поиска), расширяют глаза при переводе всего этого привычного в другую, привычную в другой жизни, систему координат - общая длина дорожек в НЖМД в клометрах, скорость пролета головки над диском в км/час высоте, выражаемой в микронах.

    Среди обсуждаемых тем - новшества в накопителях.
Из вопросов-ответов :
В: - Будет ли делать Seagate гелий-наполненные накопители? О: - Эта технология рассматривается нами, но мы еще не готовы. Посмотрим - каких дров наломают конкуренты, дальше решим. Есть трудности в производстве.
В: - Будут ли в линейке Seagate накопители HAMR? О: - Будут. В 2014 году.

    Некоторые вопросы из зала показывали, что даже сведущие люди не всегда быстро

адаптируются к резким поворотам. После мессаджа, что накопители приобретают единственный интерфейс - Ethernet, из зала возник вопрос: "а как их объединять в RAID?". Наверное, самый логичный ответ - "Никак!" Если стоит задача повышения надежности хранения, помещаем ее во множество устройств. Этим может заниматься и приложение самостоятельно.


    Мероприятие провелось очень динамично, живо, интерактивно. И - что особенно радует - сопровождалось достаточным временем для неформального общения. Спасибо, Seagate!

HDD - ищем пути развития. Assisted Magnetic Recording - HAMR, MAMR

    По материалам :
- New Paradigms in Magnetic Recording.
M.L. Plumer, J. van Ek, and W.C. Cain
- Microwave Assisted Magnetic Recording Utilizing Perpendicular Spin Torque Oscillator With Switchable Perpendicular Electrodes.
Jian-Gang Zhu, Fellow, IEEE, and Yiming Wang
- Channel Models and Detectors for Two-Dimensional Magnetic Recording (TDMR).
Chan Kheong Sann, Rathnakumar Radhakrishnan, Kwaku Eason, Rachid Moulay Elidrissi, Jim Miles, Bane Vasic, Anantha Raman Krishnan

    Про взрывной рост объема данных, генерируемых в мире проели уже всю плешь. Не вдаваясь в подробности, констатируем ожидание от производителей НЖМД накопителей все большей емкости. Но вот незадача!.. Методы и средства относительно простого увеличения плотности записи давно уже себя исчерпали. Физика... Как следствие - емкость накопителей растет не так интенсивно, не успевает за динамикой данных. Ищем варианты.

Куда грести?

    Основных компонентов жесткого диска три:
- носитель информации (диск с магнитным слоем);
- записывающий элемент;
- считывающий элемент.
Реализации этих трех составляющих определяют метод записи, самой интересной конечной характеристикой которого является плотность записи информации на единицу площади.
    Записывающая головка. Самый большой прогресс происходил в 90-х годах, когда в качестве материала последовательно сменились сплавы NiFe (никель-железо), CoNiFe (добавился кобальт) а теперь - CoFe (без никеля), который имеет самую высокую среди известных материалов намагниченность насыщения. Уперлись.
    Физика считывающей головки. Также с 90-х годов было несколько существенных рывков, связанных с открытием новых магнитных эффектов в материалах. Это и гигантский магниторезистивный эффект (GMR) (1990..), за открытие которого - ни много, ни мало, дали Нобелевскую премию в 2007 году, и анизотропный магниторезистивный эффект (AMR) и туннельный магниторезистивный эффект (TuMR) (2005..2006). Одни названия внушают уважение! Цель - повышение чувствительности головки и - как следствие, соотношения сигнал/шум.
   Как у нас любят говорить - "космические" материалы, "космические" технологии... В чем проблема? В носителе, точнее - в его магнитном слое. Собственно, магнитный слой имеет зернистую структуру. Каждое зернышко в процессе записи намагничивается в ту или иную сторону. Отсюда - чем мельче зерно, равномернее их физический размер и однороднее состав - тем большую плотность записи можно обеспечить. За последнее десятилетие, размер зерна удалось снизить с 20 нм до примерно 9 нм.

    Идем дальше.

Всем миром построим! Вот только что?.. Open Compute Project.

Проблема

    Эффективность вычислительной техники, эффективность датацентра - эти сочетания слов все чаще мелькают и отражают существующие проблемы и чаяния ИТ специалистов.

    Как ни крути - мощности, подводимые на кубический метр вычислительной техники растут чуть ли не в геометрической прогрессии. Плотность размещения компонентов увеличивается. "Прожорливость" компонентов снижают, увеличивая вместе с этим их количество в системе. Если несколько лет назад рядовой сервер требовал 450-Ваттного блока питания ( Intel® Xeon®Processor 54xx), то в настоящем 1200 Ватт - обычное явление. Да, пиковая нагрузка на блок питания, на которую рассчитана его максимальная мощность, происходит только во время включения питания. Устоявшееся потребление несколько ниже. Но все-таки... Если это 1U сервер... В стойке 42U. К полностью укомплектованной стойке необходимо подводить 50 киловатт??? И одновременно с этим постараться унести эти же 50 киловатт, переваренные в тепло! На что потратить еще процентов десять энергии - итого 55 КВт. Так это только ОДНА стойка. Задачи у датацентросторителей все сложнее, все затратнее. И все это для того, чтобы через 3 года грустно констатировать: "наше вычислительное оборудование устарело, надо ВСЕ менять!"

    У гигантских компаний по предоставлению ИТ услуг - Google, Twitter, Facebook,..., Mail.ru, Яндекс,... затраты на обновление/расширение, пусть, несколько меньшие в процентном отношении, но в абсолютном виде многих повергнут в шок. Каждый год - тысячи новых серверов, ты-ся-чи!!!

    Неудивительно, что инициативу проявила компания, "у которой больше болит" - Facebook. В 2011 году была поставлена задача: "построить наиболее эффективную вычислительную инфраструктуру с наименьшей возможной стоимостью". Выделю - "инфраструктуру"!
    И, чтобы быть совсем конкретными, образовавшееся сообщество четко определило критерий "счастья" - "на 38% эффективнее и на 24% дешевле" Впечатляет конкретика?

HDD - ищем пути развития. Гибридные накопители SSHD

    Хотя в настоящее время область применения SSHD (Solid-state hybrid drive) - персональные системы (настольные и ноутбуки), чем черт не шутит... Возможно, идея совмещения со временем будет заимствована и в корпоративный сектор...

    Итак, что из себя представляет гибридный накопитель? Это классический НЖМД и флеш-накопитель в одном флаконе.

Идея отнюдь не нова. Еще в далеком 2007 Seagate и Samsung упаковали 2,5-дюймовый Momentus PSD и 128- или 256Mb флеш SpinPoint MH80 в одно устройство. Насколько помнится - маркетологи представляли тогда это решение, как очень сильно ускоряющее загрузку операционной системы. Ну, собственно, с таким объемом ничего другого особенно и не придумаешь. Под систему хватало. Системная область изменяется редко,  так что "протереть до дыр" флеш-пришлепку за время эксплуатации в большинстве случаев не представлялось возможным. Ажиотажа не было. Получаемое преимущество, по мнению покупателей, не оправдывало увеличение цены. В самом деле - выключаются и перезагружаются ноутбуки крайне редко. В случае ненадобности - спят. А то - что раз в две недели на загрузке ОС потратилось меньше на 10 секунд..

    До 2012 года Seagate развлекался на этой поляне в одиночестве. Начиная с 2012 - то ли стадное чувство сработало ("уже столько лет такое делает только Seagate, и не бросает почему-то... Может быть - это действительно перспективный рынок?"), то ли производитель операционных систем изловчился утилизировать шикарные возможности гибридных накопителей, но полку прибыло! В 2012 Toshiba (т.к. они сами и чипы NAND производят - единственные среди производителей НЖМД, добавили кусочек своей же продукции), а в 2013 уже и WD выложили свои варианты SSHD.
    Идеология использования SSHD заимствована у разработчиков дисковых контроллеров. Внутренние алгоритмы контроллера накопителя реализуют принципы иерархического хранения - "горячие", т.е. наиболее востребованные данные отдаются системе с быстрой части (флеш), а по мере их "остывания" и переполнения кэш - перемещаются на дисковую часть, медленную. Честно говоря, в подробности не вникал, может быть и не перемещается ничего, а флеш работает как энергонезависимый кэш большой емкости, т.е хранит копии горячих данных. Сейчас суть не в этом. Налицо общее ускорение работы системы с диском - кто связывался с нагруженными дисковыми системами в серверах меня поймут. При этом, руками ничего делать не надо. Система работает автоматически.

    Почему есть большие сомнения в том, что подобное решение будет эксплуатироваться в серверной области. Кэш SSHD локальный. Работает лишь на свое устройство. В отличие от SSD кэш, который в паре с контроллером дисков работает на весь пул подключенных к нему НЖМД. То есть - значительно эффективнее, не говоря уже о значительно большем объеме одного или нескольких SSD.


PS   Коллега поправил меня, сославшись на пресс-релиз гибридного накопителя класса Enterprise  - Seagate Enterprise Turbo SSHD, выпуск в продажу которого планируется на середину 2014 года.
    Противоречит утверждению, что гибридные накопители не очень эффективны в серверах? По большому счету, нет.
    Сомнения были и есть по поводу повышения эффективности ХРАНИЛИЩ за счет использования SSHD - где консолидированный кэш видится намного более эффективным. Хотя, маркетологи Seagate (они не идиоты, им рассказали о возможных сомнениях к выбранному подходу) с этим не согласны и разместили отдельный абзац с защитой подхода Seagate. Кто бы сомневался... В минусы "традиционного" подхода записаны: 1) больший износ общего для хранилища кэш; 2) необходимость в оборудовании с соответствующими возможностями, покупке дополнительных лицензий на ПО и инсталляции всего этого хозяйства.
    Доля правды в утверждениях Seagate, конечно же, есть. Для сервера с локальным хранилищем на небольшом количестве дисков - наверное, решение Seagate будет иметь сравнимый эффект в повышении производительности при меньших затратах (минус лицензия, минус стоимость Enterprise SSD, плюс разница между HDD и SSHD). Но для задач, которые требуют огромных объемов дискового пространства - а их все больше, по-прежнему видится, что общий, консолидированный для всего дискового пространства кэш эффективнее.

HDD - ищем пути развития. Гелий-наполненные накопители HGST

    По материалам HGST

    Не революционное решение, поскольку ни в методе, ни в плотности записи (примерно 1Tb на поверхность) представлено на рынок в ноябре 2013 года компанией HGST.

    Вы когда-нибудь пробовали поднять полностью укомплектованный 36- или 48-дисковый массив? Типа такого, как представлен на фотографии. Это на фронте у него 24 диска, а еще 12 скрываются с тыла!... На бумаге - на блок-схеме и на интернет-страницах восприятие подобного "дивайса" одно, а вот если надо выгрузить из машины и дотащить до места установки в стойку, да еще и поднять - закрепить на установочные "рельсы" 40-50-килограммовый аппарат... Для уменьшения веса дисковых хранилищ компания HGST решила наполнить каждый винчестер гелием. При большом количестве гелий-заполненных HDD, хранилище даже придется утяжелять чугунным балластом, иначе улетит. Это - конечно же, шутка, должная разбавить скучное повествование.

     Приземляемся. "Платформа" (это понятие применяют к своей продукции уже и производители НЖМД) HelioSeal™ разрабатывалась более 6 лет. Цель проекта - создание накопителей большой емкости для центров обработки данных с минимальным потреблением энергии. Какие показатели вышли на передний план в системах хранения ЦОД? Ватт/терабайт, килограмм/терабайт, терабайт/квадратный метр.

Столько преимуществ!!!..

    Гелий по плотности в семь раз меньше воздуха. Что это нам дает? Меньшее сопротивление движения. Т.е., затраты на вращение дисков в накопителе. Меньшая плотность среды дает также возможность расположить диски в накопителе ближе друг к другу. Вместо "обычных" пяти, можно собрать до семи дисков в том же корпусе. Головки могут располагаться на меньшей высоте над диском - можно повысить плотность записи на единицу площади. А тепло переносится гелиевой средой более эффективно.

А где же продукт?

    Преимущества налицо, причем по всем ключевым характеристикам. Почему же никто из производителей НЖМД до сих пор не воспользовался такими конкурентными особенностями? Да потому что дорого и сложно. Экономически, производство гелий-наполненных накопителей выгодно при значительных объемах выпускаемой продукции. Гелий, помимо эксплуатируемых в решении HGST полезных свойств, имеет в данном случае одно "вредное" - он сверхтекуч. Пролезет в любую мало-мальскую щель. Как следствие - необходимость на порядок более тщательной герметизации объема и столь же затратный контроль этой герметичности. Гелиевая среда внутри объема НЖМД обязана сохраняться на протяжении всего времени эксплуатации изделия - а это годы.
    HGST решилась на затраты, связанные с исследованиями, разработкой и, как минимум, переоснащением линии производства и представила на рынок готовый продукт в ноябре 2013. 6TB Ultrastar He6 являются на настоящий момент самыми емкими накопителями на жестких дисках. Самое близкое конкурентное предложение имеет емкость 5TB - на 20% меньше. Что ж, очередной рубеж взят. Время и рынок покажут - насколько были оправданы затраты.

    Тщательная герметизация Ultrastar He6 дает компании HGST не лежащее на поверхности преимущество еще в одной набирающей обороты области - охлаждении вычислительной техники жидкостями. В частности, с использованием погружения аппаратуры в хладоагент - Liquid Cooling. Реальную реализацию этого решения HGST продемонстрировала на Cloud Expo. Сервер в аквариуме и даже ряд стоек с плавающими серверами можно увидеть на этом видео.

HDD - ищем пути развития. Shingled Magnetic Recording (SMR) - запись с перекрытием

    По материалам
Seagate : http://www.seagate.com/ru/ru/tech-insights/breaking-areal-density-barriers-with-seagate-smr-master-ti/
HGST : http://www.hgst.com/science-of-storage/emerging-technologies/shingled-magnetic-recording

    Не знаю - насколько устоялось/устоится у нас выражение "черепичная магнитная запись". Перевод наиболее точный и явно отражает суть, но звучит в русском как-то не так...

    Последнее крупное изменение метода магнитной записи - переход на перпендикулярную запись, произошел уже 5 лет назад. Этот шаг позволил резко поднять плотность записи, на одной пластине стало умещаться 250Gb. Плавное развитие технологии сдвинуло границу к настоящему времени к 1Tb на диск. Соответственно - 4Tb на накопитель. Но покупатель ненасытен, требует бОльшего! При этом, физику не обманешь. И технология перпендикулярной записи уже вплотную к физическим ограничениям. Куда двигаться?

    Не меняя принципиально метод записи, можно, оказывается, изыскать резервы и в существующей технологии. Пользуемся тем, что записанная на диске дорожка имеет одну ширину (на рисунке - серым), а минимальная ширина дорожки, позволяющая надежно считать данные - имеет другое, значительно меньшее значение (зеленым). Соответственно, утилизируем "лишнее", смещая головку не на целый шаг, а на чуть ли не на половину шага.

Следующая дорожка частично затирает только что записанную. Но оставшейся части вполне хватает для чтения. Головку при записи двигаем всегда в одну сторону, так что получаем очень похожую на черепицу картинку. Плотность записи возросла. Емкость устройства возросла.
Технология получила название Shingled Magnetic Recording (SMR). Представлена была среди других перспективных вариантов магнитной записи еще в октябре 2009 года, но до конечного продукта - похоже - доберется в 2014 в исполнении Seagate.

    Но тут появилась досадная задача - изменить данные в самом начале диска, на первых
дорожках. Так как этого не сделать не попортив данные на соседних дорожках - что, переписывать весь диск целиком, до самого конца? Идем на организационно-компромиссное решение. "Шинкуем" всю поверхность на группы дорожек - "ленты" (band), разделяемые полноценными по ширине дорожками. Тогда для изменения информации необходимо произвести запись от дорожки начала изменений и до конца ленты. В среднем получается половина ленты - что уже не так катастрофично.

    Описанные особенности привносят некоторые ограничения сферы применения SMR HDD. Напрашивается само собой: мультимедиа хранилища, фото-хранилища, системы дискового резервного хранения, и подобные задачи - где пишется "раз и навсегда", а если и модифицируется записанная информация - то редко и скорость выполнения этой операции не является "коньком" системы.

    Стоит ли овчинка выделки? Видимо - да! Seagate оценивает прирост емкости накопителей за счет использования технологии SMR в 25%

Материалы митинга IEEE SCV MagSoc, 19 октября 2010    http://www.ewh.ieee.org/r6/scv/mag/MtgSum/Meeting2010_10_Presentation.pdf