Dvouramenné HDD se rychlostí blíží (SATA) SSD. Western Digital zdvojil mechanismy v discích

WD také přichází s technologií HDD s více aktuátory, kterou dosud měla jenom firma Seagate. WD již uvedla první 20TB Ultrastar s tímto zlepšovákem, který má dva aktuátory a ramena, ale lichý počet devíti ploten. Uhodnete proč?

Pevné disky máme dnes tendenci považovat za přežitek či obecně špatnou technologii, ale pořád mají důležité místo (jak zjistíte, když potřebujete velkou kapacitu úložného prostoru a nemáte na to tzv. majlant). Naštěstí tato technologie pořád pokračuje v evoluci. Nedávno jsme tu měli HAMR od Seagate, teď má zase novinku firma Western Digital. A to novinku zlepšující pro změnu výkon. Ten je jednou ze slabin HDD, ale jsou cesty, jak ho zlepšovat.

Firma Western Digital nyní oznámila své první pevné disky, které budou obsahovat technologii Dual Actuator. Zatímco nové v posledních letech uváděné technologie jako SMR, HAMR a MAMR se týkají ploten a záznamu na ně, Dual Actuator je mechanická věc. Rozděluje disk na dva segmenty, které mohou pracovat nezávisle a paralelně. Toto dokáže trošku jako dvoujádrový procesor zvýšit výkon na dvojnásobek. Zejména v sekvenční rychlosti čtení a zápisu.

Tato technologie není na světě nová. WD zde aplikuje koncept, který před ním uvedla na trh firma Seagate (ta používá slovní spojení o „Multi Actuator“ a tyto disky se prodávají v řadě Exos 2X). Ze začátku to nevypadalo, že by se WD k tomuto nápadu chtělo přidat, ale nyní se asi ukazuje, že Multi/Dual Actuator má smysl a mohl by se alespoň v části HDD stát častější věcí.

Multi Actuator / Dual Actuator: O co jde?

V čem tyto technologie spočívají? Pokud jste už někdy viděli fotografii mechanismu HDD, víte, že v pouzdru disku je rameno, které má na konci čtecí a zapisovací hlavičky, jimiž jezdí nad plotnami disku. Tímto ramenem hýbe servomotor a u moderních disků jsou ještě uprostřed a na konci ramene další elementy, které polohu jemněji upravují (takže ve finále tento tzv. „vystavovací“ mechanismus má dva, či někdy dokonce tři stupně).

Asi jste si všimli, že toto rameno je ve skutečnosti soustava několika ramen, protože pro každou plotnu je v disku rameno a hlavička zvlášť (hlavičky jsou zvlášť pro každou stranu plotny). Ovšem tato ramena mají jen jedno servo a hýbají se najednou. Bohužel ale není možné to, aby všechny hlavičky najednou paralelně zapisovaly a četly (tedy že by byl použitý „striping“ dat ve stylu RAID 0 mezi jednotlivé záznamové plochy). Hlavička se totiž musí velmi přesně nastavit nad fyzickou polohu stopy. A v praxi to nelze udělat tak, aby se všechny hlavičky najednou strefily do patřičných stop.

Takovéto paralelní zapisování nebo čtení by potřebovalo, aby disk měl nezávislé celé rameno i se servem, které tvoří základní stupeň jeho ovládání, a disky s technologií Multi Actuator / Dual Actuator přesně toto dělají. Místo jedné spřažené sady ramen jsou v disku dva vystavovací mechanismy, každý se svým vlastním servomotorem (aktuátorem). Jedna část obsluhuje polovinu ploten disku a druhá druhou.

Zde to můžete vidět v akci na videu od Seagate (zdroj: Tom’s Hardware):

Tento systém lze využít buď k tomu, že HDD zvládá paralelně číst nebo zapisovat dva proudy dat, což zlepšuje jeho IOPS (které jsou ale extrémně nízké proti dnešním SSD, takže zdvojnásobení mnoho neudělá), pokud tedy data nejsou na potvoru přítomná ve stejném segmentu ploten.

Druhou možností je, že se při zápisu a čtení provádí ono rozložení (striping) mezi oba segmenty disku, jako by byly v poli RAID 0. V tomto případě se místo IOPS zlepšuje propustnost sekvenčního čtení a zápisu. Ta u jednoduchých HDD v průběhu posledních 10–15 let stoupla z cca 100–150 MB/s na 250–275 MB/s, ale růst to byl pomalý. Dnes tak například trvá hodně dlouho, než se u velkého (až 20TB) disku celý obsah nahraje do něj nebo naopak z něj. Disky se dvěma aktuátory se dostanou přes 500 MB/s, takže například konečně plně využijí kapacity rozhraní SATA 3.0 (6 Gb/s).

První Dual Actuator HDD od Western Digitalu: Ultrastar DC HS760 má dva segmenty, ale lichý počet ploten

Firma WD tuto technologii premiérově nasadila v disku Ultrastar DC HS760 pro datacentra. Jde o 20TB HDD, které je plněné héliem, používá technologii triple-stage-actuator (tedy zmíněné trojstupňové přesné nastavování polohy hlaviček) a je založené na devíti plotnách s kapacitou po 2,2 TB a záznamem ePMR (tedy energeticky asistovaným zápisem, o němž jsme psali zde). Je zajímavé, že ploch je lichý počet. WD je zřejmě rozdělil mezi oba segmenty/aktuátory symetricky, tedy každý má 4,5 plotny.

Je to vlastně asi logičtější než sudý počet ploten, který by člověk (včetně nás…) naivně očekával. Pak by se totiž mezi pátou a šestou plotnou musely potkávat dvě nezávislá ramena, na což by byl třeba větší volný prostor a určitě by to bylo choulostivější. S devíti plotnami to funguje tak, že u středové páté plotny má jednu stranu na starosti jedno rameno a opačnou to druhé. Díky tomu se nepotkávají a nemohou kolidovat.

WD neuvádí přesné specifikace, ale Ultrastar DC HS760 má podle firmy dosáhnout 2× sekvenční rychlosti proti Ultrastar DC HC560, což je 20TB HDD konvenční koncepce. Pro to firma uvádí sekvenční rychlost až 277 MB/s, takže u dvojaktuátorového Ultrastaru DC HS760 by patrně mělo být dosaženo rychlosti až 550 MB/s. Disk má také prý mít až o 70 % lepší IOPS.

Tohoto disk dosahuje při klasické rychlosti rotace 7200 otáček za minutu. Má obvyklé 3,5″ pouzdro, takže by měl být nasaditelný všude tam, kam se vejdou klasické dosavadní disky. Tedy až na to, že používá rozhraní SAS (nikoliv SATA), takže je potřeba kompatibilita s ním. Rozhraní SAS je možná v tomto případě třeba, protože disk se tváří jako dvě oddělená 10TB zařízení – oba segmenty jsou exponované zvlášť, takže v použití paralelní povahy HDD je jistá flexibilita a ono případné zkombinování do RAID 0 můžete provést na úrovni operačního systému či RAID řadiče (ale také nemusíte).

Disk Ultrastar DC HS760 má ještě jednu specialitu. WD u něj používá technologii OptiNAND, kdy je integrováno malé SSD typu UFS, do nějž jsou uložená metadata. To umožňuje efektivnější využití ploten HDD pro samotná uživatelská data i lepší výkon. OptiNAND je něco, co konkurenční HDD Seagate Exos X2 nemají.

Více: WD OptiNAND: velká změna ve fungování pevných disků zlepší výkon, kapacitu i spolehlivost

WD neuvádí cenu tohoto disku. Zřejmě bude alespoň prozatím prodávaný v režimu „business-to-business“ (kdy zájemci musí s poptávkou oslovit přímo výrobce) velkým firmám, zejména velkým provozovatelům datacenter.

Zdroje: Western Digital, AnandTech