Test disků Western Digital Blue – CMR klasika versus SMR šindel
Článek Test disků Western Digital Blue – CMR klasika versus SMR šindel

Test disků Western Digital Blue – CMR klasika versus SMR šindel

Petr Kupský

Petr Kupský

7. 9. 2021 10:00 51

Seznam kapitol

1. Úvod 2. Jak lze potlačit nevýhody šindelového záznamu 3. Představení soupeřů 4. Metodika testování a testovací sestava 5. HD Tune Pro 5.50 - Benchmark 6. HD Tune Pro 5.50 – Extra testy 7. HD Tune Pro 5.50 – Náhodný přístup 8. AS SSD Benchmark
9. PCMark 8 10. Kopírování složky se soubory 11. Přesun složky se soubory 12. Photoshop 13. Spotřeba, teplota a hlučnost 14. Jak dostat SMR disk do problémů 15. Iometer – pořádná nakládačka 16. Závěrečné vyhodnocení

Přízrak SMR rozhazuje své sítě a snaží se uchvátil nezkušené zákazníky. Nabídku počítačových obchodů nenápadně zaplňují cenově výhodné modely pevných disků s technologií šindelového magnetického záznamu SMR, které se obecně netěší zrovna dobré reputaci. Máme se jim skutečně vyhýbat, nebo se již jedná o překonaný mýtus? Na tuto otázku se pokusíme odpovědět ve srovnávacím testu, kde proti konvenčnímu 3TB CMR modelu WD Blue (WD30EZRZ) postavíme nejnovější 4TB SMR disk WD Blue (WD40EZAZ), nabízející vyšší kapacitu za nižší cenu.

Reklama
Reklama

Předpokládám, že mnoho čtenářů se v problematice pevných disků dobře orientuje a principy zápisu pomocí CMR a SMR nejsou pro ně neznámou problematikou. Přesto bych chtěl nyní alespoň jednoduchou formou tyto principy připomenout.

LMR, PMR, CMR

Zkratka CMR vychází z anglického výrazu „Conventional Magnetic Recording“, který lze přeložit jako „konvenční magnetický záznam“. Jedná se o technologii kolmého zápisu do magnetické vrstvy záznamového média, pro níž se používá také zkratka PMR, vycházející z výrazu „Perpendicular Magnetic Recording“. Pokud tedy narazíme na označení disku CMR, či PMR, bude se jednat o disky se stejnou konvenční technologií kolmého zápisu. První komerční disk s touto technologií byl vyroben společností Toshiba v roce 2005. Do té doby používaly pevné disky technologii podélného záznamu známou pod zkratkou LMR, vycházející z výrazu „Longitudinal Magnetic Recording“.

Magnetický záznam jednoduše znamená to, že záznamová hlava pomocí elektromagnetického pole dokáže podle potřeby měnit polaritu jednotlivých částic magnetické vrstvy záznamového média a čtecí hlava dokáže tuto polaritu částic následně opakovaně přečíst. Takže ty logické jedničky a nuly zdrojových dat se zapíší záznamovou hlavou do formy plusové či mínusové polarity magnetických částic, kterou lze čtecí hlavou kdykoliv převést zpět na jedničky a nuly. Tato technologie má ovšem své limity a jedním z nich je velikost magnetických částic s určitou minimální vzdáleností mezi kladným a záporným pólem.

Pro účely vysvětlení rozdílu mezi podélným a kolmým zápisem si tyto částice představíme jako obdélníkové magnetické objekty s označenými póly, přičemž každý objekt uchová 1 bit záznamu. Podélný záznam LMR byl konstrukčně velmi jednoduchý a dokázal tyto magnetické částice polarizovat pouze podélně ve směru pohybu záznamové hlavy z čehož vyplývala poměrně nízká hustota záznamu. Sofistikovaným vylepšením záznamové hlavy se u technologie CMR (PMR) daří polarizovat magnetické částice ve směru kolmém k pohybu záznamové hlavy, čímž se hustota záznamu výrazně navýšila.

Test disků Western Digital Blue – CMR klasika versus SMR šindel

Po přechodu z podélného na kolmý zápis dlouho nepřicházela žádná komerčně široce použitelná technologie, která by umožnila další významné navýšení kapacity záznamového prostoru. Pokrok se uskutečňoval výhradně cestou zmenšování záznamových hlav až ke kritickým hranicím, přidáváním počtu ploten na technologické maximum i za cenu použití plynů lehčích než vzduch (pro snížení turbulencí a odporu při otáčení ploten), ale meze byly brzy dosaženy a dále to prostě nešlo.

SMR

Zajímavé nápady se objevily, ale jejich masové rozšíření bude zřejmě dlouhým procesem, neboť jde většinou o konstrukčně složité technologie, kterými se nyní nebudeme zdržovat (viz pojmy HAMR, MAMR, BPMR). Nakonec se ale podařilo najít další cestu pokroku, která byla až neskutečně jednoduchá, a přitom vysoce efektivní. Z konvenční technologie kolmého zápisu CMR (PMR) se tedy vyklubala technologie SMR, neboli „Shingled Magnetic Recording“, což lze počeštit jako „šindelový magnetický záznam“.

Pojem částice, který jsem pro zjednodušení použil v předchozím textu, může být v této souvislosti trochu zavádějící. Ve skutečnosti záznamová hlava během zápisu dat polarizuje miniaturní plošky magnetického materiálu ploten, které jsou zpravidla tvořeny větším počtem zrn tohoto přirozeně nesourodého materiálu o různé velikosti (méně než 10 nm), nacházejícími se v šíři stopy, kterou za sebou zanechává záznamová hlava. Pokusil jsem se to ilustrovat následujícím obrázkem, který ovšem není ve všech ohledech proporčně korektní. Jde zde opět pouze o vysvětlení principu, přičemž se zatím pohybujeme na úrovni jednotlivých bitů fyzické velikosti několika desítek nanometrů (zobrazené zelené dílky záznamové stopy).

Test disků Western Digital Blue – CMR klasika versus SMR šindel

Záznamová hlava potřebuje při zápisu vyvinout určitou minimální intenzitu magnetického pole, která nedovolí fyzické zmenšení její velikosti pod technologickou hranici. Naopak čtecí hlavě postačí mnohem slabší intenzita magnetického pole, aby spolehlivě rozeznala rozdíly v polaritě. Z toho vyplývá, že stopa čtecí hlavy může být mnohem užší (i několikanásobně), než šířka stopy hlavy záznamové. Čtecí hlava u disků s konvenční technologií kolmého záznamu tedy využívá pouhou část stopy zapsané na magnetickém médiu, a zbytek tak leží ladem bez využití.

Geniálním nápadem tvůrců technologie SMR šindelového zápisu bylo, že vychýlili polohu čtecí hlavy tak, aby se její stopa posunula k vnějšímu okraji zapsané stopy, čímž zvětšili nevyužitou plochu záznamu na okraji vnitřním (viz obrázek výše). Tím umožnili, aby záznamová hlava tuto nevyužitou plochu na vnitřním okraji zapsané stopy při následujícím průchodu zčásti překryla novou stopou, tedy fakticky tuto plochu přepsala. Obecně uváděné informace hovoří o tom, že tímto způsobem lze docílit zvýšení hustoty záznamu o 15 – 25 %. Teoreticky to zvýšení může být ještě mnohem větší (například 50 %), ale jak si povíme později, SMR technologie má i své stinné stránky, takže je v tomto ohledu nutné hledat určitou vyváženou hodnotu. Co se týče výrobních nákladů, jedná se o výrazné zvýšení hustoty záznamu pouze drobnou úpravou stávajícího hardware a přeprogramováním firmware, tedy prakticky zadarmo.

Pro znázornění rozdílu mezi CMR konvenčním záznamem a SMR šindelovým záznamem jsem si vypůjčil pár obrázků z prezentace výrobce disků Seagate. Při využití CMR technologie zapisuje záznamová hlava datové bloky do samostatných stop, vzájemně oddělených bezpečnostní mezerou. Menší čtecí hlava pak snímá data zpravidla ze středu stopy záznamové hlavy.

Test disků Western Digital Blue – CMR klasika versus SMR šindel

V případě SMR technologie zapisuje záznamová hlava datové bloky do stop, které se vzájemně překrývají. Každá nově zapsaná stopa ořízne a nahradí část stopy předchozí. Nemusí jít zrovna o přesnou polovinou stopy tak, jak to Seagate prezentuje na obrázku výše. Dosud to pro SMR vypadá skvěle, hustota záznamu se v jejím případě výrazně navýšila. Ale teď přijde ten problém.

Pevný disk není záznamovým médiem, u něhož by se předpokládalo, že na něj data jednou uložíme a pak je již budeme opakovaně číst a nikdy je nevymažeme. Spíše naopak. Takže brzy nastane případ, kdy nějaký blok nepotřebných dat prostě smázneme, čímž jej fakticky pouze označíme, že je určen k přepsání novými daty. Na obrázku níže je tento blok vyznačen sytě oranžovou barvou. Řekněme, že nyní máme nová data, která velikostně odpovídají uvolněnému bloku a chceme jej tedy těmito daty přepsat. Jenže ouha, stopa záznamové hlavy je tak široká, že by současně přepsala i data v sousední stopě (světlejší šrafovaná plocha), které však nechceme ztratit. Co s tím tedy SMR disk může dělat?

Test disků Western Digital Blue – CMR klasika versus SMR šindel

Teoreticky by mohl nejprve načíst ta světle šrafovaná data do vnitřní paměti a tím uvolnit požadovanou plochu pro záznamovou hlavu k učinění požadovaného zápisu nových dat. Tím by si ale nijak nepomohl, neboť by mu v paměti zůstala ta načtená data, co nechceme ztratit, která by musel uložit jinde. Tím tato možnost ztrácí smysl, protože by pak bylo mnohem snazší nová data rovnou šoupnout jinde. Asi již tušíte, že se dostáváme do problému, neboť bloky určené ke smazání není možné přepsat a takto uvolněnou kapacitu disku nebude možné využít. Nezbývá tedy nic jiného, než všechna potřebná data od počátečního místa se smazanými bloky postupně přeorganizovat tak, aby se volné místo přesunulo na konec záznamové plochy.

Určitě tušíte, co by to bylo za šílenou práci, kdyby měl disk při každém smazání dílčího bloku dat načítat a přesouvat obsah zbytku ploten. Takový disk by byl prakticky nepoužitelný, což vývojáři pochopili a záznamovou plochu SMR disku rozdělili do mnoha vzájemně oddělených úzkých pruhů (nazvaných Band 1 – Band N) tvořených vždy několika šindelovými záznamovými stopami se zakončením poslední stopou konvenční šířky záznamové hlavy (viz obrázek níže). Právě tato ukončovací stopa konvenční šířky dovoluje zakončení procesu reorganizace dat mnohem dříve, neboť jejím přepisem již následující záznamové stopy na plotně nepoškodíme.

Test disků Western Digital Blue – CMR klasika versus SMR šindel

Pokud u takto členěného SMR disku označíme určitý blok dat ke smazání, disk si při nejbližší příležitosti načte všechna potřebná data umístěná za tímto blokem až po konec pruhu (světlá šrafovaná plocha) a uloží je na jiné volné místo disku (do jiného volného pruhu), případně k nim ještě přidá podobná data z jiných pruhů. Takto uvolněné místo na původním pruhu pak zůstává k dispozici pro zapsání dalších dat. Tuto proceduru lze nazvat úklidem a její časová náročnost je přímo úměrná vzdálenosti bloku dat, určených ke smazání, od konce pruhu (ukončovací stopy).

Volbou konkrétního počtu záznamových stop v rámci jednoho pruhu může výrobce pro konkrétní praktické využití vytvářet modelové varianty disků s odlišnými vlastnostmi. Jde přitom nejčastěji o hledání ideální rovnováhy mezi výkonem (méně stop v pruhu) a zvýšením kapacity disku (více stop v pruhu). Velký počet oddělených pruhů se širokými ukončovacími stopami sice zkracuje čas potřebný pro úklid dat, ale současně snižuje celkový nárůst kapacity disku očekávaný od šindelové technologie, a naopak. Pro představu se jedná obecně o desítky tisíc takových pruhů na disku, které mají dílčí velikost pár stovek MB.

Co jsme si dosud pověděli o šindelovém zápisu, to by fungovalo nejlépe v případě velkých sekvenčních zápisů, které nevytváří mnoho datových fragmentů, jež by bylo nutné následně uklízet. Obecným problémem šindelového záznamu jsou velmi malé datové bloky a zejména práce s nimi způsobem náhodného přístupu. Konstruktéři SMR disků pro tyto případy vymysleli, že k datové zóně plotny s pruhy určenými k šindelovému záznamu přidají navíc zónu pro náhodný přístup, do níž disk zapisuje data konvenčním způsobem, tj. do vzájemně se nepřekrývajících stop. Firmware disku pak rozděluje zápis dat podle jejich struktury. Větší datové bloky zapisuje sekvenčně přímo do pruhů se šindelovým záznamem, náhodná data ale nejprve konvenčně zapíše do zóny pro náhodný přístup a až následně je uklidí na správná místa do zóny s pruhy šindelového záznamu.

Test disků Western Digital Blue – CMR klasika versus SMR šindel

A opět pro výrobce přichází na scénu hledání ideální rovnováhy mezi výkonem disku (větší objem konvenční zóny pro náhodný přístup) a zvýšením kapacity disku (větší objem zóny s pruhy šindelového záznamu). Jde o to, že malá konvenční zóna pro náhodný přístup se může při vysoké zátěži zaplnit dříve, než disk dostane možnost ji uklidit (vyprázdnit), takže musí začít s úklidem i během zátěže, což se projeví různě velkými výpadky odezvy při zpracování dalších dat. S tímto problémem se potýkaly nejvíce rané modely SMR disků, čímž si vysloužily špatnou reputaci v očích jejich zákazníků.

O šindelové technologii magnetického záznamu by se dalo povídat mnohem déle, ale to za mě udělali již jiní odborníci. Na webu lze nalézt mnoho informací k tomuto tématu, a dokonce několik vědeckých prezentací. Nastudoval jsem docela dost na to, abych došel k závěru, že většina technických informací pochází ze starých zdrojů, kdy se SMR disky ještě komerčně nevyužívaly. Mezitím však uběhla pěkná řádka let, během nichž vývoj SMR technologie určitě nestagnoval. Přesto výrobci disků zůstali k poskytnutí nových informací nepřístupní. Novější zdroje informací tedy zpravidla nepřináší nic zásadního, co jsme ještě nevěděli. Výjimkou není ani tato kapitola. Nelze tedy vyloučit, že mezitím byla, nebo ještě bude, technologie šindelového magnetického záznamu vylepšena tak, aby došlo k výraznému potlačení původních nedostatků. Uvidíme, jak se léta vývoje projeví na dnes testovaném SMR disku WD Blue.

Předchozí
Další
Reklama
Reklama

Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.

Reklama
Reklama

Byl detekován AdBlock

PCTuning je komunitní web, jehož hlavním příjmem je reklama. Zvažte prosím vypnutí AdBlocku, ať můžeme všem čtenářům i nadále přinášet kvalitní herní zpravodajství, články a videa.

Děkujeme!

Váš tým PCTuning