Несколько лет назад аналитики и эксперты предсказывали, что к 2020 году жёсткие диски (HDD) в качестве носителя для хранения данных будут полностью замещены твердотельными накопителями (SSD). Сейчас, в конце 2021 года, очевидно, что ничего такого не произошло — жёсткие диски продолжают играть ключевую роль в индустрии хранения данных, а пользователи по-прежнему ценят как высокую общую ёмкость жёстких дисков, так и их привлекательные показатели стоимости единицы объёма. Почему так произошло? Объясняет Райнер Кэзе (Rainer W. Kaese), старший менеджер по развитию продуктов для хранения данных в компании Toshiba Electronics Europe.
Технологическое развитие жёстких дисков продолжается
Одна из причин того, что жёсткие диски по-прежнему востребованы и широко применяются, заключается в том, что в последнее время при их разработке применяются всё новые и новые технологии. Жёсткие диски с заполнением корпуса воздухом достигли пределов ёмкости в 10 ТБ несколько лет назад. Заполнение корпуса гелием помогло создать более тонкие конфигурации с бо́льшим количеством пластин и за счёт этого повысить ёмкость до 14 ТБ. Усовершенствованные читающие головки позволили использовать магнитные ячейки меньшего размера и повысить плотность данных. В результате ёмкость жёсткого диска форм-фактора 3,5 дюйма удалось увеличить до 16 ТБ.
Этот показатель считается предельным для технологии перпендикулярной магнитной записи (perpendicular magnetic recording — PMR; также её иногда называют conventional magnetic recording — CMR). Чтобы ещё увеличить плотность ячеек и таким образом преодолеть предел в 16 ТБ, пришлось бы применить головки намного меньшего размера, но они не способны создать достаточный магнитный поток, чтобы изменить вектор направления намагниченности доменов носителя. С этим можно справится, если использовать при записи дополнительную, немагнитную, энергию.
В 2021 году компания Toshiba представила первое поколение технологии микроволновой магнитной записи (microwave-assisted magnetic recording — MAMR), предполагающей использование источника микроволнового излучения, помогающего управлять магнитным потоком, и, как следствие, использовать меньшие магнитные ячейки. Так можно повысить плотность данных и увеличить ёмкость жёстких дисков до 18 ТБ. Следующие поколения MAMR в сочетании с бо́льшими магнитными поверхностями и бо́льшим числом пластин позволят, и довольно скоро, создавать жёсткие диски объёмом более 20 ТБ.
Ещё один способ сохранить больше данных на той же магнитной поверхности — записать их с частичным наложением дорожек, как уложена черепица на крыше. Этот метод получил названия черепичной магнитной записи (Shingled Magnetic Recording — SMR). Данные при этом можно прочитать, но при записи приходится перезаписывать весь пакет перекрывающихся дорожек. Это приводит к снижению скорости записи. Хотя некоторое время технология SMR вызывала вопросы, сегодня она широко применяется в клиентских дисках, так как возможность увеличить ёмкость чуть ли не вдвое очень уж привлекательна, а снижение производительности вполне компенсируется применением продвинутых кэширования/буферизации в большинстве реальных сценариев использования носителя.
Почему нам не обойтись без жёстких дисков: 5 причин
- Увеличивается объём онлайн-хранилищ. Работа мобильных приложений, сервисов стриминга музыки и видео, платформ электронной коммерции, социальных сетей и многих других сервисов, без которых трудно представить современное общество, требует использования огромных ЦОДов, главным носителем данных в которых остаются жёсткие диски. Спрос на такие ЦОДы растёт. Увидев это, вендоры в последнюю пару лет стали оптимизировать жёсткие диски объёмом более 10 ТБ, не только наращивая их ёмкость, но и увеличивая скорость работы. Большое количество таких дисков в сочетании с кэшем на базе SSD позволяет достичь повышения производительности и полезного объёма хранилищ данных без потери экономической эффективности.
- Внешние жёсткие диски с интерфейсом USB пользуются спросом. Хотя в некоторых клиентских устройствах типа сетевых видеорегистраторов для систем наблюдения или дешёвых настольных ПК продолжают использоваться жёсткие диски, почти во всех других устройствах — ноутбуках, ПК-моноблоках, компактных ПК и игровых консолях — к 2022 году их заменят SSD. Но вот что происходит: бизнес-ноутбуки предыдущих поколений обычно оснащались 1-терабайтным HDD, а сегодня ему на смену пришёл 500-гигабайтный SSD. Пользователям же таких устройств нужно от 2 до 4 ТБ памяти, в силу чего они вынуждены покупать внешние HDD. В результате популярность USB-дисков объёмом от 2 до 4 ТБ сегодня выше, чем когда-либо.
- Геймерам нужно больше места для данных. Ранее в игровых консолях для хранения данных применялись жёсткие диски на 1 ТБ. Переход игровых консолей на SSD не принёс увеличения ёмкости, и ни Xbox Series X, ни PlayStation 5 не имеют свободного 1 ТБ на встроенном накопителе: владельцам доступно не более 825 ГБ. В то же время системные требования игр очень увеличились: популярные игры могут занимать 50 ГБ и более. Поэтому внешние жёсткие диски стали выбором геймеров. Почему не внешние SSD? Потому что внешний SSD на 2 ТБ сейчас стоит в Европе более 200 евро, а жёсткий диск на 4 ТБ — меньше 100 евро. Производители жёстких дисков, включая Toshiba, стремятся удовлетворить имеющийся спрос и расширяют линейки внешних жёстких дисков с интерфейсом USB, в том числе за счёт специализированных моделей для гейминга, отличающихся улучшенными характеристиками.
- HDD нужны системам видеонаблюдения. Современные системы видеонаблюдения, в которых применяются ИИ-инструменты и реализовано распознавание лиц, а также «умный» мониторинг, используются для решения куда более сложных задач, чем охрана территорий и помещений с ограниченным доступом: они могут помочь анализировать поведение покупателей в магазинах, эффективнее управлять дорожным движением и т. д. Носитель в таких системах должен иметь наивысшую надёжность, поддерживать работу в режиме 24/7 и при этом, так как данные могут поступать неравномерно, справляться с высокими пиковыми нагрузками. Производители жёстких дисков, и Toshiba в их числе, с учётом этого предлагают продукты для систем видеонаблюдения, ориентированные как на крупных, так и на мелких бизнес-клиентов.
- Сетевые хранилища (NAS) теперь применяются повсюду: в системах «умного» дома, как медиасерверы для хранения аудио- и видеоконтента, в малых предприятиях и домашних офисах. Последнее по понятным причинам стало особенно популярно в последние два года. NAS продаются обычно без жёстких дисков, так что пользователю приходится подбирать подходящую модель самостоятельно. С интерфейсом проблем быть не должно, так как сетевые хранилища работают почти с любыми SATA-дисками, но при выборе модели, конечно, необходимо выбирать такие диски, которые оптимизированы для использования в сетевых хранилищах (пример: диски серии N300 от Toshiba). Заметим также, что регулярный бэкап — это не актуальный тренд, а вещь необходимая всем и всегда.
***
HDD против SSD: мирное сосуществование и процветание
Подводя итог, можно сказать, что жёсткие диски и твердотельные накопители продолжат сосуществовать, а дискуссию о том, когда последние одержат окончательную победу, можно считать оконченной. Нужда современного мира в расширении онлайн-хранилищ при сохранении низкой стоимости их создания и эксплуатации растёт, а удовлетворить её могут только жёсткие диски, что гарантирует их востребованность на долгие годы.
В 2020 году производители комплектующих выпустили носители общим объёмом 1200 эксабайт (т. е. 1,2 млн терабайт). Из него на носители на базе SSD приходится только 200 ЭБ, а остальные 1000 ЭБ — в основном на жёсткие диски. Соотношение, заметим, 1:5. Стоимость на единицу ёмкости у твердотельных накопителей продолжает снижаться, но у и у жёстких дисков происходит то же — спасибо новым технологиям, описанным выше. Указанное соотношение общей ёмкости 1:5, как ожидается, со временем превратится в 1:4, но так как общий объём хранилищ продолжит увеличиваться почти экспоненциально, спрос будет расти на оба типа носителей.
