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[企業儲存觀察室] 持續型記憶體與企業儲存

前些時候有讀者問我關於持續型記憶體 (Persistent Memory, PM) 的事,因為筆者之前還沒有特別去研究這項議題,所以這次就搜集整理了一些資料整理出來分享,算是現學現賣! 儲存與成本間的關係取決於存取的效能;效能越快成本越高,成本越高容量就會越小,離運算元(處理...

2019/05/09

[產業|技術] WD:五項磁碟機技術使大數據成為可能

本文編譯來自 Western Digital 部落格的文章,由 WD 資深技術行銷經理 Earle Philhower III 撰寫的:「五項磁碟機技術使大數據成為可能」,筆者將著重在於介紹這五項一般人比較不在意或是新興的技術,這些技術除了進一步推昇傳統磁碟的容量外,一些新興的技術的支援,也擴展雲端的大數據平台;還有一些關於磁帶機技術的背景資訊。

資料基礎架構生態系統的多樣性越來越明顯,專門建構和定制的解決方案不斷的發展,來滿足不斷增長的工作負載需求。
圖片來源:Western Digital

現代磁碟機製造商的產品線就是一個例子,以不同方式和選擇,讓客戶可以建構最佳化的資料基礎架構。磁碟機一直是資料中心的重要基礎,因為它們能夠以具有經濟效益的方式,提供高容量和可接受的速度。隨著企業的資料成指數性的增長,磁碟成了當今容納巨量資料的關鍵技術,由於在研發上的努力,在可預見的未來這些發展將會繼續下去。

事實上,使磁碟機進步成為可能的獨創性、研究和技術有時是近乎神奇的。

世上的第一部磁碟機是由 IBM 於 1956 年創造出來的 IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control 計算控制隨機存取法),它是現代化磁碟機的雛形,有大約兩個冰箱大的體積,儲存容量只有 5MB。在此之後,廠商們不斷的運用各種技術來增加磁碟機的容量,目前單顆磁磁的容量已經被推昇到 14TB,大約是 60 年前的 280 萬倍。如果再計入現代化磁碟機只有 2.5/3.5 英吋大小,磁碟儲存密度增加了可以說是不只千萬倍。

順便在此回顧一下全球磁碟機製造商的歷史:

  • 希捷 Seagate
    • 1996 年收購康諾 Conner
    • 2006 年收購邁拓 Maxtor
      • 2000 年收購昆騰 Quantum 磁碟機部門
    • 2013 年收購三星 Samsung 磁碟機部門
  • 東芝 Toshiba
    • 2009 年收購富士通 Funjitsu 磁碟機部門
  • 威騰電子 Western Digital
    • 2011 年收購日立環球儲存科技 HGST
      • 2003 年收購 IBM 磁碟機部門


HelioSeal–惰性氣體的新用途
這可能是近期以來磁碟機技術最大的躍進,以氦來取代磁碟機中的空氣,並且將它緊緊的密封在磁碟機中,以達到 5 年的保固期與 250 萬個小時的 MTBF。因為密封在磁碟機中的氦阻力比一般空氣小,擾流也更小,因此能夠使用更薄的媒體(磁碟片)來增加磁碟的容量,獨特的機械構造也可以減少電力需求。要製造出全球第一個氦密封的磁碟機,則需要一些創新和突破。

首先,一個由鋁合金製成的附加蓋被放在傳統的蓋子上,用雷射光束與磁碟機的基座焊接。其次,為了防止氦氣從底部洩漏,需要優化製造方法,來限制鋁壓鑄的孔隙率,並減少在在同一壓鑄中存在一定數量的氣體。最後,經由選擇最適合密封的覆蓋材料和優化製作工藝,才能成功地將焊接品質提昇到量產的水準。

微型驅動器–小零件大影響
磁碟機讀寫頭的移動需要精確到微米級,磁碟片以每分鐘數千轉的速度在旋轉,而且可能會受到磁碟機或伺服器振動的影響,甚至是巨大的噪音影響。增加磁碟機容量意味著要使磁碟機資料儲存密度位元(代表儲存在磁碟上的 0 與 1 數據)間更緊密,同心磁碟軌道之間的間距縮小。隨著這些尺寸的縮小,將讀寫頭感應器元件定位在資料軌道的中心點就會變得更加困難。

有一些新方法可以用來嚐試解決這些問題。業界第一個多階段微型驅動器採用了創新的的懸架設計,即便是在極端情況下,也能夠更精確的定位讀寫頭。它使用羽量級的壓電元件來協助微調對齊軌道,而不需要調整整個讀寫臂的位置。反過來這又可以允許更高的磁軌密度,而進一步的增加磁碟機的容量。

疊瓦式磁記錄 (Shingled Magnetic Recording, SMR)
疊瓦式磁記錄通過減少記錄軌道的間距來增加磁碟機的容量,之前的垂直式磁記錄 (Perpendicuar Magnetic Recording, PMR),資料是一軌一軌的被寫入,彼此間是沒有重疊的。但由於讀寫頭的寬度都已經達到物理上的最小限制,於是就利用讀頭與寫頭寬度的不同,讓資料磁軌部份以重疊的方式來進行記錄。因為這種作法與屋瓦交疊的方式相仿,所以稱之為疊瓦式磁記錄。

對於資料不經常變動的冷儲存應用如許多雲端應用、備份和監控等,SMR 有助於最大限度的降低儲存成本。

即時安全袜除 (Instant Secure Erase, ISE) 和簽證韌體
安全和資料保護是當今企業最關心的問題。資料外洩或被勒索軟體感染的成本不僅會損害公司的獲利,更重要的,還會破壞公司的聲譽。ISE 這種功能可以立即將磁碟機重設為出廠設定,並變更加密金鑰,以透過加密的方式刪除磁碟機上所保留的一切資料,這表示磁碟上的所有資料在轉眼間就立即、並永久地無法被讀取。而加密簽名韌體則有助於確保只有供應商提供的程式碼可以在磁碟機上運行,這些都有助於讓企業資安主管安心。

可組合式基礎架構 (Composable Infrastructure, CI)
現行的超融合架構或是通用型基礎架構,由於其運算、儲存和網路頻寬資源的統一比率,無法滿足資料密集型應用和資料驅動環境的需求。根據最近的一項調查顯示,許多資料中心的容量與運算資源利用率只有大約 45%。另有一項研究估計非虛擬化伺服器可能只使用最多 15% 的運算資源。

為了滿足當今資料中心所需要的靈活性和可預測的效能水準,出現了一種新興的體系結構方法,將運算、儲存和網路分解成共用資源池,並將其做為一種「服務」。「可組合」指的是使資源即時可用的能力,以及建立虛擬應用環境的能力,以提供滿足工作負載的最佳效能的組合。

軟體控制下的「可組合性」速度快,不需要實體機器的參與或是重新配置硬體,可以即時配置和重新調配伺服器。這種方法不僅可以顯著提高伺服器利用率並提供卓越的效能,也為資料中心帶來了靈活性和敏捷性。使用 NVMeoF 技術,擴展這項技術使用 SSD 和 HDD 的可組合基礎架構,雲端供應商可以以最有效的方式,利用 SSD 的效能和 HDD 容量來擴展。