Hard disk: cosa cambia con la tecnologia SMR

Gli hard disk non sono superati. Tutt’altro. Continuano a restare un’ottima scelta per la memorizzazione di quantitativi di dati importanti mantenendo bassi i costi per gigabyte.
Nell’articolo Costi e velocità di SSD e hard disk a confronto ci siamo proprio concentrati sui costi dei dispositivi magnetomeccanici e su quelli delle unità a stato solido. Nel caso dei dischi fissi il costo a gigabyte è inferiore anche agli 0,025 euro a gigabyte mentre anche per gli SSD più economici difficile scendere sotto gli 0,15 euro a gigabyte.

I tradizionali dischi fissi sono ampiamente utilizzati in azienda e in ambito data center, almeno nelle versioni più professionali, e basti pensare che realtà come BackBlaze (Hard disk più affidabili secondo Backblaze: ecco i dati aggiornati a fine giugno) usano addirittura modelli consumer per offrire servizi cloud (sostituendoli al bisogno senza perdite di dati).
Esistono comunque hard disk progettati specificamente per essere adoperati in determinati campi applicativi e sostenere carichi di lavoro più impegnativi, duraturi o la gestione di file di dimensioni più o meno grandi: Western Digital: differenza tra hard disk e SSD Blue, Green, Red, Black, Purple e Gold.

Quasi provvidenzialmente, dopo anni di ricerca e sviluppo, la tecnologia SMR (shingled magnetic recording) ha permesso ai produttori di hard disk di rilanciare i loro prodotti rispetto agli SSD offrendo anche dispositivi contraddistinti da migliori capacità di memorizzazione.
L’obiettivo di qualsiasi produttore di hard disk consiste infatti nel proporre sul mercato dispositivi più capienti, più veloci, più sicuri e meno costosi da produrre (quindi anche più economici per gli utenti finali).

Hard disk: cos’è la tecnologia SMR

La tecnologia SMR, presentata nel 2013, ha permesso di aumentare il numero di bit registrabili in una specifica area del supporto magnetico. Essa prevede che le tracce sui piatti dell’hard disk possano essere parzialmente sovrapposte a quelle vicine senza introdurre alcuna corruzione dei dati, facendo leva su una struttura che ricorda le tegole di un tetto. “Accavallando” le tracce è possibile arrivare a conservare, nello stesso spazio, un quantitativo di dati maggiore: tra il 25% e il 100% in più.

La tecnologia SMR è quasi un'”estensione” della più tradizionale PMR (perpendicular magnetic recording) che permette comunque di ridurre la porzione del disco in grado di conservare permanentemente un determinato stato magnetico (ovvero di rappresentante il singolo bit). Con la tecnologia PMR si è infatti ottenuto un risultato molto importante: la riduzione del limite fisico della testina dell’hard disk durante le operazioni di lettura e scrittura. Scrivendo più bit nello stesso spazio si è conquistato un traguardo essenziale che però non si è rivelato sufficiente.

Come accennato in precedenza, con SMR è stato compiuto un ulteriore passo in avanti ottenendo un risultato precedentemente inconcepibile: consentire appunto la sovrapposizione di una traccia magnetica su una parte di quella precedentemente scritta per aumentare la densità dell’area.

Per capire quanto sia rivoluzionaria questa tecnica, bisogna tenere conto che senza il suo utilizzo le tracce sono poste in parallelo l’una rispetto all’altra e perpendicolarmente solo con l’abilitazione di PMR. Con SMR, invece, le tracce possono sovrapporsi l’una all’altra perché la testina di lettura riesce a ottenere i dati precedentemente scritti agendo sulla parte “scoperta” di ciascuna traccia sul supporto magnetico. Il meccanismo, ovviamente, funziona in scrittura solo quando i dati vanno memorizzati ex novo e non debbono essere modificati o sovrascritti.
I dati eventualmente da modificare vengono scritti in un’area vuota del disco mentre la traccia originale rimane temporaneamente invariata. Per evitare di riempire l’hard disk con dati duplicati o modificati, quando l’unità è completamente inattiva i meccanismi di riorganizzazione entrano in funzione cancellando i dati dalla traccia magnetica originale e lo spazio viene liberato.

Per gli hard disk SMR possono essere implementati diversi metodi per la gestione delle “zone” (intere sequenze di tracce presenti sul supporto magnetico). I tre modelli oggi in uso sono i seguenti e un approccio può essere più o meno appropriato rispetto a un altro a seconda delle specifiche applicazioni di storage:

1) Drive Managed. Permette sia la scrittura sequenziale che quella casuale ma può portare a prestazioni del dispositivo di memorizzazione altamente imprevedibili. Consente l’implementazione plug-and-play senza modificare il software dell’host.

2) Host Managed. Richiede la modifica del software host, in quanto consente di gestire solo carichi di lavoro di scrittura sequenziale per fornire sia prestazioni prevedibili che controllo a livello di host.

3) Host Aware. Combina la convenienza e la flessibilità del modello Drive Managed con i potenziali vantaggi in termini di prestazioni e di controllo delle implementazioni Host Managed. Si tratta di un modello che permette di attivare sia operazioni di scrittura sequenziale che alcune scritture casuali sebbene questa seconda sia decisamente più complicata da gestire. Per ottenere massimi benefici e prevedibilità in termini prestazionali, l’host dovrebbe svolgere gran parte del lavoro.

Le unità SMR sono di solito le unità meno costose disponibili se si considera il costo per gigabyte. Se il prezzo fosse una variabile fondamentale nella scelta del prodotto, gli hard disk SMR hanno pochi rivali ma è altamente probabile che si faccia un acquisto errato per particolari casi di utilizzo. Ad esempio, l’acquisto di unità SMR da installare in un server NAS con RAID 6 (vedere Evitare perdite di dati: come configurare RAID) è un palese errore a causa delle molteplici riscritture dei dati che potrebbero essere richieste.

A volte è davvero difficile capire se l’hard disk che si vuole acquistare sia un’unità SMR o meno. I produttori cercano di guidare gli acquirenti verso il disco giusto valutando le loro specifiche necessità ma ciò potrebbe non risultare immediato quando si compra su Amazon Italia o su altri store online (dove la prima cosa che si guarda è generalmente il prezzo).
La sempre più ampia diffusione di hard disk Seagate HAMR (heat-assisted magnetic recording) e Western Digital MAMR (microwave-assisted magnetic recording) renderà la scelta ancora più complicata: Western Digital e Seagate: MAMR o HAMR per gli hard disk del futuro. Scommessa da miliardi di euro.