Shingled Magnetic Recording

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Shingled Magnetic Recording (SMR) (englisch shingle: (Dach-)Schindel) ist eine Technik zur Datenspeicherung auf magnetischen Datenträgern, die in Festplatten (HDDs) verwendet wird, um die Speicherdichte und die Gesamt-Speicherkapazität eines Laufwerks in Relation zu dem üblichen Aufzeichnungsverfahren perpendicular Recording (PMR) zu erhöhen.[1] Vorherige Verfahren (Conventional Magnetic Recording (CMR)) speichern Daten, indem separate magnetische Spuren nebeneinander geschrieben werden; beim Shingled Recording hingegen wird eine Spur so geschrieben, dass sie einen Teil der danebenliegenden Spur überlappt, wodurch die Nebenspur dünner wird – das erlaubt eine höhere Spurdichte. Das Überlappen ähnelt dem von Dachschindeln, die daher namensgebend für das Verfahren waren. Dieser Verfahrensansatz wurde gewählt, da physikalische Beschränkungen verhindern, dass der elektromagnetische Schreibkopf einer Festplatte ebenso klein wie der Lesekopf sein kann – beim Shingled Recording darf er größer sein.[2][3][4]:7–9

Überlappungsfortpflanzung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Beschreiben einer Spur lässt einen schmalen, aber ausreichenden Streifen der vorhergehenden Spur stehen, überschreibt aber die Folgespur(en), so dass die Folgespur, sofern sie Daten enthält, ebenfalls erneut geschrieben werden muss; so pflanzt sich die Notwendigkeit, die Daten aufzufrischen, immer weiter in Richtung der Folgespuren fort. Um zu vermeiden, dass (ab der Änderungsstelle) der gesamte SMR-Bereich der Festplatte erneuert werden muss, wird in regelmäßigen Abständen eine Lücke vorgesehen, an der die Überlappungsfortpflanzung stoppt.[5]

Geschwindigkeit und Verwaltung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das notwendige Auffrischen von Nachbarspuren reduziert im Allgemeinen die Schreibgeschwindigkeit. Daher besitzen SMR-Festplatten einen Bereich (meist in der schnellen Außenzone), der nicht-überlappend beschrieben wird und als Cache dient; die dort zwischengelagerten Daten werden erst in einer Ruhepause in den SMR-Bereich übertragen. Festplatten, die diese SMR-Aufzeichnung intern verwalten (device-managed), verstecken diese komplexen Vorgänge und behandeln sie selbst mittels ihrer Firmware – sie bieten dieselbe Standard-Schnittstelle wie alle anderen üblichen Festplatten. Bei (host-managed) SMR-Festplatten hingegen muss das Betriebssystem bzw. dessen Gerätetreiber entsprechend agieren und darf eine Spur nur beschreiben, wenn keine vorhandenen folgenden Daten betroffen sind.[6][4]:11 ff.

Verbreitung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Seagate liefert SMR-Festplatten seit September 2013, zum Beispiel das für Serveranwendungen ausgelegte Laufwerk ST8000AS0003 (2018, 8 TB).[7] Die ersten Laufwerke 2013 erzielten eine Erhöhung der Speicherkapazität um ca. 25 % im Vergleich zu Festplatten mit anderen Speicherverfahren.[1] Im September 2014 kündigte HGST ein 10-TB-Laufwerk an, das mit Helium gefüllt ist und ebenfalls Shingled Magnetic Recording verwendet.[8]

Daneben konnte durch Recherchen von Fachzeitschriften im April 2020 gezeigt werden, dass alle großen Hersteller Festplatten mit SMR vertreiben, ohne dies zu kennzeichnen. Aufgrund der verminderten Schreibleistung und möglichen Inkompatibilitäten im RAID-Verbund mit anderen Festplatten ohne SMR-Technologie (der Controller vermutet aufgrund der geringen Geschwindigkeit einen Defekt[9]) wird die fehlende Kennzeichnung kritisiert. Bei folgenden Produktserien konnte der Einsatz von SMR ohne Kennzeichnung nachgewiesen werden:[10][11][12]

  • Toshiba
    • DT02: 4 TB und 6 TB
    • P300: 4 TB und 6 TB
    • MQ04: 1 TB und 2 TB
    • L200: 1 TB und 2 TB
  • Western Digital
    • WD*0EFAX: 2 TB, 3 TB, 4 TB und 6 TB
  • Seagate
    • Barracuda ST2000DM008 (2 TB)
    • Barracuda ST4000DM004 (4 TB)
    • Barracuda ST8000DM004 (8 TB)
    • Desktop HDD ST5000DM000 (5 TB)

Alternative Entwicklungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Andere Ansätze, die Speicherdichte von Festplatten zu erhöhen, sind beispielsweise (Bit-)Patterned media oder das Befüllen der Festplatte mit Helium, um einen kleineren Abstand der Köpfe von der Oberfläche zu ermöglichen.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b Anand Lal Shimpi: Seagate to Ship 5TB HDD in 2014 using Shingled Magnetic Recording. AnandTech. 9. September 2013. Abgerufen am 9. Februar 2015.
  2. Roger Wood: Shingled Magnetic Recording and Two-Dimensional Magnetic Recording (PDF) 19. Oktober 2010. Abgerufen am 14. Dezember 2014.
  3. What is Shingled Magnetic Recording (SMR)?. 30. Januar 2015. Abgerufen am 9. Februar 2015.
  4. a b Mary Dunn, Timothy Feldman: Shingled Magnetic Recording: Models, Standardization, and Applications (PDF) Storage Networking Industry Association. 22. September 2014. Abgerufen am 9. Februar 2015.
  5. Seagate Support: Shingle Magnetic Recording von Seagate reißt Kapazitätsgrenzen ein.. Abgerufen am 14. Juli 2019.
  6. Jake Edge: Support for shingled magnetic recording devices. LWN.net. 26. März 2014. Abgerufen am 14. Dezember 2014.
  7. Datasheet: ST8000AS0003. Seagate, abgerufen am 8. November 2018.
  8. Geoff Gasior: Shingled platters breathe helium inside HGST's 10TB hard drive. In: The Tech Report, 9. September 2014. Abgerufen am 9. Februar 2015. 
  9. Lutz Labs: Spezifikationen? Egal … – NAS-Probleme durch SMR-Festplatten in c't 11/2020, S. 146.
  10. Michael Günsch: WD Red: Manche Festplatten nutzen SMR ohne Kennzeichnung. Abgerufen am 18. April 2020.
  11. Michael Günsch: Festplatten: Auch bei Seagate gibt es SMR als Überraschung. Abgerufen am 18. April 2020.
  12. Michael Günsch: Ohne Ausnahme: Mit Toshiba verschweigen alle HDD-Hersteller SMR-Technik. Abgerufen am 18. April 2020.