سیگیت سریع‌ترین هارد جهان را وارد بازار کرد

شرکت سیگیت سریع‌ترین هارد جهان را با استفاده از فناوری اختصاصی Mach.2 خود وارد بازار کرد. پیش‌تر نیز هارد مدل Exos 15E900 سیگیت تاج پرسرعت‌ترین هارد جهان را بر سر خود داشت که حالا مدل جدید Exos 2X14 با فناوری‌های جدید خود جایگاه آن را تصاحب کرده. هاردهای سری Exos Mach.2 در حال حاضر فقط برای مشتریان برگزیده‌ی سازمانی سیگیت عرضه می‌شوند و در آینده‌ی نزدیک به طور آزاد به فروش خواهند رسید. سیگیت سال‌ها بر روی فناوری Mach.2 کار می‌کند تا بتواند هارد دیسک‌ها را از نظر سرعت به پای SSDهای معمولی برساند. برای این منظور راهکار مهندسان سیگیت بهره‌گیری از Dual-Actuator یا دو بازوی مکانیکی برای هدهای خواندن و نوشتن است. طراحی چنین ساختاری، کاری بسیار پیچیده بوده و مسئله‌ی پایدار بودن هدها و عملکرد آنها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. همان‌طور که در تصویر زیر می‌بینید هر یک از بازوها به آرایه‌ای از هدهای خواندن و نوشتن مجهز است که به صورت مستقل از یکدیگر کنترل می‌شوند. هارد سری Exos 2X14 ساخت سیگیت 200% کارایی بالاتر نسبت به هاردهای معمولی داشته و البته 144% نیز برق بیشتری مصرف می‌کند. به منظور کنترل مصرف برق، سیگیت حالت ویژه PowerBalance را در این هاردها تعبیه کرده که البته با فعال‌سازی آن کارایی متوالی (sequential performance) هارد تا 50% و کارایی تصادفی (random performance) آن تا 10% کاهش می‌یابد که در هر حال باز هم سریع‌تر از تمام هاردهای معمولی است.

این هارد دیسک نخستین هارد دیسک تولید شد در دنیاست که به بازوی عملگر دوگانه هد یا همان dual-actuator مجهز شده. هر بازو به مجموعه‌ای از آرایه‌ی هدهای خواندن و نوشتن مجهز است. ترکیب دو بازو باعث می‌شود تا سرعتی بیش از دو برابر هاردهای معمولی را با این هارد بتوان تجربه کرد. مستقل عمل کردن هر یک از بازوها نیز دلیل دیگری‌ست که به افزایش مضاعف سرعت خواندن و نوشتن هم در حالت تصادفی (random) و هم در حالت متوالی (sequential) آن کمک می‌کند.

سیگیت از اواخر سال 2017 با همکاری نزدیک مایکروسافت بر روی فناوری multi-actuator کار می‌کند. سیگیت از نوآورترین شرکت‌ها در عرصه‌ی نوآوری فناوری‌های مرتبط با هارد دیسک است. برخی از مهم‌ترین نوآوری‌های شرکت Seagate به شرح زیر است:

• عرضه‌ی Barracuda 1 در سال 1992 که نخستین هارد دیسک با موتور 7200 دور در دقیقه بود
• معرفی نخستین پشتیبانی از Native Command Queueing (NCQ) در هارد دیسک‌ها در سال 2004
• معرفی نخستین هارد دیسک تجاری تولید شده‌ی dual actuator دنیا در سال 2021 (نمونه آزمایشگاهی در 2017 ساخته شد)

سازندگان هارد دیسک‌ها به طور کلی از سه راه برای افزایش سرعت هارد دیسک خود استفاده می‌کنند:

1. افزایش سرعت موتور یا همان spindle هارد (در حال حاضر عموم هاردها 5400 یا 7200 دور در دقیقه اند)
2. افزایش میزان کش بافر هارد دیسک
3. افزایش ظرفیت command queueing هارد

راه‌های شناخته شده‌ی دیگر برای افزایش سرعت هارد دیسک‌ها که در سال‌های اخیر مورد استفاده قرار گرفته‌اند نیز این موارد هستند:

• Short stroke کردن پلاتر یا همان ذخیره‌ی اطلاعات فقط بر لبه‌ی بیرونی صفحات پلاتر تا سرعت دست‌یابی به اطلاعات بیشتر باشد
• کاهش زمان جستجو یا همان reducing seek times
• افزایش نرخ انتقال اطلاعات یا همان transfer rates

یک مشکل بزرگ افزایش سرعت موتور spindle هارد به 15 هزار دور در دقیقه این است که در دیتاسنترها وقتی تعداد زیادی هارد با همین سرعت بچرخند؛ لرزش و نویز و حرارت بسیار زیادی تولید کرده و برق بسیار زیادی هم مصرف می‌کنند که مدیریت آن را پر هزینه‌تر و مشکل‌تر می‌سازد. برای همین بسیاری از دیتاسنترها هنوز هاردهای 7200 و حتا 5400 دور در دقیقه را ترجیح می‌دهند. همچنین هاردهای 10 هزار و 15 هزار دور در دقیقه به خاطر محدودیت‌های مکانیکی عمر کمتری دارند و درصد خرابی آنها نیز بیشتر است.

جراحی هارد مجهز به بازوی دوگانه چگونه است؟

شاید برای‌تان سوال به وجود آمده باشد که در صورت آسیب دیدن این هارد پیچیده؛ چطور می‌توان هد آن را جراحی کرد؟ پاسخ این است که امکان جراحی این هد نیز وجود دارد اما باید صبر کرده و ببینیم شرکت سیگیت اطلاعاتی در خصوص نحوه‌ی آرایه‌بندی هدهای این مدل هاردها منتشر می‌کند یا نه. در واقع اگر سیگیت اطلاعاتی منتشر نکند که چطور می‌توان این هدها را برنامه‌ریزی کرد و به آنها دستورالعمل داد؛ جراحی هارد به نتیجه‌ی مطلوبی نخواهد رسید و باید راه آزمون و خطا را پیش گرفت که برای اطلاعات روی هارد دیسک می‌تواند خطرناک باشد.

چه نیازی به افزایش سرعت هارد دیسک‌هاست وقتی SSDها موجود هستند؟

در واقع شاید افزایش سرعت هاردها وقتی فناوری برتر SSDها موجود و در دسترس‌اند بیهوده به نظر برسد؛ اما مسئله اینجاست که افزایش ظرفیت هارد دیسک‌ها بیهوده خواهد بود وقتی نتوان با سرعت مناسبی به اطلاعات روی آن دسترسی پیدا کرد. در واقع یکی از مهم‌ترین دلایل متوقف شدن افزایش ظرفیت هارد دیسک‌ها این است که وقتی ما یک هارد دیسک 20 ترابایت داشته باشیم و نتوانیم اطلاعات روی آن را با سرعت مناسبی بخوانیم و بنویسیم؛ این هارد به چه دردی می‌خورد؟ برای این‌که درک درستی از این موضوع داشته باشید، یک مثال می‌زنیم: فرض کنید ما یک هارد دیسک 20 ترابایتی داریم که سرعت نوشتن اطلاعات روی آن 250MB/s باشد که سرعتی بسیار بیشتر از هاردهای 7200 دور دسکتاپ موجود در بازار است؛ اگر بخواهیم کل 20 ترابایت اطلاعات را روی این هارد بنویسیم؛ 24 ساعت زمان لازم است تا چنین کاری در ایده‌آل‌ترین حالت صورت بگیرد! بنابراین طبیعی است که سازندگان هارد دیسک به دنبال یک راه‌حل برای افزایش منطقی سرعت هارد دیسک‌ها باشند که در کنار آن بتوان هارد دیسک‌هایی با ظرفیت بالاتر تولید کرد. بنابراین باید متوجه شده باشید که دلیل تولید نشدن هارد دیسک‌های پرظرفیت‌تر از 10 ترابایت؛ این نیست که فناوری افزایش ظرفیت وجود ندارد؛ بلکه دلیل اصلی این است که نمی‌توان روی چنین هاردی با سرعتی معقول اطلاعات را نوشت و خواند.

بهبود سرعت تا چه مقدار وابسته به ظرفیت هارد دیسک است؟

گرچه گفتیم که استفاده از بازوی دوگانه هد عملکرد هارد دیسک را تا دوبرابر و بیشتر افزایش می‌دهد. اما باید توجه کرد که تعداد هدها و تعداد صفحات پلاتر و چگالی پلاتر تاثیر بسیار بالایی در دستیابی به سرعت بالاتر دارند. اگر به نمودار زیر توجه کنید متوجه می‌شوید که در ظرفیت 14 ترابایت یک اختلاف کارایی دو برابری بین هاردهای تک بازویی و دو بازویی وجود دارد. اما هر چقدر ظرفیت هارد بیشتر می‌شود؛ اختلاف کارایی کمتر می‌شود. دلیل این است که با افزایش یافتن تعداد پلاترها پیچیدگی‌های مکانیکی افزایش یافته و راهکار دو بازویی نمی‌تواند به اندازه‌ای که انتظار می‌رود مثمرثمر واقع شود. در حقیقت تا زمانی که هاردهای 24 ترابایتی با تعداد پلاتر کمتر (در واقع با چگالی بیشتر هر پلاتر) ساخته نشود؛ تاثیر عملگر دو بازویی در حدود 50% تا 60% خواهد بود.

نمودار بالا یک نمودار IOPS/TB است. یعنی نسبت سرعت به ظرفیت هارد دیسک‌ها. کارایی این نمودار در این است که می‌توانید قبل از خرید هارد دیسک‌های ظرفیت بالا بسنجید که حاضرید کاهش سرعت را فدای چنین افزایش ظرفیتی کنید؟ به طور مثال اگر به دنبال نسبت IOPS/TB = 7.0 باشید؛ نباید در بین هارد دیسک‌های معمولی به سراغ ظرفیت‌های بالای 12 ترابایت بروید. در حالی که بین هاردهای مجهز به فناوری dual-actuator می‌توان تا ظرفیت 24 ترابایت بدون افت کارایی و سرعت پیش رفت. در واقع این نموددار به ما نشان می‌دهد که فناوری dual-actuator می‌تواند در واقعیت کارایی هاردهای پرظرفیت را دوبرابر کند.

افزایش سرعت، مصرف برق را نیز افزایش داده و به 7.2 وات در حالت ایده‌آل رسانده در حالی‌که سری هاردهای Ironwolf سیگیت تنها 5 وات مصرف دارند. سرعت این هارد به قدری بالا هست که می‌تواند برخی از SSDهای SATA ارزان‌قیمت را در رقابت به در کند و به لطف ظرفیت بسیار بالا؛ در بحث سنجش نسبت قیمت به هر ترابایت و سرعت، دست بالاتری نسبت به درایوهای حالت جامد SSD داشته باشد.

فناوری Mach.2 و سریع‌ترین هارد سیگیت

فناوری Mach.2 و تکنیک dual-actuator را اگر از دیدگاه مهندسی بخواهیم نگاه کنیم در واقع ترکیب دو هارد در یک شاسی هارد واحد است. در حقیقت Exos 2X1 دو هارد 7 ترابایت است که با یکدیگر ترکیب شده و در یک شاسی 3.5 اینچی و در خلاء پر شده با هلیوم جاسازی شده است. سیگیت به جای استفاده از یک بازوی actuator و 16 هد از دو بازو استفاده کرده که هر یک هشت هد و در مجموع 16 هد دارند. به لطف عملکرد مستقل بازوها و چنین آرایه‌ای حالا این هارد قادر است تا به طور هم‌زمان دو نوع عملیات خواندن و نوشتن مختلف را در آن واحد انجام دهد. این آرایه می‌تواند هم زمان که یکی از بازوها در حال نوشتن است؛ بازوی دیگری در حال خواندن اطلاعات باشد. وقتی هارد را به سیستم متصل می‌کنید؛ سیستم آن را به صورت دو درایو منطقی (logical drives) جداگانه می‌شناسد که به طور مستقل قابل آدرس‌دهی هستند. سیگیت می‌گوید می‌توان این دو درایو منطقی که در یک شاسی هارد واحد قرار گرفته‌اند را نیز به طور داخلی RAID کرد.

طبق اطلاعات فنی منتشر شده توسط سیگیت خلاصه‌ی نکات فنی هارد Exos 2X14 به شرح زیر است:

• درایو 3.5 اینچی خلاء پر شده از هلیوم با سرعت چرخش 7200 دور در دقیقه
• ظرفیت 14 ترابایت
• کش 256 مگابایتی چند قسمتی یا multisegmented
• مجهز به رابط SAS 12GB/s
• نرخ پایدار انتقال اطلاعات: 524MB/s
• مصرف برق 7.2 وات در حالت ایده‌آل و 13.5 وات در بیشینه بار
• نرخ تاخیر 4.16 میلی ثانیه
• نرخ آی‌آپس (IOSP) خواندن 304 MB/s
• نرخ آی‌آپس (IOSP) نوشتن 384 MB/s

برای مقایسه خلاصه‌ی نکات فنی هارد Exos 15E900 که پیش‌تر تاج پرسرعت‌ترین هارد دنیا را بر سر داشت نیز به شرح زیر است:

• درایو 2.5 اینچی خلاء پر شده از هلیوم با سرعت چرخش 15000 دور در دقیقه
• ظرفیت 900 گیگابایت
• کش 256 مگابایتی چند قسمتی یا multisegmented
• مجهز به رابط SAS 12GB/s
• نرخ پایدار انتقال اطلاعات: 270 MB/s
• مصرف برق 5.7 وات در حالت ایده‌آل و 7.6 وات در بیشینه بار
• نرخ تاخیر 2 میلی ثانیه
• نرخ آی‌آپس (IOSP) خواندن 210 MB/s
• نرخ آی‌آپس (IOSP) نوشتن 300 MB/s

نکته‌ی جالب در مقایسه هارد Exos 2X14 با هارد Exos 15E900 در این است که با وجود سرعت 7200 دور در دقیقه سیگیت Exos 2X14 در مقابل 15 هزار دور در دقیقه بودن Exos 15E900، سرعت بسیار بیشتری را در Exos 2X14 شاهد هستیم. در حقیقت اگر سیگیت بتواند فناوری dual actuator را با موتورهای 10 هزار دور یا 15 هزار دور در دقیقه ترکیب کند؛ آن‌گاه شاهد کارایی فوق‌العاده‌ای خواهیم بود. به نظر می‌رسد دلیل استفاده از موتور 7200 دور در دقیقه این است که سیگیت هنوز نتوانسته پایداری سرعت‌های موتور بالاتر را همراه با dual actuator تضمین کند. همچنین پیچیدگی‌های فنی سرعت‌های بالاتر را نیز نباید از خاطر برد.

جدول مقایسه سرعت و مشخصات سریع‌ترین هارد دیسک دنیا با متوسط هارد دیسک‌های معمولی و متوسط درایوهای حالت جامد SSD

مشخصات	هارد سیگیت Exos 2X14	هارد سیگیت Exos 15E900	متوسط هاردهای 7200 دور در دقیقه SATA 3 بازار	متوسط SSDهای SATA 3 بازار
متوسط سرعت خواندن و نوشتن پایدار متوالی MB/s	524	270	100 تا 160	520 تا 550
متوسط نرخ آی‌آپس IOPS خواندن و نوشتن MB/s	304 تا 384	210 تا 300	100 تا 150	20,000 تا 100,000
نرخ تاخیر به میلی ثانیه	4.16	2	5.5 تا 7	کمتر از 1
برق مصرفی به وات	7.2 تا 13.5	5.7 تا 7.6	6 تا 15	2 تا 5

البته در نظر داشته باشید که فناوری Dual actuator نمی‌تواند جادو کند و به طور کلی هیچ هارد دیسک مکانیکی نمی‌تواند به پای سرعت پاسخگویی درایوهای حالت جامد SSD برسد و این قانون فیزیک است و نقض نشدنی؛ ولی وقتی بحث دیتاسنترها و حجم انبوه اطلاعات مطرح می‌شود؛ دیگر SSDها صرفه نداشته و یک هارد دیسک پرظرفیت و پر سرعت می‌تواند خیلی چیزها را عوض کند. ضمن این‌که در نظر داشته باشید که SSD ها هنوز از یک یا دو ترابایت فراتر نرفته‌اند در حالی‌که ما از هارد دیسک‌های 24 ترابایتی صحبت می‌کنیم که قیمت آنها در حد سه عدد SSD دو ترابایتی است.

در صورتی‌که قصد تهیه سریع‌ترین هارد جهان را دارید؛ باید تا پاییز امسال صبر کنید. در حال حاضر مشتریان مهم و وفادار سازمانی سیگیت در اولویت تحویل قرار دارند. در سال 2020 فروش کلی هارد دیسک‌ها در جهان 18.2% افت پیدا کرد، در حالی‌که فروش هارد دیسک‌های سازمانی 1.9% افزایش داشت. ما شاهد حذف هارد دیسک‌ها از لپ‌تاپ‌ها و جایگزینی آنها با SSD هستیم ولی هم‌زمان فروش هاردهای سازمانی برای دیتاسنترها و همچنین هارد برای آرشیو کردن اطلاعات افزایش پیدا می‌کند.