GUIDA HDD upgrade in progress, MACH.2

[Liupen]

Mi soffermo su una nuova tecnologia per hdd che magari può interessare.

A fine estate 2022 Seagate, una delle 3 aziende rimaste nella produzione di HDD (le altre sono Western Digital e Toshiba), ha presentato un modello di hard disk innovativo la cui tecnologia prende il nome di MACH.2 (Multi-Actuator).

Che cosa è la tecnologia MACH.2?

Dice Seagate: "Potenza di elaborazione, capacità di memorizzazione e prestazioni di memorizzazione devono continuare a migliorare, se gli innovatori tecnologici intendono procedere alla risoluzione delle grandi sfide dell'umanità.
La tecnologia multi-actuator MACH.2™ è in grado di controbilanciare abbondantemente le pressioni sulle prestazioni causate dall’aumento della densità d'area delle future unità disco. I clienti con applicazioni che gestiscono grandi quantità di dati potranno quindi continuare a godere dei più elevati livelli di prestazioni delle unità disco (come IOPS, velocità di throughput e latenza ridotta) e, al contempo, stare al passo con la necessità di gestione di una sempre crescente quantità di dati.
MACH.2 è la prima tecnologia multi-actuator per unità disco al mondo con due attuatori indipendenti per il trasferimento simultaneo di dati. La tecnologia MACH.2 risponde alle necessità di prestazioni superiori, permettendo flussi paralleli di dati in entrata e in uscita da una singola unità disco. Poiché consente al computer host dei data center di richiedere e ricevere dati simultaneamente da due aree dell'unità, la tecnologia MACH.2 raddoppia le prestazioni IOPS di ogni singola unità disco.".

Dunque si tratta di aver utilizzato due attuatori e percorsi di dati indipendenti, permettendo di controllare flussi I/O contemporanei da e verso l'host.


L'attuatore (actuator e actuator arm o braccetto) di un hard disk :

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Tutti i dischi rigidi funzionano allo stesso modo: le informazioni sono codificate e “scritte” sul piatto che è rivestito con materiale magnetico. La scrittura è fatta da una testina magnetica, montata all’estremità di un braccio che ruota in modo tale che la testa possa essere posizionata su qualsiasi parte del piatto. La stessa testina legge anche i dati memorizzati. Software o firmware speciali sull’unità disco e sul computer tengono traccia di dove sono archiviate le informazioni.
L'attuatore è un dispositivo magnetico che posiziona il braccetto delle testine sulle tracce del piatto e permette di leggere i dati sull’hard disk. Il comando dell’attuatore è dato dal circuito di controllo, il cui compito è quello di posizionare le testine sul cilindro su cui effettuare le operazioni di lettura-scrittura:

Nei dischi tradizionali, c'è un solo attuatore per tutti i piatti che ruotando leggono o scrivono indipendentemente nello stesso punto del piatto:

I Seagate Exos 2X18 utilizzano sempre una velocità di rotazione standard (7200 rpm) ma hanno un doppio attuatore indipendente:

I dischi rigidi Mach.2 (18 o 16 TB) sigillati ermeticamente e riempiti di elio di Seagate con due attuatori, sono essenzialmente due HDD logici (con capacità di 9 TB o 8 TB) indirizzabili in modo indipendente e quindi necessitano di alcune modifiche software sul lato host.

Questa nuova soluzione tecnologica permette prestazioni più elevate rispetto ai dischi rigidi a singolo attuatore, ed una maggiore prestazione di lettura sequenziale e casuale per TB che tende a diminuire con l'aumentare della capacità del disco rigido.
L'aumento del numero di attuatori che funzionano in modo indipendente sostanzialmente raddoppia le prestazioni, ma ciò va a scapito di un maggiore consumo di energia. I nuovi HDD Exos 2X18 di Seagate consumano 7,8 W/8 W in idle (SATA/SAS) e fino a 13,5 W/12,8 W sotto carico pesante (SATA/SAS).

Unità disco MACH.2 Multi-Actuator | Seagate Italia

La prima unità disco multi-actuator con due attuatori indipendenti per il trasferimento simultaneo di dati.

www.seagate.com

 

[BAT]

Questa tecnologia venne presentata un paio di anni fa o forse più, personalmente non mi convince molto, un secondo attuatore e tutto il contorno significa che c'è un'ulteriore parte meccanica in movimento (insieme al suo contorno...) che si può rompere

avevo letto anche che si stavano studiando HDD convenzionali con protocollo NVMe invece di SATA, ne sai niente?

 

[yardrat]

Perchè non farli anche a 10k rpm o 15k rpm ?
versione standard 7200 rpm + una versione deluxe, ma forse non avrebbe chissà che mercato una ver deluxe ..
siccome uno prenderebbe direttamente ssd in quel caso, ma la riscrivibilità degli HDD non si batte, tutto dipende a che macchina e per che uso

mi ricordo i vecchi WD Raptor (sata1) e WD VelociRaptor (sata2) che al tempo ne avevo vari di entrambi (10k rpm)
ora non ricordo quali altre marche che li facevano pure @ 15k
purtroppo ormai non ha più senso un modello 10-15k o sbaglio?

 

[Liupen]

avevo letto anche che si stavano studiando HDD convenzionali con protocollo NVMe invece di SATA, ne sai niente?

C'è una variante della registrazione magnetica sovrapposta (SMR) che prevede un mix su piatto di CMR e SMR... una specie di buffer CMR per eliminare gli svantaggi (scrittura con pause) e tenere i vantaggi (costo).
No, mi dispiace non ne ho sentito parlare. I SAS sono il protocollo che maggiormente si avvicina all'nvme.

Perchè non farli anche a 10k rpm o 15k rpm ?

Perchè proprio come detto da BAT maggiore velocità/più meccanica = più rischi di rotture.

Piuttosto se riuscissero a fare i tagli più piccoli. un 8TB dual actuator, da 500MB/s diventerebbe moolto appetibile per lo storage non usa e getta.

La tecnologia è molto migliorata però, si riescono ad ottenere componenti più durature dal lato meccanico (nonostante i costi di produzione sempre più ridotti).
I velociraptor me li ricordo si....

 

[BAT]

Perchè non farli anche a 10k rpm o 15k rpm ?
...
purtroppo ormai non ha più senso un modello 10-15k o sbaglio?

sì li ricordo, ma avevano un grosso problema col calore generato
sulla carta è possibile fare HDD anche a 20000rpm e anche di più, però a parte il calore e i guasti, c'è il problema di leggere e scrivere i dati a velocità di rotazione vertiginose e su porzioni infinitesime di spazio che costituiscono i singoli bit di informazione

 

[Liupen]

col calore generato

...e l'energia richiesta, se si pensa che solo l'aggiunta di un secondo attuatore porta un assorbimento quasi doppio.

 

[Real Black]

Condivido questa notizia perché mi sembra abbastanza collegata al thread che si chiama "HDD upgrade in progress": https://www.techpowerup.com/345945/...high-bandwidth-hdds-that-quadruple-i-o-speeds.

TPU ci dice che WD, attraverso il loro nuovo percorso "High-Bandwidth HDD" che mira all'ottenere 8 volte la larghezza di banda degli HDD attuali (quindi passare da circa 250 MB/s a circa 2.000 MB/s), ha introdotto due nuove tecnologie: High Bandwidth Drive Technology e Dual Pivot Technology. High Bandwidth Drive Technology (che fa un po' confusione con il nome di questi "nuovi" HDD) si basa sulla lettura e scrittura simultanea di più testine su più piatti/tracce mentre Dual Pivot Technology introduce un secondo attuatore indipendente posizionato su un perno separato.

Qui sotto le performance fatte dai test di WD con HDD Ultrastar utilizzando High Bandwidth Drive Technology:

Le performance (sequenziali ovviamente) sono effettivamente raddoppiate.

Qui sotto, invece, la meccanica di un HDD che utilizza la tecnologia Dual Pivot Technology:

Non si vede molto perché gli attuatori sono trasparenti ma a sinistra e a destra dei piatti c'è un attuatore indipendente. L'unica differenza tra Dual Pivot Technology e MACH.2 che traspare è quella i due attuatori sono posizionati distanti l'uno dall'altro, nulla di più. Una cosa del genere mi farebbe pensare ad un inferiore rischio di rotture meccanica soltanto perché gli attuatori sono distanti l'uno dall'altro ma è solo una mia intuizione a prima vista.

WD dice che la combinazione di queste due tecnologie aumenta la larghezza di banda di quattro volte (due volte per ciascuna tecnologia), quindi già così siamo a 1 GB/s, però è un affermazione da prendere molto con le pinze visto che non sappiamo niente sui test che hanno effettuato per ottenere tali valori. Se le performance fossero veramente da 1 GB/s sarebbe un bel passo avanti ma il problema di fondo penso che rimarrebbero le performance randomiche che renderebbero scomodi questi dispositivi per qualsiasi operazioni che sfrutti blocchi con dimensioni da 4kB.

Dual Pivot Technology incrementa lo sviluppo degli HDD da 100TB che WD sta cercando di rendere competitivi contro gli SSD SATA QLC (proprio per questo nascono gli High-Bandwidth HDD, per dare la caccia agli SSD QLC). Gli HDD con High Bandwidth Technology sono già in spedizione verso alcuni clienti mentre gli HDD con Dual Pivot Technology sono ancora sotto sviluppo e la previsione di disponibilità è del 2028.

Un altro "tipo" di HDD che WD sta sviluppando sono i "Power-Optimized HDDs", HDD che permettono l'accesso di dati freddi (cioè dati il quale accesso viene eseguito sporadicamente) più velocemente rispetto ai nastri e ai regolari HDD. Questi HDD hanno un trade-off: delle performance randomiche (I/O) peggiori per una capacità più grande, una longevità migliore e un'efficienza energetica migliore (consumi inferiori del 20%). Questo trade-off li rende adatti per i data center d'IA (AIDC) visto che possono fornire un accesso alla gigante quantità di dati memorizzati negli HDD mantenendo i tempi al di sotto del secondo. Questi HDD saranno nelle mani dei clienti per la qualificazione nel 2027.

 

[speedyant]

Io ho ancora due velociraptor da 150 montati su due pc ed un terzo, da 300, attualmente in servizio da un cliente.

 

[BAT]

il problema di fondo penso che rimarrebbero le performance randomiche che renderebbero scomodi questi dispositivi per qualsiasi operazioni che sfrutti blocchi con dimensioni da 4kB

sono 10 anni che stanno testando l'approccio multitestina, il problema maggiore lo hanno nella risincronizzazione dei dati cui si accede, sia in lettura che scrittura;
avevo letto (non ricordo bene chi/quale azienda) che si voleva adottare anche per gli HDD il protocollo NVMe, poi non so se lo hanno sperimentato

 

[Real Black]

sono 10 anni che stanno testando l'approccio multitestina, il problema maggiore lo hanno nella risincronizzazione dei dati cui si accede, sia in lettura che scrittura;

Multitestina o multiattuatore? Penso che gli HDD abbiano più di una testina da anni ormai.

avevo letto (non ricordo bene chi/quale azienda) che si voleva adottare anche per gli HDD il protocollo NVMe, poi non so se lo hanno sperimentato

Parli di questo? https://www.tomshardware.com/news/seagate-demonstrates-hdd-with-pcie-nvme-interface.

Effettivamente non si potrebbe arrivare ad avere HDD da 2 GB/s se si usasse il protocollo AHCI visto che limiterebbe le performance a circa 560 MB/s. Tra l'altro, da quel che leggo, NVMe 2.0 (versione rilasciata a giugno del 2021) supporta gli HDD, quindi se il percorso High-Bandwidth HDD si avvererà penso che si userà sicuramente l'interfaccia PCIe e il protocollo NVMe.

 

[BAT]

Multitestina o multiattuatore?

hai ragione scusa, ho corretto il post; avevano iniziato con mach.2 dove 2 attuatori indipendenti governavano le testine, però non erano separati stavano uno sull'altro (gli hdd hanno minimo 2 testine per piatto ovviamente)

Parli di questo?

non avevo letto su tomshw però sì, quindi era sempre WD che lo aveva promosso

 

[Liupen]

C'erano degli ssd PCIe che usavano comunque AHCI e non NVMe, senza essere limitati alla velocità (teorica) dei 560 MB/s.
Più che altro utilizzare NVMe e non SATA diventa un obbligo per degli HDD con quelle velocità sequenziali.

Quello che penso, è che un dispositivo meccanico non possa certo arrivare a competere con un ssd (sata... figurarsi un nvme pcie 5).
Ma poi si toglierebbe soprattutto l'elemento di favore degli hdd, ovvero l'affidabilità. Aumentando la meccanica (più braccetti=più rischi), basta uno degli attuatori multipli che si rompono, ed il disco sarebbe da buttare.

Sono delle variazioni di hdd secondo me "accademiche", tanto per spingersi un po in là con la tecnologia attuale, ma non sono realmente praticabili come ad esempio SMR che a fronte di un costo di produzione uguale, crea hdd più capienti e ugualmente affidabili e perfomanti (a eccezione delle forme di array, per cui sappiamo i difetti che possono avere).

Comparazione prestazioni?
mettendo che un hdd 7200 rpm fà 200 MB/s in seq. e 150 IOPS in casuale
un hdd MACH.2 può raddoppiare le prestazioni seq e casuali
un hdd Dual Pivot potrà forse quadruplicare le prestazioni
MA
un ssd SATA sicuramente ha 30.000 IOPS di casuale (seq. è limitato a 500 MB/s ovviamente)
un ssd NVMe PCIe 4 (un attuale ssd nvme medio), supera di gran lunga la seq. del hdd Dual Pivot ed ha mediamente 1.000.000 IOP di velocità casuale

Gli ssd sono tanta roba!

Io ho ancora due velociraptor da 150 montati su due pc ed un terzo, da 300, attualmente in servizio da un cliente.

Ne ho 2 anch'io nel cassetto, chissà se funzionerebbero ancora... non credo, troppo tempo fermi.
Tanto per dire: velocità seq. pari ad un buon 7200 rpm ma I/0 a livelli di quello che Seagate tira adesso fuori con un "nuovo" MACH.2