Итоги 2004 года: жесткие диски

Введение

Прошедший год явил невиданную динамику развития одному из наиболее консервативных секторов компьютерной индустрии, рынку накопителей на жестких дисках. Наступление происходило буквально на всех фронтах: увеличивалась (хотя и не так динамично как ранее) удельная плотность размещения данных - как следствие, росла емкость пластин, внедрялись новые технологии записи, приживались новые интерфейсы.

Самыми, пожалуй, наглядными в развитии "винчестеростроения" стали три ключевые тенденции. Во-первых, в неимоверных, невиданных ранее количествах расплодились компактные жесткие диски. К концу года практически каждый производитель имел в своем активе 2,5-дюймовые модели или хотя бы планы их производства, многие успешно добрались до 1-дюймового диаметра пластин и заглянули еще дальше. Во-вторых, стандартные 3,5-дюймовые винчестеры со скрипом, но достигли отметки в 400ГБ и готовятся "рвануть" дальше. В-третьих, популярные внешние портативные накопители на стандартных и 2,5-дюймовых жестких дисках с успехом перемахнули типичную емкость в 1 ТБ и готовы к дальнейшим вершинам. Разумеется, продолжился постепенный переход от параллельных интерфейсов к последовательным вариантам.

В этом кратком обзоре ключевых событий года попробуем вспомнить наиболее интересные факты, события и, самое главное, определиться с планами отрасли на будущее.

Накопители класса Enterprise

Продажи современных систем хранения данных для крупных предприятий и бизнеса, порой для краткости называемых "серверными", в настоящее времени переживают впечатляющий пик. Связано это, в первую очередь, с двумя главными индустриальными тенденциями: спросом на невиданные доселе объемы дисковых массивов, то есть взрывной рост размеров так называемых "библиотек" с одной стороны и растущие на этом фоне требования к сокращению временных затрат на выборку единицы информации с другой.


Не сказать что архитектурные решения таких систем претерпели резкие изменения на протяжении прошедшего года. Скорее, можно говорить о серьезной подготовке к реструктуризации в 2005 году. Как и прежде, в 2004 году в ходу были накопители с интерфейсами Ultra320, Ultra160 и Fiber Channel, понемногу приживались SATA накопители. Системы хранения данных все чаще стали поддерживать такие современные возможности как виртуализация, зеркалирование, оперативное резервирование (snapshots). Во второй половине года начали появляться 2,5-дюймовые 10000 rpm накопители для серверных нужд класса Seagate Savvio с интерфейсами SCSI320, FC, SAS; понемногу начал формироваться спрос на модели с поддержкой SATA II.


Именно 2005 год обещает открыть новую эпоху в связи с началом агрессивного внедрения накопителей с поддержкой SATA II и Serial Attached SCSI (SAS).

Стоит отдельно отметить, что многие производители отводят в своих стратегических планах особенное место продвижению систем хранения данных на SAS/SATA накопителях. Не мудрено, ведь последовательный интерфейс SAS является более производительным, масштабируемым и надежным, нежели традиционный параллельный SCSI, к тому же он предполагает совместимость с Serial ATA и обратную совместимость со SCSI, что позволит в перспективе сохранить ранее сделанные вложения и сократит сроки выпуска новых решений. Многие индустриальные аналитики полагают, что масштабность внедрения Serial Attached SCSI станет заметной уже в 2005 году; о значительном вытеснении SCSI и Fiber Channel накопителей за счет роста сектора SAS можно будет говорить в ближайшие пять лет.

Не стоит оставлять за рамками итогов года и поступательное развитие архитектуры соответствующих контроллеров. В наступившем году наряду с шиной PCI-X на арену выходит свежеиспеченная PCI Express, под которую также планируется выпуск всевозможных вариантов многопортовых SAS/SATA RAID и Ultra320 SCSI RAID контроллеров с расширенными возможностями и повышенной производительностью. Однако приживаться PCI Express будет по традиционной для серверных продуктов каскадной схеме, когда старое выживается новым плавно, без революционных рывков. Первые PCI Express контроллеры начнут поступать на рынок в массовых количествах к лету, а широкое их внедрение во все сегменты рынка ожидается года через два.

Среди наиболее интересных винчестеров, представленных в прошлом году, наряду с вышеупомянутой серией Seagate Savvio стоит также вспомнить семейство низкопрофильных 3.5-дюймовых винчестеров Seagate NL35 (near-line) емкостью до 500 ГБ (три пластины), специально разработанных для работы в ярусных системах хранения данных с функциями копирования и восстановления информации, резервного копирования, управления документооборотом. Жесткие диски NL35 характеризуются большим временем наработки на отказ, выпускаются в вариантах с интерфейсами 2 Gb/s Fibre Channel и Serial ATA II.


Одними из наиболее производительных 3.5-дюймовых винчестеров 2004 года можно назвать Ultra320 SCSI/FC/SAS серию Cheetah 15K.4 со скоростью вращения шпинделя 15 тыс. об./мин. для высокопроизводительных центров обработки данных. Семейство Cheetah 15K.4 выполнено на базе электронной архитектуры, общей с семействами Cheetah 10K.7 и Savvio, именно они станут козырем Seagate при массовом переходе к интерфейсу Serial Attached SCSI (SAS). Ближе к концу года этот класс устройств пополнился схожими по возможностям производительными Ultra 320 SCSI/SAS моделями Atlas 15K II от Maxtor и Ultrastar 15K147 от Hitachi.

Накопители для настольных систем

Формирование спроса на жесткие диски для систем класса настольного ПК в прошлом году как никогда оказалось под влиянием роста популярности всевозможной бытовой аудио-видео электроники. Дошло до того, что уважаемые бренды один за другим начали выпускать серии винчестеров повышенной емкости специально для этих целей. Например, серию дисков DB35 от Seagate, которые имеют схожий с "настольной" линейкой Barracuda 7200.8 объем - до 400 ГБ, однако, чётко ориентированы на рынок цифровых видеомагнитофонов (DVR, Digital Video Recorders).

Более того, производители додумались до создания спецификаций "бытового интерфейса" для жестких дисков – CE-ATA, для чего была создана специальная индустриальная группа CE-ATA Promoter Group. На деле, правда, оказалось, что стандарт CE-ATA, который будет готов в финальной версии ближе к лету 2005 года, базируется на давно известной технологии MMCA, применяемой, в частности, в интерфейсе карт MultiMedia Card.

Впрочем, тенденции развития бытовой электроники все же останутся за рамками этого рассказа, и без этого за год произошло много других тенденциозных событий. Несмотря на то, что интерфейс Serial ATA продолжил свое победное внедрение в настольные системы, говорить о масштабном вытеснении Parallel ATA пока не приходится, равно как и о впечатляющем спросе/предложении SATA-II. Второе полугодие стало точкой отсчета поддержки массовыми чипсетами (Intel ICH6R, VIA VT8251) технологии маршрутизации команд - NCQ (Native Command Queuing), однако, в связи с неспешной работой производителей современных SATA устройств массовой эту технологию можно будет назвать лишь в наступившем году.

Типичной скоростью вращения шпинделя для "настольных" 3.5-дюймовых винчестеров по-прежнему осталась 7200 RPM. Разумеется, на рынке до сих пор имеются в достаточном количестве бюджетные 5400 RPM модели, однако, "погоды" они уже не делают. А вот все эксперименты по внедрению в настольные системы более высоких скоростей - вроде 10000 RPM от Western Digital, пока остались экзотикой: производительно, красиво, но дорого. Наряду с привычными 2 МБ и 8 МБ буфера заметным явлением стало появление моделей с 16 МБ буфера, хотя пока что типичными их назвать язык не поворачивается.

За счет роста плотности размещения данных на одну пластину как никогда ранее снизилась стоимость хранения одного гигабайта данных на жестком диске. Покупатели, воодушевленные снижением цен, с удовольствием начали сооружать в своих настольных системах нетипичные до этого в массовом проявлении RAID-массивы. Благо, в этом году подоспели чипсеты с соответствующей поддержкой подобных конфигураций: серии Intel 915/925, поддерживающие Matrix RAID, позволяют создавать конфигурации RAID 0 и RAID 1 из парочки физических приводов, а VIA интегрировала поддержку RAID 0+1 в южный мост VT8251.

Еще одно современное модное течение - внешние накопители на жестких дисках. Традиционная концепция такого решения - когда внешнее устройство хранения данных обладает интерфейсами USB или FireWire для подключения к единственному ПК, в настоящее время переживает второе рождение благодаря растущей популярности идеи так называемого "цифрового дома", где все чаще оказываются востребованными домашние NAS (Network Attached Storage) системы.

Назначение этого класса внешних накопителей - самое разное: от резервного хранения данных до источника мультимедийного контента для всей семьи. В зависимости от этого появляются различные комбинации интерфейсов - USB, FireWire, LAN, Wi-Fi etc. Типичным HDD этого класса можно назвать 250 ГБ решения линеек Dual-option (USB 2.0) и Essential (USB 2.0 и FireWire) от Western Digital. Обе линейки поддерживают режим "горячей замены", оборудованы кнопкой отключения питания, содержат жесткие диски WD со скоростью вращения шпинделя 7200 оборотов в минуту и 8 МБ кэшем. Некоторые производители (WD и LaCie) не теряются и на ходу скрещивают внешние накопители с устройствами чтения флэш-карт.

Сейчас на рынке уже не редкость гибридные решения, объединающие домашний NAS-сервер с ADSL-модемом и предоставляющие доступ к информации через интернет. В качестве внешних накопителей все чаще анонсируются системы с посадочными местами, обеспечивающими суммарную емкость более 1 ТБ, некоторые компании давно и успешно торгуют такими бытовыми банками хранения данных, ранее носившими скромное название "файл-сервер".

До сих пор не совсем ясной остается судьба внешнего интерфейса Serial ATA - External SATA. Финальные спецификации External SATA до сих пор не определены, и это не смотря на то, что, например, для стандарта SAS поддержка внутренних и внешних накопителей была анонсирована одновременно. Очевидно, судьба External SATA окончательно прояснится в нынешнем году; жизнеспособность идеи будет, как обычно, выявлена "голосованием рублем" конечного покупателя.

Одной из наиболее динамично развивающихся компаний, производящих винчестеры для настольных ПК, можно с уверенностью назвать Samsung Electronics. Компания, начавшая продажи своих собственных винчестеров всего несколько лет назад, к настоящему времени чувствует себя весьма уверенно на этом рынке. Стоит отметить весьма удачную серию винчестеров Samsung - SpinPoint P80, а также в целом взвешенную маркетинговую политику и возросшую надежность ее накопителей. Интересно, что компания Samsung одной из первых объявила в 2004 году о разработке накопителей с поддержкой Serial ATA II (на базе контроллера Marvell 88i6525), а также представила свои 3.5-дюймовые "экологически чистые" жесткие диски, где для пайки используются сплавы олова, серебра и меди, вместо привычных олова и свинца.


Из наиболее интересных новинок-2004 среди жестких дисков для настольных ПК, представляющих определенный интерес на перспективу, стоит упомянуть поступившие в розницу ближе к концу года винчестеры Barracuda 7200.8 от Seagate на рекордно емких 133 ГБ пластинах, с интерфейсом Ultra ATA (Serial ATA с поддержкой NCQ) и скоростью вращения шпинделя 7200 оборотов в минуту. Модели Seagate Barracuda 7200.8 выпускаются в вариантах емкостью до 400 ГБ, при этом используется всего три пластины и 6 головок, а кэш увеличен до 8 МБ/16 МБ. Среди других ключевых характеристик стоит назвать плотность записи информации на пластину (108 Гбайт на кв. дюйм), среднее время поиска порядка 8,0 мс, шум в ждущем режиме не более 20 дБ.

Не хуже смотрятся и 3.5-дюймовые жесткие диски Hitachi Deskstar T7K500 с интерфейсом Serial ATA II и скоростью вращения шпинделя 7200 rpm. При этом вместительность дисков составляет рекордные 500 ГБ, а время обращения к диску - порядка 8,5 мс.


Самой последней о готовности преодолеть 300 ГБ барьер в выпуске жестких дисков для настольных вычислительных систем сообщила Western Digital. Начиная с января 2005 года, в розницу начнут поступать ее 320 ГБ модели WD Caviar SE 320 с технологиями WhisperDrive и SoftSeek, традиционной скоростью вращения шпинделя – 7200 об./мин., 8 МБ емкостью буфера. Интересно отметить две ключевые особенности семейства новых накопителей Western Digital Caviar SE: улучшенный алгоритм кэширования, позволяющий 8 МБ буферу обеспечивать эффективность работы на уровне 16 МБ от конкурентов, а также сниженное потребление энергии, дающее в результате меньший нагрев корпуса.

Миниатюрные накопители

Тенденция миниатюризации винчестеров привела к появлению портативной техники с достаточно интересными характеристиками. Помимо того, что жесткие диски до сих пор имеют меньшую цену за гигабайт, нежели флэш-карты, при этом они обладают значительно большей емкостью, хотя современные флэш-карты зачастую гораздо быстрее.

Первым делом тенденция миниатюризации привела винчестеры из ноутбуков во всевозможные плееры. Сейчас уже не редкость и телефон с жестким диском. Увы, как показывают исследования, эффективность миниатюризации жестких дисков очень скоро "уткнется" в свои специфические ограничения.

Нынешняя волна распространения 1-дюймовых накопителей, возможно, станет одним из последних этапов миниатюризации винчестеров. Проблема заключается в том, что дальнейшее уменьшение диаметра пластин ведет к резкому снижению их емкости. Так, если для 1-дюймовых винчестеров емкость 5 ГБ сможет быть удвоена с применением "перпендикулярного" способа записи и доведена до 10 ГБ, то емкость подготавливаемых к выпуску 0.85-дюймовых дисков от Toshiba вряд ли превысит 4 ГБ. Если же кто-то надумает производить 0.5-дюймовые винчестеры, он наткнется на ограничение в 2 Гб, и при нынешних ценах на флэш сравнимой емкости конкуренция потеряет всякий смысл.

Вот почему дальнейшего уменьшения габаритов винчестеров особенно ждать не стоит, тем более, что каких-либо значительных технологических прорывов в увеличении удельной плотности записи данных на магнитные диски в ближайшее время не предвидится.

Toshiba, уже начавшая поставки первых партий 0.85-дюймовых винчестеров емкостью 2 ГБ, намерена обеспечить массовые продажи 4 ГБ версий во второй половине 2005 года. Уменьшение диаметра пластин в Toshiba не планируется, да и куда уж дальше - и без того компания показала на выставке CES 2005 накопитель на жестком диске в форм-факторе карты SD. Однако инженеры Toshiba не отказываются от идеи еще больше нарастить плотность записи 0.85-дюймовых пластин - до 6-8 ГБ в 2006 году.

Что интересно, Toshiba не одинока в разработке форм-фактора 0.85 дюйма. Совсем недавно к этой гонке подключилась компания Samsung Electronics. Правда, стремление южнокорейской компании к предельной миниатюризации винчестеров более чем обоснованно, ибо она имеет свои собственные внутренние рынки сбыта такой продукции. Например, в качестве накопителей для мобильных телефонов.


Что касается менее параноидальных форм-факторов - накопителей с диаметром пластин 1 дюйм или 1.8 дюйма, к концу года от разнообразия присутствующих в этом секторе компаний просто глаза разбегались - GS Magicstor, Hitachi, Seagate, Cornice... даже Western Digital подоспела к началу нового года со своими 1-дюймовыми 6 ГБ моделями.

Компания Hitachi, которая, кстати, уже поставляет свои 1-дюймовые винчестеры для iPod Mini, намерена ограничиться этим размером пластин, а дальнейшее уменьшение габаритов накопителей видит в снижении размеров двигателей и корпусов. Ее новые 1-дюймовые диски Mikey емкостью от 8 до 10 ГБ габаритами 40 x 30 x 5 мм с ZIF (Zero Insertion Force) разъемом спроектированы для работы в сотовых телефонах и портативных плеерах. Разница между ZIF-разъемом и привычным "ноутбучным" заключается в уменьшенных габаритах первого при одновременном снижении количества контактов - 40 против 50. С таким же разъемом выпускается серия 1.8-дюймовых 20/30 ГБ винчестеров Hitachi Travelstar C4K60 для бытовой электроники, обладающих весом всего 46 граммов при высоте 7 мм, скорости вращения шпинделя 4200 об./мин. и плотностью записи 99,8 млрд. бит на квадратный дюйм.

Однако еще меньшей толщиной обладают 1.8-дюймовые диски Hitachi Slim с одной или двумя пластинами, емкостью от 30 до 40ГБ и габаритами в однодисковом варианте всего 71 x 54 x 5 мм.

Cornice, судя по всему, весьма довольна производством и продажами своих 1-дюймовых дисков и тоже остановится на этом рубеже. Представленный ею совсем недавно 1-дюймовый винчестер емкостью 3 ГБ обладает низкой величиной потребления энергии и уникальной ударопрочностью, достигаемой за счет физической блокировки головок во время простаивания. Такой диск запросто можно уронить с высоты 1,5 метра без особого ущерба для "жизнедеятельности" накопителя, что актуально для весьма "ронябельных" мобильных устройств.


Китайская компания GS Magicstor с удовольствием продает направо и налево свои собственные 1- и 1.8-дюймовые винчестеры, хотя и не без некоторых патентных претензий со стороны отдельных представителей этого бизнеса. Впрочем, пока что это не мешает ей заключать контракты на сотни миллионов долларов с десятками крупных производителей мультимедийных устройств. Кстати, GS Magicstor - одна из немногих компаний, которая также имеет свои виды на рынок 0.85-дюймовых жестких дисков.

Не хочу и не буду перечислять в этом материале все разнообразие вариантов использования крохотных винчестеров в сочетании с различными интерфейсами. Куда их теперь только не заталкивают: в карманные аудио/видео плееры, PDA, телефоны, игрушки, USB-брелоки... даже в корпус CF вместо традиционного флэша! Что ж, пока себестоимость производства каждого гигабайта подобных устройств будет ниже, чем у флэш-памяти, ходить миниатюрным жестким дискам в царях горы. Даже несмотря на меньшую производительность.


И все же титул "технологический прорыв года" по праву стоит присудить изделию компании Toshiba, наконец-то осуществившей давнюю мечту многих разработчиков жестких дисков, а именно представившей винчестер с использованием перпендикулярного метода записи данных, где магнитные домены (вектора намагниченности) в рабочем слое пластин ориентированы не вдоль поверхности диска, а вглубь (наружу) пластин.


С переходом на вертикальную ориентацию доменов производитель увеличил плотность записи 1.8-дюймовых пластин на 33% и довел ее до 20.6 Мегабит на квадратный миллиметр, или 133 Гигабит на квадратный дюйм!


1.8-дюймовые UDMA/100 винчестеры MK4007GAL (40 ГБ) и MK8007GAH (80 ГБ) появятся в массовых количествах во втором полугодии 2005.

"На сладкое" у нас остался класс 2.5-дюймовых винчестеров, предназначенных, главным образом, для работы в составе ноутбуков и внешних портативных накопителях. До конца 2004 года все крупные компании - производители винчестеров объявили о готовности в той или иной степени к выпуску новых моделей рекордной емкостью 100 ГБ, а большинство даже обеспечило массовые продажи таких жестких дисков.

Недоумение общественности вызвала, пожалуй, лишь компания Maxtor, объявившая уже в начале 2005 года о решении отказаться от планов по производству 2.5-дюймовых жестких дисков для ноутбуков. Согласно более ранним задумкам компания планировала выход на рынок 2,5-дюймовых винчестеров в 2005 году, однако, по необъяснимым причинам вдруг "передумала". Надеюсь, что это решение окажется "временной слабостью" компании, ибо перспективы участия в разделе рынка 2.5-дюймовых винчестеров все же весьма соблазнительны.


Один из пионеров форм-фактора 2.5 дюйма компания Seagate в прошлом году начала продажи накопителей Momentus второго поколения - Momentus 7200.1, обладающих, как и серверная серия Savvio, скоростью вращения шпинделя 7200 об./мин. и емкостью до 100 ГБ.

Другая 2.5-дюймовая серия второго поколения Seagate - Momentus 5400.2, несмотря на меньшую производительность, имеет плюсы в виде меньшей цены, большей плотности размещения информации и практической бесшумности. В новых дисках Seagate Momentus по-прежнему используются двигатели SoftSonic на гидродинамических подшипниках, технология парковки головок QuietStep в режиме ожидания, а также антишоковая технология G-Force.

Компания Hitachi уже не первый месяц успешно торгует 100 ГБ 2.5-дюймовыми PATA/SATA винчестерами Travelstar 5K100 для обычных ноутбуков и серией E5K100 для работы с большими массивами данных. При этом обе линейки в SATA версии обладают полноценной поддержкой NCQ. Габариты 100 ГБ накопителей Hitachi Travelstar 5K100 и E5K100 - всего 70 х 100 х 9,5 мм.


Новое поколение 2.5-дюймовых жестких дисков MHV2100AH компании Fujitsu также обладает емкостью до 100 ГБ при скорости вращения шпинделя 5400 об./мин. Впервые в практике компании эти винчестеры сертифицированы как изделия без использования свинца. При энергопотреблении в активном режиме порядка 1,9 Вт накопители серии Fujitsu MHV2100AH обладают временем позиционирования головок около 1,5 мс и поставляются в вариантах с интерфейсами PATA/SATA.

В прошедшем году до рынка "ноутбучных" винчестеров наконец-то добралась и Western Digital, представившая серию 2.5-дюймовых EIDE моделей WD Scorpio со скоростью вращения шпинделя 5400 об./мин., временем доступа к данным порядка 12 мс. В серии Scorpio используется технология WhisperDrive с алгоритмом SoftSeek, обеспечивающая бесшумную работу, ShockGuard для высокой ударопрочности, DuraStep Ramp, обеспечивающая до 600 тыс. циклов загрузки/выгрузки головок. Серия WD Scorpio представлена моделями емкостью до 80 ГБ, со стандартным 2 МБ или расширенным 8 МБ кэшем и средним временем поиска 5,50 мс.