SMR (Shingled Magnetic Recording): per una maggior densità di salvataggio sui dischi rigidi

Nel mondo circolano sempre più dati su vari canali: dispositivi mobili, streaming, cloud e server. Il consumo di dati per famiglia arriverà ben preso a un terabyte al mese. Come risolvere questa illimitata richiesta di sempre maggiori capacità di salvataggio? La risposta potrebbe essere l’SMR. Ma cosa si cela dietro allo Shingled Magnetic Recording, come funziona questa nuova tecnologia e qual è la sua capacità di salvataggio?

Per molto tempo si è pensato che il limite dei dischi rigidi fosse di 4 terabyte, soglia da cui non sono stati fatti molti passi in avanti finché non è arrivato lo Shingled Magnetic Recording (in breve SMR). Questa tecnologia consente di realizzare dischi rigidi fino a 8 terabyte, rendendo il tutto anche economicamente sostenibile. Ciò che maggiormente colpisce dei dischi rigidi SMR è la loro nuova densità areale, poiché offrono oltre il 25% di volume di salvataggio in più a parità di dimensione fisica.

Cos’è quindi l’SMR? Per dirla in modo semplice lo Shingled Magnetic Recording è una tecnologia per disco rigido in cui le distanze tra le tracce vengono ridotte ulteriormente. Il termine inglese “shingle” si riferisce a un tipo di tegola, e quindi chiarisce bene come funziona la procedura. Infatti le tracce del disco fisso SMR vengono disposte a strati come le tegole sul tetto di una casa. In questo modo è possibile salvare più dati nello stesso spazio. Le testine di lettura nell’SMR sono notevolmente più piccole delle unità di scrittura, quindi possono leggere tutti i dati anche in caso di sovrapposizione delle tracce.

L’SMR è una tecnologia ancora nuova ma molto promettente e potrebbe presto sostituire l’attuale standard: il Perpendicular Magnetic Recording (PMR). In quest’ultimo viene utilizzato un layout a tracce parallele, e i poli degli elementi magnetici (che rappresentano i bit di dati) sono orientati perpendicolarmente rispetto alla superficie del disco. Le tracce magnetiche vengono scritte una accanto all'altra senza sovrapposizioni. Se si vuole maggior capacità, è necessario aumentare il numero dei pollici. Ciò sottolinea ancora una volta l’enorme potenziale dello Shingled Magnetic Recording.

L’SMR è un’estensione del PMR e offre una densità migliorata. Il prodotto finale ha fisicamente lo stesso aspetto di un normale disco fisso PMR, ma al suo interno la capacità è molto maggiore. L’architettura modificata significa però anche che l’esperienza utente con un disco rigido SMR è totalmente diversa.

I dischi rigidi SMR hanno un nuovo approccio per superare i limiti fisici di un disco normale. A partire dalla testina di scrittura e di lettura, che è relativamente ampia, addirittura notevolmente più ampia delle tracce stesse. Le tracce di dati vengono così scritte in forma sequenziale. Nel farlo, parte delle tracce vengono sovrascritte, e visto che queste si sovrappongono, anche le tracce adiacenti devono ogni volta essere sovrascritte. Normalmente ne deriverebbe che le modifiche di un singolo byte porterebbero alla sovrascrittura dell’intero disco rigido SMR. L’elaborazione dati rallenterebbe e il Shingled Magnetic Recording completamente inutilizzabile.

Per fare sì che ciò non accada, nell’SMR le tracce sono raggruppate in cosiddetti nastri. In questo modo la sovrapposizione delle tracce e la sovrascrittura è limitata a una quantità determinata. Inoltre ogni disco rigido ha una zona di buffer interna per il salvataggio temporaneo e una cache. In questi due spazi temporanei i dati vengono prima scritti e poi inseriti nella giusta posizione sulla traccia. Per questo anche al termine della procedura di scrittura si sente spesso lavorare il disco rigido SMR.

Il sistema quindi utilizza un elemento di scrittura molto forte per creare stracce molto strette, consentendo un’elevata densità di dati. L’SMR si rivela dunque perfetto per la scrittura continua di dati sul disco rigido in procedure di scrittura lunghe e sequenziali.

Un grande svantaggio dell’SMR è che non è sempre ben identificato in ogni disco rigido. Per questo capita spesso che dischi rigidi indicati per l’uso in NAS siano in realtà modelli Shingled Magnetic Recording. In linea di principio un disco rigido SMR può essere utilizzato anche in NAS, ma nel caso di esigenze di lavoro variabili, l’SMR, data la sua concezione, raggiunge presto i propri limiti.

Chi utilizza più tipi di dischi rigidi, ad esempio per aumentare un server con SSD, dovrebbe evitare una combinazione di PMR e SMR: anche se raramente, in modelli di alcuni produttori si sono verificati problemi di performance.

Teoricamente l’SMR può essere impiegato come un qualsiasi disco rigido. Può quindi anche essere formattato in FAT32 e girare in Windows. La velocità di trasmissione dei dati, per i motivi precedentemente indicati, è molto oscillante se paragonata direttamente a un disco rigido PMR tradizionale, o perlomeno quando gli accessi di scrittura non sono regolari. Quando, invece, i processi con il disco fisso SMR sono realizzati in modo lineare, non sussistono problemi di velocità e nella lettura non ci sono differenze percepibili.

Anche se lo Shingled Magnetic Recording se la cava meglio di quanto si dica rispetto alle altre tecniche di salvataggio, non può contrastare la supremazia dei dischi rigidi SSD come supporti per giochi e programmi. Comunque l’SMR non è stato pensato per l’utilizzo in questo campo.

L’SMR svolge al meglio la sua funzione dove il sistema scrive continuamente dati sul disco fisso. Queste procedure di scrittura lunghe e sequenziali sono necessarie per applicazioni server, backup e archiviazione dati. Per esempio come archivio cloud o per architetture di archiviazione dati.

L’utilizzo a scopi privati, come un disco rigido di grandi dimensioni per il proprio computer, è sconsigliato dato il calore, la rumorosità e l’elevato consumo di corrente elettrica. Ciò è dovuto alla già citata modalità di riorganizzazione: i nuovi dati sono prima scritti in un’area libera del disco, mentre nella traccia originale i vecchi dati continuano a essere mantenuti inalterati. Quando il disco rigido SMR non è più attivo, i vecchi bit di dati sono sostituiti con i nuovi. A tal fine lo Shingled Magnetic Recording ha bisogno, di tanto in tanto, di un tempo di inattività. Il disco rigido può diventare tangibilmente più lento se dovete scrivere dati a lungo e senza interruzioni a indirizzi distribuiti in modo casuale (il cosiddetto random write). I produttori di dischi rigidi SMR intendono ovviare al problema con un firmware.

Per l’uso normale privato, i dischi fissi SSD restano la soluzione migliore, soprattutto da quando i prezzi si sono fatti sempre più vantaggiosi. Chi però vuole avere un archivio dati sul proprio server, nell’SMR trova una soluzione (fisicamente) salvaspazio, a buon prezzo e affidabile.