Статья Алекс Блэквелл, главный по жестким дискам

С Алексом Блэквеллом (Alex Blackwell), главным инженером Western Digital в регионе EMEA, мы встретились уже в третий раз. Не знаю, как для Алекса, а для меня такое постоянство уникально. Дело в том, что у больших людей в больших компаниях много других забот, кроме общения с журналистами, и потому они нередко используют специальные шпаргалки, подготовленные PR-отделом. На первый раз это срабатывает, но когда ты встречаешься с человеком через год-полтора и понимаешь, что шпаргалку ему еще не обновили, а добавлять что-то от себя собеседник побаивается — это дурно влияет на качество общения. С Алексом все совсем не так. Он не только прекрасно разбирается в устройстве жестких дисков, но и крайне интересно рассказывает о них, смягчая скучноватые технические нюансы едким английским юмором. Действительно, за привычной внешностью HDD скрывается такое тесное переплетение самых разных наук и технологий, что стоит только присмотреться к прямоугольным коробочкам повнимательнее, и сразу влюбишься в них — как это произошло с Алексом.


Мы начали разговор с обсуждения SATA III. Поддержка новой версии интерфейса, увеличивающая его пропускную способность до 600 Мбайт/с, сейчас очень активно используется маркетологами. О ней пишут большими буквами на коробках с материнскими платами, а в списке достоинств новых моделей HDD работа с SATA III красуется на видных местах. Между тем, даже самые быстрые современные SATA-диски со скоростью вращения шпинделя до 10000 об./мин включительно только-только начинают преодолевать барьер 150 Мбайт/с, определенный первой версией SATA. А массовым моделям вполне хватает и этого дважды устаревшего интерфейса.

Алекс встал на защиту SATA III. Во-первых, скорость чтения растет вслед за плотностью записи, и это происходит довольно быстро. Вроде бы еще вчера полтерабайта на пластину казались чудом, а сегодня никого не удивишь 750 гигабайтами, и это тоже не предел. Чем плотнее биты прижимаются друг к другу, тем быстрее считываются данные. Соответственно, неправильно ждать, пока интерфейс станет бутылочным горлышком. Между прочим, когда внедряли первую версию SATA, приличной скоростью для HDD считались 40-50 Мбайт/с.

Во-вторых, интерфейс просто обязан быть быстрее «механической» части HDD, чтобы последняя могла работать эффективно. Считанные данные поступают в буфер, и если его вовремя не разгрузить, чтение придется прекратить, а для продолжения начатого диск должен будет совершить полный оборот. Вроде — мгновение, но ведь приложений, одновременно обращающихся к HDD, бывает довольно много, и подобные «пропуски» пойдут десятками, если не сотнями. Если диск используется в медиаплеере, где данные считываются одним неторопливым потоком, интерфейс может быть всего в 1,1 раза быстрее «механики» HDD (именно поэтому чипсеты в массовых моделях плееров до сих пор поддерживают только SATA I). В компьютере же, где диск терзают и приложения, и сама операционная система, будет лучше, если коэффициент приблизится к двум. Между тем, с буфером, чей объем в старших моделях достигает 64 Мбайт, интерфейс взаимодействует на ощутимо большей скорости, которая вполне может достигать заветных 600 Мбайт/с.


Наконец, в-третьих. Когда индустрия переходила с SATA I на II, в некоторых материнских платах поддержка новой версии была, мягко говоря, кривоватой, и жесткие диски отключались после первой же попытки работать с удвоенной скоростью. И хотя все шероховатости давным-давно устранены, на винчестерах все равно осталась возможность принудительно включить работу только по SATA I. Сегодня же, добавляя SATA III в HDD заведомо раньше того, чем в этом возникнет реальная потребность, можно спокойно обкатывать новую технологию в полевых условиях.

И все же Алекс согласился со мной, что SATA III — это задел на будущее, а сегодня и в ближайшие месяцы пользователь не сможет получить от технологии ничего, кроме морального удовлетворения.

Я пошутил, что маркетологи Western Digital во весь голос закричали о SATA из-за отсутствия в жестких дисках интересных изменений. Работают себе и работают, только объем растет да скорость. Чем покупателя-то соблазнять?



Алекс сделал вид, что страшно удивлен и оскорблен. Нет изменений? Ничего не происходит? Да там что ни день, то революция! За 55-летнюю историю жесткого диска объем вырос в 200 миллионов раз — где еще изменения происходят с такой скоростью? Только за последние несколько лет внедрены Advanced Format (дает более эффективное использование пластин), Dual State Actuation (сокращает влияние вибрации на производительность диска), новое поколение головок, использующее туннельный магниторезистивный эффект, новые датчики — от цифрового барометра до гироскопа, двухъядерные процессоры в новых моделях... И это вы называете «ничего не происходит»?

Тут уж пришла очередь удивляться мне. Мы только привыкли к многоядерности в компьютерах, а тут на тебе — два ядра уже в жестком диске. Зачем?

Оказалось, что работы процессорам в HDD хватает. Во-первых, они следят за тем, чтобы при считывании данных головка находилась строго посреди дорожки, а так как число последних постоянно растет (одновременно с уменьшением ширины), для обработки серво-данных нужно все больше ресурсов. Во-вторых, на их кремниевые плечи ложится коррекция ошибок. В-третьих, процессор отслеживает информацию о давлении, вибрации, температуре, поступающую с сенсоров, и отдает нужные команды головкам. Что за команды? На этом следует остановиться поподробнее.

Мы давно привыкли, что рабочая температура жесткого диска может меняться в пределах от 0 до 60 градусов, и он отлично функционирует как на берегу Мертвого моря (-422 метра относительно уровня Балтийского моря во время штиля), так и где-нибудь в Мехико (+3000 метров). Однако и температура, и давление влияют на высоту «полета» головки над поверхностью диска, которая может изменяться динамически. Всего год назад, когда расстояние от головки до поверхности составляло «гигантские» 15 нанометров, вероятность физического контакта была близка к нулю. Но сейчас оно сократилось всего до 2 нанометров (по причине все того же уменьшения ширины дорожек), и если пустить все на самотек, головка вполне может царапнуть по пластине — с катастрофическими последствиями для данных. Поэтому теперь в каждую головку встроены микроскопические нагреватели, которые включаются при необходимости, изменяя ее аэродинамическую форму, что, в свою очередь, увеличивает подъемную силу.

1. Датчики удара и вибрации (датчик удара просто регистрирует удар, а RAFF-датчик позволяет проанализировать полученные удары и вибрации, которым подвергался диск)
2. Память (она же кеш, она же буфер)
3. Процессор
4. Управление двигателем (Motor Drive)
5. Разъемы для мотора
6. Разъемы SATA и питания

Говоря о скорости вращения шпинделя, а также сложности и миниатюрности конструкции, невозможно не восхищаться мастерством инженеров, все улучшающих и улучшающих винчестеры. Разумеется, не только тех, что работают в Western Digital, — в этой индустрии все очень взаимосвязано, и технология, родившаяся в одной компании, скоро оказывается в распоряжении и у других. Просто потому, что «стандартность» и взаимозаменяемость крайне важны в этом бизнесе. В то же время нельзя сказать, что все винчестеры абсолютно одинаковы. В конце концов, дизели с турбонаддувом тоже умеют делать многие компании, но везде есть свои «изюминки», меняющие поведение автомобиля на дороге до неузнаваемости.

Меня, правда, немного успокоило, что мощность процессора относительно невелика. Он базируется на архитектуре ARM, изготовлен компанией Marvell (в официальной классификации числится как System-on-Chip, SoC) и его кварцевый резонатор работает на частоте 25 МГц. Немного? По нынешним временам — да, но надо учитывать, что в режиме SATA III интерфейсная часть разгоняется до 6 ГГц, и это уже довольно внушительная цифра. В целом же процессор примерно в 50 раз мощнее, чем использовавшийся в легендарной PC AT. Почему вместо добавления еще одного ядра не подняли частоту? Скорее всего, распределение разнородных задач по двум неторопливым ядрам продемонстрировало большую эффективность, чем сваливание всего и вся на одно, но более быстрое. У меня еще возник вопрос — а нельзя ли переложить на жесткий диск хотя бы часть работы по декодированию видео? Идейка, конечно, из разряда фантастических, но представьте, как ее воплощение было бы полезно в некоторых случаях. Например, используете вы винчестер в медиаплеере или телеприставке, и однажды «железо» перестает справляться с декодированием видео нового стандарта «высокой четкости» или со стереокартинкой. Вы элегантным движением меняете жесткий диск, и вуаля, все снова летает!


Алекс улыбнулся, но ответил серьезно. Во-первых, для таких задач придется существенно переработать интерфейс, а пойдут ли на это коллеги по бизнесу (помним о «стандартности») — большой вопрос. Во-вторых, производство жестких дисков связано с огромными предзаказами — на сотни тысяч и даже миллионы экземпляров. Но жизнь есть жизнь, и время от времени крупный заказчик может сказать: «Знаете, у нас тут как-то не пошли продажи, поэтому можно мы не будем забирать следующие двести тысяч?» При нынешней модели производства абсолютное большинство компонентов можно использовать в других жестких дисках, а то и просто изменить марку накопителя при помощи другой прошивки. А что делать с придуманным мной комбайном, если их партия останется невостребованной? Вот то-то и оно.

Я поинтересовался — а растет ли вслед за «интеллектуальностью» жестких дисков и надежность хранения данных? В конце концов, очень интересно поболтать с тощим очкариком о теории относительности, однако если мне надо будет ночью прогуляться с чемоданом денег в рабочий район, я предпочту парней попроще, но покрепче. Алекс сразу вспомнил, что в 95-м году, когда он пришел работать в WD, диски во включенном состоянии выдерживали перегрузку до 10G, а в выключенном — до 70G. Теперь те же показатели у десктопных HDD выросли до 40G и 250G соответственно, а у моделей для ноутбуков — до 350G/1000G. И если раньше можно было «потерять» винчестер, споткнувшись о работающий компьютер (пример из собственной практики, каюсь), то теперь по корпусу придется, как минимум, изо всех сил врезать ногой. Растет и гарантированное число циклов включения/выключения — вроде еще недавно нормой считалось 50000, а теперь даже в бюджетных моделях оно составляет 300000. То же и со временем наработки на отказ, которое даже в массовых моделях может составлять до полутора миллионов часов. Конечно, как и прежде, винчестеры смертны. Причем — внезапно смертны. Однако «убить» его в ходе эксплуатации становится все сложнее (подумалось — почему производители не введут в оборот показатель отношения числа отказов дисков к общему объему в гигабайтах? Очень красивые графики бы получались…)


Я спросил Алекса — почему же система S.M.A.R.T. продолжает привирать? Казалось бы, по ее сведениям диск полностью здоров, однако в один печальный день он отдает концы и хорошо, если не прихватывает на тот свет все данные.

По словам моего собеседника, тому есть две причины. Во-первых, сами производители жестких дисков стараются не делать из S.M.A.R.T. параноика, устраивающего панику по любому поводу. Ошибки чтения, равно как и перераспределенные сектора, — дело житейское, и в небольших количествах они совершенно не страшны. Да, иногда проблемы нарастают стремительно, и, работай S.M.A.R.T. в параноидальном режиме, диск можно было бы спасти. Но тогда бы и уровень возвратов подрос процентов эдак до 10, причем в основном несли бы работоспособные накопители. Поэтому приходится поддерживать баланс между сверхэффективностью и здравым смыслом. Во-вторых, S.M.A.R.T. неспособна отследить некачественные комплектующие или брак сборки, и тут уж ничего не поделаешь. По крайней мере, пока.

Говоря о конкуренции с SSD, Алекс заметил, что слухи о смерти винчестера, столь популярные несколько лет назад, были здорово преувеличены. Никто даже не пытается преуменьшать достоинства флэш-накопителей, однако они не настолько велики, чтобы оправдать разрыв в цене. Когда гигабайт в SSD стоит в среднем раз в десять дороже, поневоле призадумаешься. Да и новые операционные системы так грамотно кешируют данные, что убедить себя в необходимости переплаты могут только очень требовательные и состоятельные парни. Между тем рынок традиционных жестких дисков продолжает расти, чему в последние году немало поспособствовали нетбуки (поначалу там стояли SSD небольшого объема, но уже очень скоро от них отказались в пользу HDD).

Как мы помним, в марте прошлого года WD выпустила три модели SSD, и все ждали развития линейки, однако вплоть до настоящего момента такового не последовало. Больше того, в руководстве WD заговорили, что SSD — продукт слишком нишевый, и негоже такой большой компании заниматься им всерьез. Алекс не сообщил о сроках анонсов новых моделей, однако предложил набраться терпения и «ждать большего». Ждать мы умеем, но все же хотелось бы побыстрее — во всех смыслах.


Возможно, достойной альтернативой SSD в компьютере сегодня стали бы винчестеры со скоростью вращения шпинделя 10000 об./мин. Такие WD выпускает уже довольно давно, однако «тиражи» их невелики, а цена кусается (WD VelociRaptor стоит примерно в 4-5 раз дороже моделей того же объема, но с 7200 об./мин). Алекс сообщил очень неожиданный факт: оказывается, в конце девяностых переход на 10000 оборотов стоял в планах компании, и это казалось столь же естественным, как переход с 5400 на 7200 об./мин, происходивший в те дни. Но потом вдруг выяснилось, что производительность можно крайне эффективно наращивать за счет роста плотности пластин, при этом снижая уровень шума и энергопотребление. В результате уже сегодня топовые модели с 7200 об./мин по многим параметрам догнали VelociRaptor, и непревзойденным пока остается только время отклика. Между тем, «десятитысячник» сам по себе более шумен и вдобавок нуждается в довольно интенсивном (и тоже не безупречно тихом) охлаждении, а пользователям это не нравится. Так что вместо раскручивания шпинделя производители предпочитают его, напротив, «сгонять» до 5400-5900 об./мин, создавая так называемые «зеленые» модели для использования в тихих домашних компьютерах и медиаплеерах. Так что индустрия-то, получается, может — это мы не хотим.


Подводя итог беседы, можно с уверенностью сказать: если мы не замечаем изменений в жестких дисках — это не значит, что их не происходит. Наверное, все выглядит не так эффектно, как в процессорах или видеокартах, но от этого не становится менее интересно. Шутка ли, только с 1995 года максимальный объем накопителя вырос в 3000 раз, а скорость передачи данных увеличилась с 5 до 150 Мбайт/с. Остается лишь внимательно следить за дальнейшим развитием индустрии и робко надеяться, что однажды в ней произойдет действительно крупная революция, благодаря которой уровни в играх Crytek станут загружаться за доли секунды. Сохраняя свои мечты на жестком диске, мы делаем их вполне материальными. Так пусть сбываются.