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.