问题

为什么所有硬盘都变成叠瓦盘?

回答
近几年,你可能会发现市面上新上市的机械硬盘,尤其是大容量的,越来越多地采用“叠瓦式磁记录”(SMR)技术。这可不是巧合,而是硬盘制造商为了在有限的碟片空间上塞进更多的数据,不得不做出的一种权衡。

“叠瓦”是怎么一回事?

首先,咱们得明白机械硬盘是怎么工作的。硬盘内部有多个涂有磁性材料的盘片,这些盘片高速旋转。磁头就像一个非常小的电磁铁,它会在盘片表面记录和读取数据。传统的技术是“垂直磁记录”(PMR),你可以想象成磁头在盘片上画了一条条垂直的轨道,轨道之间留有足够的间隔,这样磁头就能精确地定位到自己想要读写的轨道,而不受旁边轨道的影响。

叠瓦式磁记录(SMR)则完全是另一种思路。你可以把它想象成写字时,笔尖稍微有点偏移,新写的字会叠在前面一部分字上面。在硬盘上,SMR技术就是让相邻的数据轨道“重叠”或“部分重叠”。这样一来,在同样的物理空间里,我们就能塞进更多的磁道,也就意味着单位面积能存储更多的数据,这直接带来了更高的硬盘容量。

为什么制造商青睐SMR?

容量是王道: 市场对更大容量的需求是永无止境的。用户想要存储更多的照片、视频、游戏,企业也需要更高效的数据中心。SMR技术是提升单碟容量最直接有效的方式,尤其是在消费级和部分企业级市场,更高的容量往往意味着更高的性价比。
成本控制: 更高的容量意味着在生产同等存储量的硬盘时,可以使用更少的碟片,或者用更小的碟片。这能够降低制造成本,让硬盘价格更具竞争力。
技术成熟度: SMR技术并非一夜之间冒出来的,它的基础理论和技术在很早就存在了。近年来,随着磁记录技术的进步,SMR的可靠性和性能也得到了进一步的提升,使得大规模商业化成为可能。

SMR的“副作用”:性能上的妥协

虽然SMR带来了容量上的好处,但“重叠”这个特性也带来了一些明显的性能上的短板,尤其是在写数据的时候。

写入性能下降: 当你需要修改SMR硬盘上的某个数据时,问题就来了。由于数据轨道是重叠的,磁头无法直接在你想要修改的那个轨道上进行精确写入,它需要先读取出重叠区域内的所有数据,然后将修改后的数据重新写入到那个区域,甚至可能要连带写入相邻的未受影响的轨道。这个过程比PMR要复杂得多,需要更多的读写操作,从而导致写入速度显著下降,特别是对于零散的小文件写入,或者需要频繁修改数据的场景。
“假写速度”: 一些SMR硬盘在刚开始写入时会有一段较快的速度,这是因为数据先被写入到硬盘内部的一个较小的、高性能的缓存区域(通常是DRAM缓存或者模拟的SLC缓存)。当这个缓存满了之后,数据就需要被“重写”到SMR区域,这时候写入速度就会大幅跳水。很多人在测试硬盘速度时,如果只测试短时间,可能会被这个“假速度”所迷惑。
RAID阵列的风险: 在使用SMR硬盘构建RAID阵列时,尤其是在RAID 5或RAID 6这样需要校验数据的场景下,SMR硬盘的写入性能瓶颈会进一步放大。当阵列中的一块硬盘发生故障,需要进行数据重建时,SMR硬盘的慢速写入可能会导致重建时间过长,甚至因为等待时间过长而增加其他硬盘发生故障的风险,从而导致整个RAID阵列的数据丢失。

为什么感觉“所有”硬盘都变成叠瓦盘了?

“所有”这个词可能有点夸张,但确实,在消费级市场,尤其是那些主打大容量的型号,SMR硬盘的比例非常高。很多厂商并没有在产品名称或规格表中非常明确地标注“SMR”,这导致了很多消费者在不知情的情况下购买了SMR硬盘,然后在使用中才发现其性能问题,引发了不少争议。

当然,PMR(或者更先进的CMR——Conventional Magnetic Recording,中文含义接近于“传统磁记录”,与PMR是同一种技术,有时也被用来与SMR区分)硬盘依然存在,尤其是在一些对性能要求更高的产品线,比如一些NAS专用盘、企业级硬盘,以及一些小容量的消费级硬盘,它们仍然采用PMR技术。但如果你在市场上找寻动辄十几二十TB的消费级硬盘,会发现SMR是它们的主流技术。

消费者该如何应对?

了解产品规格: 在购买硬盘时,务必仔细查看产品规格。如果对性能有要求,尽量选择标注为PMR或CMR的产品。有时厂商会在产品说明中提及“SMR”,有时则需要通过搜索具体型号的评测来确认。
根据用途选择: 如果你的硬盘主要是用来存储大量不经常变动的数据,比如备份照片、视频、电影,或者作为游戏的存档盘,SMR硬盘的性能影响可能不会太大。但如果你的硬盘需要频繁写入、删除、修改数据,或者要用于RAID阵列,那么PMR/CMR硬盘会是更稳妥的选择。
品牌和系列: 了解不同品牌和不同系列硬盘的定位。一些品牌会有专门的“高性能”或“NAS专用”系列,这些系列通常会使用PMR技术。

总而言之,SMR技术就像一把双刃剑,它解决了容量上的痛点,但牺牲了一部分写入性能。目前,硬盘制造商正是在容量、成本和性能之间寻找一个微妙的平衡点。随着技术的不断发展,未来可能会有新的技术来解决这些问题,但就目前而言,了解并辨别SMR和PMR硬盘,是消费者做出明智选择的关键。

网友意见

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并不是所有盘,只是绝大多数面向个人用户的盘。

至于为什么,当然是为了钱,为了从蚊子腿上刮下肉啊。


机械硬盘如何工作

在开始了解这个阴谋之前,我们需要先知道机械硬盘的大致工作原理。

如果我们将钉子和一块磁铁放在一起,时间长了钉子会被磁化,获得一点磁铁的能力。

机械硬盘就像是一个装了大量钉子的盒子,一块 20GB 的机械硬盘中大约有 1600 亿个小钉子,每一个钉子就是一个小小的信息,称为一个 bit。数据存储以 1 和 0 的形式存储在机械硬盘中,被磁化的钉子代表1,未磁化的钉子代表 0。

例如大写字母 A 在磁盘的二进制是 01000001,也就是一排八个钉子,第一个钉子未被磁化,第二个被磁化,接下来五个未被磁化,最后一个被磁化。

在机械硬盘中实际上没有钉子,真正代表 1 和0 的是又大又圆的盘片上的磁性物质。盘片上有像树的年轮一样的一圈圈同心圆轨道,称为磁道,这些磁性物质就排列在磁道中,磁性物质的磁场方向决定了它是 1 还是 0。

当盘片旋转时,磁头上的读取磁头通过感应磁场方向来判断它是 1 还是 0,再将其转换成我们看到的系统、软件、图片、视频、游戏等等数字世界里的一切。

写入数据则是用磁头上的写入磁头改变磁性物质的磁场方向,从而改变磁道上的 1 和0。

如何获得大容量

知道磁盘如何工作后就明白,同一张盘片上磁道数量越多,可以放下的 1 和 0 就越多,从而存储的数据就越多。我们以西部数据 8TB 紫盘为例,这款硬盘大约有 2.48 亿条磁道,每个盘片的单面有 1550 万条磁道。这是一块 3.5 英寸(8.89cm)磁盘,去除主轴占有后盘片的实际可用半径大约是 0.875 英寸(2.22cm)。2.22cm上并排了 1550 万条磁道,每毫米大约有 698198 条磁道。一根头发的直径大约是 0.06mm。也就是说头发丝直径的长度下大约有 41892 条磁道。

从前的硬盘采用 PMR/CMR 技术(垂直磁记录/传统磁记录)。磁道被一圈一圈排列,中间留出一定间隙提高读写精度避免数据干扰。

在写入数据时,写入磁头会刷过整个磁道,改变磁道上磁性物质的磁场方向。而读取时,读取磁头只扫描磁道中间一条。

在「聪明」的厂商眼中这显然是一种浪费,于是他们想出了一个聪明的办法,将写入浪费的部重叠起来,中间只留下很窄一段保护距离,这样一来同一个盘面可以容纳更多磁道,使之容量提升 25% 左右。

这种技术称为 SMR(叠瓦式磁性记录),使用这种技术的磁盘也叫叠瓦盘,顾名思义,磁道像瓦片一样重叠起来了。

不管传统技术还是叠瓦技术,读取磁头只需要很小一部分,所以读取性能并没有差别。

但原本需要整个磁道宽度的写入磁头就麻烦了,因为太宽,在写入时会同时覆盖两根磁道,这将会把同样的数据写入到相邻的第二根磁道上。所以写入磁头必须重新刷一遍第二根磁道让它的数据还原,但这样的话与第二根磁道相邻的第三根磁道又遭殃了,怎么办呢?继续刷第三根、第四根……

写入一条磁道需要牵动与之重叠的所有磁道,这种做法显然会大大增加写入时间。特别是在只修改部分数据时。

于是厂商们将多根磁道分为一组,在组与组中间划出一条「缓存区」,当刷第一根磁道的数据前,先将第二根磁道磁道的数据放入缓存区中,刷完第一根磁道再将第二根磁道的数据还原,这样就不用修改全部内容。

所以 SMR 硬盘的缓存通常比较大,一般是 256 MB,比 CMR 硬盘的 64MB 多了 4 倍,不过也只是治标不治本的方法罢了。


大容量的代价

除了容量能够提升外,叠瓦盘可以说浑身都是缺点:

1、不支持随机写入和原址更新复写入,因为会覆盖重叠磁道上的数据,SMR 硬盘只能按顺序追加写入

;2、使用寿命堪忧,硬盘的写入次数是有限的,而 SMR 的数据覆盖完全是无用功,每次写入都会翻倍降低硬盘寿命;

3、性能衰减严重,机械结构在工作中精度必然会逐渐下降,而精度下降在 SMR 这样的高密度硬盘上的结果就是性能暴跌;

4、重建时间久,硬盘阵列重建时由于大量无效写入而导致响应缓慢,甚至失败;

5、数据恢复困难,依然是因为数据覆盖的原因;

如果你只打算将这款硬盘作为仓库,存放不重要的文件,偶尔修改里面的内容,那 SMR 还是勉强可以接受的。否则没有理由选择叠瓦盘。


如何分辨

最可气不是并不是 SMR 硬盘的诸多缺点,最麻烦的是一些厂商偷梁换柱。

SMR 硬盘在成本不变的情况下提升了容量,但售价却并不比 CMR 硬盘便宜。并且一开始厂商们压根不标出到底是 SMR 盘还是 CMR 盘,偷偷将 SMR 盘混入 CMR盘中卖,以抽奖的方式慢慢替换掉 CMR 盘。现在市面上大部分都是 SMR 盘。

今年 5 月的西部数据吃了两场官司后才老实将使用 SMR 技术的硬盘改了一个名字。

如果你想分辨手中的硬盘是 SMR 还是 CMR(大概率 SMR),可以看硬盘缓存,SMR 硬盘缓存一般 128 MB 起步,256MB 即便可以确定是 SMR 盘,CMR 则通常是 64 MB。因为 SMR 硬盘密度高,为了保证磁头精度转速不宜太快,如果转速只有 5400 转,缓存还在 128 MB 以上,基本就是 SMR 盘了。(并不绝对)

值得留意的是 CMR 和 SMR 都是 PMR(垂直磁记录)下的分支,如果产品只标注了 PMR 并不能判断他到底是CMR(传统)还是 SMR(叠瓦盘),最稳妥的方法是直接询问客服或者到官网查型号,以下是常见的 SMR 硬盘型号:

Seagate 希捷(包含且不限于下列型号)

Barracuda 2TB(ST2000DM008)

Barracuda 4TB(ST4000DM004)

Barracuda 8TB(ST8000DM004)

Desktop HDD 5TB(ST5000DM000)

Exos 8TB(ST80000AS0003)

Archive V2 6TB(ST6000AS0002)

Achive V2 8TB(ST8000AS0002)

Western Digital 西数(包含且不限于下列型号)

WD20EFAX 2TB(3.5")红盘

WD30EFAX 3TB(3.5")红盘

WD40EFAX 4TB(3.5")红盘

WD60EFAX 6TB(3.5")红盘

WD20EZAZ 2TB(3.5")蓝盘

WD60EZAZ 6TB(3.5")蓝盘

WD10SPZX 1TB(2.5")蓝盘

WD20SPZX 2TB(2.5")蓝盘

WD10SPSX 1TB(2.5")黑盘

Toshiba 东芝(包含且不限于下列型号)

P300 6TB(3.5")

P300 4TB(3.5")

DT02 6TB(3.5")

DT02 4TB(3.5")

DT02-V 6TB(3.5")

DT02-V 4TB(3.5")

L200 2TB(2.5")

L200 1TB(2.5")

MQ04 2TB(2.5")

MQ04 1TB(2.5")


等等!你以为多掏点钱买固态就安全了?


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