[研究]硬碟存取技術：PMR、CMR、SMR、HAMR、AMR
2023-10-30
PMR、CMR
PMR （Perpendicular Magnetic Recording，垂直磁記錄）亦稱為傳統磁性記錄 (conventional magnetic recording，CMR)、疊瓦式磁性記錄 (shingled magnetic recording，SMR) 、HAMR（熱輔助磁記錄）、AMR 硬碟
垂直磁記錄 - 維基百科，自由的百科全書
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垂直磁記錄（英語：Perpendicular magnetic recording，PMR），也稱為常規磁記錄（conventional magnetic recording，CMR[註 1]）、垂直寫入技術，是一種硬碟存取技術。
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SMR
疊瓦磁記錄 - 維基百科，自由的百科全書
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%A0%E7%93%A6%E7%A3%81%E8%AE%B0%E5%BD%95
疊瓦磁記錄（英語：Shingled magnetic recording，SMR，直譯為分層磁記錄），是一種用於硬碟驅動器的磁儲存資料記錄技術，可提高儲存密度和每個驅動器的整體儲存容量。[1] 常規的硬碟機通過寫入彼此平行而不重疊的磁軌來記錄資料（垂直磁記錄，PMR）。而疊瓦磁記錄技術的硬碟寫入的新磁軌則與先前寫入的磁軌部分重疊，從而使先前的磁軌更窄，因此能擁有更高的磁軌密度。由此可以看出，使用疊瓦磁技術的磁軌相互重疊，與用作屋頂的瓦片堆疊方式類似。我們之所以能這樣做，是因為磁碟寫入磁頭由於物理上的原因比讀取磁頭寬上許多，因而由正常方式寫入的磁軌寬度遠比讀取磁頭所需的磁軌寬度來得寬。[2][3][4]
由於磁軌存在重疊，疊瓦磁碟的寫入過程較為複雜。如果我們隨機寫入一個磁軌，由於寫入磁頭的寬度比磁軌寬，因此寫入會影響到臨近磁軌；如果這個臨近磁軌有資料，這些資料就也需要重寫以免資料被破壞，依此類推。因此，SMR 磁碟一般分成很多塊只能追加資料（順序寫入）的區域（Zone），這和固態硬碟的快閃記憶體頁管理類似。使用「裝置管理」（device-managed）方式的 SMR 磁碟通過內部韌體處理了 SMR 磁碟複雜的寫入問題，從而對使用者封裝了 SMR 磁碟的複雜性，令使用者可以像使用 PMR 硬碟一樣隨機寫入 SMR 硬碟。其他 SMR 磁碟則使用「主機管理」（host-managed）方式，需要作業系統辨識 SMR 磁碟並擁有能對 SMR 磁碟進行正確順序寫入的驅動程式才能被正常使用。[4][5]
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HAMR(Heat-Assisted Magnetic Recording)
熱輔助磁記錄 - 維基百科，自由的百科全書https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%83%AD%E8%BE%85%E5%8A%A9%E7%A3%81%E8%AE%B0%E5%BD%95
熱輔助磁記錄 （HAMR） 是一種使用鐳射熱先加熱高度穩定媒體，以輔助磁性錄寫資料的技術。HAMR 技術需要像鉑鐵合金這樣高度穩定的磁性複合材料。這些材料可以在相當小的面積內儲存單一位元組而不再受限於超順磁性；目前使用在硬碟儲存的許多技術仍受限於超順磁性。唯一的缺點是，他們必須被加熱以適應磁場方向的改變。
HAMR 是富士通在2006年發展出來的技術，這項技術可以達到每平方英吋1Tb的儲存密度。
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TFI讀/寫技術
MR（Magneto Resisive）磁阻磁頭
GMR（Giant Magneto Resisive）巨磁阻磁頭
各向異性磁阻（AMR，Anisotropic Magneto Resistive）
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請說明硬碟存取技術問世年分？普及於市售硬碟年分？硬碟容量？簡介？
TFI讀/寫技術
- MR（Magneto Resisive）磁阻磁頭
- GMR（Giant Magneto Resisive）巨磁阻磁頭
- AMR (Anisotropic Magneto Resistive）
- PMR (Perpendicular magnetic recording）
- CMR（conventional magnetic recording)
- SMR (Shingled magnetic recording)
- HAMR(Heat-Assisted Magnetic Recording)
ChatGPT
以下是各種硬碟存取技術的問世年份、普及於市售硬碟的年份、硬碟容量以及簡介：
TFI讀/寫技術：
- 問世年份：1997年
- 普及於市售硬碟年份：1998年
- 硬碟容量：最初的TFI硬碟容量為2.1GB
- 簡介：TFI（Thin Film Inductive）是一種硬碟磁頭技術，使用薄膜感應線圈進行讀寫操作。該技術在1997年首次問世，並在1998年開始普及於市售硬碟中。最初的TFI硬碟容量為2.1GB，後續逐漸提升。
MR（Magneto Resistive）磁阻磁頭：
- 問世年份：1990年
- 普及於市售硬碟年份：1997年
- 硬碟容量：普及時期的MR硬碟容量可達20GB
- 簡介：MR磁阻磁頭是一種使用磁阻效應進行讀寫操作的技術。該技術於1990年問世，並在1997年普及於市售硬碟中。當時的MR硬碟容量可達20GB，這種技術的發展為後續更高容量的硬碟奠定了基礎。
GMR（Giant Magneto Resistive）巨磁阻磁頭：
- 問世年份：1997年
- 普及於市售硬碟年份：2001年
- 硬碟容量：普及時期的GMR硬碟容量可達100GB
- 簡介：GMR巨磁阻磁頭是一種更高靈敏度和更高讀寫能力的磁頭技術。該技術於1997年問世，但直到2001年才普及於市售硬碟中。當時的GMR硬碟容量可達100GB，這種技術的引入顯著提升了硬碟的性能和容量。
AMR (Anisotropic Magneto Resistive)：
- 問世年份：1999年
- 普及於市售硬碟年份：2003年
- 硬碟容量：普及時期的AMR硬碟容量可達200GB
- 簡介：AMR異向性磁阻磁頭是一種進一步改進磁阻效應的技術。該技術於1999年問世，並在2003年普及於市售硬碟中。當時的AMR硬碟容量可達200GB，同樣提供了更高的讀寫能力和儲存容量。
PMR (Perpendicular magnetic recording)：
- 問世年份：2005年
- 普及於市售硬碟年份：2006年
- 硬碟容量：普及時期的PMR硬碟容量可達1TB
- 簡介：PMR垂直磁紀錄是一種改變資料儲存方向的技術，將資料垂直記錄於磁性材料中。該技術於2005年問世，並在2006年普及於市售硬碟中。PMR技術的引入使得硬碟容量大幅提升，普及時期的PMR硬碟容量可達1TB。
CMR（conventional magnetic recording）：
- 問世年份：1956年
- 普及於市售硬碟年份：1956年至今
- 硬碟容量：目前市售硬碟的CMR容量可達數TB
- 簡介：CMR傳統磁紀錄是最早的硬碟存取技術，於1956年問世並至今仍在使用。CMR技術將資料平行記錄於磁性材料表面，並在後續發展中逐步提升硬碟容量，目前市售硬碟的CMR容量可達數TB。
SMR (Shingled magnetic recording)：
- 問世年份：2013年
- 普及於市售硬碟年份：2013年至今
- 硬碟容量：目前市售硬碟的SMR容量可達數TB
- 簡介：SMR疊瓦磁紀錄是一種在磁道之間部分重疊寫入的技術。該技術於2013年問世，並至今仍在使用。SMR技術在一些應用中可以提供更高的儲存容量，目前市售硬碟的SMR容量可達數TB。
HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording)：
- 問世年份：預計在2023年問世
- 普及於市售硬碟年份：尚未普及於市售硬碟
- 硬碟容量：預計HAMR技術將提供更高的硬碟容量，但具體數值尚未確定
- 簡介：HAMR熱輔助磁紀錄是一種新興的硬碟存取技術，預計在2023年問世。該技術利用雷射加熱磁性材料，使其更容易進行磁場寫入操作。HAMR技術預計將提供更高的硬碟容量，但具體數值尚未確定。這項技術被視為未來硬碟發展的一個重要趨勢。
請注意，上述的問世年份、普及年份和硬碟容量僅為大致數據，可能會因不同的硬碟廠商和產品而有所差異。此外，技術的發展也在不斷進步，因此未來可能會有新的硬碟存取技術問世。
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請問還有甚麼技術?
ChatGPT
除了上述提到的硬碟存取技術，還有一些其他的技術如下：
MAMR (Microwave-Assisted Magnetic Recording)：
- MAMR微波輔助磁紀錄是一種使用微波場輔助進行磁紀錄的技術。它結合了傳統的PMR技術與微波場的應用，能夠實現更高的硬碟儲存密度。MAMR技術的目標是提供比目前的PMR技術更大的硬碟容量。
HDMR (Heat-Dissipation Magnetic Recording)：
- HDMR散熱磁紀錄是一種利用散熱技術進行磁紀錄的方法。它采用特殊的熱管理系統，以控制磁頭的溫度，從而提高磁紀錄的穩定性和可靠性。HDMR技術的目的是在高密度儲存的同時，減少磁頭因溫度過高而引起的錯誤。
TLC (Triple-Level Cell) 和 QLC (Quad-Level Cell)：
- TLC和QLC是關於快閃記憶體（SSD）的技術，而非硬碟。它們是基於MLC（Multi-Level Cell）技術的進一步發展，能夠在每個儲存單元中存儲更多的位元組。TLC和QLC技術分別在每個儲存單元中儲存三個和四個位元組，從而提供更高的容量和更低的成本。
這些是一些在硬碟存取和儲存技術領域的重要技術。隨著科技的不斷進步，我們可能會看到更多新的技術和創新的產品出現。
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SMR 硬碟缺點？傳統硬碟還有什麼優勢？
April 9, 2023
https://techapple.com/archives/42236
SMR 硬碟優點：容量更大、價格更低。
SMR 硬碟缺點：寫入效能低、可能不適合 RAID 或 NAS、大量重覆寫入可能短命。
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CMR 與 SMR 硬碟機 | Seagate 台灣
https://www.seagate.com/tw/zh/products/cmr-smr-list/
IronWolf 和 IronWolf Pro 都 CMR
WD 公開說明旗下使用 SMR 技術的硬碟型號 | XFastest News
https://news.xfastest.com/wd/79762/wd-smr-hdd-model/
WD 3.5" 8TB and above 都 CMR
內接式 / 專用儲存產品 | 臺灣東芝電子零組件股份有限公司 | 台灣
https://toshiba.semicon-storage.com/tw/storage/product/internal-specialty.html
https://www.mobile01.com/topicdetail.php?f=297&t=5929689
SMR絕對不適合當備份碟；因為超過PMR快取部分10G，你就要等他搬移資料到SMR區塊，這時候速度會降到900KB/S，相反的你一次資料寫入不超過10G，速度是可以到150MB/s；
依我經驗SMR當系統碟還算可以，頻繁讀取因為256MB＋10GB PMR區塊快取的關係，其實不會太卡
Ultrastar DC HC580 (CMR) + HC590 (CMR) + HC680 (SMR) + HC690 (SMR)
https://www.westerndigital.com/zh-tw/products/product-compare?ids=WSH723220ALN601:ultrastar-dc-hc690-hdd,0F65672:ultrastar-dc-hc590-hdd,ultrastar-dc-hc680-28tb-se:ultrastar-dc-hc680-hdd,0F62795:ultrastar-dc-hc580-hdd
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2024-10-30
目前，Seagate 是主要推出使用 HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording) 技術的 HDD 製造商。他們的最新產品包括 32TB 和 36TB 的 HAMR HDD，並計劃未來推出 40TB 和 50TB 的產品。
HAMR 技術能夠大幅提高磁性媒體的面密度，從而增加硬盤的容量。這對於需要大量存儲空間的應用場景非常有用，例如雲端數據中心和大型企業。
HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording) 技術有其優點和缺點：
優點
- 提高存儲容量：HAMR 技術能夠大幅提高磁性媒體的面密度，從而增加硬盤的容量
- 更高的資料可靠性：HAMR 技術能夠更精確地寫入資料，提高資料的可靠性和穩定性
- 能源效率：HAMR 技術在寫入過程中使用局部加熱，這樣可以減少能量消耗
缺點
- 技術挑戰：HAMR 技術的實現需要解決多個技術挑戰，包括控制加熱過程和確保熱量不會影響硬盤的穩定性
- 成本：HAMR 技術的開發和生產成本較高，這可能會導致產品價格較高
- 實施難度：HAMR 技術的實施需要專業知識和技術，並且可能需要對現有硬件進行升級或更換
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2024-10-30 個人備份用 HDD 合適選 CMR ? SMR ? HAMR ? 其他 ?
ChatGPT 說：
對於個人備份用途的 HDD，主要建議考慮 CMR、SMR 和 HAMR 三種技術的特性，以下是詳細介紹：
CMR（Conventional Magnetic Recording）：
- 適用情境：最適合個人備份，特別是需要頻繁寫入的資料。
- 優點：穩定性高、寫入速度佳，適合多次大容量寫入。大多數 NAS 系統也推薦 CMR。
- 缺點：容量相對 SMR 或 HAMR 稍低，並且相對稍高的價格。
- 總結：優先選擇，若以穩定性和兼容性為主要考量。
SMR（Shingled Magnetic Recording）：
- 適用情境：適合低頻率寫入、高頻率讀取的備份，如長期存放不常改動的檔案。
- 優點：單位成本較低，容量密度高，適合儲存大型資料庫或影音資料庫等。
- 缺點：寫入速度慢，尤其是頻繁更新的數據備份會遇到效能瓶頸。
- 總結：不推薦作頻繁更新的備份用途，適合存放不常改動的長期資料。
HAMR（Heat-Assisted Magnetic Recording）：
- 適用情境：HAMR 技術多用於企業級的高容量儲存，適合高性能需求的備份解決方案。
- 優點：容量極大，未來隨著技術成熟，可能逐漸普及並更具性價比。
- 缺點：目前成本較高、散熱需求較高，且在一般消費市場的應用仍較少。
- 總結：對個人備份而言，現階段 HAMR 不建議，因為其價格較高且多數情境下性能過剩。
結論
對於個人備份用 HDD，若需穩定且頻繁寫入的需求，優先選擇 CMR；若是存放較不常更動的資料，可以選擇價格較低的 SMR。HAMR 在目前階段多為高端應用，適合未來需求或企業儲存考量。
(待續)
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