Le SMR (Shingled Magnetic Recording) augmente la densité de stockage

Le monde produit et exploite toujours plus de données : appareils mobiles, streaming, travail sur le cloud ou sur des serveurs. La con­som­ma­tion de données par foyer atteindra bientôt un téraoctet par mois. Comment répondre à cette demande sans limite d’une plus grande capacité de stockage ? Le SMR pourrait bien être la solution. Que signifie le terme Shingled Magnetic Recording, comment fonc­tionne cette nouvelle tech­no­lo­gie et quel volume permet-elle de gagner ?

On a longtemps estimé que, pour la première fois, avec une capacité de quatre té­raoc­tets, les disques durs avaient atteint leur limite. Après ce volume, plus d’évolution possible. C’est alors qu’est arrivée la tech­no­lo­gie Shingled Magnetic Recording (abrégée en SMR) qui permet d’atteindre un volume de huit téraoctet ; et sous une forme abordable. Le plus sur­pre­nant, avec les disques durs SMR, c’est leur nouvelle densité sur­fa­cique, qui offre plus de 25 % de volume de stockage sup­plé­men­taire pour un même volume physique.

Et qu’est-ce que le SMR ? Pour sim­pli­fier, le Shingled Magnetic Recording, ou en­re­gis­tre­ment mag­né­tique à bardeaux, est une tech­no­lo­gie de disque dur qui diminue davantage encore l’espace entre les pistes. Le terme anglais « shingle » signifie « bardeaux » et donne ainsi une bonne re­pré­sen­ta­tion du fonc­tion­ne­ment de l’ensemble. En effet, les pistes d’un disque dur SMR sont, tout comme les bardeaux d’une toiture, su­per­po­sées les unes sur les autres. Cette dis­po­si­tion permet d’inscrire plus de données dans un même espace. Les têtes de lecture d’un disque SMR sont nettement plus petites que l’unité d’écriture, ce qui permet de lire toutes les données même lorsque les pistes se che­vauchent.

Cette tech­no­lo­gie est encore nouvelle mais très pro­met­teuse. Elle pourrait bien ra­pi­de­ment sup­plan­ter la norme actuelle, le Per­pen­di­cu­lar Magnetic Recording (PMR). Cette tech­no­lo­gie s’appuie sur des pistes pa­ral­lèles et les pôles de ses éléments mag­né­tiques (qui re­pré­sen­tent les données) sont orientés à la verticale par rapport à la surface des plateaux. Les pistes mag­né­tiques sont inscrites côte-à-côte, sans se che­vau­cher. Quand on veut augmenter la capacité d’un disque PMR, il faut acheter davantage de surface. Un paramètre qui pèse lourd en faveur de l’en­re­gis­tre­ment mag­né­tique à bardeaux. Le SMR est une évolution du PMR et offre une densité sur­fa­cique améliorée. Sur le plan physique, le produit final est identique à un disque dur PMR habituel, mais renferme une capacité bien plus im­por­tante. Modifier l’ar­chi­tec­ture implique cependant une ex­pé­rience uti­li­sa­teur très dif­fé­rente avec un disque dur SMR.

Les disques durs SMR adoptent une autre approche pour dépasser les limites physiques des supports de stockage habituels. Tout commence avec la tête de lecture/écriture, qui est re­la­ti­ve­ment large, en tout cas nettement plus large que les pistes. Elle inscrit ses pistes de données sous forme sé­quen­tielle. Ainsi, certaines parties des pistes sont inscrites et, comme les pistes se che­vauchent, cela implique que, à chaque fois, des données soient inscrites sur la piste adjacente. En principe, cela devrait entraîner, à la mo­di­fi­ca­tion du moindre octet, la réé­cri­ture de l’ensemble du disque dur SMR. Le trai­te­ment des données de­vien­drait ainsi très lent, au point de rendre le disque to­ta­le­ment inu­ti­li­sable.

Pour éviter ce cas de figure, les pistes SMR sont ras­sem­blées en bandes. Ainsi, le che­vau­che­ment des pistes et leur ins­crip­tion sont limités à un nombre défini. Par ailleurs, chaque disque dur embarque une zone tampon interne pour stocker tem­po­rai­re­ment les données, ainsi qu’un cache. Les données sont d’abord en­re­gis­trées dans ces deux espaces de stockage tem­po­raire, puis reportées au bon endroit sur les pistes dans un second temps. C’est la raison pour laquelle on entend souvent un disque dur SMR tourner bien longtemps après un processus d’écriture.

Le système utilise aussi un élément d’écriture très puissant, capable de créer des pistes très étroites, ce qui entraîne une plus grande densité de données. Ainsi, la tech­no­lo­gie SMR est toute indiquée pour inscrire des données en continu sur le disque dur au cours de longs processus d’écriture sé­quen­tielle.

Le Shingled Magnetic Recording présente un in­con­vé­nient majeur : comme il s’agit d’une technique très jeune, il n’est pas toujours clai­re­ment identifié sur les disques durs. Ainsi, on a souvent vu des disques durs re­com­man­dés pour les NAS s’appuyer en réalité sur l’en­re­gis­tre­ment mag­né­tique à bardeaux. En principe, un disque dur SMR pourrait également servir pour un NAS, mais dans un cadre de travail aux exigences chan­geantes, le système SMR, par sa con­cep­tion, atteint vite ses limites.

Lorsqu’on utilise plusieurs types de disques durs, par exemple pour compléter un serveur SSD, il est pré­fé­rable de ne pas associer PMR et SMR, les modèles de certains fa­bri­cants ont pu ren­con­trer des problèmes en termes de per­for­mance.

En théorie, on peut utiliser un disque dur SMR comme n’importe quel autre. Il est donc possible de les formater en FAT32 et de les faire tourner sous Windows. La vitesse de trans­mis­sion des données est nettement plus variable que celle d’un disque dur PMR tra­di­tion­nel, pour les raisons évoquées ci-dessus, tout du moins lorsque les accès en écriture ne sont pas réguliers. Si les processus appliqués au disque dur SMR suivent un motif linéaire, le système fonc­tion­nera à vitesse équi­va­lente. En lecture, il n’y a aucune dif­fé­rence notable. Même s’il se démarque d’autres tech­no­lo­gies d’en­re­gis­tre­ment plus connus, l’en­re­gis­tre­ment mag­né­tique à bardeaux ne peut pas mettre un terme à l’hégémonie des disques durs SSD sur le secteur des lecteurs de jeux ou de pro­grammes. Cela étant, le SMR n’a pas été conçu pour se po­si­tion­ner sur ce marché.

La tech­no­lo­gie SMR est optimale pour des systèmes qui écrivent des données en continu sur les disques durs. Ces processus d’écriture de données sé­quen­tiels et prolongés sont né­ces­saires pour les serveurs et les données de backup et d’archivage, comme par exemple pour cons­ti­tuer des archives sur le cloud ou des ar­chi­tec­tures en stockage objet.

Pour un usage privé, c’est-à-dire pour équiper un or­di­na­teur par­ti­cu­lier d’un disque dur vo­lu­mi­neux, les disques SMR ne sont pas re­com­man­dés à cause de la chaleur qu’ils dégagent, du bruit qu’ils émettent et de leur con­som­ma­tion d’énergie élevée. Une con­sé­quence de leur méthode de réor­ga­ni­sa­tion évoquée plus tôt : les nouvelles données sont d’abord inscrites sur une zone vide du plateau tandis que, sur la piste d’origine, les anciennes données sont con­ser­vées tem­po­rai­re­ment. Lorsque le disque dur SMR n’est plus actif, les octets des anciennes données sont remplacés par les nouveaux. C’est pourquoi le disque à en­re­gis­tre­ment mag­né­tique à bardeaux a besoin de périodes d’inac­ti­vité. Ces disques durs peuvent devenir nettement plus lents lorsqu’ils doivent inscrire des données sans in­ter­rup­tion pendant une longue période, à des em­pla­ce­ments répartis au hasard, ce qu’on appelle aussi le « Random Write ».

Les fa­bri­cants de disques durs SMR sou­hai­tent résoudre ce problème avec un firmware. Pourtant, pour les par­ti­cu­liers et dans le cadre d’une uti­li­sa­tion normale, les disques durs SSD restent le meilleur choix, surtout depuis que leurs coûts de fa­bri­ca­tion ne cessent de baisser.

À l’inverse, pour les personnes cherchant à archiver des données sur leur serveur, les disques durs SMR re­pré­sen­tent une solution compacte (au niveau du matériel), éco­no­mique et fiable.