Hard disk SMR: Western Digital, Seagate e Toshiba mancano di trasparenza. Facciamo il punto

Le difficoltà di alcuni utenti con determinati dischi di Western Digital, Seagate e Toshiba hanno portato a scoprire che le tre aziende vendono modelli basati su tecnologia di registrazione SMR come se si trattasse di unità basate su tecnologia Conventional Magnetic Recording (CMR), detta anche PMR (Perpendicular Magnetic Recording).

Quella che all'apparenza può apparire come una differenza di poco conto nasconde invece una mancanza di trasparenza che sta causando problemi e disagi ad alcuni utenti. La tecnologia SMR è infatti ottima per l'archiviazione, ma più lenta e persino del tutto inadatta per altri carichi di lavoro. Nonostante queste problematiche note le tre aziende hanno deciso di vendere dischi SMR senza dichiararlo.

Cos'è SMR (Shingled Magnetic Recording) e quali effetti ha?

"Shingle" vuol dire letteralmente "tegola". Shingled Magnetic Recording, o SMR in breve, è una tecnica con cui i produttori di hard disk dispongono le tracce sui piatti degli hard disk similmente alle tegole sui tetti, ovvero con una sovrapposizione tra le tracce.

I piatti degli hard disk vengono letti e scritti grazie a un braccio con sopra due testine: una per la lettura e una per la scrittura. La testina per la scrittura è notevolmente più grande di quella per la lettura. Questa differenza fa sì che debba esserci più spazio tra le tracce di quanto sarebbe necessario per la sola lettura, così da poter scrivere liberamente su ciascuna traccia senza sovrapposizioni.

Nei dischi SMR, invece, le tracce per la scrittura sono di poco più grandi rispetto a quelle per la lettura: in questo modo si ottiene un maggior numero di tracce e, quindi, una maggiore densità e capacità complessiva del disco, ma al tempo stesso emergono anche alcuni problemi. Quando si scrive su una traccia, ad esempio, la testina per la scrittura è più grande e va a danneggiare le tracce adiacenti, che vanno quindi riscritte.

I sistemi operativi non sono pensati per questo tipo di tecnologia e riscrivere le modalità in cui i sistemi operativi implementano il supporto agli hard disk sarebbe un processo troppo lungo e dispendioso, senza contare il fatto che richiederebbe un aggiornamento di tutte le macchine per introdurre la compatibilità con i nuovi dischi. In breve, non è fattibile. I produttori di hard disk hanno dunque risolto il problema implementando un controller che si occupa di fornire un'astrazione ai sistemi operativi così che questi possano operare come su un disco tradizionale - anche se la realtà dei fatti è differente.

I firmware dei dischi SMR non offrono un'astrazione troppo dissimile da quella degli SSD. Il sistema operativo richiede la scrittura in una specifica posizione del disco, ma questa posizione è puramente logica e non corrisponde alla reale posizione sul disco perché il firmware crea una tabella (cosiddetta tabella indiretta) in cui mappa la posizione logica rispetto a quella reale. Ogni volta che il sistema operativo richiederà un'operazione di lettura o scrittura verso una certa posizione, la logica del disco andrà a tradurre questa posizione logica con la posizione fisica. Sistemi simili sono impiegati anche, ad esempio, per la mappatura nella RAM della memoria dei programmi.

La particolarità di questo sistema di scrittura fa sì che sia necessario scrivere i dati sequenzialmente anche quando le scritture non sono effettivamente sequenziali. Per questo motivo i produttori hanno implementato memorie cache più grandi e hanno dedicato una parte dei dischi a tracce "tradizionali" (PMR o CMR che dir si voglia). In questo modo i dati vengono tenuti in cache, o nella sezione CMR nel caso in cui siano di dimensioni maggiori della cache, e riscritti nella sezione SMR in maniera sequenziale appena il disco non sta eseguendo attività per conto dell'utente e delle applicazioni.

Il risultato complessivo è che i dischi SMR offrono una maggiore capacità dei dischi CMR, ma non sono in grado di offrire la stessa velocità di scrittura (nel caso delle scritture casuali) a causa sia dell'overhead dettato dal firmware sia della necessità di dover prima scrivere nella zona CMR e poi in una SMR.

I problemi dei dischi SMR con RAID, e non solo

La chiave dei dischi SMR sta in questo passaggio del paragrafo precedente: "appena il disco non sta eseguendo attività per conto dell'utente e delle applicazioni". Cosa succede, invece, quando il disco è costantemente impegnato a scrivere?

È quanto hanno dovuto scoprire nel modo peggiore gli utenti che hanno acquistato dischi di Western Digital, Seagate e Toshiba venduti come CMR pur essendo in realtà SMR. Molti utenti che hanno acquistato dischi per NAS (WD Red) e desktop (Seagate Barracuda e Desktop HDD, Toshiba P300) hanno scoperto che i dischi davano errori e avevano prestazioni nettamente inferiori alle aspettative (e rispetto a quanto pubblicizzato dai produttori), nonché problemi come blocchi improvvisi e inspiegabili.

Il problema dei dischi SMR sta proprio nel fatto che sono pensati per avere una cache (intesa sia come memoria cache vera e propria che come zone CMR sul disco) dove scrivere dei dati per dare l'impressione di maggiore velocità, lasciando a un secondo momento la loro riorganizzazione e la scrittura nella posizione definitiva, ma questa cache è limitata e quando vi si eccede i dischi smettono di funzionare. Quando la cache si riempie, infatti, i dischi segnalano un errore al sistema operativo e avviano il ricollocamento dei dati, che può durare anche diversi minuti. In questo lasso di tempo il disco appare come non funzionante.

È facile immaginare che questo comportamento possa creare problemi. Nelle situazioni immaginate dai produttori, ovvero l'impiego dei dischi per l'archiviazione con brevi raffiche di scritture e molto tempo di inattività, questo tipo di comportamento è pienamente accettabile e non comporta grossi problemi. I produttori hanno però deciso di vendere dischi con scopi ben diversi, come dischi per NAS (i cui utilizzi possono variare enormemente tra loro) e per computer desktop, senza segnalare che i dischi fossero SMR.

Il caso più esemplare di scenario problematico è quello dei RAID: in una configurazione RAID in cui un disco si guasta e se ne inserisce uno nuovo per ricostruire l'array si può arrivare a scrivere centinaia di gigabyte o anche terabyte, a seconda di quanto i dischi sono pieni. Questa quantità di dati supera di gran lunga la quantità di cache a disposizione dei dischi che, arrivati a un certo punto, restituiscono l'errore citato in precedenza e richiedono diversi minuti prima di poter continuare. Né i controller hardware né quelli software sono però pensati per questa eventualità e semplicemente respingono il disco come non funzionante dopo qualche tentativo andato a vuoto di effettuare nuove scritture. Ciò rende impossibile impiegare questi dischi nei RAID.

Vale la pena acquistare dischi SMR?

I dischi SMR sono perfetti per l'archiviazione dei dati, in cui la maggior parte del lavoro consiste nella lettura con poche scritture distanziate nel tempo; per tutti gli altri carichi di lavoro non sono indicati. Per l'utenza casalinga che usa gli hard disk solo per archiviare fotografie e documenti non dovrebbero esserci problemi particolari, ma per usi più avanzati è sconsigliato l'acquisto di questi dischi. I modelli coinvolti sono i seguenti:

• Western Digital: WD Red nei tagli da 2 a 6 TB (fonte);
• Seagate: Barracuda nei tagli da 2, 4 e 8 TB, Desktop HDD da 5 TB (fonte);
• Toshiba: P300 nei tagli da 4 e 6 TB (fonte).

A meno di non voler acquistare questi dischi per i carichi di lavoro previsti da questa tecnologia è consigliabile acquistare modelli con tecnologia CMR per ottenere prestazioni migliori.

Western Digital, Seagate e Toshiba hanno venduto agli utenti prodotti diversi da quelli pubblicizzati, poiché nessuno di loro ha dichiarato l'utilizzo della tecnologia SMR nei propri dischi, causando problemi non indifferenti. Il problema di aver mentito ai propri clienti è reale e non è escluso che da questa situazione possano scaturire provvedimenti da parte delle autorità garanti della concorrenza e del mercato nel mondo. Per il momento, in ogni caso, il consiglio è quello di utilizzare il proprio potere di influenzare queste società, ovvero il proprio portafogli, non acquistando i prodotti in oggetto per chiedere maggiore trasparenza e correttezza.

Aggiornamento 11 maggio: riportiamo di seguito una nota ricevuta da parte di Toshiba.

L'introduzione della tecnologia Shingled Magnetic Recording (SMR) ha permesso ai produttori di HDD, come Toshiba, di aumentare la capacità delle proprie unità a disco rotante così da superare gli standard di prestazione attuali. La tecnologia SMR è nota per l’impatto che ha sulle velocità di scrittura nelle unità in cui questo sistema viene utilizzato, soprattutto nel caso di scrittura casuale continua. Per questo motivo, i prodotti Toshiba sono accuratamente personalizzati in base a carichi di lavoro e applicazioni specifiche.
Ad esempio, nei prodotti impiegati per i NAS (Network Attached Storage), dove avviene regolarmente la scrittura casuale continua, come la serie N300 di Toshiba, non viene utilizzata la tecnologia SMR.
Nella gamma attuale, le seguenti unità utilizzano la tecnologia SMR:
- P300 6TB - HDWD260UZSVA (Bulk)
- P300 4TB - HDWD240UZSVA (Bulk)
- L200 2TB - HDWL120UZSVA (Bulk), HDWL120EZSTA (Retail),
HDWL120XZSTA (Retail)
- L200 1TB - HDWL110UZSVA (Bulk), HDWL110EZSTA (Retail),
HDWL110XZSTA (Retail)
La serie P300 Desktop PC Hard Drive è la linea di prodotti pensata per l'applicazione in unità client, come i PC all-in-one e i PC desktop. La serie L200 Laptop PC Hard Drive, che è la linea di prodotti per l'applicazione in unità client, come PC notebook, console di gioco, e alloggiamenti esterni, ecc.
Toshiba collabora costantemente con i fornitori di PC notebook e desktop per la selezione dei
supporti di memorizzazione appropriati, al fine di garantire l'integrità dei dati, l'affidabilità e i
requisiti di durata pianificati dal sistema.