Definition

Was ist Shingled Magnetic Recording (SMR)?

| Autor / Redakteur: Stefan Luber / Dr. Jürgen Ehneß

Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt. (Bild: © aga7ta - Fotolia)

Shingled Magnetic Recording ist ein Verfahren zur Speicherung von Daten auf Magnetscheiben einer Festplatte. Es stellt eine Weiterentwicklung des Perpendicular Magnetic Recordings (PMR) dar und beschreibt die Magnetscheiben im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren nicht mit streng voneinander getrennten, sondern mit sich überlappenden Spuren. Das Verfahren erhöht die Speicherdichte der Festplatten.

Die Abkürzung für Shingled Magnetic Recording lautet „SMR“. Es handelt sich um ein Verfahren zur Speicherung von Daten auf den Magnetscheiben einer Festplatte und ist eine Weiterentwicklung des Perpendicular Magnetic Recordings (PMR). Die Verfahrensweise leitet sich vom englischen Wort shingle für „Schindel“ ab und ist an das sich überlappende Verlegeverfahren von Dachschindeln angelehnt.

Beim Shingled Magnetic Recording werden die einzelnen Datenspuren nicht wie beim herkömmlichen Perpendicular Magnetic Recording streng voneinander getrennt, sondern leicht überlappend geschrieben. Dies ermöglicht es, mehr Daten auf gleicher Fläche zu schreiben und erhöht die Datendichte und Datenkapazität. Da die Leseeinheit des Schreib-Lese-Kopfes kleiner ist als die Schreibeinheit, bleiben die Daten trotz des teilweisen Überschreibens weiterhin lesbar.

Erste Festplatten mit dieser Technik lieferte das Unternehmen Seagate im Jahr 2013. Sie besaßen im Vergleich zu Festplatten mit PMR-Technik eine bis zu 25 Prozent höhere Speicherkapazität. Auch HGST, eine Tochtergesellschaft von Western Digital, bietet Festplatten mit dieser Technik am Markt an.

Technische Details des Shingled Magnetic Recordings und Unterschiede zum Perpendicular Magnetic Recording (PMR)

Die übliche Methode zum Speichern von Daten auf den Magnetscheiben der Festplatten ist das sogenannte Perpendicular Magnetic Recording (PMR). Das Verfahren legt die binären Daten nicht in parallel (longitudinal) zur Oberfläche magnetisierten, sondern in senkrecht (perpendikular) magnetisierten Bereichen ab. Die magnetisierten Bereiche befinden sich in konzentrischen Spuren und liegen parallel streng voneinander getrennt eng nebeneinander. Zur Trennung der Spuren befinden sich zwischen ihnen kleine Lücken. Um höhere Datendichten zu erreichen, müssen die Spuren schmaler werden und näher beieinander liegen.

Dies hat zur Folge, dass die Schreib-Lese-Köpfe kleiner werden müssen und die Stärke des magnetischen Felds zum Schreiben der Daten sich aufgrund der geringeren Größe reduziert. Die Technik stößt mittlerweile an physikalische Grenzen, die eine weitere Erhöhung der Speicherdichte verhindert.

SMR ist eine Weiterentwicklung von PMR. Das Verfahren speichert die Daten nach wie vor perpendikular, erzielt aber eine höhere Speicherdichte, indem sich die Spuren beim Schreiben leicht überlappen. Dadurch lassen sich mehr Spuren pro Zoll Magnetscheibe anlegen, und die Speicherkapazität der Festplatte steigt. Da die Leseeinheit kleiner ist als die Schreibeinheit, sind die Daten weiterhin zuverlässig lesbar. Obwohl die Schreibeinheit relativ groß ist, kann sie durch das Überlappen eng aneinander liegende Spuren schreiben. Das überlappende Beschreiben der Spuren hat zur Folge, dass bei einem Schreibvorgang die benachbarten Spuren ebenfalls neu zu beschreiben sind.

Damit sich dieser Vorgang nicht auf die komplette Magnetscheibe ausdehnt, ist sie in Bänder mit einer begrenzten Anzahl von Spuren unterteilt. Zusätzlich besitzen die Festplatten einen Cache, der die neu zu schreibenden Daten zwischenspeichert. In einer Ruhephase der Festplatte lassen sich diese Daten auf die eigentlichen Spuren übertragen. Die Firmware der SMR-Festplatten sorgt für die korrekte Durchführung der Schreibvorgänge und die Pufferung der Daten.

Vor- und Nachteile der SMR-Technik

Vorteile des Shingled Magnetic Recordings sind:

  • eine höhere Speicherdichte (circa 25 Prozent mehr Speicherkapazität im Vergleich zu herkömmlichen PMR-Festplatten),
  • keine große Kostensteigerung in der Herstellung, da die Größe der Schreib-Lese-Köpfe nicht weiter minimiert werden muss,
  • eine gute Eignung für lange sequentielle Schreibvorgänge.

Nachteile des Shingled Magnetic Recordings sind:

  • eine niedrigere Schreibgeschwindigkeit aufgrund der Notwendigkeit des erneuten Beschreibens von Nachbarspuren,
  • weniger gut geeignet bei vielen kurzen und zufällig erfolgenden Schreibvorgängen.

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