分析以前ここで書いたように、Seagate はディスク ドライブの読み取り/書き込みヘッドを上部と下部の 2 つの独立したセットに分割するテクノロジを持っています。これにより、上部と下部のプラッター セットが並行して IO を実行することで、ドライブの IO パフォーマンスが向上します。
2 つのアクチュエータ ポストを備えたディスク ドライブは、Seagate のシングル ポスト マルチアクチュエータ設計とは異なり、すべてのプラッターで並行して読み取りと書き込みを実行でき、パフォーマンスが実質的に 2 倍になります。
Seagateマルチアクチュエータコンセプト
これを行った理由の 1 つは、ディスク ドライブの容量が 12 TB や 14 TB ドライブと非常に大きくなり、IO 能力 (または密度) が大幅に遅れ、ディスク構築時間が非常に長くなっているためです。
Seagate の技術により、14TB ドライブは論理的には、同じディスク ドライブ エンクロージャ内で独立して動作する 2 つの 7TB ドライブになることができます。
Architecting ITの創設者で英国のストレージ専門家、クリス・エバンス氏は、ブログでシーゲイトの技術の限界について論じ、次のように述べています。「ドライブにデータはどのように書き込まれるのでしょうか？スループットを2倍にしたい場合、両方のプラッターセットに同時に書き込む必要があります。これでは、すべてのヘッドがデータの読み取り専用となり、他の作業ができなくなるため、読み取り時のパフォーマンス向上は打ち消されてしまいます。」
待ち行列の問題
彼はまた、IOキューイングの問題について次のように論じています。「I/Oを単一のキューとして扱い、単に「エレベーター」NCQ/TCQのパフォーマンスを向上させるだけでしょうか？それとも、例えば、ホストI/O要求へのアクセスと同時にRAID再構築のためにドライブの読み取りを可能にするなど、複数のキューを処理する機会はあるでしょうか？ドライブの容量が大きくなるにつれて、再構築のためのマルチストリーム機能は非常に重要になる可能性があります。」
読み取り/書き込みヘッドを備えた 2 番目のアクチュエータ ピラーをディスク ドライブ エンクロージャに押し込むことは可能でしょうか?
これらの問題の根本原因の一つは、Seagateの技術における読み書きヘッドが単一のアクチュエータポストを使用していることです。もしポストが2つあり、それぞれに読み書きヘッドのフルセットが搭載されていれば、各セットは並行して読み書きを行うことができ、すべてのプラッターへの書き込み操作と同時に、すべてのプラッターへのデータの読み取りも実行できます。
同様に、両方のヘッド セットを並行して読み取ることで、読み取り IO パフォーマンスを 2 倍にすることができます。
ディスクドライブ業界はこの件についてどう考えているのでしょうか？ 標準的なディスクドライブエンクロージャに収まるでしょうか？ この点について、専門家数名とSeagateに話を伺いました。
ストレージアーキテクト クリス・エヴァンス
クリス・エヴァンス氏は次のように述べています。「最初の問題は、I/O を最大限に活用するにはプラッターが適切な位置にある必要があるため、2/4/8 アクチュエータからの読み取りは完全に独立して行われることは決してないということです。シーケンシャルの場合、これは問題ではありません。ディスクが半回転するのを待つ時間は、わずか数ミリ秒です。」
「その後、転送が実行されます。つまり、2つのストリームを処理できるということです。バッファリングはここで非常に役立つので、おそらくキャッシュの容量を増やす必要があるでしょう。ただし、ランダムI/Oの場合、読み取りI/Oは両方のプラッターセットに均等に分散される必要があります。そうしないと、ランダムI/Oの増加は分散度合いに応じてしか大きくなりません。」
さらに、特に SATA ドライブに影響を与えるキューイングの問題があります。「SAS と SATA はどちらもキューが 1 つしかありません。SATA のキューの深さは、SAS の標準的な 254 と比較すると比較的小さく (32) なっています。この問題はどのように解決されるのでしょうか。マルチアクチュエータでは、SATA デバイスでは大きなメリットが得られず、SAS でのみメリットが得られる可能性があります。」
結局、何になるのでしょうか?
最終的には、ベンダーが開発するデータレイアウトとキュー処理アルゴリズムの品質にかかっていると思います。[一部の人々は]、スループットをインターフェース速度に近づけることが全てだと考えているようです。例えば、デバイスからの250MB/秒ではなく、SATA/SAS速度で600MB/秒を実現する、といった具合です。しかし、これが正しいかどうかは分かりません。なぜなら、例えば8つのヘッドで読み書きする場合と、4つのヘッドを2つずつ使用する場合、純粋にシーケンシャルな処理でスループットがどれだけ向上するでしょうか？
コスト/複雑さの問題は重要です。「メーカーに尋ねるべき質問は、この変更によってどれだけのコスト/複雑さが生じるか、ということだと思います。」
ハイパースケーラー（Google、Facebookなど）は、容量／性能／電力／設置スペースといった変動コストモデルを採用しています。マルチアクチュエータによって最小限の追加コストでスループットを向上できれば、このドライブは間違いなく普及するでしょう。しかし、その計算方法が不明なので、ハイパースケーラーが何を求めているのかは分かりません。
ディープ・ストレージ・ネットのハワード・マークス
Deep Storage Netの創設者兼チーフサイエンティストであるハワード・マークス氏は次のように述べています。「これまでにも2つのポジショナーを搭載したドライブがありました（IBM 3380 - 片方のヘッドセットは内側のトラック専用、もう片方は外側のトラック専用）。当時はリニアボイスコイルが主流で、14インチプラッターの反対側からポジショナーが取り付けられていました。」
彼は、Seagate のマルチアクチュエータ シングル ピボット設計におけるソフトウェアの問題を指摘しています。「論理ボリューム マネージャやファイル システムを含むほとんどのストレージ ソフトウェアは、ディスク ドライブのヘッドが一度に 1 か所にしか存在できず、キューイング ロジックがマルチポジショナー ロジックと一致しない可能性があるという認識に基づいて構築されています。」
これは、「大規模な I/O のスループットが 2 倍にならない可能性がある」ことを意味します。
しかし、「Seagate はドライバを介してこれらを 2 つの論理ドライブのように見せるつもりだと理解しています。これにより、上記の 1. は解決され、システムの IOPS は 1.8～1.9 倍になるはずです。」とあるように、実現は近いかもしれません。
ダブルピボット設計はどうでしょうか? 「本当の問題は、スロットや拡張ポートなどのコストを考慮した場合、ポジショナー 2 つを備えた 20 TB ドライブが、10 TB ドライブ 2 つよりも十分に安価で、価値があるかどうかです。」
シーゲイトの視点
Jason Feist 氏は Seagate の技術戦略および製品計画担当ディレクターで、Seagate のデータ センター製品ロードマップを担当しており、私たちの質問に答えてくれました。
El Reg:ディスク ドライブに 2 つのアクチュエータ ポストがあり、それぞれが独立して並行して動作する読み取り/書き込みヘッドの完全なセットが 2 つあることは技術的に可能ですか?
ジェイソン・ファイスト：はい
El Reg:これには明らかに追加コストがかかりますが、IO パフォーマンスが実質的に 2 倍になります。
Jason Feist:実際、Seagateは近い将来、マルチアクチュエータ技術（単一のピボットポイントに2つのアクチュエータを配置する技術）を導入する予定です。これにより、IOPSが実質的に2倍になります。このIOPSの向上は、ドライブが2つのヘッドを同時に使用して読み書きできる能力によって実現されます。
El Reg:このアイデアは過去に検討されたことがありますか?
Jason Feist:はい、マルチアクチュエーションの様々な構成は既に検討されており、今後も検討を続けていきます。最近発表した、単一のピボットポイントを使用するマルチアクチュエータ技術設計は、複数のピボットポイントを使用した場合と同等のIOPS向上を、より効率的な設計で実現します。現行の3.5インチニアラインハードドライブは、Q1ランダムリードで約80 IOPSを実現しています。当社のマルチアクチュエータコンセプトでは、Q1ランダムリードで約160 IOPSを実現する予定です。
El Reg:マルチアクチュエータ ディスク ドライブについて、またそれに対する賛否両論について、どのような考えをお持ちですか?
ジェイソン・ファイスト：私たちはこの技術に期待しています。多くの主要顧客がこのコンセプトを実証し、技術開発において私たちと緊密に協力してくれています。
ハイパースケールデータセンターのサービスレベル契約（SLA）は、ストレージ導入のニーズを定義し、ストレージ導入を効率的にサポートする次世代テクノロジーを設計する上で重要な要素です。TCO（総所有コスト）を継続的に改善するには、新たな面密度の進歩によって実現される容量の増加に合わせて、ディスクドライブのIOPSを向上させる必要があります。
このパフォーマンス向上を実現するために追加コンポーネントに必要なわずかなコスト増は、追加のドライブ/スピンドルを使用するよりもはるかに費用対効果の高いソリューションです。データセンターではハードドライブとSSDが密接に関連しており、大規模な容量とパフォーマンスの要件を満たすには両方が必要です。
ディスク ドライブのマルチ アクチュエータ テクノロジによって実現される IOPS の増加により、この関係は将来にわたって拡張し続けることができます。
+Regコメント
マルチアクチュエーションは、ディスクドライブが長年抱えてきたIO密度の問題を解決できる可能性を秘めているようです。2人の専門家が指摘したキューイングの問題は修正が必要ですが、Seagate社はすでにこの問題を十分に認識しており、解決策を提供するためのオペレーティングシステムドライバコードの開発に取り組んでいると考えられます。
今年後半か 2019 年の初めには、このテクノロジを搭載し、大幅に高速なディスク IO を提供する 12 TB 以上のディスク ドライブが登場することを期待しています。®
