IBM LTO Ultrium

Ирина Плюшкявичене

В последнее время наиболее часто в качестве носителей для долговременного хранения видеоматериала рассматриваются нелинейные накопители, а проще говоря — диски. Но, судя по всему, магнитную ленту тоже пока рано списывать в утиль.

Еще в 1997 году консорциум, состоящий из компаний IBM, Hewlett Packard и Seagate, создал спецификацию открытого стандарта LTO (Linear Tape Open) записи на магнитную ленту, согласно которой начиная с 2000 года производятся устройства записи/чтения LTO Ultrium. К 2004 году технология LTO Ultrium получила довольно широкое распространение.

Схема (вверху) и общий вид лентопротяжного механизма LTO Ultrium

История использования ленточных технологий для хранения цифрового материала начинается в 50-е годы прошлого столетия, когда IBM выпустила первое в индустрии устройство записи данных на магнитную ленту. Оно позволяло на одной катушке хранить 1,4 МБ данных, скорость записи/чтения составляла 7,5 КБ/с. В 80-е годы на смену катушкам пришли картриджи со значительно увеличенной плотностью хранения информации. В 90-е IBM разработала технологию Magstar с использованием магнитно-резистивных головок для записи/чтения, серводорожек для точного позиционирования головок, одновременной записи несколькими головками. Помимо плотности и скорости записи возросла надежность хранения данных на ленте и уменьшился размер механизма чтения/записи. В мае 2002 года был проведен успешный эксперимент по записи 1 ТБ несжатых данных на один картридж, который был специально изготовлен для этого эксперимента и по размеру совпадает с картриджем LTO Ultrium.

В настоящее время производятся два поколения ленточных устройств на основе формата LTO Ultrium: LTO1 и LTO2.

LTO Ultrium 1 обеспечивает хранение 100 ГБ данных на картридже при скорости записи/чтения 15 МБ/с (384 дорожки данных на ленте разделены на 4 диапазона, каждый диапазон обрамлен двумя серводорожками — всего 5 серводорожек). Само ленточное устройство имеет встроенный алгоритм сжатия LZ1, который позволяет увеличить емкость хорошо сжимаемых данных до 200 ГБ, а скорость записи/чтения — до 30 МБ/с.

Второе поколение LTO Ultrium 2 имеет следующие характеристики:

• емкость картриджа — 200/400 ГБ;
• скорость передачи данных — 35/70 МБ/с;
• число дорожек данных — 512;
• число серводорожек — 5.

В LTO2 применяется технология канального PRML-кодирования (Partial Response Maximum Likelihood) — метода кодирования данных при записи на ленту, которая позволила увеличить линейную плотность и, соответственно, пропускную способность привода.

Фрагмент ЛПМ с магнитными головками

Конструкция магнитной головки

Сейчас формат LTO Ultrium стоит на пороге появления третьего поколения, которое должно увеличить скорость и емкость вдвое по сравнению с предыдущим поколением.

Заявленный срок хранения данных на картридже LTO — 30 лет. Обеспечивается это не только точной записью данных с верификацией чтением в процессе записи, но и записью на ленту избыточного кода для восстановления данных при случайных сбоях или повреждениях ленты.

На ленте хранится также статистическая информация о сбоях в работе картриджа. Она позволяет получить предупредительную диагностику выхода картриджа из строя, что обеспечивает дополнительную защиту данных.

Для повышения надежности считывания данных и плотности записи применяются серводорожки, представляющие собой нанесенный на ленту по краям дорожек данных магнитный сигнал, который синхронно считывается сервоголовками. При рассинхронизации сервосигнала положение головок относительно дорожек данных корректируется. В результате во время эксперимента с 1 ТБ картриджем было записано 1216 дорожек данных.

Иллюстрация, позволяющая оценить плотность записи

Во время записи/чтения головки не касаются ленточного магнитного слоя, что обеспечивает сохранность как самих головок, так и магнитного слоя. В этом заключается одно из преимуществ линейной записи на ленту по сравнению с наклонной (helical scan), применяемой в большинстве видеоустройств.

Для повышения износостойкости ленты в устройствах LTO применяется специальный механизм направления и контроля движения ленты — Surface Control Guiding Mechanism. Ролики R1 и R6 имеют выступы (гребни), ролики R2 и R5 не имеют ни гребней, ни углублений, а ролики R3 и R4 имеют и гребни, и углубления. Такой механизм обеспечивает оптимальную подачу воздуха при движении ленты, чтобы, с одной стороны, не повредить ленту, а с другой — гарантировать необходимые натяжение, скорость и устойчивое поперечное положение ленты относительно головок.

Структура записи на ленте LTO Ultrium

Среди ленточных устройств на основе форматов LTO1 и LTO2 есть одиночные ленточные приводы и роботизированные библиотеки, рассчитанные на хранение и обслуживание больших объемов информации в автоматизированных цифровых архивах данных.

Устройства LTO Ultrium 2 совместимы с картриджами LTO Ultrium 1. Библиотеки могут одновременно обслуживать приводы и картриджи обоих поколений.

Архитектура роботизированных библиотек одновременного доступа к роботу по нескольким каналам (Multi-Path Architecture) обеспечивает разделение этих библиотек в гетерогенном серверном окружении, позволяет использовать избыточные альтернативные пути доступа к библиотеке и роботу.

В последнее время часто возникает вопрос о целесообразности использования лент как средства хранения информации. Не выгоднее ли использовать диски там, где раньше использовались ленты?

Ленточные библиотеки LTO Ultrium

Ответ на этот вопрос до сих пор неоднозначен. Во-первых, стоимость единицы хранения данных на лентах ниже, чем на дисках. Во-вторых, в последнее время резко возрос интерес к иерархическим системам хранения большого объема информации с использованием автоматизированных ленточных библиотек, позволяющих наряду с быстрым доступом к информации значительно увеличить объемы хранилищ (одна ленточная библиотека может хранить до 1 ПБ несжатых данных). И в-третьих, как показал эксперимент по записи 1 ТБ данных, ленточная технология LTO Ultrium еще имеет огромный потенциал развития на основе уже существующей конструкции и используемых принципов.

Принимая во внимание постоянное расширение функциональности ленточных библиотек (высокая доступность приложений, поддержка работы нескольких логических библиотек внутри одной библиотеки в сложных гетерогенных окружениях, виртуальное хранение информации на лентах с обеспечением функций удаленного копирования томов между библиотеками) можно сказать, что применение ленточных технологий наряду со снижением общей стоимости хранения обеспечивает полную автоматизацию таких задач, как создание оперативных и долгосрочных архивов информации, резервное копирование данных, защита данных от катастроф и т. д.