LTO-10为何在速度提升和向后兼容性方面表现不佳

分析报告。LTO-10磁带相比LTO-9虽有进步，但未达预期效果，数据I/O速度未提升且失去向后兼容性。我们分析其原因所在。

在深入了解LTO-10的详细特性之前，我们先简要介绍LTO-9的工作原理，为理解LTO-10的发展提供背景。LTO-9磁带纵向布局，包含8,960个数据磁道分布在四个数据带中，由五个伺服带分隔和定义。这些磁道和磁带带沿磁带带的长度延伸。

伺服带用于LTO-9磁带驱动器的磁头组件定位读写磁头到正确磁道上，因为高速通过磁头下方的磁带可能因拉动过程、带质量变化等因素导致轻微错位或变形。磁头组件横向移动跨越数据带两侧的两个伺服带，读取定位信息，进而将读写磁头精确定位到数据带中的正确磁道上。

读写磁头有32个读写元件。每个元件包含一个写组件，夹在两个读组件之间——一个用于读取，另一个用于写后读检查。整个读写磁头可同时读写32个相邻磁道。这组沿磁带长度延伸的32个相邻磁道称为磁道组。写磁道部分重叠，留下清晰可读的读磁道，位于写磁道中间且更窄。这种磁道重叠技术称为叠瓦式记录，如同屋顶瓦片叠放，是增加数据带内写磁道数量以提高磁带容量的方法。

向新磁带或新数据带开始写入时，初始磁道组沿最右侧靠近外伺服带的磁带运行。到达磁带末端后，读写磁头移动到数据带对侧32个磁道上方。磁带然后倒带，使磁带带以相反方向通过磁头下方。

到达磁带末端完成此磁道组写入后，读写磁头再次移动到紧邻初始写入磁道组的磁道组上方，写入第三个磁道组。这一过程持续进行，每个磁道组都位于该数据带上前一个磁道组的内侧，直到最终磁道组写入数据带中央。这种磁道组布局类似蛇盘绕身体、头部位于盘绕中心的方式，因此称为线性蛇形记录。

LTO-9磁带带长1,035米，宽12.650毫米±0.006毫米，厚5.2微米。由聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)制成，涂覆钡铁氧体(BaFe)记录介质材料。

提高磁带记录容量有三种方法：通过加宽或加长增加表面积、缩窄磁道宽度、缩小位区域尺寸。改善I/O的方法包括提高磁带通过读写磁头的速度和增加读写磁头元件数量。

LTO-10

LTO-10格式相比LTO-9提高了容量，但I/O保持在400 MBps原生数据速率不变。LTO-10驱动器也无法读写LTO-9磁带，而LTO-9可向后兼容前代LTO-8。LTO磁带驱动器开发商IBM为何做出这些选择？

IBM磁带存储专家Josef Weingand告诉我们："最大读写速度受物理特性和磁带材料限制。磁带材料厚约6微米。当前最大速度为10米/秒。使用如此薄的材料无法更快速度，否则材料会被撕裂/损坏。"

这意味着"只要位的长度保持相同长度(线性密度)，在10米/秒最大速度下无法每秒写入更多位。"

Weingand指出："线性密度难以改善——如果位变短，我们无法识别位的开始和结束...LTO9和LTO10之间的线性密度几乎相同。容量提升通过磁道密度改善实现。"从"LTO-9到LTO-10，磁道密度大幅改善。"

那么通过增加读写磁头元件数量来提高磁带I/O速度如何？Weingand说："目前我们并行写入32个磁道(32磁道磁头)。LTO-10驱动器中的ASIC/CPU已能支持64磁道磁头和1,000 MBps最大速度。下一个重大步骤将是64磁道磁头。然而，这是巨大的开发步骤。"他给出以下解释：

每个磁道有一个读磁头——一个写磁头——一个读磁头=每磁道三个磁头

32磁道磁头有96个磁头元件，意味着192根电缆

64磁道磁头将有192个磁头元件和384根电缆

如果64元件磁头用于下一代LTO-11及其72 TB原始容量，我们可能看到高达1,000 MBps原始数据速度。关于LTO-10失去向后兼容性，Weingand说："总体而言，我看到很少客户从LTO-9迁移到LTO-10。拥有LTO-7和LTO-8的客户现在正寻求LTO-10。而且过去多数客户会跳过一代。所以总体而言，对多数客户来说向后兼容性不是重要需求。"

他提到"LTO-10使用不同的36°角伺服格式"，与LTO-9及之前格式不同，以提高磁头组件定位分辨率并减少延迟。LTO-9及更早版本使用不同角度的伺服格式模式。

据我们理解，伺服格式角度是伺服磁道相对于磁带长度方向写入的角度。伺服磁道通常以人字形模式(V形或角度模式)写入，使LTO磁带驱动器能检测磁带横向移动并保持磁头对齐。这些人字形的角度对确保准确跟踪至关重要，在LTO各代间标准化以保持兼容性和性能，此前一直是6°。

Weingand说："在最近几代中，我们致力于改善磁带尺寸稳定性(TDS)，如更好的张力控制，LTO-9中我们进行了介质初始化。在LTO-10中，我们使用具有倾斜跟随控制的磁头。"

倾斜跟随控制涉及动态调整读写磁头的角度或倾斜以与磁带上的数据磁道对齐。这确保尽管磁带移动或物理对齐存在变化，仍能准确读写数据。

由于LTO-10磁带比LTO-9有更多更薄的数据磁道，磁头定位精度必须提高。

伺服角度的改变和磁头倾斜跟随控制的实施，加上磁带客户典型的跨代迁移模式，是LTO-10失去向后兼容性的三个原因。