18TB pevné disky WD jsou první s technologií EAMR či ePMR. V čem to spočívá?

7

18TB disky od WD měly jako první používat energií podpořený záznam (EAMR). Nakonec to není MAMR, ale jiná novinka jménem ePMR. Co do pevných disků přináší?

Před nedávnem se v obchodech objevil první 18TB disk od Western Digitalu, model WD Gold. Protože kapacita nebyla dosažená záznamem SMR, uvažovalo se, že by snad už mohlo jí to první disk s technikou MAMR, což je alternativa HAMR, kde se plotna zahřívá ne pomocí laseru, ale mikrovlně.

Western Digital nyní vydal druhý 18TB model v řadě Ultrastar DC, u kterého potvrdil, že je použitý tzv. Energy Assissted Magnetic Recording (EAMR). Ovšem ukazuje se, že jde v této generaci o něco jiného než MAMR nebo HAMR a nástup těchto pokročilých ale periodicky do budoucnosti odsouvaných technik se zase odkládá. Ovšem 18TB Western Digitaly jsou i bez toho technologicky dost zajímavé a nejen EAMR je u nich novinkou.

Western Digital už disky Ultrastar DC HC550 a HC650 oznámil v září 2019, takže jsme o nich věděli. Teď jdou reálně na trh a nově máme potvrzeno, že na stejném základu je založený onen 18TB disk WD Gold a současně snad i jeho 16TB verze. Ani jeden z těchto disků není typu SMR, obojí má běžný zápis (PMR či CMR), ovšem s onou technologií EAMR, ke které se hned dostaneme. WD ale chystá i SMR verzi, která později vyjde a bude mít kapacitu 20 TB.

Nová technologie EAMR, respektive ePMR: ani HAMR, ani MAMR

EAMR, tedy Energy Assissted Magnetic Recording je generické označení, které může znamenat HAMR nebo MAMR a Western Digital jen nechce prozradit, co z toho bylo aplikováno. Ve skutečnosti ale nové disky používají něco jiného a jednoduššího, takže jde o svébytnou novou technologii, byť ně tak radikální jako MAMR/HAMR. Také spadá pod pojem EAMR, ale přesněji jde o metodu nazvanou ePMR – Energy-assisted Perpendicular Magnetic Recording (PMR je označení pro běžný zápis, používaný v discích posledních 14 let).

Western Digital Ultrastar DC HC550 18TB
Western Digital Ultrastar DC HC550 18TB (Zdroj: Western Digital)

ePMR stejně jako jiné EAMR metody řeší problém, jak na plotně vyrobit dostatečně stabilní a silný magnetický záznam. Dostatečně silnou magnetizaci povrchu je totiž o to těžší docílit, čím menší je plocha, na které ji záznamová hlava má uskutečnit. A stopy se musí zmenšovat, aby se na plotnu vešlo víc dat. HAMR to řeší tak, že na chvilku daný bod zahřeje na vysokou teplotu laserem. Při takových teplotách lze totiž vytvořit silnější magnetické pole na stejné ploše.

Jde ale o dost náročnou techniku. U MAMR to chtěl WD řešit tak, že laser nahradil mikrovlnným zahříváním. Původně to vypadalo, že firma považuje MAMR za kompletní náhradu HAMR, ale později tato rétorika zmírnila, takže je možné, že se mezitím ukázalo, že MAMR bude mít svoje problémy a HAMR plně nenahradí.

Tip: WD slibuje až 40TB pevné disky s technologií MAMR. Místo laseru bude uvnitř mikrovlnka

Galerie: Technologie záznamu MAMR v pevných discích

ePMR: místo zahřívání plotny víc proudu v hlavě

WD ale objevil, že podobný efekt lze docílit i jinak, a zde přichází na scénu ještě jednodušší systém ePMR. Podle informací jde spíše o inkrementální trik aplikovaný na dosavadní technologie, než o novinku jako je MAMR/HAMR. Ona podpůrná energie zde má jednoduchou formu elektrického proudu. WD uvádí, že zapisovací hlavička ePMR disku aplikuje proud navíc, čímž je posíleno magnetické pole, které vygeneruje, takže je i záznam ve stopě silnější a stabilnější.

Ovšem proti MAMR a HAMR je zde zásadní rozdíl. Proud není aplikovaný na samotný materiál plotny a nemění tak vlastnosti jejího materiálu jako HAMR a MAMR. Efekt tak nemůže být podobně významný, jako u těchto technologií. Je to spíše, jako by zapisovací hlava prostě měla větší sílu.

Implementace ePMR není ovšem tak přímočará, že by se prostě zvýšil proud procházející cívkou (elektromagnetem), která primárně generuje magnetické pole v hlavě. Proud navíc se místo toho údajně pouští do hlavního pólu soustavy zapisovací hlavy. Tento boost zesiluje magnetické pole, jež působí na „bit“ na plotně, jenž má být zmagnetizován. Přesněji řečeno, jehož magnetizace má být překlopena na tu nebo onu orientaci (při kolmém PMR záznamu jsou pole bitů „uložená“ vertikálně jako by ve sloupečcích, v nichž magnetické pole ukazuje buď dolů, nebo nahoru – dříve před PMR bývalo pole „ložené“ a ukazovalo v rovině na jednu nebo druhou stranu).

Schéma fungování technologie ePMR v discích Western Digital Zdroj: Western Digital

Podle WD tento trik, ač není tak významnou inovací jako HAMR nebo MAMR, přesto výrazně zlepšuje kvalitu zápisu. Bez něj je v zápisu určitá poměrně velká variabilita (jitter), která zeslabuje signál, jelikož je obtíženější rozlišit v analogovém signálu logickou jedničku a nulu. Ovšem s ePMR se variabilita sníží, takže jitter je mnohem menší a rozdíl mezi nulou a jedničkou je lépe patrný. Díky tomu se zvyšuje spolehlivost záznamu a lze tedy stopy trošku víc zahustit.

Vylepšení kvality signálu zapsaného bitu díky ePMR Zdroj: Western Digital

Záznam s použitím ePMR nejspíš ale sám o sobě nedovolí škálovat hustotu záznamu tak daleko (zmenšit stopy tak výrazně), jak by to teoreticky měl umožnit záznam HAMR. Ovšem je možné, že tato metoda bude použitelná i s ním, takže se obojí současně použije pro další evoluci kapacity plotnových disků. ePMR je jinak kompatibilní i s technologií SMR, takže oboje lze zkombinovat – to nastane v onom zmíněném 20TB modelu.

První disk s trojstupňovým aktuátorem

Na začátku jsme zmínili, že ePMR není jediná inovace v těchto HDD. Western Digital v dokumentech k těmto diskům uvádí ještě jednu novinku. Jak asi víte, v pevném disku musí kmitat rameno, které nastavuje hlavu na stopu, kterou je třeba číst nebo zapisovat, stejně jako v gramofonu nebo CD přehrávači.

Ve skutečnosti mají minimálně některá HDD dnes hlavičky s dvojstupňovým aktuátorem, což znamená, že zatímco hlavním ramenem hýbá elektromotor, na konci je ještě další „hýbátko“, které nezávisle vychyluje úplný konec ramene s hlavou, takže umožňuje přesnější zaměření stopy (asi to mimo jiné pomáhá kompenzovat překmitávání hlavního ramene, takže hlava se dříve ustálí na potřebné pozici).

Triple Stage Actuator v discích Western Digital Zdroj: Western Digital

Western Digital teď odhalil, že zašel o krok dál a vyvinul ramena s trojstupňovým aktuátorem, kde se rameno takto hýbe na třech místech. Původní druhý stupeň („miliaktuátor“) vylepšujíc přesnost má teď sám ještě další stupeň („mikroaktuátor“) dále korigující pohyb a přesnost celého mechanismu. Funguje asi podobně, jen je menší a na úplné špici ramene.

Toto zlepšení má být také faktorem, který umožnil zvýšit hustotu záznamu na jednotku plochy u těchto disků (a také asi budoucích, které budou následovat).

Galerie: Technologie ePMR záznamu a pevné disky WD Ultrastar DC HC550 18TB a 16TB

18TB Ultrastary a Goldy: parametry disku

Onen 18TB disk WD Ultrastar DC HC550 má 3,5″ pouzdro s héliovou náplní a uvnitř je devět ploten, každá by měla mít kapacitu 2 TB (16TB model má zřejmě osm ploten). Rychlost rotace je 7200 otáček za minutu a disk má docela velkou 512MB mezipaměť. Udržitelná sekvenční rychlost čtení a zápisu je až 257 MB/s (18TB model) nebo 250 MB/s (16TB verze).

Nabízené jsou modely SATA (6Gb/s) i SAS (12 Gb(s). Ty druhé mají o něco horší spotřebu – 8,8 W při aktivitě a 5,8 W při nečinnosti, SATA modely si vystačí s 5,6–6,6 W. Pokud byste tyto disky chtěli domů, tak opatrně: hlučnost při pohybu hlav může být až 36 dB (klid je 20 dB).

WD uvádí, že souhrnem výše uváděných technologií se podalo u CMR disků (18TB model Ultrastar DC HC550) dosáhnout hustoty dat na plotnách 1022 Gb na čtvereční palec.

Western Digital Ultrastar DC HC650 20TB
Western Digital Ultrastar DC HC650 20TB (Zdroj: Western Digital)

Jak bylo zmíněno, ve čtvrtém kvartálu se chystá také SMR verze – ta má označení Ultrastar DC HC650 a kapacitu 20 TB. U té dosáhla hustota záznamu na kotoučích už rovnou 1160 Gb na čtvereční palec. Podle toho přináší SMR asi 13,5% navýšení kapacity.

HDD Western Digital Gold
HDD Western Digital Gold (Zdroj: Western Digital)

V našich obchodech zatím 18TB Ultrastar není nikde vidět. Ale 18TB model WD Gold WD181KRYZ, jenž by měl mít stejný hardware s ePMR záznamem, stojí od 16 400 Kč.

Zdroje: Western Digital (1, 2, 3), ComputerBase

18TB pevné disky WD jsou první s technologií EAMR či ePMR. V čem to spočívá?
Ohodnoťte tento článek!
4.3 (85%) 16 hlas/ů

7 KOMENTÁŘE

  1. jak to je s těmi aktuátory, jsou nezávisle pohybující se nebo jen maličko? Protože co se tehdy psalo mělo jít o rychlostní průlom, tohle je zřejmě takový „mírný pokrok v mezích zákona“ – rychlost 250MB/s tomu odpovídá. Kapacity jdou nahoru ale rychlosti se od doby prvních 3TB 7200ot HDD moc nehýbou, přitom na obsloužení 16TB+ je to už velice nízká rychlost. Nějakých 200MB/s mohlo být ucházející u těch 3-6TB, ale výš už je to jen pro velmi trpělivé, nebo naložit práci a jít si zdřímnout…

        • To je torchu něco jiného. Exos má duální aktuátor v tom smyslu, že místo jednoho ramene pro hlavy jsou dvě – dvě rameny, dva motory a může to tudíž číst paralelně dvě různé stopy. Chová se to jako dva disky v jednom, takže s troškou štěstí to může dvát 2x IOPS ale hlavně dvakrát vyšší sekvenční rychlost.

          Tady v tomhle případu je rameno jedno s jedním motorem, takže čte se pořád jenom jedna stopa. Ale ty druhé dva stupně pomáhají s přesnějším nastavením polohy hlavy.

          Oboje by se dalo zkombinovat.

    • Měly by jenom zkorigovat trošku vychýlení. Většinu doby potřebné k seeku to asi eliminovat nemůže a to zpřesnění je možná spíš využité k tomu, aby se vůbec dala zvýšit hustota dat na plotnách.
      Ta sekvenční rychlost jinak není ovlivněná rychlostí seeku, protože se při ní počítá s tím, že hlava se téměř nehýbá, jen skáče z jedné stopy na hned tu vedlejší. Tudíž tohle číslo závisí v podstatě jenom na hustotě dat na plotně a pak na rychlosti rotace – je to množství dat na jedné stopě krát kolik celých otoček (stop) se dá přečíst za sekundu.

      • Seek je závislý pouze na vystavovacím rameni. Tyto dva dolaďovače polohy č/z hlavy na seek mají z celkového času vyhledávání stopy mizivý vliv.
        Ano, máte správný odhad, že tyto dva dolaďovače polohy hlavy, slouží k doladění polohy hlavy jednak při té hustotě stop nad správnou stopu, druhak i když je nad správnou stopou, tak ještě i na té stopě musí dohledat nejlepší sílu odpovídajícího magnetického pole.
        V disku nikdy nedostanete hlavičku přesně do té polohy, v které data zapisovala. Ani házení plotny nedostanete do polohy tam, jak to bylo v době zápisu.
        Totiž, když se ve výrobě čárují stopy na plotnu, tak se to dělá násobně přesnějším kombajnem, než je možné narvat do disku. Jak z hlediska velikosti, tak mechanické přesnosti, tak výrobní ceny.
        Pokud jsou tu pamětníci vystavovacích krokových motorů s ozubeným segmentem, později s kovovými pásky, tak budou mít představu, proč uživatel musel mít možnost udělat LLF. Hlavním účelem LLF bylo překalibrovat opotřebení mechaniky s polohou stop na plotně. S tím se zároveň svezlo prokládání sektorů a obnovení polarizace magnetů.
        U plotnového magnetického záznamu byl problém odjakživa dostat hlavu nad stopu.
        Co se chce po mechanickém vystavování hlavy nad stopu? Lehké raménko, s kterým se dá švihat co nejrychleji nad plotnou a co nejpřesněji a zároveň natolik tuhé, aby se na něj nepřenášely vibrace od motoru. Haha, z hlediska mechaniky tyto dva požadavky jdou proti sobě. Buď bude raménko něco vážit, aby bylo tuhé a pohlcovalo vibrace a zároveň zase bude mít velkou setrvačnost a stopu trefit nebude jen tak. Nebo bude lehké, s mimimální setrvačností a snáz se našteluje nad stopu, ale zase vlivem vibrací se hlavička bude klepat jako hodně drahý pes. Jak do stran, tak ještě hůře nahoru/dolů.
        Tak to uděláme něco mezi tím. Dokud budou stopy dost daleko od sebe, tak to doladíme raménkem. To půjde. Jenže raménko je dvojzvratná páka, takže zase je tu omezení, že delší páka při nepatrném posunutí kratší páky cívkou, s hlavičkou urazí delší dráhu. Což u moc nahňácaných stop je problém.
        Pak je tu ještě omezení možností regulace velikosti proudu v cívce, mechanický odpor ložisek, tak horní mez přesnosti vystavení hlavy nad stopu je skoro pevně daná.
        Pak se tomu dá pomoci tady těma dolaďovacíma čuramentama.
        Raménkem se hlava baj voko flákne na stopu, doladí se, a to co nezvládne vystavovací mechanizmus, tak se jen hlava dolaďovačem přišoupne nad stopu a snaží se ji udržet nad stopou a vexluje s ní do stran, jestli někde by magnetické pole nebylo silnější.
        A ten prostřední dolaďovač je tam skrz to, že je snazší štelovat přesněji na stopu jen půl raménka, tj. kratší páka má jemnější pohybem do stan.
        Při té hustotě stop už to nejde doladit jen celým raménkem baj voko nad stopu a hlavu dovexlovat čuramentem. V podstatě si pomůžeme „zlomením“ raménka pro větší přesnost vystavení nad stopu.
        Nakonec si práci vystavovacího mechanizmu vyzkoušejte doma. Doprostřed stolu dejte malou papírovou kuličku. Do natažené ruky vemte smeták za to chlupatý, držte ho nad boční hranou stolu a co nejrychleji s ním švihněte nad papírovou kuličku. Tak, přesně na první dobrou, aby se horní konec smetáku@ č/z hlava přesně zastavila nad kuličkou@ stopou. A ještě ji přesně nad kuličkou držte, než „přečtete“ stopu. Tohle zvěrstvo se chce po vystavovacím mechanizmu disku.
        Redakce je vybavená, aby si změřila své smetákové přístupové doby a pochlubila se :-).
        Grammar nazi:
        R/W head= č/z hlava (č/z= čtecí/záznamová hlava)
        seek = vystavení č/z hlavy nad stopu
        actuator = vystavovací mechanizmus
        HW nazi:
        dva motory = vychylovací cívka