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

16

Jestli sledujete dění ve světě hardwaru už nějaký ten rok, pak jste si mohli všimnout, že některé technologie jsou neustále například dva, tři roky od uvedení, aniž by se mu přiblížily – podobně jako je termojaderná fúze už půlstoletí „otázkou dvaceti let“. Mezi úložišti je to exotická technologie pevných disků se záznamem HAMR, jenž dociluje vyšší hustoty magnetického zápisu tím, že plotnu zahřívá miniaturním laserem integrovaným v hlavičce. Nyní to ale vypadá, že ještě než se HAMR dostal do praxe, už by ho mohla pomalu nahrazovat jiná nová technologie, která se jmenuje MAMR.

 

Problémy s HAMR

HAMR a zahřívání záznamové stopy laserem a (s tím spojená potřeba tento laser miniaturizovat do velikosti, která se vejda ke čtecí hlavě disku a zároveň je dost spolehlivá na to, aby vydržela fungovat několik let) patrně vždycky bude hodně choulostivá technologie. To je také asi důvod, proč se ji dosud nepodařilo odladit do praxe. Problémem by bylo i produkované teplo, které by patrně opět zhoršilo spolehlivost. Naštěstí to vypadá, že problém, který HAMR řeší, by se dal obejít i jinou cestou, a tu právě MAMR nabízí.

Proč byl HAMR doposud považován za nezbytnost? Výrobci HDD totiž v současnosti narazili na limit toho, jak malým lze na záznamovém povrchu učinit „bit“, tedy jednotku informace. Při dalším zmenšování záznamu se snižuje stabilita zapsané magnetické stopy, a aby bylo její polarizace (odlišení jedničky a nuly se používá severní/jižní pól) dostatečně silná a udržela data, musí být na disk zapsána také čím dál silnějším polem. Standardní dnes používaný kolmý zápis „PMR“ narazil na to, že už neumíme vytvořit zapisovací hlavičkou tak silné pole, jaké by další zmenšení magnetických stop na povrchu potřebovalo.

Technologie HAMR při zápisu plotnu zahřívá laserem, což dovoluje zvýšit hustotu záznamu za limity běžného zápisu PMR
Technologie HAMR při zápisu plotnu zahřívá laserem, což dovoluje zvýšit hustotu záznamu za limity běžného zápisu PMR

Technologie HAMR znamená Heat-Assisted Magnetic Recording, což vystihuje její podstatu. Onen rostoucí „odpor“ (koercivita) materiálu se totiž dá překonat, pokud se materiál zahřeje na vysokou teplotu, nad tzv. Curieův bod (mělo by jít o několik set stupňů). Na ním totiž materiál svou vysokou koercivitu ztratí. V tomto stavu je do něj možné zapsat dostatečně silnou magnetickou polarizaci i s mnohem slabším magnetickým polem, které vytvořit dnešní technologií umíme. Problém je, že toto zahřívání je třeba provádět oním laserem, což se ukázalo jako hodně těžké – prototypy už existují dlouhá léta, ale na sériovou výrobu to evidentně není.

Western Digital nyní oznámil, že dotáhl do použitelného stavu nadějnou alternativu v technologii MAMR (Microwave-Assisted Magnetic Recording), která by měla být mnohem méně komplikovaná a mnohem snáze realizovatelná. Také MAMR je trik, jak překonat odpor materiálu při pokusu vnutit mu novou polarizaci (tedy z 0 na 1 nebo obráceně). Místo zahřátí ale používá pro zvýšení energie materiálu tzv. Spin Torque Oscillator, který by měl vytvářet mikrovlné elektromagnetické záření o frekvenci někde mezi 20–40 GHz. Toto záření se trefí do feromagnetické rezonance záznamového média, čímž dodá danému místu dostatek energie, aby to spolu s normálním magnetickým polem záznamové hlavy dokázalo polaritu překlopit.

Technologie MAMR předává materiálu energii mikrovlnným oscilátorem na rezonanční frekvenci
Technologie MAMR předává materiálu energii mikrovlnným oscilátorem na rezonanční frekvenci

MAMR: jednoduchá konstrukce, levná výroba?

Stejně jako HAMR tedy MAMR excituje materiál v místě zápisu, aby se podařilo vytvořit dostatečně silnou a odolnou polarizaci, přičemž pro čtení již pak žádné podobné komplikace potřeba nejsou. Ovšem MAMR má reálně potřebovat mnohem méně energie, jelikož excitace pomocí oné rezonanční frekvence je účinější. Mělo by tedy méně hrozit opotřebení nebo selhání kvůli vysokým vznikajícím teplotám. Oscilátor má mít jen malou spotřebu (proud údajně jen 1–2 mA) a má jít o pár procent příkonu potřebného pro elektromagnet hlavičky, přestože zvyšuje efektivitu generovaného pole 3–4×.

Hlavičky pro MAMR mají být výrazně jednodušší
Hlavičky pro MAMR mají být výrazně jednodušší

Co je ale nejlepší zpráva: tato technologie má na rozdíl od HAMR být jednoduchá. HAMR potřebuje nové materiály a změny ve většině komponent disku, které vyrábí řada subdodavatelů, dále značně zvedá výrobní náklady a možná by dokonce mohl vyžadovat vyvažování zátěže podobné tomu u disků SSD, neboť by se médium mohlo opotřebovávat (jak reálná hrozba toto byla, nevím, je možné že WD teď nevýhody HAMR schválně nafukuje).

Výhody technologie MAMR a nevýhody HAMR dle Western Digital
Výhody technologie MAMR a nevýhody HAMR dle Western Digital

Naproti tomu MAMR má být skoro zázračný zlepšovák. Většina komponent, postupů a materiálů má být stejná jako u klasických pevných disků a lze je tedy snadno adaptovat a převzít. WD už dokonce údajně má svou technologii hlaviček dobře adaptovatelnou na tento nový druh záznamu a potřeba je jen integrovat onen oscilátor, což prý má prý být mnohem snazší, než s laserem u HAMRu. Výrobní náklady pro tuto technologii díky tomu mají být nízké, blízké dnešním standardním HDD se záznamem PMR či jeho „šindelovou“ modifikací SMR.

Kapacita HDD by údajně s MAMR měla dosáhnout 40 TB někdy v roce 2025 a cena za stejnou kapacitu bude stále lepší než u SSD, včetně těch se záznamem QLC
Kapacita HDD by údajně s MAMR měla dosáhnout 40 TB někdy v roce 2025 a cena za stejnou kapacitu bude údajně stále lepší než u SSD, včetně těch se záznamem QLC

40TB disky do osmi let, první vlaštovky napřesrok

Co má MAMR přinést uživateli v praxi? Podle WD se s touto technologií bude dát kapacita HDD zvednout na nějakých 40 TB zhruba do roku 2025 (za osm let). Hustota zápisu by se mohla dostat až na 4 Tb na čtvereční palec. Toto číslo zahrnuje i příspěvek dalších technologií, jako je héliové plnění a SMR, ale obecně by MAMR mělo prorazit bariéry, které by jinak nárůst kapacit zpomalily či zastavily, a naopak by díky této novince mohly velikosti růst rychleji. Celý potenciál MAMR nebude ale k mání hned, jelikož bude trvat, než se rozjede masová výroba hlaviček s oscilátorem, a také bude třeba postupná evoluce záznamových ploten s jemnějšími a jemnějšími zrny. Vzorky disků na bázi MAMR chce Western Digital začít distribuovat od roku 2019, nicméně asi bude na místě určitá opatrnost, i zde by se technologie mohla pozdržet.

16 KOMENTÁŘE

  1. mám daleko lepší nápad. 1 zvětšit plotny na velikost disket 3,25 nebo kolik to tenkrát bylo, prostě disk jak CD romka. Nidke není napsáné že disk musí být malý tak jak je nyní.
    druhá věc je zvýšit počet ploten. nechápu co je za problém. Váha? No a co zákazník zaplatí.
    Třetí věc nezavislé hlavičky které si budou samy brouzdat po své straně kotouče, sice to zvýší nároky na elektroniku, ale nezávislost čtení by šla prudce nahoru. Domnívám se že by data na plotnách mohli být zapsané jako v raidu třech disků tak že by část dat byla roztroušena podle toho dopočítávajícího alogritmu na třech hlavičkách a existovala by tak eliminace chyb.

    • Obávám se že hlavní problém přič nelze jednoduše udělat disk s větší velikostí a tloušťkou je ten, že veškerý hardware který je používaný v datacentrech, serverech poučítá právě s touto velikostí.
      Takže by takový disk byl prakticky neprodejný.

      • co to zas meleš? Vezmu stávající disk se stávající kvalitou uchování dat je kolik maximum? 8TB ? A já ti dám novej disk se stejnou kvalitou o něco málo dražší a větší ale holt by jeho kapacita byla třeba 25TB, už vidím jak by to někomu vadilo…
        Rozhodně takovej disk by byl levnější a spolehlivější než HAMR, MAMR apod…

    • Ano, dříve se 5,25“ pevné disky vyráběly. Jejich problémem je, že nemohou dosahovat tak vysokých otáček (moc velká odstředivá síla), hlavičky musí vykonávat delší dráhu mezi krajními polohami, což oboje má za následek vyšší přístupovou dobu. Dále díky větším rozměrům dochází k větší teplotní roztažnosti ploten a tedy hlavička má větší problém se trefit do té správné stopy (opět vyšší přístupová doba).
      Nezávislé hlavičky jsou neřešitelným problémem, protože hustota stop je tak velká, že jakýkoliv záchvěv vychýlí hlavičku o několik stop jinam. Tedy pohyb jedné hlavičky rozhodí hlavičku druhou a není proti tomu žádná obrana. Proto se používá jen jedna soustava hlaviček, které jsou pevně spojeny a čtou všechny povrchy najednou.

      • Všechny povrchy najednou nečtou, pokud vím. Právě kvůli té nutnosti přesně sledovat stopu, tipuju? Jinak by ty héliové disky s osmi plotnami měli diametrálně vyšší přenosovou rychlost (RAID 0 v podstatě) než ty levné modely s jednou plotnou.

        To s 5,25″ plotnami souhlas – bylo to jednu dobu (Quantum Bigfoot), ale skončilo. Nejspíš by to pořád šlo udělat, jenže by tu byly ty problémy, které zmiňujete. A pro datacentra je důležitá hustota dat, kterou by to možná tak moc nezlepšilo, protože kapacita by šla nahoru, ale rozměry taky.

      • jenom výmluvy, kdyby chtěli tak to vyrobí. problém je že oni chtějí aby se disky ničili a nebyly kvalitní. V tomto duchu jim helium poskytuje naprostou unikátní věc kdy lze přesně naplánovat kdy dojde k havárii disku a tím si zajistit superodbyt.