Video: HAMR vs. MAMR: Hard Drive Technologies Compared (November 2024)
Die Festplattentechnologie ist oft ein unterschätztes Wunder. Die Chiptechnologie verdient mehr Anerkennung als die Schaffung der modernen Welt, aber die Halbleiterherstellung erhält weit mehr Aufmerksamkeit als die Festplattentechnologie. Trotzdem bieten Festplatten uns seit Jahrzehnten mehr und mehr Kapazität auf dem gleichen Raum. Dies entspricht in etwa dem allgemeinen Trend von Moores Gesetz, ist jedoch nicht so reibungslos. Die Festplattendichte nimmt mit der Einführung einer neuen Technologie tendenziell sehr schnell zu verlangsamen, bis die nächste große Innovation kommt.
Im Moment treten wir gerade in die Übergangsphase ein. Die derzeitige Technologie, die als senkrechte magnetische Aufzeichnung (PMR) bekannt ist und praktisch alle heute hergestellten Festplatten untermauert, geht langsam die Puste aus. Neue Techniken wie die hitzeunterstützte Magnetaufzeichnung (HAMR) sind auf dem Weg, aber noch einige Jahre entfernt.
Infolgedessen erreichen einige spezialisierte Laufwerke neue Kapazitäten - beispielsweise die neue 8-TB-Festplatte von Seagate und die 10-TB-Version von HGST -, aber die Basisfestplatten für Endverbraucher sind nicht so schnell, um so viel mehr Dichte zu erreichen. Es ist ein paar Jahre her, dass ich mich intensiv mit dieser Technologie befasst habe, und ich nutzte kürzlich die Gelegenheit, um mit den Laufwerkherstellern über die Technologie und ihre Entwicklung zu sprechen.
Seit einigen Jahren verwenden Laufwerke das PMR-Verfahren, und heutzutage haben Mainstream-Laufwerke eine Antennendichte von 650 Gbit / m². Dies ermöglicht 500 GB pro Platte auf einem 2, 5-Zoll-Laufwerk und 1 TB pro Platte auf einem 3, 5-Zoll-Laufwerk. (Die meisten Festplatten haben mehrere Platten, die auf beiden Seiten beschrieben sind.)
Ein paar Laufwerke haben dies noch etwas weiter vorangetrieben: Sie erreichen 1, 2 TB pro Platte und ermöglichen 6 TB bei einem 3, 5-Zoll-Laufwerk mit fünf Platten. oder sogar archivierte 2-TB-Laufwerke mit drei 2, 5-Zoll-Platten, so William Cain, Vice President Technology bei Western Digital. Und Mark Re, Senior Vice President und Chief Technology Officer von Seagate, ist der Ansicht, dass die derzeitige Technologie noch viel Zeit in Anspruch nimmt, da engere Toleranzen verwendet werden, um die Dichte zu verbessern.
Darüber hinaus wenden sich eine Reihe von Antriebsherstellern neuen Technologien zu, um die Dichte in naher Zukunft zu erhöhen.
Shingled Magnetic Recording (SMR)
Seagate hat eine Technik namens Shingled Magnetic Recording (SMR) vorangetrieben, bei der sich die Spuren, denen die Laufwerksköpfe folgen, überlappen, ähnlich wie Schindeln auf einem Dach. Laut Re kann mit dieser Technologie die Luftdichte um 25 Prozent gesteigert werden.
SMR verwendet herkömmliche Lese- / Schreibköpfe, die wie ein herkömmliches Laufwerk zum Lesen der Daten funktionieren. Zum Schreiben muss jedoch tatsächlich auf mehrere Spuren geschrieben werden, und dazu muss das Laufwerk in verschiedene Bänder gruppiert werden.
Laut Angaben von Re hat Seagate inzwischen "viele Millionen Laufwerke" mit SMR-Technologie ausgeliefert, darunter Markenlaufwerke für den Einzelhandel und geschäftskritische Near-Line-Speicherlaufwerke. Begonnen hat dies mit dem 5-TB-Desktop-Laufwerk des Unternehmens, das auf Near-Line-Enterprise-Speicher ausgelegt ist, und nun auch mit anderen Produkten. Das 8-TB-Laufwerk, das das Unternehmen kürzlich angekündigt hat, verfügt über eine Variante, die die SMR-Technologie verwenden wird.
Für die Zukunft von SMR sollten Notebook-Laufwerke im Laufe des Jahres eingeführt werden, und er sieht diese Entwicklung von 750 GB pro Platte auf 1 TB pro Platte und möglicherweise sogar auf 2 TB pro Platte.
Ein Problem mit SMR ist, wie Cain betonte, dass das Laufwerk Informationen auf eine sequentiellere Weise anders schreiben muss und dazu die Datengröße manipulieren muss, um sie effizienter zu gestalten. Re sagte, er stimme zu, dass es bei einigen Workloads Probleme gebe, sagte jedoch, dass in 99, 9 Prozent der Fälle keine nennenswerten Leistungsunterschiede bestünden. Im Allgemeinen, sagte er, beseitigen typische Mengen an Cache auf dem Laufwerk die Auswirkungen. Cain merkte an, dass es einige neue Standards gibt - Zonenblockbefehle (ZBC) für SAS-Laufwerke und Zonen-ATA-Befehle (ZAC) für SATA-Laufwerke, mit denen die Verwendung von SMR-Laufwerken standardisiert werden soll.
Scott Wright, Produktmarketingmanager von Toshiba, sagte, Toshiba sei an den Unterausschüssen beteiligt, die an der Standardisierung von Befehlen für SMR-Laufwerke arbeiten, und erwartete in den nächsten Monaten einen ratifizierten Standard, wie z. B. Objektspeicher. Er geht davon aus, dass alle Anbieter im Laufe des nächsten Jahres Vorreiter für Frühanwender sein werden, die in der zweiten Jahreshälfte 2015 in großem Umfang zum Einsatz kommen werden.
Versiegelte Laufwerke
Eine weitere Option, die wir zu sehen beginnen, sind abgedichtete Antriebe, bei denen Helium die Luft in einem luftdichten Antrieb ersetzt.
Im vergangenen Jahr hat HGST mit der Auslieferung eines 6-TB-Laufwerks begonnen, das mehr Platten in einem versiegelten Laufwerk mit einfacher Bauhöhe ermöglicht. Hierbei wird eine Technologie namens HelioSeal verwendet, bei der die Laufwerksplatten in einem versiegelten, mit Helium gefüllten Laufwerk eingeschlossen sind. Cain weist darauf hin, dass Helium, das leichter als Luft ist, Luftverwirbelungen und Luftwiderstand zwischen den Platten verringert und infolgedessen den Bedarf an Wirkleistung erheblich senken kann. Laut Cain ist es daher ideal für Umgebungen, in denen der Stromverbrauch und die Anzahl der vorhandenen Spindeln im Vordergrund stehen. (Beachten Sie, dass HGST zwar eine Tochtergesellschaft von WDC ist, aber separat von der Western Digital-Division betrieben wird. Laut Cain hat Western Digital zwar Helium und Magnetaufzeichnungen mit Schindeln untersucht, aber noch keine Laufwerke mit beiden Technologien ausgeliefert, wie er sagte "Beide Technologien haben in bestimmten Marktsegmenten einen Wert."
HGST hat kürzlich eine 8-TB-Version dieses Laufwerks namens Ultrastar He8 mit den aktuellen PMR-Laufwerken sowie Ultrastar He10 angekündigt, bei denen sowohl die Helium-Technik als auch die Schindeltechnik (SMR) zum Einsatz kommen. Es bietet auch ein Standard-6-TB-Laufwerk, das fünf 1, 2-TB-Platten in einem herkömmlichen (nicht versiegelten) Laufwerkgehäuse verwendet.
Seagate hat an dieser Stelle auf die Verwendung von Helium verzichtet und Re darauf hingewiesen, dass es zwar Laufwerke gibt, die diese Technologie verwenden, jedoch nicht davon überzeugt ist, dass dies der effektivste Weg ist, um die Dichte zu erhöhen.
Toshibas Wright hatte ähnliche Kommentare, wonach Helium auf lange Sicht notwendig sein könnte, aber er glaubt, dass es ohne es zu den nächsten "mehreren Technologie-Generationen" gelangen kann. Er sagte, die Branche habe eine Roadmap, die auf sechs oder mehr Platten voranschreite, und Toshiba rechnet damit.
Zweidimensionale magnetische Aufzeichnung (TDMR)
In den nächsten Jahren interessiert sich WD für eine Technik namens zweidimensionales magnetisches Aufzeichnen (TDMR), bei der Sie zwei Leseköpfe haben und somit mehr Daten im selben Bereich haben können, wobei benachbarte Bits untersucht und verglichen werden Verglichen mit der Art und Weise, wie ein geräuschunterdrückendes Headset mit Umgebungsgeräuschen umgeht. Er sagte, dies füge Komplexität hinzu, könnte aber für einige spezifische Projekte in einigen Märkten Sinn machen, da es die konventionelle Aufnahmetechnologie erweitert.
Hitzeunterstützte Magnetaufzeichnung (HAMR)
Aber fast jeder, mit dem ich gesprochen habe, ist sich einig, dass der nächste große Dichtesprung wahrscheinlich von einer als hitzeunterstützte Magnetaufzeichnung (HAMR) bekannten Technik herrührt, bei der ein lasergenerierter Strahl einen kleinen Teil des magnetischen Mediums aufheizt, um Bits zuzulassen geschrieben werden und dann stabil sein, wenn sie abkühlen. Solche Laufwerke könnten viel dichter als alle heutigen Technologien gepackt sein.
Das Konzept ist nicht neu - Seagate hat es bereits 2002 demonstriert -, aber es scheint näher zu rücken.
Zum Beispiel sagte Re von Seagate, dass HAMR für einige kommerzielle Einführungen im Jahr 2016 bereit sein sollte, wahrscheinlich zunächst mit strategischen Partnern, und voraussichtlich bis 2018 ein allgemeinerer Teil der Festplattenbranche werden wird. Er sagte, das Versprechen von HAMR sollte die Weichen stellen treiben die Industrie auf die "nächste S-Kurve" (zur Verbesserung der Dichte) für das nächste Jahrzehnt oder so. Seagate hofft, bis 2020 ein 20-TB-Laufwerk mit HAMR-Technologie zu haben.
Die Implementierung von Seagate verwendet einen Nahfeldwandler als Schreibkopf mit einem Laser, der 830-nm-Licht auf die "Oberflächenplasmonen" strahlt, das dann auf eine kleinere Stelle fokussiert wird, um das Material auf 600 Grad Kelvin zu erwärmen von einer 1 auf eine 0 oder umgekehrt umgeschaltet. Sobald sich die Stelle abgekühlt hat, ist das Gebiss stabil. Der gesamte Aufheiz- und Abkühlzyklus findet in einer Nanosekunde statt, sagte Re.
Laut Cain von Western Digital bietet HAMR das Potenzial, die Flächendichte um das Drei- bis Fünffache zu erhöhen, erhöht jedoch die Kosten. Er sagte, das Unternehmen habe Tests mit Tausenden von Stunden Live-Köpfen in Laufwerken und die Technologie werde machbar, sagte aber, dass 2016 "ein wenig aggressiv sein könnte", obwohl auch er dachte, dass die Technologie bis 2018 in den Mainstream eingehen könnte.
Toshibas Wright äußerte sich etwas skeptischer und sagte, die Zukunft von HAMR sei "immer noch etwas unklar". Während alle in "energieunterstützte" Aufnahmen investieren, ist die Jury immer noch nicht sicher, wann sie eingesetzt werden sollen. Er sagte voraus, dass es noch mindestens drei oder vier Jahre dauern würde.
Bitmuster-Medien
Ein weiteres Thema, das Aufmerksamkeit erregt hat, sind Bitmuster-Medien, aber die Unternehmen, mit denen ich gesprochen habe, glauben, dass dies viel weiter entfernt ist. Re sagte, diese Technologie sei "nicht bereit für die Primetime" und die Infrastruktur dafür stehe einfach nicht zur Verfügung. Cain stimmte zu, dass es sich um eine "viel längerfristige" Lösung handele, obwohl das Unternehmen Techniken wie Nano-Prägung und Selbstorganisation in den Labors anwendete. Und Wright sagte, dass Toshiba, während die "Wissenschaft gemacht wird", noch keinen "spezifischen Schnittpunkt" sieht, an dem es in die Massenproduktion gehen könnte.
Flash-Speicher
Einige Leute außerhalb der Festplattenbranche haben vorgeschlagen, dass Flash-Speicher die Festplattentechnologie insgesamt ersetzen könnten, aber das scheint unwahrscheinlich. Während Flash-Laufwerke immer beliebter werden, insbesondere in Notebooks und als Teil einer Tiered-Storage-Lösung im Unternehmen, bleibt Flash viel teurer als magnetische Medien, insbesondere zum Speichern vieler Daten, auf die nicht häufig zugegriffen wird. Außerdem reicht die Gesamtkapazität der hergestellten Flash-Chips, obwohl sie wächst, bei weitem nicht aus, um Spinnmedien zu ersetzen.
Sogar Toshiba, einer der beiden größten Flash-Speicher-Hersteller, stimmte dieser Sichtweise zu, und Wright merkte an, dass aus Kostengründen "ein Jahrzehnt lang nichts die magnetischen Medien berühren wird" und dass nicht genug NAND-Flash hergestellt wird, um die Übernahme zu übernehmen sogar 15 Prozent des Marktes.
Stattdessen verfügen alle Hersteller von Unternehmensspeicher über Systeme, die eine gewisse Menge Flash mit Festplatten kombinieren. Auf der Clientseite setzen die Festplattenhersteller auf Hybridlaufwerke, die aus Gründen der Geschwindigkeit ein wenig Flash mit magnetischen Medien kombinieren, um die Kapazität zu erhöhen.
Re sagte, dass Seagate Notebook-Laufwerke anbietet, denen solche Funktionen (die es SSHDs für Solid-State-Festplatten nennt) mit Desktop-Laufwerken folgen. Western Digital hat eine ähnliche Produktreihe wie die WD Black 2- Produktreihe. Laut Cain bieten Hybridantriebe "echten Wert".
Auffällig ist, dass es möglicherweise keine Technologie gibt, die die Leitung übernimmt, und dass die Zukunft möglicherweise Platz für alle Arten von Speicherlösungen bietet - von reinem Flash, das entweder direkt über einen Bus angeschlossen oder als SSD angeschlossen ist. zu konventionell, geschuppt und HAMR - alles zur gleichen Zeit auf dem Markt.
Im Allgemeinen ist die Festplattentechnologie von einer Technologie zur anderen übergegangen, wobei die neue Technologie die vorherige Technologie abgelöst hat, so wie die derzeitige senkrechte Magnetaufzeichnung (PMR) die herkömmliche Längsaufzeichnung im letzten Jahrzehnt abgelöst hat. Diesmal kann es jedoch anders sein, sagt Cain, da aufgrund der großen Unterschiede in Bezug auf Kosten und Geschwindigkeit mehrere unterschiedliche Techniken Lösungen für verschiedene Märkte bieten. "Die Zukunft muss nicht wie die Vergangenheit aussehen", sagte er.
Insgesamt sagte Cain, dass wir bis 2020 5-TB- oder 6-TB-3, 5-Zoll-Laufwerke als Standard-Mainstream-Laufwerke mit bis zu 20 TB-Laufwerken (mit sechs 3, 3 TB-Platten) für einige hochspezialisierte Anwendungen haben könnten, und dass dies mit dem HAMR auf 50 TB-Laufwerke wachsen könnte Technologie wird voll ausgereift. Das ist einfach unglaublich viel Speicherplatz.
