I produttori di dischi rigidi osservano una maggiore densità, unità da 20 TB

La tecnologia del disco rigido è spesso una meraviglia sottovalutata. La tecnologia dei chip merita più credito di quanto non lo sia per la creazione del mondo moderno, ma la produzione di semiconduttori ottiene molta più attenzione della tecnologia del disco rigido. Tuttavia, i dischi rigidi hanno continuato a darci sempre più capacità nello stesso spazio per decenni, seguendo la stessa tendenza generale della Legge di Moore, ma non altrettanto uniformemente: la densità del disco rigido tende a crescere molto rapidamente quando viene introdotta una nuova tecnologia, e rallentare fino a quando arriva la prossima grande innovazione.

In questo momento, stiamo entrando nella fase di transizione. L'attuale tecnologia, nota come registrazione magnetica perpendicolare (PMR) alla base praticamente di tutti i dischi rigidi prodotti oggi, sta iniziando a rimanere senza vapore. Nuove tecniche come la registrazione magnetica assistita da calore (HAMR) sono in arrivo, ma mancano ancora alcuni anni.

Di conseguenza, stiamo vedendo alcune unità specializzate raggiungere nuove capacità, ad esempio la nuova unità di classe business da 8 TB di Seagate e la versione da 10 TB di HGST, ma i dischi rigidi di consumo di base non sono così veloci da ottenere una densità maggiore. Sono passati un paio d'anni da quando ho studiato a fondo questa tecnologia, quindi di recente ho colto l'occasione per parlare con i produttori di motori della tecnologia e di dove sta andando.

Negli ultimi anni, le unità hanno utilizzato il processo PMR e oggi le unità tradizionali hanno una densità aerea di 650 Gbit / sq. pollici, consentendo 500 GB per piatto su un'unità da 2, 5 pollici e 1 TB per piatto su un'unità da 3, 5 pollici. (La maggior parte dei dischi rigidi ha più piatti, che sono scritti su entrambi i lati.)

Alcune unità lo hanno portato un po 'oltre, spostandosi fino a 1, 2 TB per piatto, consentendo 6 TB su un'unità da 3, 5 pollici da 5 piatti; o addirittura unità da 2 TB di archiviazione che utilizzano tre piatti da 2, 5 pollici, secondo William Cain, vicepresidente della tecnologia per Western Digital. E Mark Re, vicepresidente senior e Chief Technology Officer di Seagate, afferma di ritenere che "vi sia ancora molto chilometraggio nella tecnologia attuale", usando tolleranze più strette per migliorare la densità.

Oltre a ciò, per spingere la densità nel breve termine, un certo numero di produttori di unità si stanno rivolgendo a nuove tecnologie.

Shingled Magnetic Recording (SMR)

Seagate ha spinto una tecnica chiamata Shingled Magnetic Recording (SMR) in cui le tracce che seguono le teste del drive si sovrappongono, una sorta di fuoco di Sant'Antonio su un tetto. Secondo Re, questa tecnologia può consentire un aumento del 25 percento della densità aerea.

SMR utilizza testine di lettura / scrittura convenzionali, che funzionano esattamente come un'unità convenzionale per la lettura dei dati. Ma per la scrittura, richiede effettivamente la scrittura su più tracce, e questo richiede che l'unità sia raggruppata in bande diverse.

Re afferma che Seagate ha ora spedito "molti milioni di unità" utilizzando la tecnologia SMR, comprese le unità di vendita al dettaglio di marca e le unità di archiviazione business-line di importanza critica. Ciò è iniziato con l'unità desktop da 5 TB dell'azienda destinata allo storage aziendale near-line, ma ora è passata anche ad altri prodotti. L'unità da 8 TB recentemente annunciata dalla società ha una variante che utilizzerà la tecnologia SMR.

Dice che il futuro di SMR dovrebbe vedere l'introduzione delle unità notebook entro l'anno, e vede passare da 750 GB per piatto a 1 TB per piatto e forse alla fine fino a 2 TB per piatto.

Un problema con SMR, ha sottolineato Cain, è che l'unità deve scrivere le informazioni in modo diverso, in modo più sequenziale, e per farlo è necessario manipolare le dimensioni dei dati per renderle efficienti. Re ha affermato di essere d'accordo sul fatto che ci fossero problemi in alcuni carichi di lavoro, ma ha affermato che nel 99, 9 percento dei casi non vi era alcuna notevole differenza di prestazioni. In genere, ha affermato, le quantità tipiche di cache sull'unità eliminano l'impatto. Cain ha osservato che esistono alcuni nuovi standard: i comandi di blocco di zona (ZBC) per unità SAS e i comandi di zona ATA (ZAC) per unità SATA progettati per standardizzare l'uso di unità SMR.

Scott Wright, responsabile del marketing dei prodotti HDD aziendali di Toshiba, ha dichiarato che Toshiba sta partecipando ai sottocomitati che lavorano sulla standardizzazione dei comandi per le unità SMR e si aspetta uno standard ratificato nei prossimi mesi e ritiene che sia adatto per applicazioni con molte scritture sequenziali, come la memorizzazione degli oggetti. Si aspetta di vedere tutti i fornitori che offrono unità rivolte ai primi utenti nel prossimo anno, con l'adozione su larga scala nella seconda metà del 2015.

Azionamenti sigillati

Un'altra opzione che stiamo iniziando a vedere riguarda le unità sigillate con elio che sostituisce l'aria all'interno di un'unità ermetica.

L'anno scorso, HGST ha iniziato a distribuire un'unità da 6 TB che consente di aggiungere più piatti in un'unità sigillata a singola altezza. Questo utilizza una tecnologia che chiama HelioSeal, in cui i piatti del disco sono racchiusi in un disco sigillato pieno di elio. Cain sottolinea che l'elio, che è più leggero dell'aria, riduce la turbolenza dell'aria e la resistenza tra i piatti e, di conseguenza, può ridurre significativamente i requisiti di potenza attiva. Pertanto, afferma Cain, è ideale per ambienti che premiano il consumo di energia e il numero di mandrini in atto. (Si noti che mentre HGST è una consociata di WDC, è gestito separatamente dalla divisione Western Digital. Cain afferma che mentre Western Digital ha esaminato l'elio e ha registrato la registrazione magnetica, non ha ancora fornito unità con nessuna delle due tecnologie, anche se ha detto "entrambe le tecnologie hanno valore in alcuni segmenti di mercato.")

HGST ha recentemente annunciato una versione da 8 TB di questa unità denominata Ultrastar He8 che utilizza le attuali unità PMR, nonché Ultrastar He10, che utilizzerà le tecniche riempite con elio e la tecnica shedled (SMR). Offre anche un'unità da 6 TB più standard, che utilizza cinque piatti da 1, 2 TB in un contenitore di unità tradizionale (non sigillato).

Seagate ha scelto di non usare l'elio a questo punto con Re che afferma che mentre ha unità che usano la tecnologia, non è convinto che sia il modo più efficace per aumentare la densità.

Wright di Toshiba ha avuto commenti simili, affermando che l'elio potrebbe essere necessario a lungo termine ma che ritiene di poter arrivare alle "diverse generazioni di tecnologia senza di essa". Ha detto che l'industria ha una road map che avanza a sei o più piatti e Toshiba prevede di farlo.

Registrazione magnetica bidimensionale (TDMR)

Nel corso dei prossimi due anni, WD è interessato a una tecnica chiamata registrazione magnetica bidimensionale (TDMR), in cui hai due testine di lettura e puoi quindi avere più dati nella stessa area con i bit adiacenti che vengono esaminati e confrontati, che Cain rispetto al modo in cui una cuffia con cancellazione del rumore gestisce il rumore ambientale. Ha detto che ciò ha aggiunto complessità ma potrebbe avere senso per alcuni progetti specifici in alcuni mercati, in quanto estende la tecnologia di registrazione convenzionale.

Registrazione magnetica assistita da calore (HAMR)

Ma quasi tutti quelli con cui ho parlato concordano sul fatto che il prossimo grande salto di densità verrà probabilmente da una tecnica nota come registrazione magnetica assistita da calore (HAMR), che prevede un raggio generato dal laser che riscalda una piccola porzione del supporto magnetico consentendo ai bit di essere scritto e quindi essere stabile quando si raffreddano. Tali azionamenti potrebbero essere molto più densi di qualsiasi tecnologia odierna.

Il concetto non è nuovo - Seagate lo ha dimostrato nel 2002 - ma sembra che si stia avvicinando.

Ad esempio, Re di Seagate ha affermato che HAMR dovrebbe essere pronto per alcune presentazioni commerciali nel 2016, probabilmente inizialmente con partner strategici, e probabilmente diventerà una parte più generale del settore dei dischi rigidi entro il 2018. Ha detto che la promessa di HAMR dovrebbe mettere in difficoltà guidare l'industria sulla "prossima curva a S" (per migliorare la densità) per il prossimo decennio o giù di lì. Seagate ha affermato che spera di disporre di un'unità da 20 TB con tecnologia HAMR entro il 2020.

L'implementazione di Seagate utilizza un trasduttore di campo vicino come una testina di scrittura con una luce brillante a 830nm sui "plasmoni di superficie", che viene quindi focalizzata su una posizione più piccola per riscaldare il materiale fino a 600 gradi Kelvin, a quel punto un po 'può essere passato da 1 a 0 o viceversa. Una volta che la posizione si raffredda, il bit è stabile. L'intero ciclo di riscaldamento e raffreddamento si svolge in un nanosecondo, afferma Re.

Cain di Western Digital afferma che HAMR offre il potenziale per aumentare la densità areale da tre a cinque volte, ma aumenterà i costi. Ha detto che la società ha test con migliaia di ore di testate dal vivo nei drive e ha detto che la tecnologia sta diventando fattibile, ma ha detto che il 2016 "potrebbe essere un po 'aggressivo", anche se anche lui pensava che la tecnologia potesse entrare nel mainstream entro il 2018.

Wright di Toshiba è stato un po 'più scettico, dicendo che il futuro di HAMR era "ancora in qualche modo poco chiaro", e che mentre tutti stanno investendo in registrazioni "assistite da energia", la giuria è ancora fuori su quando sarà schierata. Ha predetto che mancavano almeno tre o quattro anni.

Media a motivi di bit

Un altro argomento che ha attirato l'attenzione sono i media a trama bit, ma le aziende con cui ho parlato credono che questo sia molto più lontano. Re ha affermato che questa tecnologia "non è pronta per la prima serata" e che l'infrastruttura non è disponibile. Caino concordò sul fatto che si trattava di una soluzione "molto più a lungo termine", sebbene affermasse che l'azienda aveva tecniche come la nano-imprinting e l'autoassemblaggio nei laboratori. E Wright ha affermato che mentre "la scienza è in corso", Toshiba non vede ancora una "intercettazione specifica" quando potrebbe entrare nella produzione di massa.

Memoria flash

Alcune persone al di fuori del settore del disco rigido hanno suggerito che la memoria flash potrebbe sostituire del tutto la tecnologia del disco rigido, ma ciò sembra improbabile. Mentre le unità flash stanno guadagnando popolarità, specialmente nei notebook e come parte di una soluzione di archiviazione su più livelli dell'azienda, il flash rimane molto più costoso dei supporti magnetici, soprattutto per l'archiviazione di molti dati a cui non si accede frequentemente. Inoltre, la capacità totale dei chip flash prodotti, sebbene in crescita, non è quasi sufficiente per sostituire i supporti di filatura.

Perfino Toshiba, che è uno dei due maggiori produttori di memoria flash, ha concordato con quella prospettiva, con Wright che ha notato che "nulla toccherà i supporti magnetici per un decennio" dal punto di vista dei costi e che non c'è abbastanza flash NAND prodotto per sostituirlo anche il 15 percento del mercato.

Invece, tutti i produttori di storage aziendale hanno sistemi che combinano una certa quantità di flash con dischi rigidi; e sul lato client, i fornitori di dischi rigidi spingono unità ibride che combinano un po 'di flash per la velocità con supporti magnetici per una maggiore capacità.

Re ha detto che Seagate ha offerto unità notebook che tali funzionalità (che chiama SSHD per dischi rigidi a stato solido) con le unità desktop ora seguono. Western Digital ha una linea simile con la sua linea WD Black ², con Cain che afferma che le unità ibride offrono "valore reale".

Una cosa che spicca è che potrebbe non esserci una tecnologia che prende il sopravvento e che il futuro potrebbe avere spazio per tutti i tipi di soluzioni di archiviazione: dal puro flash, collegato direttamente su un bus o collegato come un SSD; convenzionale, a strati e HAMR, tutti sul mercato allo stesso tempo.

In generale, la tecnologia del disco rigido è passata da una tecnologia all'altra con la nuova tecnologia che sostituisce la precedente, proprio come l'attuale registrazione magnetica perpendicolare (PMR) ha sostituito la tradizionale registrazione longitudinale nell'ultimo decennio. Ma questa volta potrebbe essere diverso, afferma Cain, con molteplici tecniche diverse che forniscono soluzioni per mercati diversi a causa delle grandi differenze di costi e velocità. "Il futuro non è necessariamente simile al passato", ha detto.

Complessivamente, Cain ha affermato che entro il 2020 potremmo avere unità da 5TB o 6TB da 3, 5 pollici come unità standard standard con unità fino a 20TB (con sei piatti da 3, 3TB) possibili per alcune applicazioni altamente specializzate e che potrebbero crescere fino a 50TB quando l'HAMR la tecnologia diventa completamente matura. È semplicemente una quantità incredibile di spazio di archiviazione.