Перспективная технология магнитной записи MAMR: что нас ожидает в ближайшем будущем?

    К 2025 году общемировой объем сохраненных данных достигнет 163 зеттабайт — к такому выводу пришли аналитики консалтинговой компании International Data Corporation (IDC) в своем докладе “The Data Age 2025”. Для сравнения, в 2016 году эта цифра составляла всего 16 зеттабайт — таким образом, мы получим практически десятикратный прирост объема сохраненной информации.

    Виноваты в этом отнюдь не видео в формате 4K и не компьютерные игры весом от 100 ГБ и выше: столь бурный рост связан с повышенным интересом к Big Data со стороны бизнеса. Стремясь предсказать поведение потенциальных клиентов и лучше понять целевую аудиторию, крупные корпорации фиксируют буквально каждое действие, совершаемое человеком в глобальной паутине. Ситуацию усугубляют и такие перспективные направления, как машинное обучение и интернет вещей: миллиарды устройств ежесекундно генерируют огромное количество информации, а нейросети требуют все больше сведений для анализа и обработки.

    Перечисленные факторы определяют спрос на более вместительные накопители, но реально ли в принципе удовлетворить потребности современного рынка? Мы утверждаем — да, с появлением MAMR нет ничего невозможного! Специально для тех, у кого нет времени на чтение объемных материалов, мы подготовили короткий видеоролик, освещающий основные преимущества накопителей, выполненных по технологии MAMR.


    Если же вы хотите узнать “грязные подробности”, добро пожаловать под кат!

    Когда речь заходит о повышении плотности хранения данных, в дело вступает так называемая “трилемма магнитной записи”. Увеличение плотности записи предполагает снижение физических размеров магнитного домена — участка пластины, в котором хранится 1 бит информации. Проблема в том, что чем меньше размеры зерна, тем быстрее происходит его размагничивание: сохраненная информация искажается или может быть вовсе утрачена вследствие теплового движения элементарных частиц.

    Эту проблему можно решить путем использования магнитотвердых материалов, характеризующихся высокими значениями коэрцитивной силы. Однако, чем миниатюрнее домен, тем меньшую площадь должна иметь и записывающая головка, которая в результате не сможет генерировать магнитное поле с силой, достаточной для записи информации. Таким образом, вырисовывается тупиковая ситуация, выход из которой долгие годы не могли найти лучшие умы планеты.

    image

    Появление HAMR (Heat-assisted Magnetic Recording) должно было совершить революцию в индустрии, однако технология термомагнитной записи оказалась нерентабельна. Принцип ее действия состоит в локальном нагреве поверхности магнитных пластин до 450°C с помощью лазера, что позволяет временно снизить коэрцитивность (напряженность магнитного поля) и, как следствие, уменьшить площадь, необходимую для записи 1 бита информации. В процессе разработки технологии инженеры столкнулись с серьезной проблемой: оказалось, что сфокусировать лазерный луч на участке менее 50 нм технически невозможно (минимальный диаметр термального пятна составляет около 120 нм), тогда как точность позиционирования пишущей головки достигает 10 нм.

    В результате систему HAMR пришлось значительно усложнить. В последних образцах накопителей, использующих принцип термомагнитной записи, лазер не облучает магнитную пластину напрямую: тепловая энергия передается через оптический преобразователь ближнего поля (Near Field optical Transducer, или NFT), главным компонентом которого является плазмонная антенна, выполненная из золота. Последняя способна проводить частоты порядка терагерц и генерировать так называемую “стоячую волну”, что и позволяет добиться нужного размера пятна.

    image

    Усложнение конструкции пишущей головки в сочетании с использованием золота привело к существенному росту себестоимости производства. Кроме того, в ходе испытаний было установлено, что плазмонная антенна быстро деформируется под действием высоких температур и не соответствует современным отраслевым стандартам надежности.

    MAMR работает иначе. В основу технологии лег спинтронный осциллятор, представляющий собой многослойный тонкопленочный генератор высокочастотного (20–40 ГГц) поля, возникающего за счет поляризации спинов электронов под действием постоянного тока. Генератор осуществляет “накачку” магнитного домена, за счет чего удается существенно снизить энергетические затраты, необходимые для изменения вектора намагниченности участка записывающего слоя на противоположный.

    image

    В сочетании с применением дамасского процесса изготовления записывающих головок, способного обеспечить точный контроль формы и размеров полюса, а также благодаря использованию многоступенчатого микропривода, размер зерна удалось сократить с 8–12 нм до рекордных 4 нм и существенно повысить плотность записи — вплоть до 4 Тбит на квадратный дюйм. В перспективе это позволит создавать 3.5–дюймовые HDD емкостью до 40 ТБ, то есть, превосходящие современные модели по объему практически в четыре раза! Причем переход на MAMR никак не отражается на надежности накопителя, так как спинтронный осциллятор не подвергается воздействию экстремальных температур.

    Еще одним важным преимуществом MAMR является полная совместимость с технологией HelioSeal, конфликтующей с HAMR. Поскольку теплопроводность гелия больше, чем воздуха, газовая среда будет достаточно быстро нагреваться в процессе записи, а значит давление внутри самого диска возрастет. Вслед за ней возрастет и сила сопротивления вращению магнитных пластин, то есть, для раскрутки шпинделя потребуется более мощный привод. В свою очередь, из-за того, что сами устройства станут более горячими, увеличатся и расходы на кондиционирование ЦОД, что делает массовое использование термомагнитных накопителей еще более сомнительным. В случае с MAMR подобных проблем не возникает: переход на новые диски не потребует от владельцев дата-центров модернизации системы охлаждения и никак не отразится на счетах за электричество.

    Western Digital

    62,00

    Компания

    Поделиться публикацией
    Комментарии 25
      0
      Последнего абзаца не понял.
      Если теплопроводность гелия выше (что верно), то устройство будет меньше нагреваться по внутренним причинам. Если, конечно, под устройством понимаются именно работающие части, а не внешний корпус HDD.
        +5
        Насколько я понимаю, для работы HAMR нужна определенная температура в месте записи. Гелий эффективнее отводит тепло, поэтому нагревать приходится сильнее.
          0
          Только вот сам факт использования гелия который будет улетучиваться из диска в процессе эксплуатации на пользу надёжности такому диску не пойдёт.
            0
            Ну это уже другой вопрос, к увеличению нагрева не относится.
              +2
                +1
                Было бы странно если бы производитель таких дисков утверждал обратное. Сигейт вон тоже утверждает что у них диски надёжные, но что-то по отчётам BackBlaze у них диски самые ненадёжные на рынке.
                  +1
                  У BackBlaze уже есть трёхлетняя статистика по гелий-наполненным дискам.
                +1
                Не всё так ужасно. Лет 20 используем систему на Не-3, давление в баке до сих пор не упало, хотя откачиваем, разбираем и закачиваем обратно газ примерно раз в неделю. Разумеется, каждый раз тест на натекание по всем пайкам и уплотнениям. Несколько лет используем вставку с окном из фторопласта — полёт также нормальный. Главное — хорошо делать и проверять.
                  0
                  откачиваем, разбираем и закачиваем обратно газ примерно раз в неделю
                  вы ведь прекрасно понимаете что с жёсткими дисками так делать никто не будет.
                    0
                    Вы не поняли сути, почти всё время газ находится в рабочем объёме. Разбор и откачивания только увеличивают риск потери. Прочитать надо было это: за десять лет давление не падает при тщательной проверке и изготовлении компонентов. Т.е. один раз постарались и этого хватит. Если верить калибровке нашего течеискателя, то с нашим уровнем натекания за 10 лет вытечет не более 1 мБар.
                      0
                      А рабочее давление какое?

                      В диске по-идее оно вообще ~равное атмосферному и по-идее проблем быть не должно, если нет брака при производстве. Единственное что я не понял (не собрался информации нарыть) как решен собственно вопрос с герметичностью.

                      Ведь «обычные» современные жесткие диски вообще НЕ герметичны. Они немного «дышат». Через специальный клапан, тонкий канал хорошим толстым фильтром, но тем не менее внутренний объем постоянно сообщается с внешней атмосферой.
                      Нужно это вроде бы для выравнивания давления, меняющегося при нагревании и остывании диска во время работы и/или изменении температуры внешней среды.
                      И это на самом деле приличная проблема — фильтр там хоть и хороший, но все-таки не идеальный и мельчайшая пыль иногда просачивается внтурь (особенно при резких и частых перепадах температуры диска). И это одна из причин постепенной деградации и поломок дисков. Без этого они могли бы служить дольше.
                      А так же, например, из-за этого диски нельзя погружать в жидкости (например при погружном жидкостном охлаждении — в масле или специальных легкокипящих жидкостях)

                      На все вопросы о том, что может быть проще/лучше загерметизировать диски вообще наглухо и как-то компенсировать другим путем небольшие (и довольно плавные) изменения давления воздуха в гермообъеме? Производители дисков дружно отвечали — нет, так делать НЕЛЬЗЯ!

                      А тут вдруг начали делать и продавать диски наполненные гелием. Которые:
                      — либо должны быть полностью герметичны (а как же все заверения до этого, что возникающее при этом внутри переменное давление это непобедимая проблема?)
                      — либо не совсем герметичны, но тогда гелий будет неизбежно утекать и постепенно замещаться обычным воздухом, с итоговой плавной деградацией и потом выходом диска из строя. Просто находка для «запланированного устаревания».
                  0
                  Насколько я помню улетучиваемость гелия компенсируется более низким давлением внутри корпуса жесткого диска, поэтому никуда он не улетучивается, ему нравится быть внутри.
                    +2
                    Улетучиваемость гелия регулируется не полным давлением, а парциальным, а оно у атмосферного гелия неимоверно низкое, ибо его там мало. Где-то я находил циферки, несколько сотых атмосферы что ли было. Так что компенсации не получится.
                      +1
                      Скорее сто тысячных, а не сотых. Гелия в нижней (обитаемой) части атмосферы около всего около 5 ppm (частей на миллион) или ~0.0005%.
                      Парциальное давление пропорционально во столько же раз ниже.
                      Так что сниженное внутри давление против утечек не поможет — если есть через что утекать — будет утекать.
                  0
                  Теперь ясно, а то в статье пропущено это объяснение, и вся логическая цепочка развалилась.
                    0
                    Выше уже это отмечали, просто повторяться не стали:
                    Принцип ее действия состоит в локальном нагреве поверхности магнитных пластин до 450°C с помощью лазера, что позволяет временно снизить коэрцитивность (напряженность магнитного поля) и, как следствие, уменьшить площадь, необходимую для записи 1 бита информации.


                    Нагрев в точке записи нужен очень высокий, а гелий своей высокой теплопроводностью этому активно мешает забирая тепло, распределяя его по всему диску, а не там где оно нужно.
                      0
                      Технология перемагничивания остывающего носителя уже существовала и работала. Гуглите магнитооптические диски.
                        0
                        Я когда-то про них уже читал подробно. Похоже чем-то конечно, но и отличий просто вагон.
                        При этом не только количественных (в объемах, скоростях), но и принципиальные (качественные):

                        Одиночные сменные диски против пачки намертво фиксированных.
                        Разогрев магнитного материала выше точки Кюри и ниже нее соответственно.
                        Необходимость предварительного «стирания» перед записью и отсутствие таковой.
                        Считывание уже записанной информации при помощи света и магнитным способом соответственно.
                        Одно из самых важных — зачем вообще нагрев применяется. В старых МО приводах были большие и неточные магнитные головки, а луч лазера помогал уменьшить записываемое пятно — магнитная головка захватывала довольно большое поле, но запись происходила только в маленькую разогретую лазером область. За счет этого повышали плотность записи, а повышенная сохранность данных (без случайного размагничивания) была приятным бонусом.

                        Сейчас же наоборот — магнитные головки научились делать настолько маленькими и точными, что по сравнению с ними наоборот уже луч лазера стал слишком «толстым» и только мешает достижению высокой плотности. Приходится прибегать к разным сложных ухищрениям, чтобы преодолеть дифракционный предел, когда пятно света нужно сфокусировать в точку меньше длины его волны.

                        А нужен он тут уже для другой цели — потому что головкам не хватает уже не точности как в МО, а мощности чтобы быстро(пока записываемый участок диска пролетает под головкой) перемагничивать новые магнитожесткие материалы. Приходится их сначала немного «размягчать».
                +1
                Непонятно, есть ли в продаже диски с этой технологией.
                А то ролик начинается с демонстрации знакомых моделей, затем их виртуально разбирают и рассматривают отдельные части. Можно предположить, что MAMR уже продаётся.
                  0
                  Диски такие уже существуют, но пока только в виде экспериментальных и демонстрационных образцов. Начало серийного производства и начало продаж планируется где-то ближе к концу 2019 года.
                  0
                  Мне эта ситуация напоминает, как где-то в 70-80-е уже вовсю использовались инжекторы, но некоторые автопроизводители продолжали развивать карбюраторы. В итоге появлялись высокотехнологичные по тем временам монстры, настроить которые не представлялось возможным вне заводских условий, но по эффективности всё равно уступающие инжекторам.
                    0
                    Ничего не понял про дамасский процесс изготовления и не понял по видео, многоступенчатое позиционирование в двух местах осуществляется или только на конце — «микро». Про накачку магнитного домена, тоже ничего не понятно, почему эта микроволновка ничего не разогревает?
                      0
                      Усложнение конструкции пишущей головки в сочетании с использованием золота привело к существенному росту себестоимости производства.
                      ИМХО упоминание золота в микроэлектронике давно выглядит как довод для профанов. Сколько там нужно золота? — Предполагаю, что сильно меньше 0.1 г на изделие. Посмотрел по гуглу цену на данный момент:
                      Текущая цена на золото составляет 1212.40 долларов за 1 тройскую унцию (31,1 грамм).
                      В Сбербанке РФ за 1г 2960.96 р. Очень много?
                        0
                        Диски разные нужны, диски разные важны. А всё таки ни слова о скорости, по IOPS догонят SSD? Или мы увидим как SSD начнёт набирать объёмы и при этом падать цена как в последние годы. Что с ценой таких дисков?
                          +3
                          По IOPS никто с SSD и не думает состязаться. Там где нужны в первую очередь IOPS нужно использовать SSD, это стало ясно уже после появления первых поколений SSD.
                          Речь о том, чтобы дальше улучшать то в чем диски превосходили и превосходят SSD: объеме, особенно стоимости единицы объема, надежности хранения данных.

                          Скорость удешевления флэша последние годы постепенно снижается, по прогнозам и через 10 лет флэш будет стоить где-то в 5-10 раз дороже аналогичных по емкости HDD, т.к. они дешевеют примерно с той же скоростью.

                          Так и с этими дисками — сами диски (за штуку) станут немного дороже из-за усложнения конструкции, но на единицу объема — станут еще существенно дешевле, т.к. в стандартном размере 3.5" можно будет записывать по 20-40 ТБ данных.

                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                        Самое читаемое