Как работает MAMR в HDD

Уже в 2019-м году должны выйти новые жесткие диски с технологией MAMR. Эта технология позволит увеличить плотность записи до 4Тбит на квадратный дюйм, что в теории позволит создавать HDD объемом 40ТБ.

Проблема перпендикулярной магнитной записи


С момента создания HDD плотность записи накопителей удваивалась каждый год и так продолжалось до 2010 года, когда рост плотности записи начал замедляться. Это связано с тем, что перпендикулярная магнитная запись(PMR) стала приближаться к своему теоретическому пределу в 1ТБит на квадратный дюйм.

Ограничение для PMR связано с влиянием суперпарамагнитного эффекта, когда уменьшение физических размеров магнитных доменов (один магнитный домен кодирует 1 бит информации) в ферромагнитном веществе с определенной коэрцитивной силой может приводить к произвольной смене магнитного момента таких доменов. Другими словами, при достаточно малых магнитных доменах такой диск может произвольно терять информацию.

Победить суперпарамагнитный эффект в HDD можно двумя способами:

  • Можно увеличить размер магнитного домена (т.е. физический размер головки записи), но это приведет к уменьшению плотности записи, а значит и к уменьшению общего объема накопителя
  • Можно использовать магнитный сплав с бОльшей коэрцитивной силой, но тогда нужно поднимать энергию записи, а это означает увеличение размеров головки записи, а значит и увеличение магнитных доменов и уменьшение плотности записи. Так, по крайней мере, предполагалось.

MAMR как решение проблемы


В один прекрасный момент инженеры заметили, что если воздействовать на ферромагнитное вещество специальным полем определенной частоты, то для изменения магнитного момента домена можно затратить значительно меньше энергии.

Так родилась технология MAMR. MAMR расшифровывается как Microwave-Assisted Magnetic Recording, или Микроволновая Магнитная Запись.

Работает MAMR весьма интересно.

Магнитный момент в ферромагнетиках обеспечивается за счет собственных спинов элементарных частиц в атомах вещества. Когда спины частиц внутри магнитного домена «направлены» в одну сторону, возникает магнитный момент домена, который можно считывать с помощью головки чтения. Магнитный момент может находиться в одном из двух направленных состояний, за счет этого и происходит запись информации.

Важной частью MAMR является Spin Torque Oscillator(STO) или «генератор на основе вращения спинов». Сам STO располагается в непосредственной близости к головке записи. При прикладывании тока в STO возникает генерация кругового электромагнитного поля поля с частотой 20-40 ГГц за счет поляризации спинов электронов.

При воздействии такого поля в ферромагнетике, используемом для MAMR, происходит резонанс, что приводит к прецессии магнитных моментов доменов в этом поле. По сути, магнитный момент отклоняется от своей оси и для изменения его направления (переворота) головке записи нужно значительно меньше энергии.

Наглядно работа MAMR представлена на картинках

Драйв включает STO



Под воздействием поля STO магнитный момент начинает прецессию и отклоняется в сторону



Драйв подает импульс тока через головку записи, что вызывает изменение направления магнитного момента в домене.



Использование технологии MAMR позволяет взять ферромагнитные вещества с большей коэрцитиивной силой, а значит можно уменьшить размер магнитных доменов без опасения вызвать суперпарамагнитный эффект. Генератор STO помогает уменьшить размеры головки записи(за счет уменьшения необходимой энергии в импульсе записи), что дает возможность записывать информацию на магнитные домены меньшего размера, а значит и увеличивает плотность записи.
AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Подробнее
Реклама

Комментарии 24

    0
    С точностью позиционирования проблем не возникнет? И со скоростью случайного чтения?
    Большая фрагментация данных, как мне кажется, может совсем печально сказаться на скорость таких дисков ( меньше блоки, больше блоков в разных частях диска — больше траты на позиционирование головок)
      0
      Я не совсем понял, что вы имеете ввиду, особенно вот эту часть
      меньше блоки, больше блоков в разных частях диска — больше траты на позиционирование головок

      Не могли бы вы раскрыть мысль?
        0

        Думаю он спрашивал про точность и скорость работы на дисках с большой фрагментацией… блин… написал тоже самое...


        Наведение на фрагмент на диске ему кажется более трудоёмким и менее скоростным из-за уменьшения фрагментов памяти, которые могут быть больше разбросаны после частого использования жд как активного хранилища…
        Скорость непоследовательного доступа м.б.
        (Пытался перевести как мог, сам в теме плаваю)

          +1
          Как-то мне все равно тяжело понять :)
          Ведь фрагментация есть и сейчас, в этом плане ничего не поменяется.
          Все что поменяется, это частота считывания информации, сейчас она в районе 1ГГц, а будет 4ГГц, но даже 4ГГц это вообще «ниочем» для современной электроники.
            0
            Я всего-лишь хреновый переводчик =)))
            С механикой чего там, это интересно.
            Типа вокруг Вас равноудалённо 20 тарелок в каждой по арбузу. Все тарелки вокруг вас крутятся, а вы ими манипулируете.
            А теперь 500 маленьких тарелочек в каждом по зёрнышку и они стоят в несколько рядов
            Заголовок спойлера
            image
            . А скорость вращения таже? Скорость работы шпинделя? Точность? а когда необходимые зёрна в разных местах, непоследовательно находятся.
              0
              Считывание любой информации с HDD идет в несколько этапов
              1. Так как адресация со стороны host-а(т.е. компьютера) на современных дисках линейная (в виде номера сектора от 0 до N), то необходимо перевести линейный адрес в номер головки, трека и сектора, где данные непосредственно находятся
              2. После определения номера трека и головки диск выполняет позиционирование. Позиционирование происходит на так называемый серво-трек. Серво-трек не содержит в себе данных пользователя, а содержит только информацию для позиционирования. Серво-трек можно представить себе в виде круга, нарисованного пунктирной линией (т.е. на серво-треке есть незанятое место)
              3. После позиционирования происходит считывание данных с дата-трека. Сектора дата-трека расположены между серво-сеторами(пунктиром серво-трека), это если очень грубо, на самом деле там еще сложнее
              4. дата-трек обычно считывается целиком в память диска, после чего происходит логическое разделение на сектора, ECC-коррекция и прочие плюшки. Дальше необходимый сектор с трека отдается host-у

              На одном дата-треке 1000-2000 секторов, каждый может хранить 4КБ данных.
              Один бит в секторе это один магнитный домен. Форма и размер магнитного домена это по сути форма и размер полюса головки записи.
              При уменьшение размера головки записи, уменьшается физический размер магнитного домена, одного бита и соответственно сектора с данными на конкретном треке.

              Скорость вращения дисков вряд ли поменяется.
                0
                читать было интересно, но не думаю, что это спрашивалось =))
                А может и это
                  0
                  ну ок, попробую по-другому
                  у нас были арбузы(домены ака биты), из арбузов получались ящики/тарелки с арбузами (сектора). Диск забрасывал ящики с арбузами к себе в память со скоростью 1Гбит в секунду.
                  теперь у вас зерна (ака биты), насыпанные на тарелки (сектора). Диск забрасывает тарелки к себе в память со скоростью 4Гбита в секунду.

                  Это все что поменялось :)
                  Хотя в плане размеров вместо арбузов надо бы взять яблоки, а вместо зерен — сливы, так больше передается масштаб

                  UPD: скорость будет не 4Гбита, а только 2Гбита, ведь уменьшение происходит не только вдоль трека но и поперек
                    0
                    кажется мы зашли не туда(и судя по всему с аналогиями у меня плохо)
                    Но продолжим нашу арбузно-зерновую теорию, мне нравится диалог xD

                    Всё это мы делаем рукой, хватаем и ставим.
                    Про про то, что делает кисть забываем, интересно прицеливание+движение+остановка на нужной дорожке.
                    В этой технологии, мне кажется, движение шпинделя не менее интересно.

                    меньше блоки, больше блоков в разных частях диска — больше траты на позиционирование головок

                    Беготня по дорожкам шпинделями за случайными секторами при сильной фрагментации и при такой плотности записи становится сильно затратным по времени.

                    Я кажется нашёл как перевести вопрос =))
                      0
                      Всё это мы делаем рукой, хватаем и ставим.
                      Про про то, что делает кисть забываем, интересно прицеливание+движение+остановка на нужной дорожке.
                      В этой технологии, мне кажется, движение шпинделя не менее интересно.

                      Есть несколько типов позиционирований. Но нас интересует дальний и ближний.
                      Дальний, это когда нужно перескочить к примеру с одного края круглого диска с информацией(его еще называются пластиной или «блином») на другой.
                      Накопитель знает сколько у него треков на блине и знает физические размеры блина, поэтому он примерно представляет где какой трек находится и сколько нужно тока подать на катушку позиционирования блока головок, чтобы попасть плюс-минус 100-200 треков туда, куда надо.
                      После «выстрела» блоком головок в нужно место, накопитель пытается прочитать любой серво-трек. У каждого серво-сектора в каждом серво-треке записан номер сектора и трека, поэтому накопитель точно знает куда он попал.
                      Если попали ну туда, то более точной настройкой (малыми токам в катушке), накопитель преходит на нужный серво-трек, это ближнее позиционирование.
                      Скорость позиционирования зависит от веса блока головок, скорости вращения шпинделя и как далеко нужно скакнуть. Так как плотность записи в серво-секторах составляет лишь градацию от плотности записи данных (серво сектора пишутся со скоростью сотни килобит в секунду, в отличии от сотен и тысяч мегабит в секунду для данных), то на скорость позиционирования практически никак не влияет плотность записи данных т.е. что MAMR, что PMR — все равно.

                      Беготня по дорожкам шпинделями за случайными секторами при сильной фрагментации и при такой плотности записи становится сильно затратным по времени.

                      Беготня за секторами при фрагментации вообще затратное действие, для любого HDD, поэтому рандомное беганье лучше отдать SSD :)
                        0
                        уии, добрались к сути за 9 комментариев=))

                        Большое спасибо за разъяснение, заплюсовал бы до бесконечности, но не могу=)
              0
              А что говорит теория по этому поводу? Не читали?
              Не все доступно быстрому пониманию, иногда полезно поразмышлять. Ну как у всех. Желаю успеха и понимания
        0
        и как поведет себя поверхность при постоянном нагреве/охлаждении?
          +2
          При MAMR нет постоянного нагрева и охлаждения поверхности, в этом и прелесть и преимущество перед HAMR (где как раз нагрев используется)
          0
          Вроде недавно был ответ представителей WD и Сегейт журналисту, что в ближайшем будущем они MAMR использовать не собираются.
            +1
            Скорее всего первые диски выйдут «по секрету»
            Они будут MAMR, но производитель в этом не признается.
            Так например произошло с первыми в мире дисками SMR, которые выпустил Сигейт. Технология была обкатана и только через год SMR вышел на рынок «официально».

            Причина этому довольно простая — никто не хочет испортить репутацию.
            MAMR и тем более HAMR очень «опасная» технология в плане надежности.
            Так как и STO(в первом случае) и лазерный нагреватель (во втором) вещь абсолютно новая и неизведанная. Производитель хочет подстраховаться, собрать статистику отказов, пофиксить все баги и только потом заявить про технологию на каждом углу.
            0
            Такое увлечении емкости без увеличения скорости — такое себе. А тут кардинального увеличения не видно.
            Пора уже по 2-4-… независимых головок вешать на диск, размер диска хоть и удлинится, зато получится распараллелить запись/чтение по блинам.
              0
              Такое увлечении емкости без увеличения скорости — такое себе. А тут кардинального увеличения не видно.

              скорость должна вырасти в два раза примерно, из-за более плотной записи
              Пора уже по 2-4-… независимых головок вешать на диск, размер диска хоть и удлинится, зато получится распараллелить запись/чтение по блинам.

              сделали уже :)
              blog.seagate.com/craftsman-ship/seagate-shows-dual-actuator-speed-gains-in-real-world-setup
                0

                Я думаю что alexmeloman имел ввиду чтение одного блина несколькими независимыми головками.


                У вас по сылке просто аналог двух дисков в одном корпусе насколько я понял.

                0
                А я вот всегда думал, ну почему они такие тупицы. Ну 4 же угла у диска. Ну поставьте туда 4 башки по углам и скорость будет как у SSD. А если еще внутренний RAID применить — вообще будет круто. Нет, они все повышают плотность дисков. Да кому она нахрен нужна. Уже подошли к тому пределу, что дальнейшая емкость не так уж и нужна. Вся проблема Файловой структуры — это не емкость, а скорость. Помню как я делал бэкап терабайта 10 лет назад, так это мука адская. А скорости сначала IDE, а потом и SATA выросли, но не на столько чтобы скопировать (как в фильмах) терабайт за минуту. Я имею в виду HDD.
                  0
                  Там коромысла у голов длинные.
                  Поэтому — два блока голов. Больше не влезет.

                  Линейно записать в паралель всеми головами можно. А вот произвольно считать — фокус не выйдет.
                    0
                    Вот именно это я и имею в виду
                    0
                    ну как сказать — мне на бекап серверах нехватает дисков с большей ёмкостью. Скорость не критична, но вот с местом всегда проблемы.
                    0
                    Ждем сата 4?

                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                    Самое читаемое