Harde schijf makers oog verhoogde dichtheid, 20tb schijf

Harde schijftechnologie is vaak een ondergewaardeerd wonder. Chiptechnologie verdient meer krediet dan het krijgen van de moderne wereld, maar halfgeleiderproductie krijgt veel meer aandacht dan harde schijftechnologie. Toch geven harde schijven ons al tientallen jaren meer en meer capaciteit in dezelfde ruimte, volgens ongeveer dezelfde algemene trend als de wet van Moore, maar niet zo soepel - de dichtheid van harde schijven neigt zeer snel te groeien wanneer een nieuwe technologie wordt geïntroduceerd, en vertragen tot de volgende grote innovatie komt.

Op dit moment gaan we de overgangsfase in. De huidige technologie, bekend als PMR (Perpendicular Magnetic Recording), die vrijwel alle harde schijven ondersteunt die vandaag worden gemaakt, begint zonder stoom te zitten. Nieuwe technieken zoals warmtegestuurde magnetische opname (HAMR) zijn in aantocht maar nog enkele jaren vrij.

Als gevolg hiervan zien we dat sommige gespecialiseerde schijven nieuwe capaciteiten bereiken - bijvoorbeeld Seagate's nieuwe 8 TB zakelijke schijf en de 10 TB versie van HGST - maar de standaard harde schijven voor consumenten zijn niet zo snel om zoveel meer dichtheid te krijgen. Het is een paar jaar geleden dat ik echt diep naar deze technologie heb gekeken, dus heb ik onlangs van de gelegenheid gebruik gemaakt om met de makers van de drive te praten over de technologie en waar deze naartoe gaat.

De afgelopen jaren gebruiken schijven het PMR-proces en tegenwoordig hebben reguliere schijven een luchtdichtheid van 650 Gbit / sq. inch, waardoor 500 GB per schotel op een 2, 5-inch schijf en 1 TB per schotel op een 3, 5-inch schijf. (De meeste harde schijven hebben meerdere platters, die aan beide kanten zijn geschreven.)

Een paar schijven hebben dit iets verder doorgevoerd, oplopend tot 1, 2 TB per schotel, waardoor 6 TB mogelijk is op een vijf-inch, 3, 5-inch schijf; of zelfs archiverende 2TB-schijven met behulp van drie 2, 5-inch platters, volgens William Cain, vice-president van technologie voor Western Digital. En Mark Re, senior vice president en Chief Technology Officer van Seagate, zegt dat hij gelooft dat "er nog veel kilometers zijn in de huidige technologie", met behulp van nauwere toleranties om de dichtheid te verbeteren.

Verder, om de dichtheid op de korte termijn te verhogen, wenden een aantal aandrijffabrikanten zich tot nieuwe technologieën.

Shingled Magnetic Recording (SMR)

Seagate heeft een techniek gebruikt die Shingled Magnetic Recording (SMR) wordt genoemd, waarbij de sporen die de aandrijfkoppen volgen elkaar overlappen, een soort van gordelroos op een dak. Volgens Re kan deze technologie de luchtdichtheid met 25 procent verhogen.

SMR gebruikt conventionele lees- / schrijfkoppen, die net als een conventionele schijf werken voor het lezen van de gegevens. Maar om te schrijven, moet het eigenlijk naar meerdere tracks schrijven, en dit vereist dat de drive in verschillende banden wordt gegroepeerd.

Re zegt dat Seagate nu "vele miljoenen schijven" heeft verzonden met behulp van SMR-technologie, inclusief merkaandrijvingen en near-line bedrijfskritische opslagschijven. Dit begon met de 5 TB-desktopdrive van het bedrijf gericht op near-line enterprise-opslag, maar is nu ook verplaatst naar andere producten. De 8 TB die het bedrijf onlangs heeft aangekondigd, heeft een variant die SMR-technologie zal gebruiken.

Hij zegt dat de toekomst van SMR binnen het jaar notebook-drives zou moeten introduceren, en hij ziet dit van 750 GB per schotel naar 1 TB per schotel en misschien uiteindelijk wel 2 TB per schotel gaan.

Een probleem met SMR, zei Cain, is dat de schijf informatie anders en op een meer sequentiële manier moet schrijven en daarvoor moet de gegevensgrootte worden gemanipuleerd om deze efficiënt te maken. Re zei dat hij het ermee eens was dat er problemen waren met sommige workloads, maar zei dat er in 99, 9 procent van de gevallen geen opmerkelijk prestatieverschil was. Over het algemeen, zei hij, elimineren typische hoeveelheden cache op de schijf de impact. Cain merkte op dat er enkele nieuwe normen zijn - zone block-opdrachten (ZBC) voor SAS-schijf en zone ATA-opdrachten (ZAC) voor SATA-schijven die zijn ontworpen om het gebruik van SMR-schijven te standaardiseren.

Scott Wright, Toshiba's enterprise HDD-productmarketingmanager, zei dat Toshiba deelneemt aan de subcommissies die werken aan de standaardisatie van commando's voor SMR-schijven en een geratificeerde standaard verwacht in de komende maanden en gelooft dat het geschikt is voor toepassingen met veel opeenvolgend schrijven, zoals objectopslag. Hij verwacht dat alle leveranciers het komende jaar of zo zullen aanbieden die gericht zijn op early adopters, met grootschalige acceptatie in de tweede helft van 2015.

Verzegelde schijven

Een andere optie die we beginnen te zien, zijn afgedichte schijven waarbij helium lucht in een luchtdichte schijf vervangt.

Vorig jaar begon HGST met het verzenden van een 6 TB-schijf die meer platters mogelijk maakt in een verzegelde schijf met één hoogte. Dit maakt gebruik van een technologie die HelioSeal wordt genoemd, waarbij de schijfplateaus zijn ingesloten in een verzegelde schijf gevuld met helium. Cain wijst erop dat helium, dat lichter is dan lucht, luchtturbulentie en luchtweerstand tussen de platen vermindert en bijgevolg de actieve vermogensbehoeften aanzienlijk kan verminderen. Cain zegt dus dat het ideaal is voor omgevingen die stroomverbruik en het aantal spillen op prijs stellen. (Merk op dat, hoewel HGST een dochteronderneming is van WDC, het apart van de Western Digital-divisie wordt gerund. Cain zegt dat hoewel Western Digital naar helium en magnetische shingling-opnamen heeft gekeken, het nog geen drives met beide technologieën heeft verzonden, hoewel hij zei "beide technologieën hebben waarde in bepaalde marktsegmenten.")

HGST heeft onlangs een 8 TB-versie van deze schijf genaamd de Ultrastar He8 aangekondigd met behulp van de huidige PMR-schijven, evenals de Ultrastar He10, die de helium-gevulde technieken en de shingled (SMR) techniek zal gebruiken. Het biedt ook een meer standaard 6 TB-schijf, die vijf 1, 2 TB-platters gebruikt in een traditionele (niet-verzegelde) schijfbehuizing.

Seagate heeft ervoor gekozen om op dit moment geen helium te gebruiken, waarbij Re zegt dat hoewel het wel schijven heeft die de technologie gebruiken, het er niet van overtuigd is dat het de meest effectieve manier is om de dichtheid te verhogen.

Toshiba's Wright had soortgelijke opmerkingen en zei dat helium op de lange termijn misschien nodig is, maar dat het gelooft dat het zonder de volgende 'verschillende generaties technologie' kan komen. Hij zei dat de industrie een routekaart heeft die uitgaat naar zes of meer platters, en Toshiba verwacht dat te doen.

Tweedimensionale magnetische opname (TDMR)

In de komende paar jaar is WD geïnteresseerd in een techniek genaamd tweedimensionale magnetische opname (TDMR), waarin je twee leeskoppen hebt en dus meer gegevens in hetzelfde gebied kunt hebben met aangrenzende bits die worden onderzocht en vergeleken, die Cain in vergelijking met de manier waarop een ruisonderdrukkende headset omgevingsgeluid aanpakt. Hij zei dat dit wel voor complexiteit zorgde, maar voor sommige specifieke projecten in sommige markten zinvol kon zijn, omdat het de conventionele opnametechnologie uitbreidt.

Warmte-geassisteerde magnetische opname (HAMR)

Maar bijna iedereen met wie ik heb gesproken, is het erover eens dat de volgende grote sprong in dichtheid waarschijnlijk komt van een techniek die bekend staat als warmtegestuurde magnetische opname (HAMR), waarbij een laser gegenereerde straal een klein deel van de magnetische media opwarmt waardoor bits worden geschreven en dan stabiel zijn als ze afkoelen. Dergelijke schijven kunnen veel dichter worden verpakt dan een van de technologieën van vandaag.

Het concept is niet nieuw - Seagate heeft het al in 2002 aangetoond - maar het lijkt wel steeds dichterbij te komen.

Seagate's Re zei bijvoorbeeld dat HAMR klaar moet zijn voor een aantal commerciële introducties in 2016, waarschijnlijk aanvankelijk met strategische partners, en waarschijnlijk een meer algemeen onderdeel van de harde schijfindustrie zal worden in 2018. Hij zei dat de belofte van HAMR de harde zou moeten maken rijden de industrie op de "volgende S-curve" (voor verbeteringen in dichtheid) voor het volgende decennium of zo. Seagate heeft gezegd dat het hoopt op een 20 TB-schijf met HAMR-technologie tegen 2020.

Seagate's implementatie maakt gebruik van een near-field transducer als een schrijfkop met een laserstraal van 830 nm licht op de "oppervlakte-plasmonen", die vervolgens wordt gefocust op een kleinere locatie om het materiaal te verwarmen tot 600 graden Kelvin, op welk punt een beetje omgeschakeld van 1 naar 0 of omgekeerd. Zodra de locatie is afgekoeld, is het bit stabiel. De hele cyclus van verwarming en koeling vindt plaats in een nanoseconde, zei Re.

Cain van Western Digital zegt dat HAMR het potentieel biedt om de oppervlaktedichtheid drie tot vijf keer te verhogen, maar kosten met zich meebrengt. Hij zei dat het bedrijf tests heeft met duizenden uren live heads in drives en zei dat de technologie haalbaar wordt, maar zei 2016 "misschien een beetje agressief", hoewel hij ook dacht dat de technologie tegen 2018 in de mainstream zou kunnen komen.

Wright van Toshiba was wat sceptischer en zei dat de toekomst van HAMR "nog enigszins onduidelijk was", en dat terwijl iedereen investeert in "energieondersteunde" opnames, de jury nog steeds niet weet wanneer deze zal worden ingezet. Hij voorspelde dat het minstens drie of vier jaar zou duren.

Media met bitpatronen

Een ander onderwerp dat enige aandacht heeft gekregen, zijn media met bitpatronen, maar de bedrijven met wie ik heb gesproken geloven dat dit veel verder weg is. Re zei dat deze technologie "niet klaar is voor primetime" en dat de infrastructuur daarvoor gewoon niet beschikbaar is. Cain was het ermee eens dat het een "veel langere termijn" -oplossing was, hoewel hij zei dat het bedrijf technieken als nano-imprinting en zelfassemblage in de laboratoria had. En Wright zei dat terwijl de "wetenschap wordt gedaan, " Toshiba nog geen "specifiek onderschepping" ziet wanneer het in massaproductie zou kunnen komen.

Flash-geheugen

Sommige mensen buiten de harde schijfindustrie hebben gesuggereerd dat flashgeheugen de harde schijftechnologie helemaal zou kunnen vervangen, maar dat lijkt onwaarschijnlijk. Hoewel flashdrives aan populariteit winnen, vooral in notebooks en als onderdeel van een gelaagde opslagoplossing voor bedrijven, blijft flash veel duurder dan magnetische media, vooral voor het opslaan van veel gegevens die niet vaak worden gebruikt. Bovendien is de totale capaciteit van de geproduceerde flashchips, hoewel ze groeien, lang niet voldoende om draaiende media te vervangen.

Zelfs Toshiba, een van de twee grootste producenten van flash-geheugen, was het met dat perspectief eens, en Wright merkte op dat "niets een decennium lang magnetische media zal raken" vanuit een kostenperspectief en dat er niet genoeg NAND-flash is vervaardigd om het over te nemen zelfs 15 procent van de markt.

In plaats daarvan hebben alle makers van bedrijfsopslag systemen die een bepaalde hoeveelheid flash combineren met harde schijven; en aan de kant van de klant, duwen de harddiskverkopers hybride schijven die een beetje flash voor snelheid combineren met magnetische media voor meer capaciteit.

Zoals gezegd, biedt Seagate notebookschijven die dergelijke functies (die SSHD's worden genoemd voor solid-state harde schijven) met desktopschijven die nu volgen. Western Digital heeft een vergelijkbare lijn met zijn WD Black ^2- lijn, waarbij Cain zegt dat hybride drives "echte waarde" bieden.

Eén ding dat opvalt, is dat er misschien niet één technologie is die het overneemt en dat de toekomst misschien ruimte biedt voor allerlei soorten opslagoplossingen - van pure flash, ofwel rechtstreeks verbonden via een bus of aangesloten als een SSD; voor conventionele, shingles en HAMR - allemaal tegelijkertijd op de markt.

Over het algemeen is de harde schijftechnologie van de ene technologie naar de andere overgegaan, waarbij de nieuwe technologie de vorige vervangt, net zoals de huidige loodrechte magnetische opname (PMR) de afgelopen tien jaar de traditionele longitudinale opname heeft vervangen. Maar deze keer kan het anders zijn, zegt Cain, met meerdere verschillende technieken die oplossingen bieden voor verschillende markten vanwege grote verschillen in kosten en snelheid. "De toekomst hoeft niet te lijken op het verleden, " zei hij.

Over het algemeen zei Cain dat we tegen 2020 5 TB of 6 TB 3, 5-inch schijven als standaard mainstream-schijven met maximaal 20 TB (met zes platen van 3, 3 TB) mogelijk zouden kunnen hebben voor sommige zeer gespecialiseerde toepassingen, en dat dit zou kunnen groeien tot 50 TB als de HAMR technologie wordt volledig volwassen. Dat is gewoon een verbazingwekkende hoeveelheid opslag.