MAMR: Новый подход к записи данных

Судьба сегмента жестких дисков в течение последних лет, казалось, была ясна. Для повышения емкости магнитных носителей производители сосредоточили свои разработки на технологии термоассистируемой магнитной записи (HAMR), использующей лазер для локального нагревания.

Ассоциация SNIA настолько однозначно определила роль этой технологии, что до последнего все крупномасштабные презентации строились вокруг стандарта HAMR. Поэтому, когда Western Digital недавно объявила, что в будущем полностью перейдет на магнитную запись с использованием микроволнового излучения (MAMR — микроволновая магнитная запись), всеобщее изумление было безграничным.

Облачная жажда памяти

Потребительский сектор на эту дискуссию может отреагировать с удивлением. Практически все хорошие ноутбуки и ПК в настоящее время выпускаются с SSD, а для мобильных устройств накопители HDD и так не имели значения. Но вместе с тем для крупных компаний твердотельные накопители редко когда представляют собой хорошую альтернативу жестким дискам. Для корпоративных клиентов исключительную важность имеет количество петабайтов, которые можно уместить в серверной стойке наименее затратным образом. Твердотельные же накопители используются прежде всего для выполнения задач, требующих очень частого обращения к памяти.

Будущее жестких дисков
Компания Western Digital намерена в течение нескольких лет выпустить на рынок жесткие диски емкостью до 40 Тбайт — с технологией MAMR, основанной на излучении микроволн, и гелиевым заполнением корпусов дисков прогноз вполне реалистичный.

Для сервисов архивов особый интерес представляют недорогие жесткие ­диски большой емкости. «Постоянные» данные — это те данные, которые должны быть сохранены, несмотря на вероятность того, что доступ к ним никогда не понадобится (счета-фактуры пятилетней давности, налоговая документация), и которые компании должны держать где-нибудь на своих серверах или в облаке.

Другими словами, для производителей жестких дисков перспективы рисуются по-прежнему радужные. Но на безоблачное небо надвигаются мрачные тучи: технология магнитной записи в настоящее время физически достигает пределов своих возможностей.

Слева — MAMR (Microwave Assisted Magnetic Recording). Генератор спинового момента излучает микроволны рядом с головкой. Возникающий резонанс усиливает магнитное поле. В итоге создается поле более высокой напряженности, что, в свою очередь, позволяет уменьшить размер области, хранящей один бит.

Справа — HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording). Технология, суть которой — в быстром нагреве лазером пластины HDD. Чтобы получить ту же плотность записи, что и с MAMR, нужно не такое большое магнитное поле. Но технология требует значительных ресурсов и не соответствует Plug and Play.

Жесткие диски состоят из ряда наложенных друг на друга металлических пластин, на каждой из которых есть своя считывающая и записывающая головка. Она отвечает за запись, чтение и удаление битов с пластины. Чем больше битов можно записать на пластину, тем больше емкость диска.

Но размеры областей, хранящих отдельные биты, невозможно произвольно уменьшать, поскольку когда-нибудь плотность записи повысится настолько, что носители отдельных битов поменяют или потеряют направление намагниченности. Именно поэтому метод продольной записи (LRS) был заменен на более эффективный метод перпендикулярной магнитной записи (PMR). Образно говоря, носители битов, которые ранее лежали, подняли в вертикальное положение, перпендикулярно плоскости пластины, что позволило повысить плотность записи до достижения эффекта суперпарамагнетизма.

Дорожки, наложенные в виде черепицы

Но ресурсы PMR тоже исчерпаемы. Два года назад был представлен метод черепичной магнитной записи (SMR), позволяющий еще увеличить плотность хранения данных. Дорожки записываются, частично перекрывая друг друга в пределах одной группы. Метод возможен благодаря тому, что считывающая головка жесткого диска меньше в размерах, чем записывающая.

Но если нужно перезаписать диск, сначала считывается целая лента дорожек, данные с них сохраняются в промежуточном буфере, а затем лента дорожек записывается заново. Это обстоятельство — аргумент в пользу того, что технология SMR идеально применима к жестким дискам для архивного хранения данных, которые будут редко перезаписываться.

Больше пластин благодаря гелию

Для повышения емкости также предпринимаются попытки увеличить количество пластин, однако и это становится реальным только при определенных условиях. Из-за возникновения трения между пластиной и считывающей головкой расстояние между дисками невозможно сокращать до бесконечности.

В настоящее время в накопителях используется до пяти-шес­ти пластин. Корпус дисков тоже нельзя произвольно менять. Решение нашлось: корпус заполняется гелием. В настоящее время производители применяют этот метод для жестких дисков емкостью 14 Тбайт. Гелий, закачанный в корпус, уменьшает трение компонентов диска, но требует хорошей, а значит, и достаточно дорогой герметизации.

Уплотнение записи с помощью ­микроволн

Для изменения магнитного состояния пластины требуется некоторая энергия магнитного поля, которая в конечном итоге определяет размер области, хранящей один бит. При использовании технологии HAMR лазер перед записью нагревает соответствующую область пластины до 400–700 °C, благодаря чему снижается коэрцитивная сила материала и становится возможным уменьшить размер области бита. Но эта технология требует много ресурсов, а также адаптации ПО.

Суть же MAMR состоит в следующем. Магнитная головка оснащена генератором спинового момента, который излучает микроволны. В результате возникает эффект резонанса, усиливающий магнитное поле головки, необходимое для записи. Высокая напряженность магнитного поля позволяет головке намагничивать более короткие отрезки. Температура пластины при этом не превышает комнатную — она не подвергается термическому воздействию.

Western Digital рассчитывает, что технология MAMR в сочетании с SMR и гелиевым наполнением корпусов позволит выпускать недорогие жесткие диски, к тому же соответствующие Plug and Play. Выход на рынок дисков емкостью до 40 Тбайт анонсирован на 2019 год.

Читайте также:

• Когда мы начали гуглить? Краткая история Google
• Кто меньше? Intel создала компьютер размером с кредитку
• Технотренды 2018: телевизоры, компьютеры и смартфоны

Фото: компании-производители