Western Digital vyvíjí pevné disky s technologií mikrovlnného magnetického záznamu, Microwave Assisted Magnetic Recording. Spolu s dalšími inovacemi mají dosahovat kapacity až 40 TB.
Přes neustálý nárůst kapacity flashových úložišť, provázený zrychlováním datových přenosů a poklesem cen, nejsou klasické magnetické pevné disky odsouzeny k úpadku. Jejich výhodou je stále mnohem nižší cena za uložený gigabajt a vysoká kapacita v řádu desítek terabajtů. Většina výrobců se při vývoji HDD disků zaměřuje na technologii tepelně asistovaného magnetického zápisu HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording), která pro zápis používá laserový paprsek. Společnost Western Digital ale nedávno ke všeobecnému údivu oznámila, že se hodlá do budoucna kompletně zaměřit na technologii mikrovlnami asistovaného magnetického záznamu MAMR.
Petabajtový hlad cloudů
Běžné uživatele osobních počítačů a mobilních zařízení dnes už asi diskuse o zvyšování kapacity magnetických disků nezaujme. Většina z nich přešla na notebooky s SSD disky a tablety nikdy magnetické disky nepoužívaly, ale i přes neustálý pokles ceny si SSD disky stále nenašly cestu do firemních, vládních nebo univerzitních stolních počítačů. Pro správce firemních serverových úložišť hraje roli pouze to, kolik tera- nebo petabajtů mohou za co nejpřijatelnější cenu do svých serverů uložit. SSD disky se v serverovém odvětví používají pouze pro nejnáročnější aplikace, jako jsou vytížené on-line obchody nebo databáze.
Pro archivaci nebo ukládání málo využívaných dat se prakticky výhradně používají prostorné a levné magnetické disky. Málo používaná data, jako jsou například pět let staré faktury, archiv účetnictví nebo několik měsíců staré e-mailové zálohy, ukládají společnosti do tzv. studených úložišť, která mohou být umístěna jak v rámci firmy, tak v cloudu. Ze současného pohledu vypadá vzhledem k ohromnému zájmu obrovských cloudových úložišť budoucnost výrobců magnetických disků sice stále růžově, avšak samotná technologie magnetického záznamu již naráží na své fyzikální limity a nedává tak mnoho příležitostí ke zvyšování kapacity.
Magnetické pevné disky se skládají z řady na sebe navrstvených kovových disků neboli ploten, z nichž každá disponuje vlastními čtecími a zápisovými hlavičkami, které mají za úkol číst, mazat a zapisovat data na pevný disk. Čím víc dat se na palec čtverečný diskového povrchu vejde, tím vyšší je kapacita pevného disku. Problém je v tom, že velikost jednotlivých bitů se již nedá zmenšovat, protože už dnes je datová hustota disků tak vysoká, že mají jednotlivé bity kvůli superparamagnetickému efektu tendenci samovolně měnit nebo ztrácet magnetickou orientaci. Z toho důvodu před časem přešli výrobci magnetických disků z technologie podélného magnetického záznamu na efektivnější, perpendikulární magnetický záznam (PMR). Jednoduše řečeno spočívala tato změna v tom, že naležato umístěné bity byly u perpendikulární technologie postaveny na výšku po způsobu dominových kostek. Díky tomu bylo možné znatelně zvýšit hustotu záznamu.
Data položená jako šindele
Časem ale už i technologie PMR narazila na své limity, a proto výrobci před dvěma lety přišli u disků s vyšší kapacitou s inovací v podobě šindelového magnetického záznamu SMR (Shingled Magnetic Recording). Při tomto typu záznamu jsou bitové stopy ukládány částečně pod sebe, podobně jako šindele na střeše. Tato technologie využívá faktu, že jsou čtecí hlavičky pevného disku o něco menší než ty zápisové. Při přepisu dat ale nestačí smazat a přepsat jeden bit, nýbrž je nutné přepsat celý datový sektor, takže přepisování dat probíhá o něco pomaleji. I z tohoto důvodu se tak pevné disky se šindelovým zápisem SMR ideálně hodí hlavně pro archivaci, při které nedochází k častému přepisování dat.
Vyšší počet ploten díky heliu
Další cestou ke zvýšení celkové kapacity pevného disku je zvýšení počtu magnetických ploten. Přidávat plotny lze ale jen do omezené míry. Vzhledem k třecímu odporu mezi plotnou a hlavičkami nelze vzdálenost mezi nimi příliš zkracovat. V současnosti bývají pevné disky s vysokou kapacitou osazeny pěti až šesti plotnami. Bohužel nelze měnit ani rozměry celého disku. Standardní 3,5“ obal disku musí mít s ohledem na velikost diskových šachet přesně dané rozměry. Jedním z řešení, díky kterému bylo možné zvýšit kapacitu 3,5“ disků až na 14 TB, je vyplnit vnitřek disku heliem. Helium snižuje tření komponent uvnitř disku, ale konstrukce disku musí být naprosto vzduchotěsná, aby helium neunikalo, což značně prodražuje výrobu. Důležitou roli při zvětšování kapacity disků hraje i velikost uloženého bitu, a zde přichází do hry HAMR a MAMR.
Komprese dat mikrovlnami
Změna orientace bitu na plotně disku vyžaduje určitou sílu magnetického pole, která je ve výsledku zodpovědná za velikost uloženého bitu. U technologie HAMR zahřeje těsně před zápisem laser plotnu na 400 až 700 °C, což výrazně snižuje koercivitu magnetického materiálu, a tedy i velikost ukládaného bitu. Tato technologie je ale složitá a vyžaduje patřičnou softwarovou podporu. U technologie MAMR nahradil laserový paprsek speciální oscilátor, který generuje mikrovlnné záření. To vytváří rezonance, které zesilují sílu elektromagnetického pole zápisové hlavičky. Silnější energetické pole umožňuje zápisové hlavičce magnetizovat menší plochu stopy. Plotna disku tak může pracovat při pokojové teplotě a nemusí být zahřívána. Kombinací technologií MAMR, SMR a heliového plnění plánuje WD vyrábět dostupné, spolehlivé pevné disky s vysokou kapacitou a standardními rozměry. První modely by se měly objevit již příští rok.
Foto popis| Budoucnost pevných disků Kombinací mikrovlnné technologie MAMR a heliového plnění plánuje Western Digital uvést na trh již v roce 2019 pevné disky s touto technologií a během několika let by měly dosahovat kapacity až 40 TB.
Foto popis| MAMR (Microwave Assisted Magnetic Recording) Speciální spin torque oscilátor generuje v blízkosti záznamové hlavičky mikrovlnné pole. Vzniklá rezonance zesiluje energetické pole zápisové hlavičky. Zesílené elektromagnetické pole umožňuje záznam bitu na menší ploše.
Foto popis| HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) V případě technologie HAMR dochází těsně před zápisem bitu k zahřátí plotny pomocí laserového paprsku. Díky tomu stačí k vytvoření záznamu s podobnou hustotou, jakou umožňuje technologie MAMR, slabší elektromagnetické pole. Tato technologie je ale složitější a není plug and play kompatibilní.
Foto popis| Základem je silnější pole Mikrovlnná technologie MAMR využívá klasický perpendikulární záznam (PMR), ale zesiluje magnetické pole záznamových hlaviček.
Foto popis| MAMR zapisuje o poznání menší bity Vyšší intenzita magnetického pole 1 umožňuje v porovnání s klasickou technologií perpendikulárního zápisu PMR 2 technologii MAMR zápis bitů na menší plochu plotny.
Foto popis| Poptávka po úložném prostoru neustále roste Na každý prodaný SSD disk připadá několik prodaných HDD disků. Prognóza společnosti Western Digital ukazuje, že podnikoví zákazníci budou pro záznam dat potřebovat v budoucnu stále více magnetických disků.
Foto popis| Helium umožňuje víc ploten Pevné disky naplněné heliem pracují s nižším třecím odporem. Díky tomu může být zápisová hlavička umístěna blíž plotně a do standardního 3,5“ pevného disku se vejde víc ploten.
O autorovi| ROBERT DI MARCOBERARDINO, autor@chip.cz