Los fabricantes de discos duros buscan una mayor densidad, unidad de 20 tb

La tecnología de disco duro es a menudo una maravilla poco apreciada. La tecnología de chip merece más crédito del que obtiene por crear el mundo moderno, pero la fabricación de semiconductores recibe mucha más atención que la tecnología de disco duro. Sin embargo, los discos duros han continuado brindándonos más y más capacidad en el mismo espacio durante décadas, siguiendo la misma tendencia general que la Ley de Moore, pero no tan uniformemente: la densidad del disco duro tiende a crecer muy rápidamente cuando se introduce una nueva tecnología, y disminuya la velocidad hasta que llegue la próxima gran innovación.

En este momento, estamos entrando en la fase de transición. La tecnología actual, conocida como grabación magnética perpendicular (PMR) que sustenta prácticamente todos los discos duros fabricados hoy en día, está comenzando a quedarse sin vapor. Nuevas técnicas como la grabación magnética asistida por calor (HAMR) están en camino, pero aún faltan algunos años.

Como resultado, estamos viendo que algunas unidades especializadas alcanzan nuevas capacidades, por ejemplo, la nueva unidad de clase empresarial de 8TB de Seagate y la versión de 10TB de HGST, pero los discos duros de consumo básicos no son tan rápidos para obtener tanta densidad. Han pasado un par de años desde que realmente analicé profundamente esta tecnología, así que aproveché la oportunidad recientemente para hablar con los fabricantes de unidades sobre la tecnología y hacia dónde se dirige.

Durante los últimos años, las unidades han estado utilizando el proceso PMR, y hoy las unidades principales tienen una densidad aérea de 650 Gbit / sq. pulgadas, permitiendo 500GB por disco en una unidad de 2.5 pulgadas y 1TB por plato en una unidad de 3.5 pulgadas. (La mayoría de los discos duros tienen múltiples platos, que están escritos en ambos lados).

Algunas unidades han llevado esto un poco más allá, moviendo hasta 1.2TB por plato, permitiendo 6TB en un disco de cinco platos y 3.5 pulgadas; o incluso unidades de archivo de 2 TB con tres platos de 2.5 pulgadas, según William Cain, vicepresidente de tecnología de Western Digital. Y Mark Re, vicepresidente senior y director de tecnología de Seagate, dice que cree que "todavía hay mucho kilometraje en la tecnología actual", utilizando tolerancias más estrictas para mejorar la densidad.

Más allá de esto, para impulsar la densidad en el corto plazo, varios fabricantes de unidades están recurriendo a las nuevas tecnologías.

Grabación magnética escalonada (SMR)

Seagate ha impulsado una técnica llamada Grabación magnética escalonada (SMR) en la que las pistas que siguen los cabezales de transmisión se superponen, algo así como las tejas en un techo. Según Re, esta tecnología puede permitir un aumento del 25 por ciento en la densidad aérea.

SMR utiliza cabezales de lectura / escritura convencionales, que funcionan como un disco convencional para leer los datos. Pero para escribir, se requiere escribir en varias pistas, y esto requiere que la unidad se agrupe en diferentes bandas.

Re dice que Seagate ahora ha enviado "muchos millones de unidades" utilizando la tecnología SMR, incluidas las unidades minoristas de marca y las unidades de almacenamiento críticas para la línea de negocio. Esto comenzó con la unidad de escritorio de 5 TB de la compañía destinada al almacenamiento empresarial cercano a la línea, pero ahora también se ha cambiado a otros productos. El disco de 8TB que la compañía anunció recientemente tiene una variante que utilizará la tecnología SMR.

Él dice que el futuro de SMR debería ver unidades de portátiles introducidas dentro del año, y él ve que esto pasará de 750 GB por plato a 1 TB por plato y tal vez eventualmente hasta 2 TB por plato.

Cain señaló que un problema con SMR es que el disco tiene que escribir la información de manera diferente, de una manera más secuencial, y para hacerlo requiere manipular el tamaño de los datos para que sea eficiente. Re dijo que estuvo de acuerdo en que había problemas en algunas cargas de trabajo, pero dijo que en el 99.9 por ciento de los casos no hubo una diferencia notable en el rendimiento. En general, dijo, las cantidades típicas de caché en la unidad eliminan el impacto. Cain señaló que hay algunos estándares nuevos: comandos de bloque de zona (ZBC) para unidades SAS y comandos de zona ATA (ZAC) para unidades SATA diseñadas para estandarizar el uso de unidades SMR.

Scott Wright, gerente de marketing de productos de HDD empresarial de Toshiba, dijo que Toshiba participa en los subcomités que trabajan en la estandarización de comandos para unidades SMR y esperaba un estándar ratificado en los próximos meses y cree que es una buena opción para aplicaciones con mucha escritura secuencial, como el almacenamiento de objetos. Espera ver a todos los proveedores ofreciendo unidades dirigidas a los primeros usuarios durante el próximo año más o menos, con una adopción a gran escala en la segunda mitad de 2015.

Unidades selladas

Otra opción que estamos empezando a ver involucra unidades selladas con helio que reemplaza el aire dentro de una unidad hermética.

El año pasado, HGST comenzó a enviar una unidad de 6TB que permite más platos en una unidad sellada de una sola altura. Utiliza una tecnología que llama HelioSeal, en la que los platos de la unidad están encerrados en una unidad sellada llena de helio. Cain señala que el helio, que es más liviano que el aire, reduce la turbulencia del aire y la resistencia entre los platos y, como resultado, puede reducir significativamente los requisitos de potencia activa. Por lo tanto, dice Cain, es ideal para entornos que valoran el uso de energía y la cantidad de husillos en su lugar. (Tenga en cuenta que si bien HGST es una subsidiaria de WDC, se ejecuta por separado de la división Western Digital. Cain dice que si bien Western Digital ha analizado el helio y la grabación magnética escalonada, aún no ha enviado unidades con ninguna de las tecnologías, aunque dijo "Ambas tecnologías tienen valor en ciertos segmentos del mercado".

HGST anunció recientemente una versión de 8TB de esta unidad llamada Ultrastar He8 utilizando las unidades PMR actuales, así como la Ultrastar He10, que utilizará las técnicas llenas de helio y la técnica de tejas (SMR). También ofrece una unidad de 6TB más estándar, que utiliza cinco platos de 1.2TB en un gabinete de unidad tradicional (no sellado).

Seagate ha optado por no usar helio en este momento y Re dice que si bien tiene unidades que usan la tecnología, no está convencido de que sea la forma más efectiva de aumentar la densidad.

Wright de Toshiba tuvo comentarios similares, diciendo que el helio puede ser necesario a largo plazo, pero que cree que puede llegar a las próximas "varias generaciones de tecnología sin él". Dijo que la industria tiene una hoja de ruta que avanza a seis o más platos, y Toshiba espera hacer eso.

Grabación magnética bidimensional (TDMR)

En los próximos años, WD está interesado en una técnica llamada grabación magnética bidimensional (TDMR), en la que tiene dos cabezales de lectura y, por lo tanto, puede tener más datos en la misma área con bits adyacentes que se examinan y comparan, que Caín en comparación con la forma en que un auricular con cancelación de ruido trata el ruido ambiental. Dijo que esto agregaba complejidad pero podría tener sentido para algunos proyectos específicos en algunos mercados, ya que amplía la tecnología de grabación convencional.

Grabación magnética asistida por calor (HAMR)

Pero casi todas las personas con las que hablé están de acuerdo en que el próximo gran salto de densidad probablemente provenga de una técnica conocida como grabación magnética asistida por calor (HAMR), que involucra un haz generado por láser que calienta una pequeña porción del medio magnético que permite que los bits ser escrito y luego ser estable cuando se enfríen. Tales unidades podrían estar mucho más densas que cualquiera de las tecnologías actuales.

El concepto no es nuevo, Seagate lo demostró en 2002, pero parece estar cada vez más cerca.

Por ejemplo, Seagate's Re dijo que HAMR debería estar listo para algunas presentaciones comerciales en 2016, probablemente inicialmente con socios estratégicos, y es probable que se convierta en una parte más general de la industria de discos duros para 2018. Dijo que la promesa de HAMR debería poner las cosas difíciles impulsar la industria en la "próxima curva S" (para mejoras en la densidad) durante la próxima década más o menos. Seagate ha dicho que espera tener una unidad de 20 TB con tecnología HAMR para 2020.

La implementación de Seagate utiliza un transductor de campo cercano como un cabezal de escritura con un láser que brilla con una luz de 830 nm en los "plasmones de superficie", que luego se enfoca en una ubicación más pequeña para calentar el material hasta 600 grados Kelvin, momento en el cual puede ser un poco cambiado de 1 a 0 o viceversa. Una vez que la ubicación se enfría, el bit es estable. Todo el ciclo de calentamiento y enfriamiento tiene lugar en un nanosegundo, dijo Re.

Cain de Western Digital dice que HAMR ofrece el potencial de aumentar la densidad de área de tres a cinco veces, pero agregará costos. Dijo que la compañía tiene pruebas con miles de horas de transmisiones en vivo en unidades y dijo que la tecnología se está volviendo factible, pero dijo que 2016 "puede ser un poco agresivo", aunque él también pensó que la tecnología podría entrar en la corriente principal para 2018.

El Wright de Toshiba se mostró un poco más escéptico y dijo que el futuro de HAMR "todavía no estaba claro", y dijo que si bien todos están invirtiendo en grabaciones "asistidas por energía", el jurado aún no sabe cuándo se desplegará. Él predijo que faltaban al menos tres o cuatro años.

Medios con patrones de bits

Otro tema que ha llamado la atención son los medios con patrones de bits, pero las compañías con las que hablé creen que esto está mucho más lejos. Re dijo que esta tecnología "no está lista para el horario estelar" y que su infraestructura simplemente no está disponible. Cain estuvo de acuerdo en que era una solución de "mucho más largo plazo", aunque dijo que la compañía tenía técnicas como la nanoimpresión y el autoensamblaje en los laboratorios. Y Wright dijo que mientras la "ciencia se está haciendo", Toshiba aún no ve una "intercepción específica" cuando podría entrar en la producción en masa.

Memoria flash

Algunas personas fuera de la industria de los discos duros han sugerido que la memoria flash podría reemplazar la tecnología del disco duro por completo, pero eso parece poco probable. Si bien las unidades flash están ganando popularidad, especialmente en las computadoras portátiles y como parte de una solución de almacenamiento en niveles en la empresa, la memoria flash sigue siendo mucho más costosa que los medios magnéticos, especialmente para almacenar muchos datos a los que no se accede con frecuencia. Además, la capacidad total de los chips flash fabricados, aunque está creciendo, no es suficiente para reemplazar los medios de hilatura.

Incluso Toshiba, que es uno de los dos mayores productores de memoria flash, estuvo de acuerdo con esa perspectiva, y Wright señaló que "nada tocará los medios magnéticos durante una década" desde una perspectiva de costos y que no hay suficiente flash NAND fabricado para hacerse cargo. incluso el 15 por ciento del mercado.

En cambio, todos los fabricantes de almacenamiento empresarial tienen sistemas que combinan cierta cantidad de flash con discos duros; y del lado del cliente, los vendedores de discos duros están impulsando unidades híbridas que combinan un poco de flash para mayor velocidad con medios magnéticos para mayor capacidad.

Re dijo que Seagate ha estado ofreciendo unidades portátiles que incluyen tales funciones (que llama SSHD para unidades de disco duro de estado sólido) con unidades de escritorio ahora. Western Digital tiene una línea similar con su línea WD Black ², y Cain dice que las unidades híbridas ofrecen "valor real".

Una cosa que destaca es que puede que no haya una tecnología que se haga cargo y que el futuro tenga espacio para todo tipo de soluciones de almacenamiento, desde flash puro, ya sea conectado directamente a un bus o conectado como un SSD; a convencional, herpes zóster y HAMR, todo en el mercado al mismo tiempo.

En general, la tecnología del disco duro se ha movido de una tecnología a otra con la nueva tecnología reemplazando a la anterior, así como la grabación magnética perpendicular (PMR) actual reemplazó la grabación longitudinal tradicional en la última década. Pero esta vez puede ser diferente, dice Cain, con múltiples técnicas diferentes que brindan soluciones para diferentes mercados debido a las grandes diferencias en costo y velocidad. "El futuro no necesariamente se parece al pasado", dijo.

En general, Cain dijo que para 2020 podríamos tener unidades de 5TB o 6TB de 3.5 pulgadas como unidades convencionales estándar con unidades de hasta 20TB (con seis platos de 3.3TB) posibles para algunas aplicaciones altamente especializadas, y eso podría crecer a unidades de 50TB cuando el HAMR La tecnología se vuelve completamente madura. Eso es simplemente una increíble cantidad de almacenamiento.