Technologie MAMR a HAMR v nové generaci HDD

U technologií MAMR (magnetický záznam asistovaného mikrovlnnou troubou) a HAMR (magnetický záznam s přiměřeným teplem) se pevné disky chystají překonat 30 TB na jednotku. Obě technologie používají další zdroj energie k povolení menší hlavy psaní, což umožňuje větší hustotu bitů a skladeb. Nejedná se však o jediný pokrok v příští generaci pevných disků.

Konvenční technologie kolmého magnetického záznamu (PMR), standardní na pevných discích po dobu téměř dvou desetiletí, dosáhla svých limitů. Z tohoto důvodu výrobci dlouho prozkoumávají nové záznamové technologie, které rozšiřují úložnou kapacitu jednotek.

Aplikace mikrovlnných a laserových paprsků byla obzvláště slibná, protože snižuje intenzitu požadované magnetické energie a umožňuje slabším magnetickým poli na bity.

Tato inovace umožňuje zmenšit velikost hlavy psaní a zvýšit hustotu psaní bitů a datových skladeb, které umožňují ukládat více údajů na magnetických discích a následně zvyšovat skladovací kapacitu. Tyto technologie jsou známé jako magnetický záznam s mikrovlnnou troubou (MAMR) a magnetický záznam s tepelně (HAMR), v závislosti na tom, zda se používají mikrovlny nebo laserové paprsky.

Mamr, výchozí bod

Pevné disky MAMR jsou k dispozici od roku 2022 a prozatím představují první fázi technologického vývoje známého jako MAMR Flow Control (FC-MAMR). Zde mikrovlnná trouba koncentruje magnetický tok v hlavě psaní tak, aby magnetická energie byla zaměřena na magnetický disk více zaměřené.

V další fázi vývoje, přepínání MAMR mikrovlny asistovaného (MAS-MAMR) by měla mikrovlnná trouba také aktivovat magnetický materiál disků, aby se dále snižovala požadovanou magnetickou energii. To zahrnuje hlavní technickou výzvu, protože vyžaduje nejen nový povlak, který reaguje na mikrovlny, ale také přesnější přepínání mikrovlnného generátoru. V zásadě to může s FC-MAMR fungovat nepřetržitě, zatímco u MAS-MAM by to mělo být aktivováno speciálně pro každý bit, aby se přesně připravila správná oblast magnetického povrchu pro proces psaní.

Kromě toho se ukázalo, že mikrovlnný generátor se dvěma vrstvami generování pole (FGL) produkuje menší hluk než jeden s jediným FGL, který usnadňuje psaní a čtení bitů. Technologie však stále vyžaduje více testů a zlepšení, dokud není pro sériovou produkci dostatečně spolehlivé a ziskové.

Technologie MAMR a HAMR v nové generaci HDD

Do té doby FC-MAMR již umožňuje skladovací schopnosti větší než 30 TB na jednotku díky inteligentní kombinaci se dvěma dalšími technologickými vylepšeními: následné vývoj ohromeného magnetického záznamu (SMR) a jedenáctým magnetickým diskem začleněným do krytu pevného disku. Společnost Toshiba nedávno představila podobný prototyp s kapacitou 31,24 TB.

Zlepšení stávajících technologií

Technologie SMR není nová, jedná se o technologii nahrávání, která využívá překrývající se datové stopy ke zvýšení hustoty skladování. Přepsáním stávajících dat musí být překrývající se stopy přečteny a uloženy dočasně před psaním po psaní nových dat. Další operace čtení a psaní mohou způsobit výkyvy v psaní výkonu, které se výrobci snaží kompenzovat lepší algoritmy mezipaměti a většími mezipaměti.

Novinkou je, že větší mezipaměti lze nyní také použít pro normální operace čtení, zavádění více dat a umožňování složitějších mechanismů korekce chyb. Tyto algoritmy digitálního filtrování přicházejí v části Radio Technology, která vám umožňuje filtrovat požadované signály i s intenzivním šumem. V sektoru pevných kotoučů umožňují kompenzovat větší počet chyb čtení, což umožňuje překrývání datových stop více než dříve.

Kromě toho tenčí magnetické disky nabízejí další zvýšení kapacity. V současné době mají namísto 0,635 mm tloušťku pouze 0,55 mm, což znamená, že ve standardním formátu 3,5 palce je 11 alb. Společně by MAS-MAMR, SMR a nejtenčí magnetické disky měly v nadcházejících letech zvýšit skladovací kapacitu pevných disků na asi 40 TB.

Pro obchodní sektor však bude i nadále existovat jednotky bez SMR, protože mnoho obchodních aplikací generuje velmi vysoké zatížení psaní a závisí na neustálém výkonu psaní. SMR pro to není ideální kvůli dlouhým operacím psaní. Bez SMR budou mít obchodní pevné disky o něco nižší schopnosti.

Budoucnost patří Hamru

Aby se vešel do „psaní prostoru pro psaní“ hlavy, musí být mikrovlnný generátor používaný v MAMR velmi malý, což omezuje jeho výkon a je nepravděpodobné, že by kapacita mohla být rozšířena za 40 TB. Technologie HAMR nabízí větší potenciál. V jeho případě je laserová dioda umístěna na psaní

skrz který je laserový paprsek veden k blízkému převodníku pole (NFT) pomocí optického vlákna a soustředí se na magnetický povrch. Materiál je zahříván do bodu Curie, kde ztrácí své magnetické vlastnosti, takže bity mohou sladit s velmi nízkou magnetickou energií.

Zatímco MAMR hlavně zvyšuje hustotu lineárních bitů na datových stopách, HAM má tendenci zvyšovat hustotu dráhy. Stejně jako MAS-MAMR vyžaduje Hamr také nový typ povlaku na magnetických discích schopných podporovat přesné oteplování a umožnit stabilní zarovnání bitů. Hamr dosud nedosáhl spolehlivosti MAMR a výrobní procesy musí být také ziskovější.

Koneckonců, nejdůležitějším požadavkem v budoucím vývoji pevných disků je to, že nové technologie nezvyšují cenu za jednotku kapacity; Jinak by se společnosti jednoduše uchýlily ke starším a starším pevným diskům. Avšak dva prototypy nedávno představované společností Toshiba ukazují, že Hamr pracuje: jedna dosahuje 27 TB s 10 magnetickými disky a druhý v kombinaci s SMR (a také s 10 magnetickými disky) dosahuje 32 TB.

Závěrem lze říci, že v posledních letech se kapacita tvrdých pevných disků neustále zvyšovala kolem 2 TB ročně, zatímco náklady zůstaly stabilní, také díky FC-MAMR. MAS-MAMR a HAMR musí pokračovat v tomto vývoji, aby zůstali na trhu, kde je MAS-MAM v současné době blíže, a proto budou nadcházející generace pevných disků až 30 nebo 40 TB mít tendenci tuto technologii používat. Hamr postupně přebírá.

Autor: Rainer W. Kaese, vedoucí ředitel HDD Business Development of Toshiba Electronics Europe GmbH