صانعي الأقراص الصلبة يتطلعون إلى زيادة الكثافة ، 20 تيرابايت

تقنية محرك الأقراص الصلبة غالبًا ما تكون عجبًا لا يُقدر. تستحق تقنية Chip ائتمانًا أكثر مما تحصل عليه لإنشاء العالم الحديث ، لكن تصنيع أشباه الموصلات يحظى باهتمام أكبر بكثير من تقنية محرك الأقراص الصلبة. ومع ذلك ، استمرت محركات الأقراص الصلبة في منحنا المزيد والمزيد من السعة في نفس المساحة لعقود من الزمن ، متابعةً نفس الاتجاه العام الذي اتبعه قانون مور ، ولكن ليس بسلاسة - تميل كثافة محرك الأقراص الصلبة إلى النمو بسرعة كبيرة عند إدخال تقنية جديدة ، و إبطاء حتى يأتي الابتكار الكبير التالي.

الآن ، نحن فقط ندخل المرحلة الانتقالية. التكنولوجيا الحالية ، والمعروفة باسم التسجيل المغناطيسي العمودي (PMR) التي تقوم عليها جميع محركات الأقراص الصلبة المصنوعة تقريبًا ، بدأت في النفاد. تقنيات جديدة مثل التسجيل المغناطيسي المدعوم بالحرارة (HAMR) ما زالت في طريقها لكنها ما زالت قليلة.

نتيجةً لذلك ، نرى بعض محركات الأقراص المتخصصة تصل إلى قدرات جديدة - على سبيل المثال ، محرك الأقراص فئة الأعمال الجديد من Seagate بسعة 8 تيرابايت ، ونسخة HGST 10TB - لكن محركات الأقراص الصلبة للمستهلكين ليست بالسرعة نفسها للحصول على هذه الكثافة. لقد مرت بضع سنوات منذ أن نظرت بالفعل إلى هذه التكنولوجيا بعمق ، لذلك انتهزت الفرصة مؤخراً للتحدث إلى صانعي محرك الأقراص حول التكنولوجيا وإلى أين تتجه.

على مدار السنوات القليلة الماضية ، تستخدم محركات الأقراص عملية PMR ، وتتميز محركات الأقراص الرئيسية اليوم بكثافة جوية تبلغ 650 جيجابت / متر مربع. بوصة ، مما يتيح سعة 500 جيجابايت لكل طبق على محرك 2.5 بوصة و 1 تيرابايت لكل طبق على محرك 3.5 بوصة. (تحتوي معظم محركات الأقراص الثابتة على أطباق متعددة ، مكتوبة على كلا الجانبين.)

أخذت بعض محركات الأقراص هذا أبعد قليلاً ، حيث انتقلت إلى 1.2 تيرابايت لكل طبق ، مما يسمح بسعة 6 تيرابايت على محرك بخمسة أطباق و 3.5 بوصة ؛ أو حتى محركات الأقراص الأرشيفية ذات سعة 2 تيرابايت التي تستخدم ثلاثة أطباق بحجم 2.5 بوصة ، وفقًا لما قاله وليام كاين ، نائب رئيس قسم تقنية ويسترن ديجيتال. ويقول مارك ري ، نائب الرئيس الأول لشركة Seagate والمدير التنفيذي للتكنولوجيا ، إنه يعتقد "أنه لا يزال هناك عدد كبير من الأميال في التكنولوجيا الحالية" ، باستخدام التحمل الأضيق لتحسين الكثافة.

علاوة على ذلك ، لدفع الكثافة على المدى القريب ، يتحول عدد من صانعي محركات الأقراص إلى تقنيات جديدة.

تسجيل مغناطيسي مدمج (SMR)

لقد دفعت Seagate تقنية تسمى Shingled Magnetic Recording (SMR) والتي تتداخل فيها المسارات التي تتبعها رؤوس المحركات ، وهي تشبه القوباء المنطقية على السطح. وفقا ل Re ، هذه التكنولوجيا يمكن أن تسمح بزيادة قدرها 25 في المئة في الكثافة الجوية.

يستخدم SMR رؤوس القراءة / الكتابة التقليدية ، والتي تعمل تمامًا مثل محرك الأقراص التقليدي لقراءة البيانات. لكن بالنسبة للكتابة ، فإنها تتطلب الكتابة فعليًا على مسارات متعددة ، وهذا يتطلب تجميع محرك الأقراص في نطاقات مختلفة.

تقول Re Sea إن Seagate قد شحنت الآن "عدة ملايين من محركات الأقراص" باستخدام تقنية SMR ، بما في ذلك محركات التجزئة ذات العلامات التجارية ومحركات تخزين الأعمال الحيوية القريبة. بدأ هذا مع محرك الأقراص المكتبي 5 تيرابايت الخاص بالشركة والذي يهدف إلى التخزين المؤقت للمؤسسات ، ولكنه انتقل الآن إلى منتجات أخرى أيضًا. محرك الأقراص الذي يبلغ حجمه 8 تيرابايت والذي أعلنت عنه الشركة مؤخرًا يحتوي على تقنية SMR.

يقول إن مستقبل SMR يجب أن يشاهد محركات أقراص مفكرة مقدمة خلال العام ، ويرى أن هذا ينتقل من 750 جيجابايت لكل طبق إلى 1 تيرابايت لكل طبق وربما يصل في النهاية إلى 2 تيرابايت لكل طبق.

وأشار Cain إلى أن إحدى المشكلات التي تواجه SMR هي أن محرك الأقراص يجب أن يكتب المعلومات بشكل مختلف وبطريقة أكثر تسلسلًا ، ويتطلب القيام بذلك التعامل مع حجم البيانات لجعلها فعالة. قال Re إنه وافق على وجود مشكلات في بعض أعباء العمل ، لكنه قال إنه في 99.9 بالمائة من الحالات لم يكن هناك اختلاف ملحوظ في الأداء. وبصفة عامة ، قال إن الكميات المعتادة من ذاكرة التخزين المؤقت على محرك الأقراص تقضي على التأثير. لاحظ Cain أن هناك بعض المعايير الجديدة - أوامر كتلة المنطقة (ZBC) لمحركات أقراص SAS وأوامر ATA (ZAC) لمحركات SATA المصممة لتوحيد استخدام محركات SMR.

قال سكوت رايت ، مدير تسويق منتجات الأقراص الصلبة بمؤسسة Toshiba ، إن Toshiba تشارك في اللجان الفرعية التي تعمل على توحيد الأوامر لمحركات SMR وتتوقع معيارًا معتمدًا في الأشهر القليلة المقبلة ، وتعتقد أنه مناسب جيدًا للتطبيقات التي تحتوي على الكثير من الكتابة المتسلسلة ، مثل تخزين الكائنات. ويتوقع أن يرى جميع البائعين الذين يقدمون محركات موجهة للمتبنين الأوائل خلال العام المقبل أو نحو ذلك ، مع اعتماد واسع النطاق في النصف الثاني من عام 2015.

محركات مختومة

هناك خيار آخر بدأنا في رؤيته وهو استخدام محركات الأقراص المغلقة مع استبدال الهيليوم بالهواء داخل محرك محكم الإغلاق.

في العام الماضي ، بدأت شركة HGST في شحن محرك بحجم 6 تيرابايت يسمح بمزيد من الأطباق في محرك مغلق واحد الارتفاع. تستخدم هذه التقنية تقنية تسميها HelioSeal ، حيث يتم تثبيت أطباق محرك الأقراص في محرك محكم الإغلاق مليء بالهيليوم. يشير كين إلى أن الهيليوم ، وهو أخف من الهواء ، يقلل من اضطراب الهواء ويسحب بين الأطباق ، ونتيجة لذلك ، يمكن أن يقلل متطلبات الطاقة النشطة بشكل كبير. وهكذا ، يقول Cain ، إنها مثالية للبيئات التي تمنح قيمة استخدام الطاقة وعدد المغازل الموجودة. (لاحظ أنه على الرغم من أن HGST هي شركة تابعة لـ WDC ، إلا أنه يعمل بشكل منفصل عن قسم Western Digital. يقول Cain إنه بينما نظرت Western Digital في الهليوم والتسجيل المغناطيسي المترابط ، إلا أنها لم تشحن محركات الأقراص بأي من التقنيتين ، رغم أنه قال "كلا التقنيتين لهما قيمة في بعض قطاعات السوق.")

أعلنت HGST مؤخرًا عن إصدار 8 تيرابايت من محرك الأقراص هذا يسمى Ultrastar He8 باستخدام محركات PMR الحالية ، بالإضافة إلى Ultrastar He10 ، والتي سوف تستخدم التقنيات المليئة بالهيليوم وكذلك تقنية القوباء المنطقية (SMR). كما يوفر محركًا قياسيًا بدرجة 6 تيرابايت ، والذي يستخدم خمسة أطباق بسعة 1.2 تيرابايت في حاوية محرك أقراص تقليدية (غير محكمة الغلق).

اختارت Seagate عدم استخدام الهليوم في هذه المرحلة ، حيث قال Re إنه بينما يوجد به محركات تستخدم التكنولوجيا ، إلا أنها غير مقتنعة بأنها الطريقة الأكثر فعالية لزيادة الكثافة.

كان لدى توشيبا رايت تعليقات مماثلة ، قائلة إن الهليوم قد يكون ضروريًا على المدى الطويل ، لكنه يعتقد أنه يمكنه الوصول إلى "أجيال عديدة من التكنولوجيا بدونها". وقال إن الصناعة لديها خريطة طريق تتقدم إلى ستة أطباق أو أكثر ، وتتوقع Toshiba القيام بذلك.

التسجيل المغناطيسي ثنائي الأبعاد (TDMR)

على مدار العامين المقبلين ، يهتم WD بتقنية تسمى التسجيل المغناطيسي ثنائي الأبعاد (TDMR) ، يكون لديك فيها رأسان للقراءة ويمكنهما بالتالي الحصول على مزيد من البيانات في نفس المنطقة مع وحدات البت المجاورة التي يتم فحصها ومقارنتها ، والتي Cain مقارنة بالطريقة التي تتعامل بها سماعة إلغاء الضوضاء مع الضوضاء المحيطة. وقال إن هذا قد أضفى تعقيدًا ولكنه قد يكون له معنى بالنسبة لبعض المشروعات المحددة في بعض الأسواق ، لأنه يمتد تكنولوجيا التسجيل التقليدية.

التسجيل المغناطيسي المدعوم بالحرارة (HAMR)

لكن الجميع الذين تحدثت إليهم تقريبًا يوافقون على أن القفزة الكبيرة التالية في الكثافة من المحتمل أن تأتي من تقنية تعرف باسم التسجيل المغنطيسي بمساعدة الحرارة (HAMR) ، والتي تتضمن شعاعًا يولد بالليزر يعمل على تسخين جزء صغير من الوسائط المغناطيسية مما يسمح للبت أن تكون مكتوبة ومن ثم أن تكون مستقرة عندما يبرد. يمكن أن تكون هذه الأقراص معبأة بكثافة أكبر بكثير من أي من تقنيات اليوم.

المفهوم ليس جديدًا - لقد أثبتت Seagate ذلك مرة أخرى في عام 2002 - ولكن يبدو أنها تقترب.

على سبيل المثال ، قال Seagate's Re إن HAMR يجب أن يكون جاهزًا لبعض التقديمات التجارية في عام 2016 ، وربما في البداية مع شركاء استراتيجيين ، ومن المرجح أن يصبح جزءًا أكثر عمومية من صناعة محرك الأقراص الصلبة بحلول عام 2018. وقال إن وعد HAMR يجب أن يضع الصعبة دفع الصناعة على "منحنى S التالي" (للتحسينات في الكثافة) للعقد التالي أو نحو ذلك. قالت Seagate إنها تأمل في الحصول على محرك سعة 20 تيرابايت باستخدام تقنية HAMR بحلول عام 2020.

يستخدم تطبيق Seagate محول طاقة بالقرب من الحقل كرأس للكتابة مع ضوء ساطع 830nm ليزر على "plasmons السطحية" ، والذي يركز بعد ذلك على موقع أصغر لتسخين المواد التي تصل إلى 600 درجة كلفن ، وعند هذه النقطة يمكن أن يكون قليلاً تحولت من 1 إلى 0 أو العكس. بمجرد أن يبرد الموقع ، يصبح البت ثابتًا. وقال ري إن دورة التدفئة والتبريد بأكملها تتم في نانو ثانية.

يقول Western Digital's Cain أن HAMR يوفر إمكانية زيادة كثافة المساحة من ثلاث إلى خمس مرات ، لكنه سيضيف تكلفة. وقال إن الشركة لديها اختبارات مع آلاف الساعات من الرؤوس الحية في محركات الأقراص وقال إن التكنولوجيا أصبحت مجدية ، لكنه قال إن عام 2016 "قد يكون عدوانيًا إلى حد ما" ، على الرغم من أنه يعتقد أيضًا أن التكنولوجيا يمكن أن تدخل التيار الرئيسي بحلول عام 2018.

كان رايت توشيبا أكثر تشككا بعض الشيء ، قائلًا إن مستقبل HAMR "لا يزال غير واضح إلى حد ما" ، وقال إنه بينما يستثمر الجميع في التسجيل "بمساعدة الطاقة" ، فإن هيئة المحلفين لا تزال غير معروفة فيما يتعلق بموعد نشرها. وتوقع أن يكون هناك ما لا يقل عن ثلاث أو أربع سنوات.

بت نمط وسائل الإعلام

هناك موضوع آخر أثار بعض الاهتمام وهو الوسائط ذات النمط بت ، لكن الشركات التي تحدثت إليها جميعًا تعتقد أن هذا أبعد من ذلك بكثير. قالت ري إن هذه التكنولوجيا "ليست جاهزة للوقت الأول" وأن البنية التحتية لها غير متوفرة. وافق Cain على أنه حل "طويل الأجل" ، على الرغم من أنه قال إن الشركة لديها تقنيات مثل الطباعة النانوية والتجميع الذاتي في المختبرات. وقال رايت إنه في الوقت الذي يتم فيه "العلم" ، فإن توشيبا لا ترى بعد "تقاطعًا محددًا" عندما يمكن أن تدخل الإنتاج الضخم.

ذاكرة متنقله

اقترح بعض الأشخاص من خارج صناعة محرك الأقراص الثابتة أن ذاكرة الفلاش يمكن أن تحل محل تقنية محرك الأقراص الثابتة تمامًا ، لكن هذا يبدو غير مرجح. بينما تكتسب محركات أقراص فلاش شعبية ، خاصة في أجهزة الكمبيوتر المحمولة وكجزء من حل التخزين المتدرج على المؤسسة ، تظل ذاكرة الفلاش أغلى بكثير من الوسائط المغناطيسية ، خاصة لتخزين الكثير من البيانات التي لا يتم الوصول إليها بشكل متكرر. علاوة على ذلك ، فإن السعة الكلية لرقائق الفلاش المصنعة ، على الرغم من نموها ، لا تكفي لاستبدال وسائط الدوران.

حتى توشيبا ، التي تعد واحدة من أكبر منتجي ذاكرة فلاش ، اتفقت مع هذا المنظور ، مع الإشارة إلى أن "لا شيء سيمس الوسائط المغناطيسية لمدة عقد" من منظور التكلفة وأنه لا يوجد ما يكفي من فلاش NAND المصنوع لتولي المسؤولية حتى 15 في المئة من السوق.

بدلاً من ذلك ، فإن جميع صانعي تخزين المؤسسات لديهم أنظمة تجمع بين قدر من الفلاش مع محركات الأقراص الصلبة ؛ وعلى جانب العميل ، يقوم بائعي الأقراص الصلبة بدفع محركات الأقراص الهجينة التي تجمع القليل من الفلاش للحصول على السرعة مع الوسائط الممغنطة لزيادة السعة.

Re said ، تعرض Seagate محركات أقراص محمولة توفر هذه الميزات (التي تسميها محركات أقراص الحالة الصلبة لمحركات الأقراص الصلبة ذات الحالة الصلبة) مع محركات أقراص سطح المكتب التالية الآن. تمتلك ويسترن ديجيتال خطًا مشابهًا مع خط WD Black ² ، حيث تقول Cain أن محركات الأقراص الهجينة تقدم "قيمة حقيقية".

أحد الأشياء البارزة هو أنه قد لا تكون هناك تقنية واحدة تتولى وأن المستقبل قد يكون به مساحة لجميع أنواع حلول التخزين - من الفلاش النقي ، إما متصلة مباشرة عبر حافلة أو متصلة SSD ؛ إلى التقليدية ، هش ، و HAMR - كل ما في السوق في نفس الوقت.

بشكل عام ، انتقلت تقنية محرك الأقراص الثابتة من تقنية إلى أخرى مع استبدال التكنولوجيا الجديدة بالتقنية السابقة ، تمامًا كما حل التسجيل المغناطيسي العمودي الحالي (PMR) محل التسجيل الطولي التقليدي على مدار العقد الماضي. لكن هذه المرة قد تكون مختلفة ، كما يقول كين ، حيث توفر تقنيات مختلفة متعددة حلولًا لأسواق مختلفة بسبب الاختلافات الكبيرة في التكلفة والسرعة. وقال "المستقبل لا يبدو ضروريا مثل الماضي".

بشكل عام ، قال Cain أنه بحلول عام 2020 ، يمكن أن يكون لدينا محركات أقراص بحجم 5 تيرابايت أو 6 تيرابايت كمحركات رئيسية عادية مع ما يصل إلى 20 تيرابايت محركات (مع ستة أطباق بسعة 3.3 تيرابايت) ممكنة لبعض التطبيقات عالية التخصص ، ويمكن أن تنمو إلى 50 تيرابايت محركات عندما التكنولوجيا تصبح ناضجة تماما. هذا ببساطة كمية مذهلة من التخزين.