stringtranslate.com

Магнитная запись с использованием тепла

Магнитная запись с нагреванием ( HAMR ) (произносится как « хаммер ») — это технология магнитного хранения данных, позволяющая значительно увеличить объем данных, которые могут быть сохранены на магнитном устройстве, таком как жесткий диск, путем временного нагрева материала диска во время записи, что делает его гораздо более восприимчивым к магнитным эффектам и позволяет записывать данные на гораздо меньшие области (и на гораздо более высокие уровни данных на диске).

Первоначально считалось, что эта технология чрезвычайно сложна для реализации, и в 2013 году высказывались сомнения относительно ее осуществимости. [1] Записываемые области должны нагреваться в крошечной области — достаточно малой, чтобы дифракция не позволяла использовать обычный фокусированный лазерный нагрев — и требуют цикла нагрева, записи и охлаждения менее 1 наносекунды , а также контролируют эффекты повторяющегося точечного нагрева на пластинах привода, контакте привода с головкой и соседних магнитных данных, которые не должны быть затронуты. Эти проблемы потребовали разработки наномасштабных поверхностных плазмонов (поверхностно-управляемого лазера) вместо прямого лазерного нагрева, новых типов стеклянных пластин и терморегулирующих покрытий, которые выдерживают быстрый точечный нагрев, не влияя на контакт с записывающей головкой или близлежащими данными, новых методов крепления нагревательного лазера на головке привода и широкого спектра других технических, проектных и контрольных проблем, которые необходимо было преодолеть. [2] [3]

Планируемый преемник HAMR, известный как магнитная запись с нагреваемыми точками (HDMR) или запись битовых шаблонов, также находится в стадии разработки, хотя ожидается, что он будет доступен не раньше 2025 года. [4] [5] Диски HAMR имеют тот же форм-фактор (размер и компоновку), что и существующие традиционные жесткие диски, и не требуют никаких изменений в компьютере или другом устройстве, в котором они установлены; их можно использовать так же, как и существующие жесткие диски. [6] [7] Диски HAMR емкостью 32 ТБ были отправлены некоторым клиентам для квалификации в 2023 году. [8]

Обзор

Был разработан ряд технологий, позволяющих жестким дискам увеличивать емкость с небольшим влиянием на стоимость. Чтобы увеличить емкость хранилища в стандартном форм-факторе, больше данных должно храниться в меньшем пространстве. Новые технологии для достижения этого включают перпендикулярную запись (PMR) , гелиевые диски, черепичную магнитную запись (SMR) ; однако все они, по-видимому, имеют схожие ограничения по плотности записи (объему данных, которые могут быть сохранены на магнитной пластине заданного размера). HAMR — это метод, который преодолевает это ограничение с помощью магнитных носителей.

Ограничение традиционной, а также перпендикулярной магнитной записи обусловлено конкурирующими требованиями читаемости, записываемости и стабильности (известными как трилемма магнитной записи). Проблема в том, что для надежного хранения данных для очень малых размеров бит магнитный носитель должен быть изготовлен из материала с очень высокой коэрцитивностью (способностью сохранять свои магнитные домены и выдерживать любые нежелательные внешние магнитные воздействия). [3] Затем головка привода должна преодолеть эту коэрцитивность при записи данных. [3] [2] Но по мере увеличения плотности записи размер, занимаемый одним битом данных, становится настолько малым, что самое сильное магнитное поле, которое может создать современная технология, недостаточно сильно, чтобы преодолеть коэрцитивность пластины (или, в терминах разработки, перевернуть магнитный домен), поскольку невозможно создать необходимое магнитное поле в такой крошечной области. [3] По сути, существует точка, в которой становится непрактичным или невозможным создание работающего диска, поскольку магнитная запись больше невозможна в таких малых масштабах. [3]

Коэрцитивность многих материалов зависит от температуры. Если температура намагниченного объекта временно повышается выше его температуры Кюри , его коэрцитивность станет намного меньше, пока он не остынет. (Это можно увидеть, нагрев намагниченный объект, такой как игла, в пламени : когда объект остывает, он теряет большую часть своей намагниченности.) HAMR использует это свойство магнитных материалов в своих интересах. Крошечный лазер внутри жесткого диска временно точечно нагревает область записи, так что она на короткое время достигает температуры, при которой материал диска временно теряет большую часть своей коэрцитивности. Почти сразу же магнитная головка затем записывает данные на гораздо меньшую область, чем это было бы возможно в противном случае. Материал быстро охлаждается снова, и его коэрцитивность возвращается, чтобы предотвратить легкое изменение записанных данных, пока они не будут записаны снова. Поскольку только крошечная часть диска нагревается за один раз, нагретая часть охлаждается быстро (менее 1 наносекунды [2] ), и требуется сравнительно мало энергии.

Использование нагрева представляло собой серьезные технические проблемы, поскольку по состоянию на 2013 год не было четкого способа сфокусировать необходимое тепло в крошечной области, требуемой в рамках ограничений, налагаемых использованием жесткого диска. Время, необходимое для нагрева, записи и охлаждения, составляет около 1 наносекунды , что предполагает использование лазера или аналогичного средства нагрева, но дифракция ограничивает использование света на обычных длинах волн лазера , поскольку они обычно не могут фокусироваться в чем-либо подобном небольшой области, которую HAMR требует для своих магнитных доменов. [2] Традиционные покрытые пластины магнитных пластин также не подходят из-за их свойств теплопроводности , поэтому необходимо разработать новые материалы для дисков. [2] Seagate Technology и Showa Denko используют сплав железа и платины в стеклянных пластинах для дисков HAMR. [9] [10] [11] [12] Кроме того, необходимо преодолеть широкий спектр других технических, проектных и контрольных проблем. [2] Компания Seagate, сыгравшая видную роль в разработке накопителей HAMR, отметила, что к проблемам относятся «присоединение и выравнивание полупроводникового диодного лазера к записывающей головке жесткого диска и внедрение оптики ближнего поля для подачи тепла», а также масштаб использования, который намного больше, чем предыдущие применения оптики ближнего поля. [1] Отраслевой обозреватель IDC заявил в 2013 году, что «технология очень, очень сложная, и было много скептицизма, если она когда-либо станет коммерческой продукцией», при этом общее мнение заключалось в том, что HAMR вряд ли станет коммерческой доступной до 2017 года. [1]

Seagate заявила, что они преодолели проблему фокусировки нагрева, разработав наномасштабные [3] поверхностные плазмоны вместо прямого лазерного нагрева. [2] Основываясь на идее волновода , лазер «путешествует» по поверхности направляющего материала, который сформирован и расположен так, чтобы направить луч в область, которая должна быть нагрета (готова к записи). Дифракция не оказывает отрицательного влияния на этот вид фокусировки на основе волновода, поэтому эффект нагрева может быть направлен на необходимую крошечную область. [2] Проблемы нагрева также требуют носителей, которые могут выдерживать быстрый точечный нагрев до более чем 400 °C в крошечной области, не влияя на контакт между записывающей головкой и пластиной или не влияя на надежность пластины и ее магнитного покрытия. [ 2] Пластины изготовлены из специального «стекла HAMR» с покрытием, которое точно контролирует, как тепло перемещается внутри пластины, как только оно достигает нагреваемой области, что имеет решающее значение для предотвращения потерь энергии и нежелательного нагрева или стирания близлежащих областей данных. [2] Ожидается, что эксплуатационные расходы не будут существенно отличаться от расходов на диски без HAMR, поскольку лазер потребляет лишь небольшое количество энергии — первоначально в 2013 году ее описывали как несколько десятков милливатт [1] , а в 2017 году — как «менее 200 мВт» (0,2 Вт ). [5] Это менее 2,5% от 7–12 Вт, потребляемых обычными 3,5-дюймовыми жесткими дисками.

Seagate впервые продемонстрировала рабочие прототипы HAMR в постоянном использовании во время 3-дневного мероприятия в 2015 году. [4] В декабре 2017 года Seagate объявила, что предварительные версии дисков проходят испытания у клиентов, при этом было изготовлено более 40 000 дисков HAMR и «миллионы» головок чтения/записи HAMR, а производственные мощности готовы для пилотных объемов и первых продаж производственных единиц, которые будут отправлены ключевым клиентам в 2018 году [3] с последующим полноценным запуском на рынок дисков HAMR «20 ТБ+» в 2019 году [5] [13] с жесткими дисками емкостью 40 ТБ к 2023 году и дисками емкостью 100 ТБ примерно к 2030 году. [3] [2] В то же время Seagate также заявила, что прототипы HAMR достигли плотности записи 2 ТБ на квадратный дюйм (прирост составил 30% в год в течение 9 лет, с целью «ближайшего будущего» 10 ТБ/кв. дюйм). Сообщалось, что надежность передачи с одной головкой составляет «более 2 ПБ » (что эквивалентно «более 35 ПБ за 5 лет на диске емкостью 12 ТБ», что, как утверждается, «намного превышает» типичное использование), а требуемая мощность нагревательного лазера составляет «менее 200 мВт» (0,2 Вт), что составляет менее 2,5% от 8 или более Вт, обычно используемых двигателем жесткого диска и его узлом головки. [5] Некоторые комментаторы предположили, что диски HAMR также введут использование нескольких приводов на жестких дисках (для повышения скорости), поскольку эта разработка также была рассмотрена в объявлении Seagate и также заявлена ​​как ожидаемая в аналогичные сроки. [13] [14]

История

Термомагнитное моделирование

Аналогичная технология магнитной записи с помощью нагрева, которая использовалась в основном не только для магнитной записи, — это термомагнитное формирование рисунка. Магнитная коэрцитивность сильно зависит от температуры, и этот аспект был исследован с использованием лазерного луча для облучения пленки постоянного магнита, чтобы снизить ее коэрцитивность в присутствии сильного внешнего поля, имеющего направление намагничивания, противоположное направлению намагничивания пленки постоянного магнита, чтобы перевернуть ее намагниченность. Таким образом, создается магнитный рисунок противоположных намагниченностей, который может использоваться для различных приложений. [44]

Настраивать

Существуют различные способы создания установки, но основной принцип остается тем же. Постоянная магнитная полоса наносится на подложку из кремния или стекла, и она облучается лазерным лучом через заранее разработанную маску. Маска разработана специально для этой цели, чтобы предотвратить облучение лазерным лучом некоторых участков на магнитной пленке. Это делается в присутствии очень сильного магнитного поля, которое может быть создано массивом Хальбаха . [45] Области, которые подвергаются воздействию/облучению лазерным лучом, испытывают снижение своей коэрцитивности из-за нагрева лазерным лучом, и намагниченность этих участков может быть легко перевернута приложенным внешним полем, создавая желаемые узоры.

Преимущества

Недостатки

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcd Стивен Лоусон (1 октября 2013 г.). «Seagate и TDK демонстрируют технологию HAMR для хранения большего количества данных на жестких дисках». Computerworld . Архивировано из оригинала 3 апреля 2015 г. Получено 30 января 2015 г.
  2. ^ abcdefghijk "Техническое описание Seagate HAMR" (PDF) .
  3. ^ abcdefghi Хагедорн, Гильберт (18 декабря 2017 г.). «Backblaze по технологии жестких дисков HAMR». Guru3D.com .
  4. ^ ab "Seagate демонстрирует жесткие диски HAMR и обещает начать поставки в 2017 году".
  5. ^ abcdef Re, Марк (23 октября 2017 г.). «HAMR: следующий скачок вперед уже здесь».
  6. ^ Шилов, Антон (23 января 2021 г.). «Seagate Ships 20TB HAMR HDDs Commercially, Increases Ships of Mach.2 Drives». www.tomshardware.com . Получено 26 февраля 2021 г. .
  7. ^ Ли, Аарон; Цай, Джозеф (15 января 2021 г.). «Seagate расширяет емкость жесткого диска» . www.digitimes.com . Получено 26 февраля 2021 г.
  8. ^ «Seagate Technology Holdings plc (STX) представляет доклад на Глобальной технологической конференции Bank of America 2023 (стенограмма)».
  9. ^ «Seagate подписывает сделку HAMR с Showa Denko: обеспечивает второй источник пластин HAMR».
  10. ^ «Путь к жестким дискам емкостью 80 ТБ: Showa Denko разрабатывает пластины HAMR для жестких дисков».
  11. ^ «Магнитный слой».
  12. ^ «Seagate представляет платформу Mozaic 3+ HDD в рамках подготовки HAMR к увеличению объемов».
  13. ^ abcd Фейст, Джейсон (18 декабря 2017 г.). «Технология мультиактуаторов: новый прорыв в производительности».
  14. ^ ab https://www.anandtech.com/show/12169/seagates-multi-actuator-technology-to-double-hdd-performance : «Seagate заявляет, что технология Multi-Actuator будет развернута в продуктах в ближайшем будущем, но не раскрывает точную дату. Поскольку в сообщении в блоге компании по этому вопросу упоминаются как MAT, так и HAMR, весьма вероятно, что коммерческие жесткие диски с HAMR, которые должны появиться в конце 2019 года, также будут иметь два привода на одном шарнире. В то же время это не означает, что MAT не найдет себе места в продуктах, использующих обычный PMR».
  15. Патент США 2915594, Бернс-младший, Лесли Л. и Кейзер, Юджин О., «Система магнитной записи», опубликован 1 декабря 1959 г., передан Radio Corporation of America 
  16. ^ "ST-41200N". seagate.com . Архивировано из оригинала 24 марта 2012 г. Получено 30 января 2015 г.
  17. ^ Ян Маес, Марк Веркаммен (22 августа 2013 г.). Цифровые аудиотехнологии: руководство по CD, MiniDisc, SACD, DVD(A), MP3 и DAT . стр. 238–251. ISBN 9781136118623.
  18. ^ Энтони, Себастьян (20 марта 2012 г.). «Seagate достигает 1 терабита на квадратный дюйм, жесткие диски емкостью 60 ТБ уже в пути». ExtremeTech . Получено 30 января 2015 г.
  19. ^ "Внутри научно-исследовательских лабораторий Seagate". WIRED . 2007. Получено 30 января 2015 г.
  20. ^ "300 тераБИТ - это не 300 ТБ! И 3 ТБ - это не 300 ТБ!". dvhardware.net . Получено 30 января 2015 г. .
  21. ^ "Laser-Heated Hard Drives Could Break Data Density Barrier". IEEE . Архивировано из оригинала 10 сентября 2015 года . Получено 30 января 2015 года .
  22. ^ «Seagate — первый производитель, преодолевший потолок емкости с новым накопителем GoFlex Desk Drive емкостью 4 ТБ». seagate.com . 7 сентября 2011 г. Архивировано из оригинала 30 января 2015 г. Получено 30 января 2015 г.
  23. ^ Крайдер, МХ, «Магнитная запись за пределами суперпарамагнитного предела», Конференция по магнетизму, 2000. INTERMAG 2000 Digest of Technical Papers. 2000 IEEE International, т., №, стр. 575, 4–8 апреля 2005 г. doi :10.1109/INTMAG.2000.872350
  24. ^ "Seagate достигла отметки в 1 терабит на квадратный дюйм в области хранения данных на жестких дисках с демонстрацией новой технологии | Архив новостей | Seagate US". Seagate.com .
  25. ^ "[CEATEC] TDK заявляет о рекордной плотности записи на жесткие диски". Nikkei Technology Online . 2 октября 2013 г. Получено 30 января 2015 г.
  26. ^ "Western Digital представляет первый в мире жесткий диск с технологией HAMR - X-bit labs". xbitlabs.com . 13 ноября 2013 г. Архивировано из оригинала 12 сентября 2014 г. Получено 30 января 2015 г.
  27. ^ Билл Оливер. "WD Demos Future HDD Storage Tech: 60 TB Hard Drives". Tom's IT Pro . Архивировано из оригинала 9 июня 2015 г. Получено 30 января 2015 г.
  28. ^ "Seagate намекает на планы по выпуску жестких дисков емкостью 8 ТБ и 10 ТБ". bit-tech . Получено 30 января 2015 г. .
  29. ^ Энтони, Себастьян (21 июля 2014 г.). «Seagate начинает поставки жестких дисков емкостью 8 ТБ, на горизонте — 10 ТБ и HAMR». ExtremeTech . Получено 30 января 2015 г.
  30. ^ "TDK: Технология HAMR может позволить использовать жесткие диски емкостью 15 ТБ уже в 2015 году". kitguru.net . Получено 30 января 2015 г.
  31. ^ Цзюй, Ганьпин; Пэн, Инго; Чанг, Эрик К.С.; Дин, Иньфэн; Ву, Александр К.; Чжу, Сяобинь; Кубота, Юкико; Клеммер, Тимоти Дж.; Амини, Хассиб; Гао, Ли; Фань, Чжаохуэй; Рауш, Тим; Субеди, Прадип; Ма, Миньцзе; Каларикал, Сангита; Реа, Крис Дж.; Димитров, Димитар В.; Хуан, Пин-Вэй; Ван, Канкан; Чэнь, Си; Пэн, Чубинг; Чэнь, Вейбинь; Дайкс, Джон В.; Сейглер, Майк А.; Гейдж, Эдвард К.; Чантрелл, Рой; Тиле, Ян-Ульрих (5 ноября 2015 г.). «Высокоплотные носители магнитной записи с использованием нагрева и расширенная характеризация — прогресс и проблемы». Труды IEEE по магнетизму . 51 (11): 2439690. Библиографический код : 2015ITM....5139690J. doi : 10.1109/TMAG.2015.2439690. S2CID  21074619.
  32. ^ Александр (13 октября 2014 г.). "TDK обещает жесткие диски емкостью 15 ТБ в следующем году". hitechreview.com . Получено 30 января 2015 г.
  33. ^ Шилов, Антон (3 мая 2017 г.). «Seagate поставляет 35-миллионный SMR HDD, подтверждает выпуск дисков на основе HAMR в конце 2018 г.» anandtech.com . AnandTech . Получено 18 июня 2017 г. .
  34. Гюнш, Михаэль (6 ноября 2018 г.). «HAMR: Seagate verschiebt HDD‑Technik для емкости более 20 ТБ». Компьютерная база .
  35. ^ Шилов, Антон. «Seagate начинает тестировать жесткие диски HAMR емкостью 16 ТБ». www.anandtech.com .
  36. Заявление Seagate от 4 декабря 2018 г.: «Накопители Exos HAMR работают так же, как и все другие накопители, в стандартном наборе тестов интеграции. На данном этапе раннего тестирования они соответствуют нашим ожиданиям относительно того, как накопитель должен взаимодействовать в каждом тесте».
  37. ^ abcd Шилов, Антон. «Состояние страны: жесткие диски HAMR от Seagate, двухприводные Mach2 и жесткие диски емкостью 24 ТБ на подходе». www.anandtech.com .
  38. ^ "Seagate разрабатывает жесткие диски с объемом памяти 24 ТБ и скоростью передачи данных 480 МБ/с". slashCAM .
  39. ^ Меллор, Крис (7 октября 2019 г.). «WD и Seagate обдумывают 10-пластинные жесткие диски: временная мера или лучший вариант?». Блоки и файлы .
  40. ^ «Экономика WFH подстегнула «сильный, ускоренный» спрос со стороны облачных технологий и гипермасштабирования, заявляет Seagate, поскольку поставки дисков Nearline привели к росту выручки на 18%». 23 апреля 2020 г.
  41. ^ «Жесткие диски Seagate HAMR емкостью 20 ТБ должны поступить в продажу в декабре; в 2026 году ожидается выпуск дисков емкостью 50 ТБ | Новости OC3D».
  42. ^ «Большой скачок в емкости жестких дисков: скоро появятся диски HAMR емкостью 32 ТБ, на горизонте — 40 ТБ». AnandTech . 9 июня 2023 г.
  43. ^ TS, Ganesh. «Seagate представляет платформу Mozaic 3+ HDD в преддверии HAMR-режима Volume Ramp». Anandtech . Получено 23 мая 2024 г.
  44. ^ Дюма-Бушья, Ф.; Занини, Л. Ф.; и др. (8 марта 2010 г.). «Термомагнитно структурированные микромагниты». Applied Physics Letters . 96 (10): 102511. Bibcode : 2010ApPhL..96j2511D. doi : 10.1063/1.3341190.
  45. ^ Фудзивара, Рёген; Синси, Тадахико; Казава, Элито (декабрь 2014 г.). «Формирование микромагничивающего рисунка напыленных многослойных пленок NdFeB/Ta с использованием лазерного нагрева». Датчики и приводы A: Физические . 220 : 298–304. doi :10.1016/j.sna.2014.10.011.
  46. ^ ab Микронамагничивание напыленных многослойных пленок NdFeB/Ta с использованием лазерного нагрева Рёген Фудзивараа, Тадахико Шиншич, Элито Казавада
  47. ^ Термомагнитно структурированные микромагниты, F. Dumas-Bouchiat, LF Zanini, M. Kustov, NM Dempsey, R. Grechishkin, K. Hasselbach, JC Orlianges, C. Champeaux, A. Catherinot и D. Givord

Внешние ссылки