Tecnologie HAMR e MAMR per l’archiviazione: Toshiba fa il punto della situazione

Negli hard disk la tecnologia a microonde (MAMR) è in grado di offrire densità di archiviazione più elevata

Oggi generiamo sempre più dati che necessitano di essere archiviati in modo sicuro ed efficace. Gli hard disk continuano ad avere un ruolo fondamentale per soddisfare questa esigenza e, per aumentare la loro capacità di archiviazione, sia sta studiano come integrare tecnologie basate su microonde.

“I servizi cloud, lo streaming video e i social media continuano ad essere sempre più utilizzati, facendo crescere i volumi di dati e, di conseguenza, portando i data center ad aumentare le loro capacità di storage per offrire più spazio di archiviazione”, ha commentato Rainer W. Käse, Senior Manager Business Development Storage Products di Toshiba Electronics Europe.

Idealmente, si vorrebbe che i data center offrissero maggiore capacità di storage occupando la stessa area perché i costi degli immobili sono alti. Per i produttori di HDD, tutto ciò significa che devono sviluppare e fornire HDD con una capacità di archiviazione sempre maggiore.

Il passaggio da 12/14TB a 16/18TB di capacità può fare la differenza e far utilizzare meno server di storage o interi rack. Questo approccio consente di aumentare rapidamente la capacità di archiviazione dei data center esistenti se l’infrastruttura di base continua ad essere adeguata.

Per ottenere HDD con una capacità superiore nello stesso formato, i produttori devono aumentare la densità di registrazione. A tal fine, si stanno esplorando tecnologie come la registrazione assistita da microonde e la registrazione assistita da laser.

Densità di archiviazione più elevate richiedono nuove tecnologie

Aumentare la capacità di storage comporta diverse sfide. In particolare, l’ampliamento della densità di registrazione significa che più bit sono immagazzinati nella stessa area, il che implica l’uso di materiale che sia più difficile da magnetizzare o modificare, perché ciò è necessario per una conservazione sicura dei dati a lungo termine.

Inoltre, è necessaria ulteriore energia per “capovolgere” (cioè cambiarli da 0 a 1 o viceversa) i bit magnetici durante la scrittura e la dimensione della testina di scrittura non può essere ridotta al di sotto di una dimensione minima, e questo a sua volta limita la densità di memorizzazione.

Se le testine di scrittura sono più piccole per accogliere maggiori tracce sul disco, non sono più abbastanza forti per magnetizzare i bit. Per risolvere questo problema esistono attualmente tre tecnologie concorrenti: registrazione magnetica singola (SMR), registrazione magnetica assistita da calore (HAMR) e registrazione magnetica assistita da microonde (MAMR).

L’approccio più semplice è l’SMR (registrazione magnetica singola) che sovrappone appositamente le tracce di registrazione magnetica, invece di utilizzare tracce affiancate per aumentare la densità dei dati. Questo è possibile perché la testina di lettura è molto più stretta e più piccola della testina di scrittura e finché l’area non sovrapposta di una traccia è abbastanza ampia per la testina di lettura stretta, i dati possono essere letti con sicurezza.

Tuttavia, una scrittura random su tracce sovrapposte può causare la cancellazione e la riscrittura sui dati scritti in precedenza. In pratica, una serie di tracce sovrapposte deve essere letta prima, poi modificata nel buffer di memoria, e poi riscritta sul supporto: questo può significare prestazioni di scrittura inferiori e velocità di scrittura più lenta.

Infatti, la procedura SMR è adatta solo per attività di archiviazione puramente sequenziale in ambito aziendale.

La tecnologia HAMR (registrazione magnetica assistita da calore) è un’altra potenziale soluzione, per soddisfare la necessità di avere densità di archiviazione più elevate, che utilizza un diodo laser per riscaldare l’area dei supporti su cui scrivere i dati, in modo da sostenere il processo di scrittura attraverso l’uso selettivo dell’energia termica. Ciò consente di scrivere con meno energia magnetica e l’uso di una testina di scrittura più piccola, ottenendo così una maggiore densità di memorizzazione. Tuttavia, il fabbisogno energetico ha un impatto sui costi di esercizio nei grandi impianti e comporta anche problemi di gestione del calore. Inoltre, sono ancora molte le preoccupazioni circa l’affidabilità a lungo termine dei diodi laser.

Un altro approccio è la tecnologia MAMR (registrazione magnetica assistita da microonde) che utilizza un trasmettitore a microonde (oscillatore spin torque) nella testina di scrittura per generare delle onde nell’intervallo da 20 GHz a 40 GHz. Questi oscillatori vengono introdotti nel supporto magnetico come energia ausiliaria, richiedendo quindi meno energia per il processo di scrittura. Di conseguenza, questo significa che è possibile utilizzare testine di scrittura notevolmente più piccole, rendendo possibile la produzione di unità con capacità significativamente più elevate.

La tecnologia MAMR apre la strada…

La MAMR si basa su una tecnologia che è stata testata e collaudata per diversi anni, fino ad essere considerata un’evoluzione nello sviluppo delle testine di scrittura. È possibile utilizzare una varietà di tecniche comuni senza la necessità di componenti aggiuntivi come i diodi laser. Ciò che serve per implementare la tecnologia MAMR è un diverso design dei wafer che consenta l’uso della tecnologia a microonde. Gli HDD che utilizzano la tecnologia MAMR dovrebbero avere le stesse prestazioni e affidabilità media-time-to-failure (MTTF) dei prodotti attualmente forniti. Anche i requisiti di alimentazione degli HDD che utilizzano la tecnologia MAMR dovrebbero essere in linea con i dispositivi attuali.

Rispetto alla tecnologia MAMR, l’HAMR richiederà ancora una quantità significativa di ricerche, in particolare per determinarne la sua affidabilità.

Toshiba prevede di introdurre la tecnologia MAMR negli HDD con design a 9 piatti helium-sealed, aumentandone così la capacità dagli attuali 16TB a 18TB.

Qualunque sarà la tecnologia di registrazione power-assisted utilizzata, la capacità del disco risulterà sicuramente più ampia, consentendo agli HDD di continuare ad essere la tecnologia preferita per un’archiviazione economicamente vantaggiosa all’interno di un’ampia gamma di applicazioni.