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A tecnologia do disco rígido é frequentemente uma maravilha subestimada. A tecnologia de chip merece mais crédito do que ganha por criar o mundo moderno, mas a fabricação de semicondutores recebe muito mais atenção do que a tecnologia de disco rígido. No entanto, os discos rígidos continuam nos dando cada vez mais capacidade no mesmo espaço há décadas, seguindo quase a mesma tendência geral da Lei de Moore, mas não tão suavemente - a densidade do disco rígido tende a crescer muito rapidamente quando uma nova tecnologia é introduzida, e desacelerar até a próxima grande inovação surgir.
No momento, estamos apenas entrando na fase de transição. A tecnologia atual, conhecida como gravação magnética perpendicular (PMR), que sustenta praticamente todos os discos rígidos fabricados hoje, está começando a ficar sem vapor. Novas técnicas, como a gravação magnética assistida por calor (HAMR), estão a caminho, mas ainda faltam alguns anos.
Como resultado, estamos vendo algumas unidades especializadas alcançarem novas capacidades - por exemplo, a nova unidade de classe empresarial de 8 TB da Seagate e a versão de 10 TB da HGST - mas os discos rígidos de consumo básicos não são tão rápidos em obter muito mais densidade. Faz alguns anos que eu realmente analisei profundamente essa tecnologia, então aproveitei a oportunidade recentemente para conversar com os fabricantes de unidades sobre a tecnologia e para onde ela está indo.
Nos últimos anos, os inversores têm usado o processo PMR e hoje os inversores convencionais têm uma densidade aérea de 650 Gbit / sq. polegadas, permitindo 500 GB por prato em uma unidade de 2, 5 polegadas e 1 TB por prato em uma unidade de 3, 5 polegadas. (A maioria dos discos rígidos possui vários pratos, escritos nos dois lados.)
Algumas unidades levaram isso um pouco mais longe, movendo-se para 1, 2 TB por prato, permitindo 6 TB em uma unidade de cinco pratos e 3, 5 polegadas; ou mesmo unidades de 2 TB de arquivo usando três pratos de 2, 5 polegadas, de acordo com William Cain, vice-presidente de tecnologia da Western Digital. E Mark Re, vice-presidente sênior e diretor de tecnologia da Seagate, diz acreditar que "ainda há muita milhagem na tecnologia atual", usando tolerâncias mais rígidas para melhorar a densidade.
Além disso, para aumentar a densidade no curto prazo, vários fabricantes de unidades estão recorrendo a novas tecnologias.
Gravação Magnética com Telhas (SMR)
A Seagate adotou uma técnica chamada Shingled Magnetic Recording (SMR), na qual as faixas seguidas pelas unidades de disco se sobrepõem, como telhas em um telhado. Segundo Re, essa tecnologia pode permitir um aumento de 25% na densidade aérea.
O SMR usa cabeças de leitura / gravação convencionais, que funcionam como uma unidade convencional para ler os dados. Mas, para escrever, é necessário escrever em várias faixas, e isso exige que a unidade seja agrupada em diferentes faixas.
Re diz que a Seagate já enviou "muitos milhões de unidades" usando a tecnologia SMR, incluindo unidades de varejo de marca e unidades de armazenamento críticas para os negócios quase na linha. Isso começou com a unidade de desktop de 5 TB da empresa, destinada ao armazenamento corporativo quase na linha, mas agora também passou para outros produtos. O drive de 8 TB que a empresa anunciou recentemente possui uma variante que usará a tecnologia SMR.
Ele diz que o futuro da SMR deve introduzir unidades de notebooks dentro de um ano, e ele vê isso passando de 750 GB por prato para 1 TB por prato e talvez até 2 TB por prato.
Um problema com a SMR, Cain apontou, é que a unidade precisa gravar informações de maneira diferente, de maneira mais seqüencial, e para isso é necessário manipular o tamanho dos dados para torná-lo eficiente. Re disse que concordou que havia problemas em algumas cargas de trabalho, mas disse que em 99, 9% dos casos não havia diferença notável de desempenho. Geralmente, ele disse, quantidades típicas de cache na unidade eliminam o impacto. Cain observou que existem alguns novos padrões - comandos de bloco de zona (ZBC) para unidade SAS e comandos de zona ATA (ZAC) para unidades SATA projetados para padronizar o uso de unidades SMR.
Scott Wright, gerente de marketing de produtos para HDDs da Toshiba, disse que a Toshiba está participando dos subcomitês que trabalham na padronização de comandos para unidades SMR e espera um padrão ratificado nos próximos meses e acredita que é uma boa opção para aplicativos com muita gravação sequencial., como armazenamento de objetos. Ele espera ver todos os fornecedores oferecendo unidades destinadas a usuários iniciantes no próximo ano, com adoção em larga escala no segundo semestre de 2015.
Drives Selados
Outra opção que começamos a ver envolve unidades seladas com hélio que substituem o ar dentro de uma unidade hermética.
No ano passado, a HGST começou a enviar uma unidade de 6 TB que permite mais pratos em uma unidade selada de altura única. Isso usa uma tecnologia chamada HelioSeal, na qual os pratos da unidade são colocados em uma unidade selada cheia de hélio. Cain ressalta que o hélio, que é mais leve que o ar, reduz a turbulência do ar e arrasta entre os pratos e, como resultado, pode reduzir significativamente os requisitos de energia ativa. Portanto, diz Caim, é ideal para ambientes que valorizam o uso de energia e o número de eixos-árvore existentes. (Observe que, embora a HGST seja uma subsidiária da WDC, ela é executada separadamente da divisão Western Digital. Cain diz que, embora a Western Digital tenha olhado hélio e shingled a gravação magnética, ainda não enviou unidades com essa tecnologia, embora ele tenha dito "ambas as tecnologias têm valor em certos segmentos de mercado.")
A HGST anunciou recentemente uma versão de 8 TB desta unidade chamada Ultrastar He8 usando as unidades PMR atuais, bem como a Ultrastar He10, que usará as técnicas de hélio e a técnica de shingled (SMR). Ele também oferece uma unidade de 6 TB mais padrão, que usa cinco pratos de 1, 2 TB em um gabinete de unidade tradicional (não selado).
A Seagate optou por não usar hélio neste momento, com Re dizendo que, embora tenha unidades que usam a tecnologia, não está convencido de que seja a maneira mais eficaz de aumentar a densidade.
Wright, da Toshiba, fez comentários semelhantes, dizendo que o hélio pode ser necessário a longo prazo, mas acredita que poderá chegar às próximas "várias gerações de tecnologia sem ele". Ele disse que o setor tem um roteiro avançando para seis ou mais pratos, e a Toshiba espera fazer isso.
Gravação Magnética Bidimensional (TDMR)
Nos próximos anos, a WD está interessada em uma técnica chamada gravação magnética bidimensional (TDMR), na qual você tem duas cabeças de leitura e, portanto, pode ter mais dados na mesma área com bits adjacentes sendo examinados e comparados, que Cain em comparação com a maneira como um fone de ouvido com cancelamento de ruído lida com o ruído ambiente. Ele disse que isso aumentou a complexidade, mas pode fazer sentido para alguns projetos específicos em alguns mercados, uma vez que estende a tecnologia de gravação convencional.
Gravação Magnética Assistida por Calor (HAMR)
Mas quase todo mundo com quem conversei concorda que o próximo grande salto de densidade provavelmente virá de uma técnica conhecida como gravação magnética assistida por calor (HAMR), que envolve um feixe gerado por laser aquecendo uma pequena porção da mídia magnética, permitindo que os bits ser escritos e, em seguida, permanecer estáveis quando esfriarem. Tais unidades podem ser muito mais densamente compactadas do que qualquer uma das tecnologias atuais.
O conceito não é novo - a Seagate o demonstrou em 2002 -, mas parece estar se aproximando.
Por exemplo, Re da Seagate disse que o HAMR deve estar pronto para algumas apresentações comerciais em 2016, provavelmente inicialmente com parceiros estratégicos, e provavelmente se tornará uma parte mais geral do setor de discos rígidos até 2018. Ele disse que a promessa do HAMR deve colocar o disco rígido em risco. impulsionar a indústria na "próxima curva S" (para melhorias na densidade) pela próxima década. A Seagate disse que espera ter uma unidade de 20 TB usando a tecnologia HAMR até 2020.
A implementação da Seagate usa um transdutor de campo próximo como uma cabeça de gravação com um laser que brilha 830nm de luz nos "plasmons de superfície", que é então focado em um local menor para aquecer o material até 600 graus Kelvin, momento em que um pouco pode ser mudou de 1 para 0 ou vice-versa. Depois que o local esfria, o bit fica estável. Todo o ciclo de aquecimento e resfriamento ocorre em um nanossegundo, disse Re.
Cain, da Western Digital, diz que o HAMR oferece o potencial de aumentar a densidade de área três a cinco vezes, mas aumentará o custo. Ele disse que a empresa faz testes com milhares de horas de operação em unidades e disse que a tecnologia está se tornando viável, mas disse que 2016 "pode ser um pouco agressivo", embora ele também ache que a tecnologia possa entrar no mainstream até 2018.
Wright, da Toshiba, era um pouco mais cético, dizendo que o futuro da HAMR "ainda é um pouco obscuro" e dizendo que enquanto todos estão investindo em gravações "com auxílio de energia", o júri ainda não sabe quando será implantado. Ele previu que faltavam pelo menos três ou quatro anos.
Mídia com padrão de bits
Outro tópico que chamou atenção é a mídia com padrões de bits, mas as empresas com quem conversei acreditam que isso está muito mais distante. Re disse que esta tecnologia "não está pronta para o horário nobre" e que a infraestrutura para ela simplesmente não está disponível. Cain concordou que se tratava de uma solução "a longo prazo", embora ele tenha dito que a empresa tinha técnicas como nano-impressão e auto-montagem nos laboratórios. E Wright disse que, enquanto a "ciência está sendo feita", a Toshiba ainda não vê um "intercepto específico" quando pode entrar em produção em massa.
Memória flash
Algumas pessoas fora do setor de discos rígidos sugeriram que a memória flash poderia substituir completamente a tecnologia, mas isso parece improvável. Enquanto as unidades flash estão ganhando popularidade, especialmente em notebooks e como parte de uma solução de armazenamento em camadas na empresa, o flash permanece muito mais caro que a mídia magnética, especialmente para armazenar muitos dados que não são acessados com freqüência. Além disso, a capacidade total dos chips flash fabricados, embora em crescimento, não é suficiente para substituir a mídia giratória.
Até a Toshiba, que é um dos dois maiores produtores de memória flash, concordou com essa perspectiva, com Wright observando que "nada tocará a mídia magnética por uma década" sob uma perspectiva de custo e que não há flash NAND suficiente fabricado para assumir o controle até 15% do mercado.
Em vez disso, todos os fabricantes de armazenamento corporativo possuem sistemas que combinam uma certa quantidade de flash com discos rígidos; e no lado do cliente, os fornecedores de discos rígidos estão empurrando unidades híbridas que combinam um pouco de flash para velocidade com mídia magnética para maior capacidade.
Re disse que a Seagate oferece unidades de notebook com esses recursos (chamados SSHDs para discos rígidos de estado sólido) com unidades de desktop que agora seguem. A Western Digital tem uma linha semelhante à sua linha WD Black 2, com Cain dizendo que os drives híbridos oferecem "valor real".
Uma coisa que se destaca é que pode não haver uma tecnologia que substitua e que o futuro possa ter espaço para todos os tipos de soluções de armazenamento - desde o flash puro, conectado diretamente através de um barramento ou conectado como um SSD; convencional, com telhas e HAMR - todos no mercado ao mesmo tempo.
Em geral, a tecnologia do disco rígido passou de uma tecnologia para outra com a nova tecnologia substituindo a anterior, assim como a atual gravação magnética perpendicular (PMR) substituiu a gravação longitudinal tradicional na última década. Mas esse tempo pode ser diferente, diz Cain, com várias técnicas diferentes que fornecem soluções para diferentes mercados devido às grandes diferenças de custo e velocidade. "O futuro não parece necessariamente o passado", disse ele.
No geral, Cain disse que até 2020 poderíamos ter unidades de 5 TB ou 6 TB de 3, 5 polegadas como unidades convencionais padrão com unidades de até 20 TB (com seis pratos de 3, 3 TB) possíveis para algumas aplicações altamente especializadas e que poderiam crescer para unidades de 50 TB quando o HAMR a tecnologia fica totalmente madura. Isso é simplesmente uma quantidade incrível de armazenamento.
