La grabación magnética asistida por calor ( HAMR ) es una tecnología de almacenamiento magnético para aumentar en gran medida la cantidad de datos que se pueden almacenar en un dispositivo magnético como una unidad de disco duro al calentar temporalmente el material del disco durante la escritura, lo que lo hace mucho más receptivo efectos magnéticos y permite escribir en regiones mucho más pequeñas (y niveles mucho más altos de datos en un disco).
La tecnología se consideró inicialmente extremadamente difícil de lograr, y se expresaron dudas sobre su viabilidad en 2013. [1] Las regiones que se están escribiendo deben calentarse en un área diminuta, lo suficientemente pequeña como para que la difracción impida el uso de calentamiento enfocado por láser normal , y requiere un ciclo de calentamiento, escritura y enfriamiento de menos de 1 nanosegundo , mientras que también controla los efectos del calentamiento puntual repetido en los discos impulsores, el contacto entre el cabezal y el disco y los datos magnéticos adyacentes que no deben verse afectados. Estos desafíos requirieron el desarrollo de plasmones superficiales a nanoescala. (láser guiado por superficie) en lugar de calentamiento directo basado en láser, nuevos tipos de platos de vidrio y recubrimientos de control de calor que toleran un calentamiento puntual rápido sin afectar el contacto con el cabezal de grabación o los datos cercanos, nuevos métodos para montar el láser de calentamiento en el cabezal de accionamiento y una amplia gama de otros problemas técnicos, de desarrollo y control que debían superarse. [2] [3]
El sucesor planificado de HAMR, conocido como grabación magnética de puntos calientes (HDMR), o grabación de patrón de bits, también está en desarrollo, aunque no se espera que esté disponible hasta al menos 2025 o más tarde. [4] [5] Las unidades HAMR tienen el mismo factor de forma (tamaño y diseño) que los discos duros tradicionales existentes y no requieren ningún cambio en la computadora u otro dispositivo en el que están instaladas; se pueden utilizar de forma idéntica a los discos duros existentes. [6]
Las unidades HAMR de 20 TB se lanzaron en enero de 2021. [7] [8]
Descripción general
Se han desarrollado una serie de tecnologías para permitir que los discos duros aumenten su capacidad con poco efecto en el costo. Para aumentar la capacidad de almacenamiento dentro del factor de forma estándar, se deben almacenar más datos en un espacio más pequeño. Las nuevas tecnologías para lograr esto han incluido grabación perpendicular (PMR) , unidades llenas de helio , grabación magnética escalonada (SMR) ; sin embargo, todos parecen tener limitaciones similares a la densidad de área (la cantidad de datos que se pueden almacenar en un plato magnético de un tamaño determinado). HAMR es una técnica que rompe este límite con medios magnéticos.
La limitación de la grabación magnética tradicional y perpendicular se debe a los requisitos competitivos de legibilidad, capacidad de escritura y estabilidad (conocido como Trilema de grabación magnética ). El problema es que para almacenar datos de manera confiable para tamaños de bits muy pequeños, el medio magnético debe estar hecho de un material con una coercitividad muy alta (capacidad para mantener sus dominios magnéticos y resistir cualquier influencia magnética externa no deseada). [3] El cabezal de la unidad debe superar esta coercitividad cuando se escriben los datos. [3] [2] Pero a medida que aumenta la densidad del área , el tamaño ocupado por un bit de datos se vuelve tan pequeño, que el campo magnético más fuerte que se puede crear para escribir datos con la tecnología actual no es lo suficientemente fuerte para superar la coercitividad del plato (o en términos de desarrollo, para invertir el dominio magnético), porque no es factible crear el campo magnético requerido dentro de una región tan pequeña. [3] En efecto, existe un punto en el que se vuelve impráctico o imposible hacer una unidad de disco que funcione porque la actividad de escritura magnética ya no es posible en una escala tan pequeña. [3]
La coercitividad de muchos materiales depende de la temperatura. Si la temperatura de un objeto magnetizado se eleva temporalmente por encima de su temperatura de Curie , su coercitividad será mucho menor, hasta que se enfríe. (Esto se puede ver al calentar un objeto magnetizado como una aguja en una llama : cuando el objeto se enfría, habrá perdido gran parte de su magnetización). HAMR usa esta propiedad de los materiales magnéticos para su ventaja. Un pequeño láser dentro del disco duro calienta temporalmente el área que se está escribiendo, de modo que alcanza brevemente una temperatura en la que el material del disco pierde temporalmente gran parte de su coercitividad. Casi de inmediato, el cabezal magnético escribe datos en un área mucho más pequeña de lo que sería posible de otra manera. El material se enfría rápidamente de nuevo y su coercitividad vuelve para evitar que los datos escritos se cambien fácilmente hasta que se vuelvan a escribir. Como solo se calienta una pequeña parte del disco a la vez, la parte calentada se enfría rápidamente (menos de 1 nanosegundo [2] ) y se necesita comparativamente poca energía.
El uso de calefacción presentó importantes problemas técnicos, porque a partir de 2013, no había una forma clara de enfocar el calor requerido en el área pequeña requerida dentro de las limitaciones impuestas por el uso del disco duro. El tiempo requerido para calentar, escribir y enfriar es de aproximadamente 1 nanosegundo , lo que sugiere un láser o un medio similar de calentamiento, pero la difracción limita el uso de luz en longitudes de onda láser comunes porque normalmente no pueden enfocarse en nada como la pequeña región que requiere HAMR. por sus dominios magnéticos. [2] Los platos magnéticos enchapados tradicionales tampoco son adecuados debido a sus propiedades de conducción de calor , por lo que se deben desarrollar nuevos materiales de transmisión. [2] Además, se deben superar una amplia gama de otros problemas técnicos, de desarrollo y de control. [2] Seagate Technology , que ha sido destacada en el desarrollo de unidades HAMR, comentó que los desafíos incluyen "conectar y alinear un láser de diodo semiconductor a un cabezal de escritura HDD e implementar óptica de campo cercano para entregar el calor", junto con la escala de uso que es mucho mayor que los usos previos de la óptica de campo cercano. [1] El observador de la industria IDC declaró en 2013 que "la tecnología es muy, muy difícil, y ha habido mucho escepticismo si alguna vez se convertirá en productos comerciales", con opiniones en general de que es poco probable que HAMR esté disponible comercialmente antes. 2017. [1]
Seagate afirmó que superó el problema del foco de calentamiento desarrollando plasmones de superficie a nanoescala [3] en lugar del calentamiento directo por láser. [2] Basado en la idea de una guía de ondas , el láser "viaja" a lo largo de la superficie de un material de guía, que se moldea y se posiciona para llevar el rayo al área a calentar (a punto de escribirse). La difracción no afecta negativamente a este tipo de enfoque basado en guías de ondas, por lo que el efecto de calentamiento puede dirigirse a la pequeña región necesaria. [2] Los problemas de calentamiento también requieren medios que puedan tolerar un calentamiento puntual rápido a más de 400 ° C en un área pequeña sin afectar el contacto entre el cabezal de grabación y el plato, o afectar la confiabilidad del plato y su recubrimiento magnético. [2] Los platos están hechos de un "vidrio HAMR" especial con un recubrimiento que controla con precisión cómo viaja el calor dentro del plato una vez que llega a la región que se está calentando, crucial para evitar el desperdicio de energía y el calentamiento no deseado o el borrado de las regiones de datos cercanas. [2] No se espera que los costos de funcionamiento difieran significativamente de los de las unidades que no son HAMR, ya que el láser solo usa una pequeña cantidad de energía, inicialmente descrita en 2013 como unas pocas decenas de milivatios [1] y más recientemente en 2017 como "menos de 200 mW "(0,2 W ). [5] Esto es menos del 2,5% de los 7 a 12 vatios que utilizan los discos duros habituales de 3,5 pulgadas.
Seagate demostró por primera vez prototipos HAMR en funcionamiento en uso continuo durante un evento de 3 días durante 2015. [4] En diciembre de 2017, Seagate anunció que las unidades de prelanzamiento se habían sometido a pruebas de clientes con más de 40.000 unidades HAMR y "millones" de lectura / escritura HAMR. cabezales ya construidos, y la capacidad de fabricación estaba disponible para los volúmenes piloto y las primeras ventas de unidades de producción que se enviarán a clientes clave en 2018 [3], seguido de un lanzamiento completo al mercado de unidades HAMR "20 TB +" durante 2019, [5] [ 9] con discos duros de 40 TB para 2023 y unidades de 100 TB para 2030. [3] [2] Al mismo tiempo, Seagate también declaró que los prototipos HAMR habían alcanzado una densidad de área de 2 TB por pulgada cuadrada (habiendo crecido al 30% por año durante 9 años, con un objetivo de "futuro cercano" de 10 TBpsi). Se informó que la confiabilidad de la transferencia de un solo cabezal era "más de 2 PB " (equivalente a "más de 35 PB en una vida útil de 5 años en una unidad de 12 TB", que se indica que es "muy superior" al uso típico) y potencia del láser de calentamiento requiere "menos de 200 mW" (0,2 W ), menos del 2,5% de los 8 o más vatios que suelen utilizar un motor de disco duro y su cabezal. [5] Algunos comentaristas especularon que las unidades HAMR también introducirían el uso de múltiples actuadores en los discos duros (con fines de velocidad), ya que este desarrollo también se cubrió en un anuncio de Seagate y también se dijo que se esperaba en una escala de tiempo similar. [9] [10]
Historia
- En 1954, los ingenieros de PL Corporation que trabajaban para RCA presentaron una patente que describía el principio básico de usar calor junto con un campo magnético para registrar datos. [11] A esto le siguieron muchas otras patentes en esta área con el enfoque inicial en el almacenamiento en cinta.
- En la década de 1980, se comercializó una clase de dispositivo de almacenamiento masivo llamado unidad magnetoóptica , que utilizaba esencialmente la misma técnica para escribir datos en un disco. Una ventaja de la grabación magnetoóptica sobre el almacenamiento puramente magnético en ese momento era que el tamaño de los bits se definía por el tamaño del punto láser enfocado en lugar del campo magnético. En 1988, un disco magneto-óptico de 5,25 pulgadas podía contener 650 megabytes de datos con una hoja de ruta a varios gigabytes ; un solo disco magnético de 5,25 pulgadas tenía una capacidad de alrededor de 100 megabytes. [12]
- A fines de 1992, Sony presentó MiniDisc , un formato de grabación y reproducción de música destinado a reemplazar los casetes de audio . Los MiniDiscs grabables usaban grabación magnética asistida por calor, pero los discos se leían ópticamente a través del efecto Kerr . [13]
- "finales de la década de 1990": Seagate inició la investigación y el desarrollo relacionados con las unidades HAMR modernas. [3]
- 2006 - Fujitsu demuestra HAMR. [14]
- En 2007, Seagate creía que podía producir unidades de disco duro de 300 terabits (37,5 terabytes (TB)) utilizando tecnología HAMR. [15] Algunos sitios de noticias informaron erróneamente que Seagate lanzaría un disco duro de 300 TB para 2010. Seagate respondió a esta noticia afirmando que la densidad de 50 terabit por pulgada cuadrada ha superado con creces el plazo de 2010 y que esto también puede implicar una combinación de Bit Medios estampados. [dieciséis]
- A principios de 2009, Seagate logró 250 Gb por pulgada cuadrada utilizando HAMR. Esta fue la mitad de la densidad lograda mediante grabación magnética perpendicular (PMR) en ese momento. [17]
- La tecnología del disco duro progresó rápidamente y, en enero de 2012, las unidades de disco duro de escritorio tenían normalmente una capacidad de 500 a 2000 gigabytes, mientras que las unidades de mayor capacidad eran de 4 terabytes. [18] Ya en 2000 se reconoció [19] que la tecnología entonces actual para unidades de disco duro tendría limitaciones y que la grabación asistida por calor era una opción para ampliar la capacidad de almacenamiento.
- En marzo de 2012, Seagate se convirtió en el primer fabricante de discos duros en lograr la densidad de almacenamiento histórica de 1 terabit por pulgada cuadrada utilizando tecnología HAMR. [20]
- En octubre de 2012, TDK anunció que había alcanzado una densidad de almacenamiento de 1,5 terabit por pulgada cuadrada, utilizando HAMR. [21] Esto corresponde a 2 TB por plato en una unidad de 3,5 ".
- Noviembre de 2013: Western Digital demuestra una unidad HAMR en funcionamiento, [22] aunque aún no está lista para las ventas comerciales, y Seagate dijo que esperaban comenzar a vender unidades HAMR alrededor de 2016. [23]
- En mayo de 2014, Seagate dijo que planeaba producir pequeñas cantidades de discos duros de 6 a 10 TB de capacidad en un "futuro cercano", pero que esto requeriría "una gran inversión técnica, como saben, también es una gran inversión de prueba". . Aunque Seagate no había declarado que los nuevos discos duros usaran HAMR, bit-tech.net especuló que lo harían. [24] Seagate comenzó a enviar unidades de 8 TB alrededor de julio de 2014, pero sin decir cómo se alcanzó esa capacidad; extremetech.com especuló que se utilizó grabación magnética con tejas en lugar de HAMR. [25]
- En octubre de 2014, TDK predijo que los discos duros HAMR podrían lanzarse comercialmente en 2015, [26] que no se materializó.
- En la Conferencia Intermag 2015 en Beijing, China, del 11 al 15 de mayo, Seagate informó sobre la grabación HAMR utilizando un transductor plasmónico de campo cercano y medio FePt granular de alta anisotropía a una densidad de área de 1.402 Tb / in². [27]
- En octubre de 2014, TDK, que suministra componentes de disco duro a los principales fabricantes de discos duros, declaró que las unidades HAMR de hasta 15 TB probablemente comenzarían a estar disponibles en 2016, [28] y que los resultados de un prototipo de disco duro Seagate de 10.000 rpm con un cabezal TDK HAMR sugirió que la durabilidad estándar de 5 años requerida por los clientes empresariales también era alcanzable.
- En mayo de 2017, Seagate confirmó que esperaban lanzar unidades HAMR comercialmente "a finales de 2018", y los comentaristas señalaron que el anuncio era la primera vez que Seagate se comprometía con un plazo tan específico para el lanzamiento de una unidad HAMR. Los comentaristas en ese momento sugirieron que una capacidad probable en el lanzamiento podría ser de aproximadamente 16 TB, aunque las capacidades y modelos específicos no se conocerían hasta entonces. [29]
- Durante diciembre de 2017, Seagate anunció que las unidades HAMR se habían sometido a pruebas piloto previas en los clientes durante 2017 con más de 40.000 unidades HAMR y "millones" de cabezales de lectura / escritura HAMR ya construidos, y la capacidad de fabricación estaba disponible para volúmenes piloto en 2018 y una lanzamiento completo al mercado de unidades HAMR "20 TB +" durante 2019. [5] [9] También afirmaron que el desarrollo de HAMR había alcanzado una densidad de área de 2 Tb por pulgada cuadrada (creciendo al 30% por año durante 9 años con un "futuro cercano "objetivo de 10 Tbpsi), confiabilidad de cabeza de" más de 2 PB ( petabyte ) "por cabeza (equivalente a" más de 35 PB en una vida útil de 5 años en una unidad de 12 TB ", declarada como" muy superior "al uso típico ) y la potencia del láser de calentamiento se requiere "por debajo de 200 mW" (0,2 vatios ), menos del 2,5% de los 8 o más vatios que suelen utilizar un motor de disco duro y su cabezal. [5]
Algunos comentaristas especularon sobre este anuncio, que las unidades HAMR también podrían ver la introducción de múltiples actuadores en discos duros (para fines de velocidad), ya que este desarrollo también se cubrió en un momento similar y también se dijo que se esperaba en un momento similar. -escala. [9] [10] - El 6 de noviembre de 2018, se informó que una hoja de ruta actualizada de Seagate sugería que las unidades de 16 TB en 2018 podrían ser solo para socios, con una producción en masa relacionada con unidades de 20 TB en 2020. [30] Sin embargo, el 27 de noviembre, Seagate declaró que Las unidades de producción ya se estaban enviando y aprobando las pruebas de "clientes clave", y la cadena de suministro existía para la producción en volumen, con unidades de 20 TB en desarrollo en 2019 y unidades de 40 TB previstas para 2023. Poco después del anuncio anterior, el 4 de diciembre de 2018, Seagate También anunció que estaba realizando las pruebas finales y la evaluación comparativa de las unidades HAMR de 16 TB destinadas al lanzamiento comercial, después de lo cual se les pedirá a los clientes que las califiquen (validen que funcionen satisfactoriamente y confirmen sus datos de rendimiento) antes del lanzamiento general, con unidades de 20 TB planificadas. para 2020. Seagate comentó que "estas son las mismas pruebas que los clientes utilizan para calificar cada nueva unidad", y cubren el uso de energía, el rendimiento de lectura y escritura, las respuestas correctas a SCSI y SATA co comandos y otras pruebas. [31] A principios de diciembre de 2018, las unidades cumplirían las expectativas. [32]
- En el Consumer Electronics Show (CES) de enero de 2019 , Seagate mostró la tecnología HAMR, demostrando tareas de lectura / escritura exitosas utilizando una unidad "Exos" con una ventana transparente para mostrar el cabezal de la unidad en acción.
- En febrero de 2019, AnandTech publicó una actualización sobre HAMR, indicando planes detallados de lanzamiento de productos. [33] Según Seagate, se esperaba que las unidades HAMR de un solo actuador de 16 TB se lanzaran comercialmente en la primera mitad de 2019. Se especificaron como "más de 250 MB / seg, aproximadamente 80 operaciones de entrada / salida por segundo ( IOPS ) y 5 IOPS por TB " (IOPS / TB es una métrica importante para los almacenes de datos nearline ) , con una vida útil del cabezal de 4 PB y una potencia en uso inferior a 12 W, comparable con los discos duros empresariales de alto rendimiento existentes. [33] Más allá de eso, tanto las unidades HAMR de actuador único de 20 TB como las primeras unidades HAMR de actuador dual de la compañía se esperaban para 2020 (se esperaban unidades de actuador dual para el segundo semestre de 2019, pero era probable que inicialmente usaran la grabación magnética perpendicular (PMR) existente en lugar de HAMR: se dijo que sus unidades PMR de actuador dual 2019 alcanzaron aproximadamente el doble de la velocidad de datos y las IOPS de los actuadores individuales: 480 MB / s, 169 IOPS, 11 IOPS / TB para una unidad PMR de 14 TB). [33]
Seagate también detalló la hoja de ruta de HAMR después del lanzamiento: la próxima generación de tecnologías que permiten unidades HAMR de hasta 24 TB se estaba probando internamente con platos de trabajo que alcanzaban 2.381 Tb / in 2 (3 TB por plato) y 10 Tb / in 2 in. el laboratorio, [33] y la tercera generación de dispositivos de producción apunta a 5 Tb / in 2 (unidades de 40 TB) para 2023. [34] - En octubre de 2019, los analistas sospechaban que HAMR se retrasaría comercialmente hasta 2022, con discos duros de 10 platos con grabación perpendicular (se espera que sea seguida por SMR ( grabación magnética Shingled ) como solución provisional. [35]
- Durante una llamada de ganancias de los inversores en abril de 2020 , el director ejecutivo de Seagate, David Mosley, declaró que la pandemia del coronavirus de 2020 había impulsado la demanda y que esperaban que las unidades HAMR de 20 TB se enviaran a finales de 2020. [36]
- En octubre de 2020, Seagate confirmó su intención de comenzar a enviar unidades HAMR de 20 TB en diciembre de 2020, con un objetivo de 50 TB para 2026. [37]
Patrones termomagnéticos
Una tecnología similar a la grabación magnética asistida por calor que se ha utilizado de forma generalizada, además de la grabación magnética, es el patrón termomagnético. La coercitividad magnética depende en gran medida de la temperatura, y este es el aspecto que se ha explorado, utilizando un rayo láser para irradiar una película de imán permanente a fin de disminuir su coercitividad en presencia de un fuerte campo externo que tiene una dirección de magnetización opuesta a la de la película de imán permanente para voltear su magnetización. Produciendo así un patrón magnético de magnetizaciones opuestas que se puede utilizar para diversas aplicaciones. [38]
Configuración
Hay diferentes formas de realizar la configuración, pero el principio subyacente sigue siendo el mismo. Una banda magnética permanente se deposita sobre un sustrato de silicio o vidrio, y este es irradiado por un rayo láser a través de una máscara prediseñada. La máscara está diseñada específicamente para este propósito para evitar que el rayo láser irradie algunas partes de la película magnética. Esto se hace en presencia de un campo magnético muy fuerte, que puede ser generado por una matriz de Halbach . [39] Las áreas que están expuestas / irradiadas por el rayo láser experimentan una reducción en su coercitividad debido al calentamiento por el rayo láser, y la magnetización de estas partes puede ser fácilmente invertida por el campo externo aplicado, creando los patrones deseados.
Ventajas
- Se puede usar para hacer muchos tipos de patrones.
- Útil para grabación magnética, patrón a cuadros para fines de levitación a micro y nanoescala
- Barato, ya que el láser utilizado normalmente consume poca energía [40]
- Se puede implementar fácilmente
- Se puede utilizar para detalles muy finos dependiendo de la delicadeza con la que se utilice el láser.
Desventajas
- Pérdida potencial de magnetización (si la temperatura excede la temperatura de Curie )
- La naturaleza superparamagnética de los ferroimanes de tamaño muy pequeño limita lo pequeño que se puede llegar
- Problemas de límites debido a posibilidades indeterminadas en la unión de inversión
- La profundidad de la reversión es actualmente limitada [41]
- No es demasiado eficiente en el sustrato de silicio ya que el silicio actúa como un disipador de calor (mejor en el sustrato de vidrio) [40]
- La magnetización residual es un problema debido a la profundidad de inversión que está limitada por la profundidad de penetración del rayo láser.
Ver también
- Grabación perpendicular
- Intercambio de medios de primavera
- Medios estampados
- Grabación magnética con ripias
- Grabación magnética asistida por microondas (MAMR): también grabación magnética bidimensional (TDMR), grabación con patrón de bits (BPR) y cabezales de magnetorresistencia gigante "corriente perpendicular al plano" (CPP / GMR).
Referencias
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enlaces externos
- 2002 Información de Seagate sobre HAMR
- Resumen técnico de Seagate HAMR que describe lo que se debe hacer para desarrollar HAMR, como en 2017