Перспективная технология магнитной записи MAMR: что нас ожидает в ближайшем будущем?
К 2025 году общемировой объем сохраненных данных достигнет 163 зеттабайт — к такому выводу пришли аналитики консалтинговой компании International Data Corporation (IDC) в своем докладе «The Data Age 2025». Для сравнения, в 2016 году эта цифра составляла всего 16 зеттабайт — таким образом, мы получим практически десятикратный прирост объема сохраненной информации.
Виноваты в этом отнюдь не видео в формате 4K и не компьютерные игры весом от 100 ГБ и выше: столь бурный рост связан с повышенным интересом к Big Data со стороны бизнеса. Стремясь предсказать поведение потенциальных клиентов и лучше понять целевую аудиторию, крупные корпорации фиксируют буквально каждое действие, совершаемое человеком в глобальной паутине. Ситуацию усугубляют и такие перспективные направления, как машинное обучение и интернет вещей: миллиарды устройств ежесекундно генерируют огромное количество информации, а нейросети требуют все больше сведений для анализа и обработки.
Перечисленные факторы определяют спрос на более вместительные накопители, но реально ли в принципе удовлетворить потребности современного рынка? Мы утверждаем — да, с появлением MAMR нет ничего невозможного! Специально для тех, у кого нет времени на чтение объемных материалов, мы подготовили короткий видеоролик, освещающий основные преимущества накопителей, выполненных по технологии MAMR.
Если же вы хотите узнать «грязные подробности», добро пожаловать под кат!
Когда речь заходит о повышении плотности хранения данных, в дело вступает так называемая «трилемма магнитной записи». Увеличение плотности записи предполагает снижение физических размеров магнитного домена — участка пластины, в котором хранится 1 бит информации. Проблема в том, что чем меньше размеры зерна, тем быстрее происходит его размагничивание: сохраненная информация искажается или может быть вовсе утрачена вследствие теплового движения элементарных частиц.
Эту проблему можно решить путем использования магнитотвердых материалов, характеризующихся высокими значениями коэрцитивной силы. Однако, чем миниатюрнее домен, тем меньшую площадь должна иметь и записывающая головка, которая в результате не сможет генерировать магнитное поле с силой, достаточной для записи информации. Таким образом, вырисовывается тупиковая ситуация, выход из которой долгие годы не могли найти лучшие умы планеты.
Появление HAMR (Heat-assisted Magnetic Recording) должно было совершить революцию в индустрии, однако технология термомагнитной записи оказалась нерентабельна. Принцип ее действия состоит в локальном нагреве поверхности магнитных пластин до 450°C с помощью лазера, что позволяет временно снизить коэрцитивность (напряженность магнитного поля) и, как следствие, уменьшить площадь, необходимую для записи 1 бита информации. В процессе разработки технологии инженеры столкнулись с серьезной проблемой: оказалось, что сфокусировать лазерный луч на участке менее 50 нм технически невозможно (минимальный диаметр термального пятна составляет около 120 нм), тогда как точность позиционирования пишущей головки достигает 10 нм.
В результате систему HAMR пришлось значительно усложнить. В последних образцах накопителей, использующих принцип термомагнитной записи, лазер не облучает магнитную пластину напрямую: тепловая энергия передается через оптический преобразователь ближнего поля (Near Field optical Transducer, или NFT), главным компонентом которого является плазмонная антенна, выполненная из золота. Последняя способна проводить частоты порядка терагерц и генерировать так называемую «стоячую волну», что и позволяет добиться нужного размера пятна.
Усложнение конструкции пишущей головки в сочетании с использованием золота привело к существенному росту себестоимости производства. Кроме того, в ходе испытаний было установлено, что плазмонная антенна быстро деформируется под действием высоких температур и не соответствует современным отраслевым стандартам надежности.
MAMR работает иначе. В основу технологии лег спинтронный осциллятор, представляющий собой многослойный тонкопленочный генератор высокочастотного (20–40 ГГц) поля, возникающего за счет поляризации спинов электронов под действием постоянного тока. Генератор осуществляет «накачку» магнитного домена, за счет чего удается существенно снизить энергетические затраты, необходимые для изменения вектора намагниченности участка записывающего слоя на противоположный.
В сочетании с применением дамасского процесса изготовления записывающих головок, способного обеспечить точный контроль формы и размеров полюса, а также благодаря использованию многоступенчатого микропривода, размер зерна удалось сократить с 8–12 нм до рекордных 4 нм и существенно повысить плотность записи — вплоть до 4 Тбит на квадратный дюйм. В перспективе это позволит создавать 3.5–дюймовые HDD емкостью до 40 ТБ, то есть, превосходящие современные модели по объему практически в четыре раза! Причем переход на MAMR никак не отражается на надежности накопителя, так как спинтронный осциллятор не подвергается воздействию экстремальных температур.
Еще одним важным преимуществом MAMR является полная совместимость с технологией HelioSeal, конфликтующей с HAMR. Поскольку теплопроводность гелия больше, чем воздуха, газовая среда будет достаточно быстро нагреваться в процессе записи, а значит давление внутри самого диска возрастет. Вслед за ней возрастет и сила сопротивления вращению магнитных пластин, то есть, для раскрутки шпинделя потребуется более мощный привод. В свою очередь, из-за того, что сами устройства станут более горячими, увеличатся и расходы на кондиционирование ЦОД, что делает массовое использование термомагнитных накопителей еще более сомнительным. В случае с MAMR подобных проблем не возникает: переход на новые диски не потребует от владельцев дата-центров модернизации системы охлаждения и никак не отразится на счетах за электричество.
