San Jose (US), Starnberg, 12. Okt. 2017 - Kernstück der Entwicklung ist ein Spin Torque Oscillator (STO); Datenspeicherung mit ultra-hoher Dichte für 40TB HDDs und mehr...

Zum Hintergrund: Die klassische, universell einsetzbare Festplatte kommt derzeit bei 12TB pro Laufwerk langsam seine Grenzen ***. Neue Entwicklungen sind deshalb vordringlich, um den gestiegenen Bedarf an Speicherkapazitäten kosteneffizient abbilden zu können. Western Digital Corporation (WDC) hat hierzu gestern auf der firmeneigenen Veranstaltung „Innovating to Fuel the Next Decade of Big Data“ einen Durchbruch bei der Entwicklung von hoch-kapazitativen Festplatten (HDDs) angekündigt. Ziel der Entwicklungen ist es laut WDC dabei, die künftigen Anforderungen von Big Data an HDDs zu bewältigen und gleichzeitig die geforderte Zuverlässigkeit auf Rechenzentrumniveau zu bieten.

Im Mittelpunkt stand die Vorstellung der weltweit ersten Microwave-Assisted Magnetic Recording (MAMR **) HDD, laut WDC mit dem Erfinder der MAMR-Technologie, Professor Jimmy Zhu von der Carnegie Mellon University. Des Weiteren wurden auch Weiterentwicklungen in den Bereichen „Micro Actuation“ und bei der Damascene-Recording-Head -Technologie vorgestellt. Western Digital erwartet nach eigenen Angaben, dass die Auslieferung der MAMR HDDs mit ultra-hoher Kapazität für den Einsatz in Rechenzentren 2019 beginnen kann.

MAMR zählt zu den beiden energiegestützten Technologien, die Western Digital entwickelt, um die Aufzeichnungsdichte zu steigern. Vor kurzem ist es dem Unternehmen gelungen, bei Materialien und Prozessen einen Durchbruch zu erzielen, der sowohl das erforderliche verlässliche Leistungsvermögen, als auch die Fertigungssicherheit gewährleistet, um die Flächendichte und Kostenreduzierungen um durchschnittliche ungefähr 15 Prozent pro Jahr zu verbessern. Die Entwicklungen bei anderen energiegestützten Technologien, insbesondere Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR) erfordern andere Werkstoffe bzw. Materialien und stellen derzeit Herausforderungen hinsichtlich der Zuverlässigkeit dar, die bei MAMR demnach keine Rolle spielen sollen (MAMR zeigt laut WDC die Zuverlässigkeit und das Kostenprofil, welche den Anforderungen von Rechenzentren entsprechen).

Abb. 1: Unterschiede zwischen HAMR und MAMR (Bildquelle: WDC)

Source: Technology Brief, Next-Generation Technologies for a New Decade of Big Data Building on a Foundation of Technology Leadership, Timely Investments and Proven Execution. Sridhar Chatradhi, Lenny Sharp, Scott Harlin. Prepared for: Capacity Enterprise HDD Event, October 11, 2017 WDC Headquarters / Great Oaks Facility

Kernstück der Western Digital Entwicklung ist der „Spin Torque Oscillator“ (STO), mit dem ein Mikrowellenfeld erzeugt wird, das eine Datenspeicherung mit ultra-hoher Dichte erlaubt, ohne Einbußen bei der Zuverlässigkeit. Von der innovativen MAMR-Technologie wird erwartet, dass sie mit der Zeit mehr als 4 Terabits-Per-Square-Inch erreichen kann. Damit sollt bis 2025 die Möglichkeit bestehen, Laufwerke mit 40 TB Kapazität und mehr produzierten  zu können, wobei laut WDC jenseits dieses gesteckten Zeitrahmens noch weitere Kapazitätssteigerungen möglich sein dürften.

Abb. 2: MAMR Funktionsprinzip (Bildquelle: WDC)

MAMR baut laut WDC sowohl auf der HelioSeal-Technologie für heliumgefüllte Laufwerke als auch auf Technologien wie dem Micro Actuator und Recording-Head-Fertigung auf. Mit der Micro-Actuator-Technologie können Laufwerke die magnetischen Schreib-/Leseköpfe so exakt positionieren, dass sie auch mit ultra-hohen Speicherdichten umgehen können. Die Fertigung von Aufzeichnungsköpfen erfolgt bei Western Digital intern, wobei ein sogenannter „Damascene“-Prozess für die exakten Toleranzen und komplexen Strukturen sorgt, die erforderlich sind, um bei ultra-hoher Speicherdichte eine zuverlässige und kosteneffektive Speicherung zu gewährleisten. Der Damascene-Prozess ermöglicht auch die Einbettung des „Spin Torque Oscillator“, der für die Fertigung der MAMR-Köpfe erforderlich ist. Die Kombination dieser Technologien soll nach WDC sowohl für die Cloud als auch die Rechenzentren von Unternehmen aller Größen erhebliche Verbesserungen der Gesamtbetriebskosten mit sich bringen

WDC hält nach eigenen Angaben inzwischen mehr als 7.000 Patente im Bereich HDDs und erzielt kontinuierlich Fortschritte im Bereich heliumgefüllter HDDs. Hierzu gehören die kürzliche Einführung der ersten mit Host-managed Shingled Magnetic-Recording-(SMR)-Technologie ausgestatteten 14 TB Laufwerks für den Unternehmenseinsatz. *** Anmerkung: auch die zweite Generation der Host-managed SMR-Technologie  mit 14 TB ist auf Grund von SMR speziell für sequentielle Schreib-Umgebungen ausgelegt und eignet sich damit nicht Ersatz für klassische Enterprise-Laufwerke bei Random Read-Writes bzw. überwiegend Read IO workloads).

Abb. 3: HAMR und MAMR / Zuverlässigkeit (MTTF) über die Nutzungsdauer (Bildquelle: WDC)

Link > Weitere Information von Western Digital zur MAMR-Technologie

** Mikrowellen-unterstützte magnetische Aufzeichnung (MAMR)

Die MAMR-Technologie von WDC nutzt ein Mikrowellenfeld, das aus einem Spin-Drehmoment-Oszillator (STO = spin torque oscillator ) erzeugt wird. Bei dieser Methode erzeugt der STO, der sich in der Nähe des Schreibpoles des Kopfes befindet, ein Wechselstromfeld (AC), das es erlaubt Daten bei einem niedrigeren Magnetfeld in die senkrechten magnetischen Speicherbereiche des Mediums zu schreiben. Die MAMR- Technologie (Microwave Assisted Magnetic Recording) wurde übrigens auch anlässlich der 20. Internationalen Konferenz über Magnetismus ICM im Juli 2015 in Barcelona von Toshiba als Forschungsprojekt vorgestellt.

Querverweis zu Speicherentwicklungstrends & Aufzeichungsdichten / Storage Media: Storage Consortium Blog > Zur weiteren Zukunft von Tape Storage