HAMR: der nächste Sprung nach vorn ist jetzt

Anfang 2017 kündigte Seagate an, dass die ersten Festplatten mit Heat-Assisted Magnetic Recording (HAMR) bis Ende 2018 an wichtige Kunden ausgeliefert werden sollen.

Wir geben jetzt bekannt, dass Seagate tatsächlich bereits HAMR-Geräte für Kundenintegrationstests ausliefert – und die Ergebnisse sind so, wie wir erwartet haben. Die HAMR-Laufwerke sind so einfach zu integrieren und funktionieren ähnlich wie herkömmliche Laufwerke. Sie haben die Qualifikationstests mit der Vorhersagbarkeit bestanden, die wir in die Laufwerke eingebaut haben.

Unsere erfolgreichen HAMR-Tests bestätigen, dass unsere Produkte Plug-and-Play-fähig und zuverlässig sind und im nächsten Jahr in Pilotmengen ausgeliefert werden können:

• Herstellbarkeit: Über 40.000 HAMR-Laufwerke gebaut; Pilotvolumen im Jahr 2018, Volumenlieferungen von 20 TB+ Laufwerken im Jahr 2019; Laufwerke werden auf derselben automatisierten Montagelinie wie aktuelle Produkte hergestellt
• Kapazität: Erreicht 2 Tbpsi Flächendichte; 30 % jährlicher Dichtezuwachs bei HAMR in den letzten neun Jahren
• Zuverlässigkeit: Tests ergaben Single-Head-Datenübertragungen von über 2 PB, was die realen Spezifikationen übertrifft
• Einfachheit: HAMR ist für den Host transparent; Kundentests unter Verwendung von Standardcode bestanden
• Kosten: Lieferkette vollständig etabliert und bereit zur Markteinführung; prognostizierte Kosten pro TB übertreffen die herkömmliche PMR-Technologie

HAMR ist eine Technologie, die die nächste große Steigerung der Datenmenge, die auf einer Festplatte gespeichert werden kann, ermöglichen soll. Sie verwendet eine neuartige magnetische Technologie auf jeder Platte, die es ermöglicht, Datenbits oder Körner kleiner und dichter als je zuvor zu packen und dabei magnetisch stabil zu bleiben. Eine kleine Laserdiode, die an jedem Aufzeichnungskopf angebracht ist, erhitzt einen winzigen Punkt auf der Platte, wodurch der Aufzeichnungskopf die magnetische Polarität jedes sehr stabilen Bits umkehren kann, so dass die Daten geschrieben werden können.

In diesem kurzen Video beschreibe ich den Kern der Notwendigkeit, von PMR (Perpendicular Magnetic Recording) auf HAMR umzusteigen:

Warum der Vorstoß zu immer höherer Datendichte?

Der jüngste Bericht von IDC, Data Age 2025, sagt voraus, dass das weltweite Datenaufkommen bis 2025 auf enorme 163 Zettabytes (ZB) ansteigen wird. Das ist das Zehnfache der Datenmenge, die 2017 produziert wurde.

Und IDC bekräftigt erneut, dass Festplatten bei der Verwaltung von 70 Prozent des Datenvolumens eine zentrale Rolle spielen werden. Mit anderen Worten: Die Zukunft sieht für Festplatten sehr rosig aus, vorausgesetzt, die Technologie bietet weiterhin eine enorme Kapazität. HAMR ist die nächste Technologie zur Erhöhung der Datendichte auf der Roadmap, die von den wichtigsten Anbietern von Speichertechnologien als Teil des Advanced Storage Technology Consortium (ASTC) definiert wurde und den Branchenkonsens darstellt.

Seagate ist seit langem führend bei Investitionen in die Zukunft der Festplattentechnologie, um die verschiedenen Probleme im Rechenzentrum zu lösen. Seagate konzentriert sich auf Innovationen im Bereich der Flächendichte, um die ständig wachsende Nachfrage nach Exabytes zu befriedigen. Seagate ist auch weiterhin führend bei der Steigerung der Leistung, indem es fortschrittliche Technologien zur Verbesserung von IOPS und Latenzzeit entwickelt und die TCO-Anforderungen mit Innovationen auf technologischer Ebene durch Helium, SMR und andere Initiativen erfüllt.

HAMR bietet den einzigen Weg zu einer führenden Flächendichte

Obwohl Seagate bei der Bereitstellung neuer Kapazitätspunkte in der Regel der Zeit voraus ist, stimmen die Technologieeinführungen von Seagate mit der ASTC-Ansicht zur Technologiemigration überein. Die oben gezeigte ASTC-Roadmap veranschaulicht die Ansicht von ASTC, wie die Aufzeichnungstechnologie von einer Technologieplattform zur nächsten migriert. Die Einführung von HAMR durch Seagate im kommenden Jahr spiegelt diesen Konsens wider.

In der Abbildung zeigen die Spitzen der farbigen Pfeile die ungefähre Datendichte an, die von jeder Technologie erwartet wird. ASTC hat formale Kriterien für die Messung der Validität neuer Technologiedemonstrationen definiert, einschließlich der Messung der Flächendichte.

Seagate hat bereits funktionierende HAMR-Laufwerke mit mehr als 2 Tbpsi unter Anwendung der ASTC-Kriterien demonstriert und dabei eine Kapazität mit Vorserientechnologie erreicht, die die Grenzen von CoPt-Medien für die thermische Stabilität von Bitzellen übersteigt.

Es ist klar, dass HAMR die einzige Technologie ist, die heute erforscht und getestet wird und die den notwendigen nächsten Schritt bei der Flächendichte bieten kann. Nachdem die PMR-Technologie (Perpendicular Magnetic Recording) an ihre Grenzen gestoßen ist, bringt uns HAMR zurück auf den Weg der Erhöhung der Flächendichte. Es ist die einzige in naher Zukunft verfügbare Technologie, die in Verbindung mit BPMR (Bit Patterned Media Recording) eine 10-fache Verbesserung gegenüber PMR im kommenden Jahrzehnt ermöglicht.

HAMR ist auf dem besten Weg, bis 2019 Laufwerke mit einer Kapazität von 20 TB und mehr zu liefern und danach mit einer prognostizierten jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 30 % eine Datendichte von 40 TB oder mehr bis 2023 zu erreichen. Diese Wachstumsrate bei der Datendichte ist einzigartig für HAMR und entscheidend für die Gewährleistung eines anhaltenden TCO-Vorteils, den Rechenzentren von Festplatten benötigen. Obwohl neue HAMR-Komponenten die Kosten pro Kopf erhöhen, können HAMR-Laufwerke als Ganzes im Vergleich zu PMR-Laufwerken geringere Kosten pro TB liefern, da die Gesamtkapazität pro Platte deutlich steigt.

Im Zusammenspiel mit SMR (Shingled Magnetic Recording) und TDMR (Two-Dimensional Magnetic Recording) kann HAMR der Branche die besten Kosten pro TB bieten, und in Verbindung mit Parallelitätstechniken kann die Leistung parallel zur Kapazitätssteigerung skalieren. Die Vorteile von HAMR-Produkten erstrecken sich über alle Segmente; HAMR ermöglicht es sowohl Kunden- als auch Unternehmensprodukten, mit den Kapazitäts- und Leistungsanforderungen des jeweiligen Marktes zu wachsen.

Die HAMR-Technologie ist jetzt bereit

Heute ist die HAMR-Technologie bereit – und Seagate produziert bereits zuverlässige HAMR-Laufwerke.

Vor zehn Jahren schien die Entwicklung und Bereitstellung neuer Kopf- und Mediendesigns für HAMR komplex. Wir mussten eine neue Medienbeschichtung definieren und entwickeln, die magnetisch „hart“ genug sein würde, um zu verhindern, dass immer kleinere Bit-Körner zufällig die Polarität wechseln, die aber „weich“ genug war, um leicht und schnell erhitzt und gekühlt werden zu können, damit diese Bits vom Aufzeichnungskopf gewechselt werden konnten. Und dann war da noch die Frage, wie man Laserdioden und Nahfeldwandler in die Aufzeichnungsköpfe integrieren kann.

Im Vergleich zu herkömmlichen Technologien ist es kompliziert, einen Laser in jeden Kopf zu integrieren. Aber das branchenführende Forschungs- und Entwicklungsteam von Seagate hat eine Frage nach der anderen gelöst – und am Ende ist unsere HAMR-Architektur heute einfacher als jeder andere Ansatz zur Bereitstellung einer höheren Datendichte nach PMR.

Bis heute haben wir mehr als 40.000 HAMR-Laufwerke gebaut und getestet (und wir haben Millionen von HAMR-Köpfen gebaut). Diese Laufwerke haben bewiesen, dass sie in der Lage sind, mehr als 2 PB an Daten auf einem bestimmten Kopf zuverlässig zu übertragen; dies entspricht 35 PB an Daten, die in einer fünfjährigen Lebensdauer auf einem 12-TB-Laufwerk übertragen werden – weit jenseits aller realen Anwendungserwartungen. Und trotz anfänglicher Bedenken einiger Branchenbeobachter wird bei den HAMR-Laufwerken von Seagate kein Wear-Leveling verwendet, und es ist auch nicht erforderlich, um die von uns demonstrierte Zuverlässigkeit zu erreichen.

Die Zuverlässigkeit der in HAMR-Laufwerken verwendeten Glasmedien ist allgemein bekannt, und Seagate ist der führende Experte für die Entwicklung und Herstellung von Medien. Unsere derzeitige Lieferkette für Glasmedien hat eine MTBF von 2,5 Mio. mit ausgelieferten Produkten nachgewiesen.

Strom, Wärme und die Zuverlässigkeit der zugehörigen Systeme sind gleichermaßen nominal. HAMR-Köpfe, die in Kundensysteme integriert sind, verbrauchen beim Schreiben weniger als 200 mW – ein winziger Prozentsatz der Gesamtleistung von 8 W, die ein Laufwerk beim zufälligen Schreiben verbraucht, und die Gesamtleistungsaufnahme entspricht problemlos der eines Standardlaufwerks. Dadurch steigt die Temperatur des Laufwerks nicht an. Natürlich wird bei einem HAMR-Laufwerk das Medium während des Schreibvorgangs durch die Laserdiode erhitzt – aber jedes Bit wird innerhalb einer Nanosekunde erhitzt und abgekühlt, so dass der HAMR-Laser keinerlei Auswirkungen auf die Laufwerkstemperatur oder die Temperatur, Stabilität oder Zuverlässigkeit des Mediums insgesamt hat.

Das Fazit: Unsere HAMR-Laufwerke erfüllen die gleichen Anforderungen an die Zuverlässigkeit von Rechenzentren wie PMR-Laufwerke.

Bereits in der Fertigung

Neben dem zuverlässigen Design und den bewährten Fähigkeiten unserer ersten HAMR-Geräte haben wir auch die zuverlässige Fertigungsinfrastruktur entwickelt und bereitgestellt, die für eine Serieneinführung erforderlich ist. Da die HAMR-Laufwerke bereits in unseren Fertigungsanlagen hergestellt werden, ist unsere interne und externe Lieferkette solide eingerichtet und die Werkzeuge für die Serienfertigung sind online.

Wie ich bereits eingangs erwähnt habe, haben wir das Fachwissen unserer Teams für Forschung, Entwicklung, Produktentwicklung und technische Tests genutzt, um HAMR Wirklichkeit werden zu lassen, und haben in diesem Jahr mit der Auslieferung erster Einheiten für Kundentests begonnen, während wir die Auslieferung des endgültigen Produkts für 2018 vorbereiten.

Die Ergebnisse liegen vor. „Das Testen von HAMR verlief ereignislos“, da die Laufwerke einfach angeschlossen werden und funktionieren, und die Effektivitätsraten der Einheiten waren die gleichen wie bei einem generischen Musterlauf vor der Veröffentlichung der Festplatte. Der Kunde musste nichts Besonderes mit den Laufwerken tun, sie waren Plug-and-Play und erfüllten alle erwarteten Standards.

Sie funktionieren einfach.

Willkommen in der Zukunft der Festplatten mit hoher Kapazität.