HAMR: the Next Leap Forward is Now

Eerder in 2017 kondigde Seagate aan dat de eerste harde schijven die gebruikmaken van Heat-Assisted Magnetic Recording, of HAMR, eind 2018 naar belangrijke klanten zullen worden verscheept.

We kondigen nu aan dat Seagate in feite al HAMR-eenheden verscheept voor klantintegratietests – en de resultaten zijn zoals we verwachtten. De HAMR-schijven zijn net zo eenvoudig te integreren en werken op dezelfde manier als elke traditionele schijf. Ze hebben de kwalificatietests doorstaan met de voorspelbaarheid die we in de schijven hebben ingebouwd.

Onze succesvolle HAMR-tests bevestigen dat onze producten plug-and-play, betrouwbaar en klaar zijn om volgend jaar in proefvolume te worden verscheept:

• Fabriceerbaarheid: Meer dan 40.000 HAMR-schijven gebouwd; pilotvolume in 2018, volumeverzendingen van 20TB+-schijven in 2019; schijven worden gebouwd op dezelfde geautomatiseerde assemblagelijn als huidige producten
• Capaciteit: Bereikte 2 Tbpsi oppervlaktedichtheid; 30% jaarlijkse dichtheidsgroei op HAMR in de afgelopen negen jaar
• Betrouwbaarheid: Tests bewezen single-head data transfers van meer dan 2PB, overtreft real-world specificaties
• Simplicity: HAMR is transparant voor host; geslaagd voor klantentests met gebruikmaking van standaardcode
• Kosten: Toeleveringsketen volledig opgezet en klaar voor lancering; verwachte kosten per TB traject verslaat legacy PMR-technologie

HAMR is een technologie die is ontworpen om de volgende grote toename van de hoeveelheid gegevens die kan worden opgeslagen op een harde schijf mogelijk te maken. Er wordt gebruik gemaakt van een nieuw soort magnetische mediatechnologie op elke schijf, waardoor gegevensbits, of korrels, kleiner en dichter opeengepakt kunnen worden dan ooit, terwijl ze magnetisch stabiel blijven. Een kleine laserdiode die aan elke opnamekop is bevestigd, verhit een minuscuul plekje op de schijf, waardoor de opnamekop de magnetische polariteit van elk zeer stabiel bit kan omkeren, zodat gegevens kunnen worden geschreven.

In deze korte video beschrijf ik de kern van de noodzaak om van PMR (perpendicular magnetic recording) naar HAMR te evolueren:

Waarom de drang om steeds hogere datadichtheid te leveren?

Het recente rapport van deIDC, Data Age 2025, voorspelt dat de wereldwijde datacreatie zal groeien tot een enorme 163 zettabytes (ZB) in 2025. Dat is tien keer de hoeveelheid data die in 2017 wordt geproduceerd.

En IDC blijft herhalen dat harde schijven centraal zullen staan in het beheer van 70 procent van de datasfeer. Met andere woorden, de toekomst is zeer rooskleurig voor harde schijven, ervan uitgaande dat de technologie een enorme capaciteit blijft bieden. HAMR is de volgende technologie om de gegevensdichtheid te verhogen op de routekaart die is gedefinieerd door de belangrijkste leveranciers van opslagtechnologie, als onderdeel van het Advanced Storage Technology Consortium (ASTC), dat de industrieconsensus vertegenwoordigt.

Seagate is al lang de leider die investeert in de toekomst van harde-schijventechnologie om de verschillende pijnpunten binnen het datacenter aan te pakken. Seagate richt zich met name op innovatie op het gebied van oppervlaktedichtheid om de steeds groeiende vraag naar exabytes te ondersteunen. Seagate blijft ook vooroplopen bij het opschalen van de prestaties door geavanceerde technologieën te innoveren om de IOPS en latentie te verbeteren, en om TCO-eisen aan te pakken met innovatie op technologisch niveau via Helium, SMR en andere initiatieven.

HAMR levert de enige weg naar leiderschap op het gebied van areale dichtheid

Hoewel Seagate doorgaans voorloopt op de curve bij het leveren van nieuwe capaciteitspunten, zijn de technologische introducties van Seagate consistent met de ASTC-visie op technologiemigratie. De hierboven afgebeelde ASTC roadmap illustreert ASTC’s visie op hoe opnametechnologie zal migreren van het ene technologieplatform naar het volgende. De invoering van HAMR door Seagate in het komende jaar weerspiegelt deze consensus.

In de afbeelding geven de uiteinden van de gekleurde pijlen bij benadering de gegevensdichtheid aan die van elke technologie wordt verwacht. ASTC heeft formele criteria vastgesteld voor het meten van de geldigheid van demonstraties van nieuwe technologie, inclusief de wijze waarop de oppervlaktedichtheid zal worden gemeten.

Seagate heeft reeds werkende HAMR-schijven gedemonstreerd die 2 Tbpsi overtreffen met gebruikmaking van de ASTC-criteria, waarbij een capaciteit is bereikt met gebruikmaking van preproductietechnologie die de grenzen van CoPt-media voor thermische stabiliteit van bitcellen overschrijdt.

Het is duidelijk dat HAMR de enige technologie is die momenteel wordt onderzocht en getest en die de noodzakelijke volgende stap in oppervlaktedichtheid kan bieden. Nu de grenzen van PMR (perpendicular magnetic recording) zijn bereikt, brengt HAMR ons weer volledig op het pad van de groei van de oppervlaktedichtheid. Het is de enige technologie op de korte termijn die uiteindelijk 10 Tbpsi mogelijk maakt in combinatie met BPMR (Bit Patterned Media Recording), voor een tienvoudige verbetering ten opzichte van PMR in het komende decennium.

HAMR is op weg om 20TB+ schijven te leveren in 2019, en daarna door te gaan met een voorspelde 30 procent CAGR (compound annual growth rate) in data density om 40TB of hoger te bereiken in 2023. Deze groeisnelheid in datadichtheid is uniek voor HAMR, en is van cruciaal belang om te zorgen voor een blijvend voordeel in TCO dat datacenters van harde schijven verlangen. Hoewel nieuwe HAMR-componenten kosten per kop toevoegen, kunnen de kosten per TB van HAMR-schijven als geheel lager uitvallen dan die van PMR-schijven, omdat de totale capaciteit per schijf alleen al toeneemt.

In combinatie met SMR (Shingled Magnetic Recording) en TDMR (Two-Dimensional Magnetic Recording) kan HAMR de beste kosten per TB opleveren, en in combinatie met parallelliteitstechnieken kunnen de prestaties meegroeien met de capaciteitstoename. De voordelen van HAMR-producten gelden voor alle segmenten; HAMR stelt zowel klanten als bedrijven in staat om mee te groeien met de capaciteits- en prestatie-eisen van elke markt.

HAMR-technologie is er nu klaar voor

Vandaag is de HAMR-technologie er klaar voor – en Seagate produceert al betrouwbare HAMR-schijven.

Tien jaar geleden leek de ontwikkeling en levering van nieuwe kop- en mediaontwerpen voor HAMR complex. We moesten een nieuwe mediacoating definiëren en ontwikkelen die magnetisch “hard” genoeg zou zijn om te voorkomen dat steeds kleinere bitkorrels willekeurig van polariteit zouden veranderen, maar die “zacht” genoeg was om gemakkelijk en snel te kunnen worden verwarmd en gekoeld om het mogelijk te maken dat die bits door de opnamekop zouden worden verwisseld. En dan waren er nog de vragen hoe laserdiodes en near-field transducers in opnamekoppen konden worden geïntegreerd.

Vergeleken met verouderde technologie is het toevoegen van een laser aan elke kop gecompliceerd. Maar Seagate’s toonaangevende onderzoeks- en ontwikkelingsteam heeft de ene vraag na de andere opgelost – en uiteindelijk is onze HAMR-architectuur vandaag de dag eenvoudiger dan elke andere benadering voor het leveren van een hogere gegevensdichtheid na PMR.

Tot op heden hebben we meer dan 40.000 HAMR-schijven gebouwd en getest (en we hebben miljoenen HAMR-koppen gebouwd). Deze schijven hebben aangetoond dat ze betrouwbaar meer dan 2 PB aan gegevens kunnen overdragen op een gegeven kop; dit komt overeen met 35 PB aan overgedragen gegevens in een levensduur van vijf jaar op een schijf van 12 TB – ver boven de verwachtingen van een echte toepassing. En ondanks de aanvankelijke bezorgdheid van sommige industrie-watchers, wordt in Seagate HAMR-schijven geen gebruik gemaakt van wear-leveling, en is dit ook niet nodig om de betrouwbaarheid te bereiken die we hebben aangetoond.

De betrouwbaarheid van glasmedia die in HAMR-schijven worden gebruikt, is goed bewezen en Seagate is de toonaangevende expert op het gebied van media-ontwikkeling en -productie. Onze huidige toeleveringsketen van glasmedia heeft 2,5 M MTBF aangetoond met verzendproduct.

Power, warmte en de betrouwbaarheid van verwante systemen is even nominaal. HAMR-koppen die in systemen van klanten zijn geïntegreerd, verbruiken minder dan 200 mW tijdens het schrijven – een miniem percentage van de totale 8 W die een schijf verbruikt tijdens willekeurig schrijven, en gemakkelijk een totaal energieverbruik handhaven dat gelijk is aan dat van standaardschijven. De temperatuur van de schijf stijgt dus niet. Natuurlijk wordt in een HAMR-schijf de media tijdens het schrijfproces verwarmd door de laserdiode – maar elke bit wordt verwarmd en koelt af in een nanoseconde, zodat de HAMR-laser geen enkele invloed heeft op de temperatuur van de schijf of de temperatuur, stabiliteit of betrouwbaarheid van de media in het algemeen.

Het komt erop neer: Onze HAMR-drives voldoen aan dezelfde datacenter-betrouwbaarheidsvereisten als een PMR-drive.

Worden al gefabriceerd

Naast het betrouwbare ontwerp en de bewezen mogelijkheden van onze vroege HAMR-eenheden, hebben we ook de betrouwbare productie-infrastructuur ontwikkeld en ingezet die nodig is om in volume te lanceren. Met HAMR-aandrijvingen die al in onze productiefaciliteiten worden gemaakt, is onze interne en externe toeleveringsketen stevig op zijn plaats, en zijn de hulpmiddelen voor volumeproductie online.

Dus, zoals ik in de opening zei – na de expertise van onze R&D-, productontwikkelings- en engineeringtestteams te hebben ingezet om HAMR tot een realiteit te maken, zijn we dit jaar begonnen met het verschepen van de eerste eenheden voor klantentests, terwijl we het definitieve product voorbereiden om in 2018 te verschepen.

De resultaten zijn binnen. “Het testen van HAMR verliep zonder problemen, omdat de schijven gewoon in het stopcontact zitten en werken, en de effectiviteit van de eenheden was hetzelfde als bij een generieke pre-release sample harde schijf. De klant hoefde niets speciaals met de schijven te doen, ze waren plug-and-play, en ze voldeden aan alle verwachte normen.

Ze werken gewoon.

Welkom in de toekomst van harde schijven met hoge capaciteit.