HAMR: nästa steg framåt är nu

Tidigare under 2017 meddelade Seagate att de första hårddiskarna som använder Heat-Assisted Magnetic Recording, eller HAMR, kommer att levereras till nyckelkunder i slutet av 2018.

Vi meddelar nu att Seagate faktiskt redan har skickat ut HAMR-enheter för integreringstester hos kunderna – och resultaten är som vi förväntade oss. HAMR-enheterna är lika enkla att integrera och fungerar på samma sätt som alla traditionella enheter. De har klarat kvalificeringstesterna med den förutsägbarhet som vi har konstruerat i enheterna.

Våra framgångsrika HAMR-tester bekräftar att våra produkter är plug-and-play, tillförlitliga och redo att levereras i pilotvolym nästa år:

• Framställningsbarhet: Byggde över 40 000 HAMR-enheter; pilotvolym 2018, volymleveranser av 20 TB+-enheter 2019; enheterna byggs på samma automatiserade monteringslinje som nuvarande produkter
• Kapacitet: Vi har byggt våra produkter på samma automatiserade monteringslinje som de nuvarande produkterna
• : Uppnått 2 Tbpsi arealdensitet; 30 % årlig densitetstillväxt på HAMR under de senaste nio åren
• Pålitlighet: Tester visade att dataöverföringar med ett huvud på över 2 Pb, överträffar verkliga specifikationer
• Simplicitet: HAMR är transparent för värddatorn; klarade kundtestning med standardkod
• Kostnad: Leveranskedjan är helt etablerad och redo för lansering; beräknad kostnad per TB slår äldre PMR-teknik

HAMR är en teknik som är utformad för att möjliggöra nästa stora ökning av den mängd data som kan lagras på en hårddisk. Den använder en ny typ av magnetisk medieteknik på varje disk som gör att databitar, eller korn, kan bli mindre och tätare packade än någonsin, samtidigt som de förblir magnetiskt stabila. En liten laserdiod som är fäst vid varje inspelningshuvud värmer upp en liten punkt på skivan, vilket gör det möjligt för inspelningshuvudet att vända den magnetiska polariteten för varje mycket stabil bit, vilket gör det möjligt att skriva in data.

I denna korta video beskriver jag kärnan i behovet av att utvecklas från PMR (perpendicular magnetic recording) till HAMR:

Varför denna strävan att leverera allt högre datatäthet?

IDC:s nyligen publicerade rapport, Data Age 2025, förutspår att den världsomspännande dataskalan kommer att växa till enorma 163 zettabytes (ZB) år 2025. Det är tio gånger så mycket data som producerades 2017.

Och IDC fortsätter att upprepa att hårddiskar kommer att vara centrala för att hantera 70 procent av datasfären. Med andra ord är framtiden mycket ljus för hårddiskar, förutsatt att tekniken fortsätter att erbjuda massiv kapacitet. HAMR är nästa teknik för att öka datatätheten på den färdplan som har definierats av de stora leverantörerna av lagringsteknik, som en del av Advanced Storage Technology Consortium (ASTC), som representerar branschens samförstånd.

Seagate har länge varit ledande när det gäller att investera i framtidens hårddiskteknologi för att lösa de olika smärtpunkterna inom datacentret. Seagate är laserfokuserat på innovation inom arealtäthet för att stödja den ständigt växande efterfrågan på exabyte. Seagate fortsätter också att leda vägen för att skala upp prestandan genom att innovera avancerad teknik för att förbättra IOPS och latenstid, och för att ta itu med TCO-krav med innovation på tekniknivå genom Helium, SMR och andra initiativ.

HAMR levererar den enda vägen till ledarskap i fråga om arealtäthet

Och även om Seagate vanligtvis ligger före i utvecklingen när det gäller att leverera nya kapacitetspoäng, så är Seagates teknikintroduktioner i linje med ASTC:s syn på teknikmigrering. ASTC:s färdplan som visas ovan illustrerar ASTC:s syn på hur inspelningsteknik kommer att migrera från en teknikplattform till nästa. Seagates introduktion av HAMR under det kommande året återspeglar detta samförstånd.

I bilden visar spetsarna på de färgade pilarna den ungefärliga datatäthetskapaciteten som förväntas av varje teknik. ASTC har definierat formella kriterier för att mäta giltigheten av demonstrationer av ny teknik, inklusive hur arealdensiteten kommer att mätas.

Seagate har redan demonstrerat fungerande HAMR-enheter som överträffar 2 Tbpsi med hjälp av ASTC-kriterierna, vilket innebär att man uppnår en kapacitet med hjälp av förproduktions-teknik som överskrider gränserna för CoPt-media när det gäller bitcellernas termiska stabilitet.

Det står klart att HAMR är den enda teknik som undersöks och testas i dag och som kan ge det nödvändiga nästa steget i arealdensitet. Med gränserna för PMR (perpendicular magnetic recording) över oss, för HAMR oss helt tillbaka på vägen mot ökad arealtäthet. Det är den enda teknik på kort sikt som i slutändan kan möjliggöra 10 Tbpsi när den kombineras med BPMR (Bit Patterned Media Recording), vilket innebär en 10x förbättring jämfört med PMR under det kommande decenniet.

HAMR är på god väg att leverera enheter på 20TB+ år 2019, och att fortsätta därefter med en prognostiserad 30-procentig CAGR (sammansatt årlig tillväxttakt) i datatäthet för att nå 40TB eller mer år 2023. Denna tillväxttakt i datatäthet är unik för HAMR och är avgörande för att säkerställa en fortsatt fördel i TCO som datacenter kräver av hårddiskar. Även om nya HAMR-komponenter medför en viss kostnad per enhet kan HAMR-diskar som helhet ge en lägre kostnad per TB jämfört med PMR-diskar på grund av den rena ökningen av den totala kapaciteten per disk.

I kombination med SMR (Shingled Magnetic Recording) och TDMR (Two-Dimensional Magnetic Recording) kan HAMR ge branschen den bästa kostnaden per TB, och tillsammans med parallelliseringstekniker kan prestandan öka i takt med att kapaciteten ökar. Fördelarna med HAMR-produkterna sträcker sig över alla segment; HAMR gör det möjligt för både klient- och företagsprodukter att växa med varje marknads krav på kapacitet och prestanda.

HAMR-tekniken är redo nu

I dag är HAMR-tekniken redo – och Seagate tillverkar redan tillförlitliga HAMR-enheter.

För tio år sedan verkade utvecklingen och leveransen av nya huvud- och mediakonstruktioner för HAMR komplicerad. Vi behövde definiera och utveckla en ny mediebeläggning som skulle vara magnetiskt tillräckligt ”hård” för att förhindra att allt mindre bitkorn slumpmässigt byter polaritet, men som var tillräckligt ”mjuk” för att lätt och snabbt kunna värmas och kylas upp och ned så att bitkornen kunde bytas ut av inspelningshuvudet. Och sedan fanns det frågor om hur man skulle integrera laserdioder och närfältsgivare i inspelningshuvuden.

Jämfört med äldre teknik är det komplicerat att lägga till en laser i varje huvud. Men Seagates branschledande forsknings- och utvecklingsteam har löst den ena frågan efter den andra – och i slutändan är vår HAMR-arkitektur idag enklare än någon annan metod för att leverera högre datatäthet efter PMR.

I dagsläget har vi byggt och testat mer än 40 000 HAMR-enheter (och vi har byggt miljontals HAMR-huvuden). Dessa enheter har visat att de på ett tillförlitligt sätt kan överföra över 2 Pb data på ett visst huvud, vilket motsvarar 35 Pb data som överförs under en femårig livslängd på en 12 TB-enhet – långt över alla förväntningar på verkliga tillämpningar. Och trots tidiga farhågor bland vissa branschkännare används ingen slitageutjämning i Seagate HAMR-enheter, och det behövs inte heller för att uppnå den tillförlitlighet som vi har visat.

Tillförlitligheten hos glasmedia som används i HAMR-enheter är väletablerad, och Seagate är den ledande experten på utveckling och tillverkning av media. Vår nuvarande leveranskedja för glasmedia har uppvisat 2,5 miljoner MTBF med levererad produkt.

Effekt, värme och tillförlitligheten hos relaterade system är lika nominell. HAMR-huvuden som är integrerade i kundsystem förbrukar under 200 mW ström under skrivning – en liten procentandel av den totala strömförbrukningen på 8 W som en enhet använder under slumpmässig skrivning, och bibehåller lätt en total strömförbrukning som är likvärdig med standarddiskar. Det sker alltså ingen ökning av enhetstemperaturen. I en HAMR-enhet värms naturligtvis mediet upp av laserdioden under skrivprocessen – men varje bit värms upp och kyls ner på en nanosekund, så HAMR-lasern har ingen inverkan alls på enhetens temperatur eller på mediets temperatur, stabilitet eller tillförlitlighet överlag.

Slutsatsen: Våra HAMR-enheter kommer att uppfylla samma krav på tillförlitlighet i datacenter som en PMR-enhet.

Redan tillverkad

Bortsett från den tillförlitliga konstruktionen och den beprövade kapaciteten hos våra tidiga HAMR-enheter har vi också utvecklat och driftsatt den tillförlitliga tillverkningsinfrastruktur som är nödvändig för att lansera i volym. Med HAMR-enheter som redan tillverkas i våra tillverkningsanläggningar är vår interna och externa leveranskedja stabilt på plats, och verktyg för volymtillverkning finns online.

Så, som jag nämnde i inledningen – efter att ha utnyttjat expertisen från våra team för forskning och utveckling, produktutveckling och tekniska tester för att göra HAMR till verklighet, började vi i år att leverera de första enheterna för kundtester, samtidigt som vi förbereder den slutgiltiga produkten som ska levereras under 2018.

Resultaten är inne. ”Testningen av HAMR var händelselös” eftersom hårddiskarna bara kopplas in och fungerar, och enhetens effektivitetsgrad var densamma som vilken generisk provkörning av hårddiskar som helst före lanseringen. Kunden behövde inte göra något speciellt med enheterna, de var plug and play och uppfyllde alla förväntade standarder.

De bara fungerar.

Välkommen till framtiden för hårddiskar med hög kapacitet.