upis

HAMR – Magnetno snimanje potpomognuto laserom

Kao što smo najavili u prethodnom članku, pozabavićemo se sledećom potencijalnom tehnologijom u razvoju hard diskova – HAMR – Magnetno snimanje potpomognuto laserom (eng. Heat Assisted Magnetic Recording).

Malo istorije (koja se ponavlja)

Kao što je najčešće slučaj, ovo nije nova tehnologija. Još davne 1954. godine, prijavljen je patent koji opisuje princip korišćenja temperature zajedno sa magnetnim poljem za snimanje podataka. Taj patent je praćen novim na polju magnetnih traka (dominatna tehnologija tog doba). Tri decenije kasnije, 80-ih, pojavljuje se nova klasa uređaja za snimanje podataka, nazvanih magneto-optički diskovi. Jedna od prednosti ovog tipa snimanja, u odnosu na čisto magnetno beleženje, jeste što je površina bita definisana veličinom fokusiranog lasera, umesto magnetnim poljem. Komparacije radi, 1988 godine, standardni 5.25″ magnetno-optički disk mogao je da snimi 650MB, sa tendencijom ka par GB, dok je običan disk iste veličine sa magnetnim upisom mogao da snimi oko 100MB.

Zašto i kako

Standardna tehnologija koja se danas koristi u hard diskovima je PMR – Perpendicular Magnetic Recording – bukvalno magnetno upisivanje pod pravim uglom. Profesor Shun-ichi Iwasaki je dokazao da se time može povećati količina upisanih podataka na istu površinu još davne 1976. godine. Međutim trebalo je da prođe 30 godina da bi se prihvatila promena u tehnologiji, kada se došlo do gornjeg ograničenja pri upisu LMR – longitudinal magnetic recording (horizontalnog upisivanja).

LMR i PMR

Porast korišćenja socijalnih medija, pretraživača, oblaka, multimedija visokog kvaliteta zahteva sve veći skladišni prostor. Proizvođači diskova su to do sada postizali povećavajući gustinu zapisa, smanjujući razmak između traka diska.

Struktura hard diska

Koncentrični krugovi gde se upisuju podaci –  A, B je geometrijski sektor, C sektor u okviru trake, D je klaster odnosno najmanja logička jedinica prostora za smeštanje fajlova – na starijim diskovima tipično 512B odnosno 1 sektor, dok je na novijim 4KB – 8 sektora

Ključ je da se obe stvari urade tako da se ne naruši magnetna orijentacija zapisanog bita, odnosno da upisani podaci ostanu validni.
Diskovi sa LMR tehnologijom imaju ograničenje do oko 200Gbita po kvadratnom inču, dok diskovi sa PMR tehnologijom imaju ograničenje na oko 1Tbit, zbog efekta superparamagnetizma* (podatke uzeti informativno, pošto se konstantno menjaju). To nas ostavlja sa diskovima maksimalnog kapaciteta do 6TB.

Glavni problem sadašnje tehnologije je tzv. trilema magnetnog upisa – Čitanje, Upis i Stabilnost. Te tri karakteristike se takmiče. Što je veća gustina upisa, to je manja stabilnost sistema. Mora da se koristi materijal sa veoma visokom magnetnom otpornošću (sposobnost materijala da zadrži namagnetisanje u prisustvu spoljašnjeg polja, odnosno da se ne razmagnetiše). I tu dolazimo do problema. U jednom trenutku površina na koju se upisuje jedan bit je toliko mala, i magnetna otpornost toliko velika da nije moguće napraviti dovoljno jako magnetno polje (na standardnoj glavi za čitanje i upis) da bi se promenilo namagnetisanje i upisao podatak.

Taj problem rešava HAMR. Naime, kada se materijal** zagreje preko određene temperature, nazvane Kirijeva temperatura ili Kirijeva tačka***, on gubi magnetnu otpornost i omogućava upis podataka sa realističnom jačinom magnetnog polja. Ovde za sve nas koji volimo tehniku i stripove sledi zabava. Povećanje temperature materijala se postiže – laserom!

HAMR VS PMR

Iako zvuči sjajno u teoriji, u praksi jačina tog lasera je jednaka malo kvalitetnijem laserskom pokazivaču, onom što se koristi na predavanjima i prezentacijama, par mW. Ceo proces zagrevanja i hlađenja određene tačke na disku traje ispod nanosekunde, tako da neće dolaziti do pregrevanja diska. U određenom trenutku, kada se dovoljno ohladi, potrebna jačina magnetnog polja za upis je otprilike duplo veća od polja koja se koriste na sadašnjim diskovima (PMR tehnologija koristi 5000A/m, za HAMR treba oko 10000A/m)  i, kada se skroz ohladi, rapidno se povećava magnetna stabilnost (sećate se magnetne otpornosti?). Ova tehnologija bi mogla da omogući povećanje gustine zapisa čak i za faktor 100. Odnosno mogli bismo da vidimo hard diskove veličine do 60TB u formatu 3.5″ i do 20TB u formatu 2.5″ u skorijoj budućnosti.

*Superparamagnetizam je forma magnetizma koja se pojavljuje kod malih fero i ferimagnetskih nanočestica, a to je da magnetna orijentacija menja haotično pod uticajem temperature.

**Glavna prednost korišćenja ove tehnologije je prelazak sa legure kobalta i platine koji se koristi na današnjim diskovima za zapis podataka na leguru gvožđa i platine koja je mnogo jači magnetni materijal (potrebno je magnetno polje oko 50000A/m da bi se promenio zapis bez zagrevanja), i omogućava mnogo veću gustinu i stabilnost zapisa.

Da bi ovi diskovi postali komercijalna stvarnost, odnosno ušli u serijsku proizvodnju, potrebno je da članovi ASTC-a (eng. Advanced Storage Technology Consortium – svi glavni tj. preostali proizvođači diskova), kao i njihovi dobavljači tipa LSI, Marvell i Xyratex, unaprede ili razviju par novih tehnologija. Jedna od njih je montiranje malog lasera na glavu za čitanje i upis, koji cilja par mikrometara ispred mesta gde se upisuju podaci, a da pri tome glava i dalje leti na konstantnoj visini iznad medija.
Kako se već uveliko priča o tome, sigurni smo da su rešenja na pomolu.

***Kirijeva temperatura ili Kirijeva tačka je dobila naziv po Pjeru Kiriju, koji je dokazao da se magnetna svojstva materijala gube prilikom dostizanja kritične temperature specifične za svaki materijal.

Hvala Vam što čitate naš blog!