Скачиваний:
37
Добавлен:
30.03.2015
Размер:
709.12 Кб
Скачать

Жёсткие диски: современное состояние и перспективы развития

 4 сентября 2008

Страница:   1 2 3 4 

Будущие ёмкости и улучшения технологии записи

Куда же движутся современные жёсткие диски? Мы представим вам несколько слайдов, которые мы посмотрели во время технологического семинара Hitachi GST несколько месяцев тому назад, поскольку они позволяют лучше обрисовать будущее.

Можно вполне предполагать, что все крупные производители жёстких дисков работают над одинаковыми или, по крайней мере, схожими технологиями, поскольку лидерство по ёмкости является ключевым для массового рынка, а лидерство по производительности является ключевым для, собственно, звания лидера, а значит и репутации. Производители, которые выпускают самые скоростные винчестеры, у всех на слуху, а производители, которые обеспечивают максимальную ёмкость на пластину, могут дать максимальную ёмкость жёстких дисков для массового рынка, использующих одну пластину. Последнее немаловажно и для сборщиков ноутбуков, поскольку такие винчестеры оказываются самыми популярными.

Плотность записи

Нажмите на картинку для увеличения.

Вполне очевидно, что плотность записи (измеряемая в мегабитах на квадратный дюйм) является ключевым фактором для повышения ёмкости пластины и винчестера. В последние годы рост ёмкости был весьма существенным, но для преодоления так называемого эффекта суперпарамагнетизма, при котором соседние магнитные элементы влияют друг на друга, потребовался переход на перпендикулярную магнитную запись, пусть и за счёт компромиссов по надёжности хранения данных. При перпендикулярной магнитной записи магнитные домены, хранящие состояния отдельных битов, располагаются не горизонтально, а вертикально. Все современные жёсткие диски используют технологию перпендикулярной магнитной записи (PMR), которая была необходима для преодоления 1-Тбайт барьера для 3,5" винчестеров и достижения 500 Гбайт для 2,5" мобильных накопителей. Сегодня плотность записи составляет 250 Гбит на квадратный дюйм, и мы находимся между третьим и четвёртым поколениями магнитной перпендикулярной записи, в зависимости от производителя и линейки жёстких дисков. Сама по себе PMR позволила увеличить плотность записи, по меньшей мере, на 100%.

До 50 Тбайт на 3,5" винчестерах и до 12 Тбайт на 2,5" накопителях

Нажмите на картинку для увеличения.

Hitachi утверждает, что на основе современных знаний, использование оптимизированной и улучшенной технологии перпендикулярной магнитной записи позволяет повысить плотность хранения данных в четыре раза. Ключевой фактор для данного улучшения - технология шаблонной записи (patterned media technology), которая поможет 2,5" накопителям для ноутбуков достичь 1,5 Тбайт к началу следующего десятилетия и примерно 4 Тбайт к 2013 году. Настольные жёсткие диски к тому времени доберутся до 10 Тбайт. Следующий этап зависит от успеха и скорости внедрения шаблонной записи: запись при помощи температуры (thermally assisted recording) позволит выпускать 2,5" винчестеры для ноутбуков ёмкостью в 10-12 Тбайт, а также уместить до 50 Тбайт на один 3,5" настольный жёсткий диск. Однако ещё пройдёт немало лет, прежде чем мы всё это получим.

Шаблонная запись

Нажмите на картинку для увеличения.

Шаблонная запись понятна по своему названию: на пластину будет нанесён шаблон, определяющий точное расположение каждого бита. Шаблон можно представить как соты с ячейками, что позволит ещё сильнее уменьшить действие эффекта суперпарамагнетизма и убедиться, что хранимые биты не влияют друг на друга. Тогда плотность записи можно будет повышать без риска ухудшить надёжность хранения данных.

Hitachi утверждает, что один из поставщиков компании уже предлагает пластины для шаблонной записи, но, как считает компания, шаблонная запись не выйдет на массовый рынок раньше 2010 года. Впрочем, Hitachi уже разрабатывает эту технологию, она выйдет на рынок как только PMR исчерпает свои возможности.

Запись при помощи температуры

Нажмите на картинку для увеличения.

Хотя до записи при помощи температуры ещё не один год, все производители жёстких дисков подтверждают, что эта технология должна стать следующим существенным шагом; она вовлечёт использование альтернативных материалов для записи информации. Hitachi их не называет, но надёжное хранение магнитной информации останется очень важной проблемой.

Перпендикулярная магнитная запись изменила ориентацию магнитных доменов, чтобы они не влияли друг на друга. Шаблонная запись внедрит структуру хранения доменов, которая позволит приблизить их друг к другу, чтобы повысить плотность записи. Запись при помощи температуры будет использовать лазер, который будет повышать температуру участка, чтобы изменить его магнитные свойства. Операции чтения не потребуют нагрева лазером, и намагничивание должно сохраняться на довольно стабильном уровне, но точно прикладываемый нагрев будет использоваться для изменения информации.

Больше функций: контроль вибрации, регулировка высоты

Нажмите на картинку для увеличения.

Вполне понятно, что ширина так называемых дорожек - концентрических окружностей, на которые записываются данные - должна быть меньше для увеличения плотности хранения данных. Однако при этом очень важно контролировать вибрации, которые если и не приведут к повреждениям данных, могут повлиять на производительность, поскольку жёсткому диску придётся восстанавливать позиционирование головок каждый раз, чтобы они считывали правильную дорожку.

Нажмите на картинку для увеличения.

Это не проблема для настольных жёстких дисков, но корпоративные приложения, с десятками или сотнями жёстких дисков в одной стойке, могут существенно снижать производительность. Hitachi использует в своих продуктах технологию под названием Rotational Vibration Safeguard, предотвращающую эффекты вибрации. Два датчика на жёстком диске (см. иллюстрацию выше) определяют вибрацию и запускают калибровку привода под новые условия работы. Кроме того, жёсткие диски с повышенной надёжностью используют более широкие дорожки, с большим числом служебных дорожек, которые накопители используют для навигации по поверхности. Кстати, большая часть жёстких дисков для автомобилей именно так и разрабатывается.

Регулировка высоты подъёма головок

Нажмите на картинку для увеличения.

Нажмите на картинку для увеличения.

Регулировка высоты подъёма головки - ещё один важный инструмент для создания надёжных жёстких дисков, способных работать на разных высотах. Регулировка высоты выполняется добавлением нагреваемого элемента на переднем конце головки. Нагревание увеличивает объём воздушной подушки, что приводит к незначительному подъёму головок, они оказываются чуть выше прежнего уровня над магнитной поверхностью. Это позволяет создавать жёсткие диски, которые могут работать на высотах порядка 3 километров и больше (5 км для линейки Endurastar). Если данная функция не используется, то головки могут слишком сильно приблизиться к поверхности из-за уменьшения давления воздуха, вызвав падение головок на поверхность диска (head crash) и потерю данных. Номинальное расстояние между головками и поверхностью жёсткого диска составляет всего 12 нм - для сравнения, диаметр человеческого волоса примерно 40 000 нм.

Возвращение 3,5" винчестеров на 5400 об/мин

Нажмите на картинку для увеличения.

Наконец, в 3,5" сегменте рынка вновь появляются винчестеры на 5400 об/мин! Western Digital стал первым производителем, выпустив 3,5" накопитель, который вращается на скорости "больше 5400 об/мин" по причинам эффективности: Caviar GP (Green Power) оказался одним из самых эффективных по энергопотреблению 3,5" винчестеров.

Жёсткие диски на 5400 об/мин в один момент исчезли с рынка, поскольку модели со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин обеспечивали намного более высокую производительность при минимальной разнице в цене. Поскольку технология с тех пор развивалась и дальше, современные жёсткие диски на 5400 об/мин нацеливаются на максимально тихую работу и производительность, достаточную для приложений бытовой электроники. Hitachi утверждает, что жёсткий диск на 5400 об/мин способен обеспечить 15-30% улучшение по энергопотреблению, а уровень шума вполне сравним с 2,5" винчестерами, да и вибрация в два раза меньше.