Budoucnost pevných disků - aneb HDD ještě neřekly poslední slovo

6. 3. 2013 07:00    Rubrika: Technologie    Autor: Jakub Pavlis

Pevné disky jsou sice z hlediska vývoje překonanou technologií, ale vzhledem ke své láci a paměťové hustotě i kapacitě budou mít ještě dlouho co říci k oblasti skladování dat. Svědčí o tom i fakt, že výrobci stále ještě investují nemalé prostředky do výzkumu a vývoje. Jaké technologie jsou na obzoru a co se světem pevných disků udělají.

Vývoj pevných disků na první pohled už nikam nepospíchá. Získali jsme levné a vysoce kapacitní řešení, které zdánlivě už nemá moc co nabídnout, tedy kromě těchto dvou vlastností. Budoucnost leží v SSD a pak v nějakých vzdálených sci-fi produktech. Ostatně cena SSD trvale, i když pomalu, klesá a rychlosti i kapacita roste. A na letošní rok je ohlášen už 8TB SSD od firmy Mosaid, 2TB řešení už bylo možno vidět v prototypu v polovině minulého roku. Rychlejšímu rozšiřování tak brání hlavně ceny a ochota uživatelů je platit. SSD je přeci jenom stále jen ve zlomku PC nebo notebooků.

Více se prosazuje myšlenka hybridních disků, které v sobě spojují levnou kapacitu HDD a drahou rychlost SSD, NAND čipů ovšem používají jen pár, obvykle v kapacitě 8 – 24 GB, přičemž slouží především jako mezipaměť a k nejrychlejšímu spouštění často používaných programů. Kupříkladu Seagate už ohlásilo ukončení výroby 2,5'' pevných disků s rychlostí rotace datových ploten 7200 ot./min, zřejmě kvůli vyšším nárokům na energii, hlučnosti a dražší výrobě, protože je dokáže plně nahradit hybridními disky, které jsou přes použití flash pamětí už levnější.

To jsou ovšem všechno obvyklé věci, které potkáváme každý den. Co nás čeká za rok nebo za pět? V různých oblastech kolem pevných disků se rýsuje několik nových a zajímavých technologií. Pojďme si je v krátkosti představit.

Hitachi / Western Digital se v nejbližší době rozhodla jít miniaturizací stávající technologie. Hlavním cílem je zvýšit počet datových ploten v obvyklých velikostech pevných disků, prozatím se míří hlavně na 3,5'' balení, která mají obvykle 5 datových ploten. Přidání dalších dvou by se dalo docílit zajímavého rozšíření kapacity bez příliš velkých vývojových nákladů. Hlavním pomocníkem by se mělo stát plynné hélium. Jak to? Dnes je vnitřek pevných disků plněný vzduchem, sice je hermeticky uzavřen, aby se do disku nemohl dostat prach, ale pořád je to jen obyčejný vzduch. Hélium je ovšem inertní plyn a navíc má výrazně nižší hustotu. A to má celou řadu pozitivních vlastností. Například datové plotny mají nižší aerodynamický odpor, což vede k nižší spotřebě energie i snížení hlukových emisí. Lehčí a řidší plyn také tolik nevíří, je možné tedy připravit subtilnější čtecí hlavy a posuvná ramena, která je drží, snad i samotné plotny by mohly být nepatrně tenčí, tím lze získat prostor a do něj umístit další plotny a čtecí a zapisovací zařízení. Zatím se s touto technologií počítá především pro serverové disky, ale tříplotnové tenké disky pro notebooky by také potěšily, že? Navíc se nejedná o vzdálenou hudbu budoucnosti, ale o řešení, které je v principu jednoduché a podle Hitachi vlastně stačí jen zkonstruovat dostatečně přesné výrobní linky. Na první disky bychom se mohli těšit snad už letos, případně příští rok.

Druhá technologie, na které výzkumníci od Hitachi (v současné době ovšem na výplatních páskách WD) pracují, je nanoimprint datových stop na plotny a jeho praktické provedení. Zde tedy jde jednoznačně o snahu výrazně zvýšit hustotu zápisu. Myšlenka je relativně jednoduchá, provedení ovšem extrémně náročné. Dnes se pro vytvoření magnetických „políček“ používá obdobné technologie, jako pro tvorbu čipů, tedy fotolitografie – „tisk světlem“. Světlem velmi krátkých vln se připravovaná plotna osvítí přes masku a následně se vzor vyleptá. Problémem je vytváření tak krátkých vln, aby bylo možné tisknout zhruba pod rozměr 10 nm. U Hitachi na to jdou přes nanoimprint, tedy vytvoření opravdové formy nebo matrice, kterou se bude tisknout na plotny fyzicky pro rozrušení rezistivní vrstvy, poté také následuje leptání. Jak ale vyrobit tak miniaturní matrici? Odpovědí mají být polymerové molekuly, které se na vhodném povrchu samy zformují do rovnoběžných linií, pak je ovšem ještě potřeba je „zkroutit“ do soustředných kružnic. Zdá se, že tato technologie je zatím spíše ve fázi příprav a řadu otázek ještě neumí výzkumníci jasně zodpovědět a zabere jim ještě dlouhou dobu, než přivedou tuto jinak velmi zajímavou technologii k praktickému sériovému použití. Na druhé straně už Hitachi předvedlo první snímky nanoimprintu.

Magnetické ostrůvky vzniklé technologií nanoimprintu.

Nespí ani konkurence, Seagate má také dobré nápady, které se tentokrát točí hlavně kolem technologií zápisu. Zatím představilo dvě nové technologie, s jejichž praktickým nasazením se počítá v dohledné době, SMR a HAMR.

SMR (shingled magnetic recording) má být způsob zápisu, kdy se budou dvě vedlejší stopy vždy částečně překrývat, takže se opět dost dramaticky zvýší kapacita datové plotny. Už v první generaci této technologie by to mělo být zvýšení nejméně o 20%. je to poměrně vtipný a jednoduchý nápad, ale na první pohled je jasné, jakou přináší hlavní nevýhodu. Zápis do čisté datové stopy je jednoduchý, ovšem jakýkoli další přepis vyžaduje náhradu obou vzájemně se překrývajících stop. To zase bude vyžadovat načtení části dat, jejich úpravu a následný zápis, a to se musí projevit na rychlosti zápisu, krom toho bude větší potřeba vyrovnávací paměti a také nových řadičů. Ve výsledku je tedy jasné, že to je technologie vhodná k archivaci dat v místech, kde se mnohem častěji čtou než zapisují. Tedy nejspíše serverové nasazení, pro běžného uživatele tato metoda nebude nejspíše tou nejzajímavější, snad jen u hybridních disků, kde by se dalo více využívat flash části jako mezipaměti a zápisy provádět v době, kdy systém data z HDD nepotřebuje. S nasazením této technologie se počítá již během tohoto roku.

Poslední zajímavá technologie, o které se dnes zmíníme, je opět od Seagate, jmenuje se HAMR (heat-assisted magnetic recording). Jde o využití prastarého principu, totiž že při zahřátí látky nad Curieův bod se dramaticky mění magnetické vlastnosti materiálu. Malý laser by tedy mohl zahřívat místo na stopě, kde se bude provádět zápis. Tak by využitím změny fyzikálních vlastností bylo dosažitelné měnit magnetický zápis při využití slabšího magnetického pole na menší plochu plotny. Výsledek? Vyšší hustota zápisu. A nasazení? Dost možná už v roce 2014!

Jak je vidět, i pevné disky před sebou mají ještě docela zajímavou budoucnost, zejména co se týče zvyšování hustoty dat. Část technologií se sice plánuje spíše pro serverové využití, neboť koncoví uživatelé asi budou dávat přednost SSD řešením, jak půjde cena dolu a kapacita nahoru. Ovšem pro vytváření levných obřích diskových polí, zejména v RAID kombinacích, kde případné poškození a výměna disku není nic problematického, může být ještě na pěknou dobu HDD tou správnou odpovědí. A představte si disk vyrobený nanoimprintem, se sedmi plotnami, plněný héliem a HAMR zapisovací hlavou – dvoumístné hodnoty kapacity v TB nejsou nepředstavitelné:-)