物聯(lián)網(wǎng)時代，數(shù)據(jù)的指數(shù)級增長為存儲帶來新的挑戰(zhàn)。
國際數(shù)據(jù)公司(IDC)最新發(fā)布的《數(shù)據(jù)時代2025》報告顯示：到2025年，全球數(shù)據(jù)圈將增至175ZB。其中大部分增長數(shù)據(jù)來自呈指數(shù)級增長的冷數(shù)據(jù)和溫數(shù)據(jù)。IDC還表示，這些數(shù)據(jù)的大部分都將存儲在機械硬盤上。
面對遞進式的數(shù)據(jù)存儲壓力，機械硬盤的擴容開始提上日程。從希捷、西部數(shù)據(jù)、東芝等幾大領(lǐng)先存儲廠商近年公布的硬盤路線圖來看，機械硬盤將在2025年前突破20TB、30TB大關(guān)?，F(xiàn)階段，采用傳統(tǒng)垂直磁記錄技術(shù)的機械硬盤，其容量極限最多達到16TB左右，再往上，PMR很難獲得更多的硬盤容量提升，新的磁記錄技術(shù)正在成為幾大存儲廠商積極探索的方向。
硬盤擴容進入技術(shù)變革期
為了增加硬盤容量，工程師試圖讓每個磁盤片容納更多的數(shù)據(jù)位或“顆?！?，如此能提高每平方英寸表面空間的位密度，磁盤上擁有更多位，代表存儲的數(shù)據(jù)量越大。
不過，現(xiàn)階段一個很現(xiàn)實的問題是，在定量的物理空間里，任何增加HDD記錄密度的嘗試都必須調(diào)和三個相互矛盾的目標：使記錄介質(zhì)上的磁性顆粒小型化；實現(xiàn)熱穩(wěn)定的磁性顆粒；并確保足夠的記錄性能。
這三個目標的矛盾之處在于，記錄介質(zhì)涂有一層精細的磁性顆粒，這些磁性顆粒根據(jù)其磁化方向保留信息。雖然可以通過使記錄介質(zhì)上的記錄位小型化來提高記錄密度，但這需要更小的磁性顆粒，而這會降低其磁化的熱穩(wěn)定性，失去熱穩(wěn)定性可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。
對此，多家存儲廠商提到，在增加記錄密度時增加熱穩(wěn)定性需要具有更高“矯頑力”的材料，以保持磁化強度。然而，較高的“矯頑力”使得記錄頭難以產(chǎn)生足夠的磁場用于記錄，克服這一點需要采用新一代磁記錄技術(shù),即通過外部施加能量的方式進行輔助記錄。為了突破三難障礙,各大廠商都在研發(fā)新一代磁記錄技術(shù)。
新一代磁記錄技術(shù)
在西部數(shù)據(jù)、希捷兩大存儲企業(yè)的引領(lǐng)之下，MAMR(微波輔助磁記錄)、HAMR(Heat Assisted Magnetic Recording，熱磁輔助記錄)這兩大能量輔助磁記錄技術(shù)近年來備受關(guān)注。
HAMR和MAMR技術(shù)，圖片來源：西部數(shù)據(jù)
2017年，西部數(shù)據(jù)首次宣布MAMR“微波輔助磁記錄”(microwave-assisted magnetic recording) 技術(shù)。MAMR技術(shù)主要利用由自旋力矩震蕩器(STO)產(chǎn)生的微波場來提供能量輔助，根據(jù)這種方法，自旋力矩震蕩器位于磁頭的寫入磁極旁邊，可產(chǎn)生電磁場，從而在較弱的磁場中將數(shù)據(jù)寫入到介質(zhì)中。微型自旋力矩震蕩器嵌入在磁頭內(nèi)部，不僅在磁頭組件設(shè)計方面取得突破，還可大幅增加容量并提升可靠性。
同時期，希捷也展開了在HAMR技術(shù)上的研究。HAMR技術(shù)原理主要是將一個激光二極管直接置于寫入磁頭組件的前方，然后迅速地加熱高矯頑磁性的介質(zhì)，這種介質(zhì)只有經(jīng)過加熱才能寫入數(shù)據(jù)。隨著激光二極管產(chǎn)生的高熱量減少，介質(zhì)逐漸冷卻下來，介質(zhì)的矯頑磁性增加，這樣就可以更密集地布置這些介質(zhì)而不必擔心靠得太緊的磁性介質(zhì)相互磁化了，自然也就增加了單位磁盤面積上的數(shù)據(jù)量。
HAMR和MAMR是為了實現(xiàn)同一目標而走的兩種技術(shù)路線，目的都是為了在盤片上換用更穩(wěn)定(更不容易改寫)的磁性介質(zhì)，以實現(xiàn)硬盤擴容，并最大程度保障數(shù)據(jù)存儲的可靠性。
HAMR和MAMR硬盤上市進程
過去五年，我們看到希捷、西部數(shù)據(jù)、東芝等存儲大佬都在積極推進新一代磁記錄技術(shù)的研究與應(yīng)用，業(yè)內(nèi)也比較關(guān)注采用HAMR和MAMR技術(shù)的大容量硬盤上市、量產(chǎn)進程。
2019年1月，西數(shù)宣布其16TB 微波輔助技術(shù)(MAMR)硬盤已出樣，并于2019年底推出了兩款MAMR新技術(shù)硬盤，容量從18TB到20TB。不過據(jù)了解，18TB 硬盤采用的是MAMR及PMR垂直磁道磁記錄技術(shù)，20T硬盤則是結(jié)合MAMR及SMR疊瓦式磁記錄技術(shù)。
東芝在硬盤擴容技術(shù)路線上也選擇了微波輔助磁記錄(MAMR)技術(shù)，并于2021年推出了18TB容量的硬盤產(chǎn)品，該產(chǎn)品采用的是“磁能量控制型-微波輔助記錄技術(shù)FC-MAMR?，自旋扭矩振蕩元件的輔助記錄技術(shù)。今年1月，東芝宣布成功驗證了新一代磁記錄技術(shù)——共振型微波輔助記錄技術(shù)(MAS-MAMR)，并驗證MAS-MAMR將超越FC- MAMR?的記錄密度。還表示將利用MAS-MAMR技術(shù)實現(xiàn)超30TB大容量近線硬盤的商用化。
HAMR硬盤方面，希捷在2020年年底向其主要客戶送樣并供應(yīng)了20TB HAMR硬盤，也是希捷第一代HAMR硬盤，使用9盤片設(shè)計，記錄面密度約每平方英尺1.116Tb。同時希捷也宣言
正在研制第二代HAMR硬盤，容量大約在30TB。
50TB+ ，HAMR將成唯一選擇?
目前來看，HAMR和MAMR硬盤都已成功面市，且成功突破20TB大關(guān)。不過，值得注意的是，對比早期存儲廠商對于超20T大容量硬盤的路線規(guī)劃，現(xiàn)階段采用HAMR、MAMR技術(shù)的硬盤在容量升級以及量產(chǎn)目標方面較預(yù)期還是有一些距離。
東芝硬盤產(chǎn)品路線圖，來源：東芝官網(wǎng)
希捷大容量硬盤規(guī)劃 來源：希捷官網(wǎng)
有業(yè)內(nèi)人士表示主要是因為技術(shù)過于復(fù)雜，尤其是HAMR技術(shù)，需要包括激光波束、玻璃碟片、鐵鉑涂層在內(nèi)的新材料，從供應(yīng)鏈到生產(chǎn)線都得重來，可靠性也是個問題，成本自然居高不下。
相對而言，MAMR技術(shù)硬盤成本和傳統(tǒng)垂直記錄類似，復(fù)雜性、可靠性也都更可控(99.99%的MAMR磁頭寫入壽命HAMR磁頭高出幾個數(shù)量級)，生態(tài)方面也不需要更換新的主機管理損耗均衡。
但從廠商現(xiàn)階段的產(chǎn)品推出情況來看，MAMR技術(shù)似乎更多只是過渡，無論是西部數(shù)據(jù)還是東芝，都是在MAMR技術(shù)基礎(chǔ)之上疊加了其他的技術(shù)方式完成的擴容。
西部數(shù)據(jù)此前也曾透露，一旦HAMR技術(shù)成熟了，尤其是克服50TB+的硬盤技術(shù)需要之后，也會選擇HAMR技術(shù)。
希捷一直專注于HAMR技術(shù)的研究和應(yīng)用，并對HAMR技術(shù)抱有強烈的信心。據(jù)此前希捷公布的產(chǎn)品和技術(shù)路線圖，HAMR熱輔助磁記錄技術(shù)可以使希捷能夠以20%的年復(fù)合增長率提高磁盤密度。目前容量都是以1TB或2TB的幅度來提升的，將來會以4TB、6TB甚至10TB的幅度遞進。希捷預(yù)計到2025年，將會有50TB的HAMR硬盤產(chǎn)品面市。
待硬盤容量達到30TB級別，HAMR技術(shù)或?qū)⒊蔀楹罄m(xù)機械硬盤擴容的唯一技術(shù)選擇。
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作者：汪琴麗
