Tại sự kiện "Innovating to Fuel the Next Decade of Big Data" (tạm dịch: Cải tiến để Thúc đẩy Big Data trong Thập niên Tiếp theo), Western Digital Corp. công bố một cải tiến mang tính đột phá trong việc cung cấp các ổ cứng (HDD) dung lượng cực cao, đáp ứng nhu cầu của Big Data trong tương lai với độ tin cậy cấp trung tâm dữ liệu.
Sự phát triển không ngừng của dữ liệu.
Trong trung tâm dữ liệu, ổ cứng tiếp tục đóng vai trò rất quan trọng. Vào năm 2020, khoảng 90% exabyte dữ liệu của trung tâm dữ liệu sẽ vẫn trú ngụ trên ổ cứng.
Sự kiện này, được tổ chức tại trụ sở của công ty ở Thung lũng Silicon, gồm một màn trình diễn về ổ cứng Ghi Từ tính bằng Vi sóng (Microwave-Assisted Magnetic Recording - MAMR) và bài thuyết trình từ giám đốc điều hành của công ty, đồng thời là người phát minh ra công nghệ MAMR, giáo sư Jimmy Zhu thuộc trường Đại học Carnegie Mellon.
Những thành phần quan trọng của mật độ lưu trữ.
Tăng mật độ bằng cách đặt các track và các bit lại gần nhau hơn.
![Những thách thức trong việc gia tăng mật độ lưu trữ... Công nghệ MAMR cho trạng thái từ ổn định [nét liền màu đỏ] do mật độ năng lượng được lưu trữ cao hơn dành cho các hạt nhỏ hơn.](http://static.wixstatic.com/media/1e8d46_6222c166e3ed474b880e57f83790cf0f~mv2.png)
Những thách thức trong việc gia tăng mật độ lưu trữ.
Bên trái, các ô màu xám & đỏ được gọi là hạt của phương tiện lưu trữ. Đồ thị bên phải, khi giảm kích thước hạt để tăng mật độ, công nghệ Ghi Từ tính Vuông góc (Perpendicular Magnetic Recording - PMR) cho trạng thái từ không ổn định [nét đứt màu xanh dương]; trái lại, công nghệ MAMR cho trạng thái từ ổn định [nét liền màu đỏ] do mật độ năng lượng được lưu trữ cao hơn dành cho các hạt nhỏ hơn.
Công nghệ PMR.
Chỉ một mình đầu từ thì quá yếu để ghi các hạt nhỏ bé được ổn định!
Công nghệ MAMR và bộ dao động mô-men xoắn.
Cường độ năng lượng hạt của MAMR lớn hơn so với PMR.
MAMR: Cho phép ghi các hạt cỡ nhỏ.
Cho phép ghi các hạt ổn định với kích cỡ 4nm!
Cho phép mật độ track trên mỗi inch (track per inch - TPI) cao.
PMR (& HAMR): Tổn hao về độ cong và mật độ track.
MAMR: Độ rộng track không phụ thuộc vào dữ liệu.
Công ty cũng giới thiệu những tiến bộ trong công nghệ vi truyền động và đầu ghi Damascene. WD dự kiến sẽ bắt đầu xuất xưởng ổ cứng MAMR dung lượng cực lớn vào năm 2019 cho các trung tâm dữ liệu, hỗ trợ những ứng dụng Big Data của nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Cung cấp công nghệ thế hệ tiếp theo.
Năm 2017, WD chính thức công bố công nghệ MAMR và lần đầu ra mắt nguyên mẫu ổ cứng sử dụng công nghệ này. Sang năm 2018, công ty cung cấp những mẫu kỹ thuật đầu tiên cho các khách hàng trọng yếu. Đến năm 2019, ổ cứng MAMR sẽ được sản xuất hàng loạt.
"Do khối lượng, tốc độ, chủng loại, giá trị và tuổi thọ của Big Data và Fast Data đang phát triển, đòi hỏi cần phải có một công nghệ lưu trữ thế hệ mới không chỉ hỗ trợ mở rộng dung lượng, mà còn giúp khách hàng của chúng tôi phân tích và thu thập những nhận thức vào vũ trụ dữ liệu ngày càng gia tăng", chủ tịch kiêm giám đốc điều hành của WD, Mike Cordano nói.
Các kiểu dữ liệu đa dạng và được kết nối với nhau.
Sự liên kết chặt chẽ giữa Big Data và Fast Data.
"Sự tiến bộ mang tính đột phá trong công nghệ MAMR sẽ cho phép WD giải quyết vấn đề lưu trữ dung lượng cao trong tương lai bằng cách định nghĩa lại mật độ của ổ cứng và giới thiệu một loại ổ đĩa mới có độ tin cậy cao, dung lượng cực lớn. Chúng tôi thành công trong việc xác định, đầu tư và cung cấp các công nghệ tiên tiến, tạo ra những dòng sản phẩm mới và cho phép thế giới nhận biết được khả năng của dữ liệu. Cách đây 5 năm, chúng tôi đã giới thiệu công nghệ HelioSeal, ổ đĩa chứa khí helium. Kể từ đó, chúng tôi đã xuất xưởng hơn 20 triệu ổ đĩa helium. Bước dẫn đầu và cải tiến đó vẫn tiếp tục đến ngày nay và chúng tôi sẽ tập trung thúc đẩy nó tốt hơn trong tương lai".
Chuyển đổi từ dẫn đầu công nghệ sang thành công trên thị trường.
WD tiếp tục cải tiến để thúc đẩy nhu cầu sử dụng công nghệ HelioSeal. Tính đến thời điểm hiện tại, công ty đã xuất xưởng hơn 20 triệu ổ cứng helium.
MAMR là một trong hai công nghệ ghi từ tính bằng năng lượng mà WD hiện đang phát triển trong những năm qua. Gần đây, công ty đã có bước đột phá về vật liệu và quy trình, giúp mang lại hiệu suất và độ tin cậy như mong đợi, cùng khả năng sản xuất tăng mật độ và cải thiện giá thành ước tính trung bình 15% mỗi năm.
Tại sao cần phải dùng phương pháp ghi có năng lượng hỗ trợ?
Vì khả năng ghi TPI cao. Để vượt qua công nghệ PMR, cần phải dùng phương pháp ghi có năng lượng hỗ trợ - HAMR hoặc MAMR.
Đặc biệt, sự phát triển trong một công nghệ khác, Ghi Từ tính bằng Nhiệt (Heat-Assisted Magnetic Recording - HAMR) đang phải đối mặt với những thách thức về vật liệu mới và độ tin cậy...
Cách hoạt động của HAMR:
Nguồn nhiệt phát ra từ tia laze giúp giảm rào cản năng lượng để ghi trên phương tiện lưu trữ và các từ tính có thể được chuyển sang vùng từ tính nhỏ hơn. Khi phương tiện lưu trữ nguội đi, dữ liệu sẽ rất khó xóa. Phương pháp ghi này đòi hỏi nhiệt độ từ 400 đến 700 độ C.
HAMR gặp phải những thách thức về độ tin cậy, giá thành và độ phức tạp.
... nhưng đó không là vấn đề với MAMR. Chỉ có MAMR cho thấy tiềm năng về độ tin cậy và giá thành, đáp ứng nhu cầu của các nhà điều hành trung tâm dữ liệu.
Thành phần chính trong cải tiến mang tính đột phá này của công ty là "bộ dao động mô-men xoắn" được sử dụng để tạo nên một vùng vi sóng, giúp tăng khả năng ghi dữ liệu với mật độ cực cao mà không ảnh hưởng đến độ tin cậy.
Cách hoạt động của MAMR:
Các vùng vi sóng được phát ra bởi một bộ dao động mô-men xoắn nằm gần cực ghi, cho phép ghi vuông góc lên phương tiện lưu trữ với vùng từ tính nhỏ hơn. Phương pháp ghi này có cùng nhiệt độ với PMR.
Tại sao chọn MAMR thay cho HAMR?
Cả hai đều dùng phương pháp ghi bằng năng lượng: cần thiết để có được khả năng ghi ở mật độ track cao, nhưng MAMR vượt trội hẳn so với HAMR.
- Độ phức tạp: MAMR tận dụng công nghệ hiện hữu. HAMR đòi hỏi những thay đổi về vật liệu mới và chuỗi cung ứng.
- Độ tin cậy: MAMR không dùng nhiệt, tượng tự PMR. HAMR dùng nhiệt, làm giảm đáng kể độ tin cậy.
- Tính sẵn sàng: MAMR cắm vào là chạy. HAMR cần thay đổi phần mềm host để quản lý mức độ hao mòn.
- Khả năng sản xuất: MAMR sẽ được sản xuất vào năm 2019. HAMR chưa rõ thời gian sản xuất do gặp phải thách thức về giá thành và độ tin cậy.
- Giá thành: MAMR gần bằng PMR. HAMR cao hơn đáng kể so với PMR.
Công nghệ MAMR của WD dự kiến sẽ cung cấp 4 Tb/inch2 (terabit trên mỗi inch vuông) theo thời gian.
Sự phát triển của mật độ lưu trữ theo công nghệ ghi.
MAMR có cùng tiềm năng về mật độ ghi như HAMR, nhưng không gặp trở ngại về giá thành, độ tin cậy và độ phức tạp. Do đó, MAMR khả thi hơn và sẽ sớm được ứng dụng so với HAMR.
Với những cải tiến không ngừng về mật độ ghi, MAMR hứa hẹn cho phép ổ cứng đạt dung lượng lên đến 40TB vào năm 2025, và còn tiếp tục tăng thêm sau khoảng thời gian đó.
Triển vọng phát triển dung lượng của ổ cứng.
MAMR hứa hẹn cho phép ổ cứng đạt dung lượng lên đến 40TB vào năm 2025, và còn tiếp tục tăng thêm sau khoảng thời gian đó.
"Màn trình diễn về công nghệ MAMR của WD là bước đột phá quan trọng cho ngành công nghiệp ổ cứng", phó chủ tịch nghiên cứu bộ phận ổ cứng và chất bán dẫn của IDC, John Rydning nói. "Việc thương mại hóa công nghệ MAMR sẽ mở đường cho mật độ ghi cao hơn, và giá thành thấp hơn trên mỗi terabyte ổ cứng dành cho các trung tâm dữ liệu của doanh nghiệp, hệ thống giám sát video và sản phẩm NAS tiêu dùng".
Xu hướng sụt giá hàng năm tính trên mỗi TB giữa HDD và SSD (ổ đĩa thể rắn).
Dự kiến đến năm 2028, HDD MAMR sẽ sụt giá 15% mỗi TB, còn SSD QLC sụt 16%. Khi đó, giá thành trên mỗi TB của HDD MAMR vẫn rẻ hơn khoảng 10 lần so với SSD QLC.
Công nghệ MAMR của WD là cải tiến mới nhất, cải thiện đáng kể mật độ lưu trữ. Nó được hình thành dựa trên một số cải tiến hàng đầu khác của công ty. Ngoài công nghệ ổ đĩa chứa khí helium HelioSeal, MAMR còn dựa trên công nghệ vi truyền động và sản xuất đầu ghi.
Các công nghệ cho phép cải thiện dung lượng và độ tin cậy của WD.
Công nghệ khí helium làm hạn chế nhiễu loạn, giúp ổn định tối đa cho đầu từ. Công nghệ vi truyền động cung cấp cơ chế điều khiển tốt hơn và hỗ trợ mật độ track cao hơn. Quy trình Damascene cho phép điều khiển quá trình tốt hơn và cấu trúc đầu từ phức tạp.
Công nghệ vi truyền động tiên tiến của WD dành cho các ứng dụng trung tâm dữ liệu, cho phép đầu từ của ổ cứng định vị chính xác và đáng tin cậy cho hoạt động đọc và ghi với mật độ cực cao.
Công nghệ vi truyền động của WD dành cho ổ cứng trung tâm dữ liệu.
Giúp tăng dung lượng thông qua việc cải tiến kết cấu cơ khí. Vi truyền động mang lại cơ chế điều khiển tốt hơn và hỗ trợ mật độ track cao hơn (trên 400.000 TPI).
Hoạt động sản xuất đầu từ của công ty là nhà cung cấp nội bộ duy nhất (tự cung tự cấp), sử dụng quy trình Damascene để sản xuất các đầu từ với dung sai chính xác và cấu trúc phức tạp, cần thiết cho hoạt động ghi tin cậy và hiệu quả với mật độ cực cao. Quy trình Damascene còn mang đến khả năng nhúng bộ dao động mô-men xoắn, cho phép sản xuất đầu từ MAMR.
Sự đầu tư của WD vào công nghệ đầu từ Damascene.
Là một quyết định mang tính chiến lược của công ty vào năm 2010, để hỗ trợ phát triển mật độ lưu trữ và mở rộng công nghệ PMR. Damascene cho phép các đầu từ thu hẹp hơn, mật độ track dày đặc hơn và mang đến bước đột phá trong công nghệ MAMR.
Sự kết hợp của các công nghệ này đem lại tổng chi phí sở hữu (TCO) tốt hơn trên mọi kích cỡ trung tâm dữ liệu đám mây và doanh nghiệp.
Màn trình diễn công nghệ MAMR của WD là thành tựu mới nhất trong hàng thập niên dẫn đầu về ổ cứng, gồm hơn 7.000 bằng sáng chế đã được cấp trong công nghệ ổ cứng và những tiến bộ công nghệ ổ cứng helium đang thực hiện - như đã được nêu gần đây trong lần giới thiệu ổ cứng 14TB cho doanh nghiệp, dùng công nghệ Ghi Lợp Từ (shingled magnetic recording - SMR) đầu tiên trên thế giới - và một lịch sử lâu dài về thiết kế nhiều đĩa đầu tiên trên thế giới.