История создания жестких дисков насчитывает более 60 лет, за это время они превратились из громоздких устройств хранения данных малой емкости в современные экономичные решения с высокой плотностью.
Первые жесткие диски, появившиеся в 1950-х годах, были размером с корпус и весили почти тонну, что произвело революцию в обработке данных, обеспечив более оперативный доступ к информации для отдельных компьютеров и мэйнфреймов. Однако истинный "триумф" жесткого диска начался в 1980-х годах с появлением персональных компьютеров.
Ранняя эволюция и стандартизация
В начале эры персональных компьютеров накопители форм-фактора 5,25 дюйма, такие как популярные модели емкостью 20 МБ, имели емкость всего в несколько мегабайт. В то время такой емкости было достаточно, учитывая отсутствие графических интерфейсов пользователя или цифровых носителей, требовавших больших объемов памяти. С годами объем накопителей быстро вырос до трехзначных значений в мегабайтах, что сопровождалось стандартизацией интерфейсов. Разъем Molex стал стандартным для питания, в то время как Parallel ATA (позднее PATA) и впоследствии SATA стали широко использоваться для передачи данных, заменив старые ленточные кабели.
В этот период также наблюдалась быстрая консолидация отрасли. В 1985 году насчитывалось 75 производителей жестких дисков, и более 200 компаний пытались со временем наладить выпуск накопителей. Сегодня активными остаются только три, поскольку производство становится экономически привлекательным только при больших объемах.
В то же время форм-факторы жестких дисков постоянно сокращались. С конца 1980-х годов широкое распространение получили 3,5-дюймовые жесткие диски, соответствующие отсекам для дисководов гибких дисков, и они быстро стали стандартом для серверов и систем хранения данных, который в значительной степени сохраняется и по сей день. Появились более компактные форм-факторы, такие как 2,5-дюймовые накопители для ноутбуков, хотя сейчас они в основном используются во внешних USB-накопителях из-за доминирования твердотельных накопителей в ноутбуках.
Вскоре появились еще более компактные накопители, такие как 1,8-дюймовые жесткие диски (использовались в первом iPod в 2001 году) и 1-дюймовые диски (для разъемов CompactFlash в цифровых камерах). В начале 2000-х годов некоторые смартфоны даже оснащались 0,85-дюймовыми моделями, вмещающими впечатляющие 4 ГБ данных. Однако флэш-память в конечном итоге превзошла жесткие диски в мобильных устройствах, установив нижний предел для уменьшения физического размера.
Прорыв в ёмкости: PMR, гелий и микроволновые технологии
"Флэш-бум" привел к тому, что жесткие диски добились успеха, предлагая высокую емкость по выгодной цене. Значительный скачок в производительности был достигнут благодаря PMR - новому методу записи, появившемуся в середине 2000-х годов. В отличие от предыдущих LMR, которые выравнивали биты по горизонтали, PMR допускал вертикальное расположение, что значительно увеличивало плотность хранения.
.jpg)
С середины 2010-х годов емкость жестких дисков была увеличена за счет наполнения их гелием. Этот легкий инертный газ снижает трение и турбулентность по сравнению с воздухом, позволяя использовать диски меньшей толщины и создавая пространство для дополнительных пластин внутри корпуса. Благодаря девяти дискам и PMR это нововведение позволило использовать накопители емкостью до 16 Терабайт (ТБ).
Совсем недавно появилась технология MAMR как новый метод записи. В этой технологии используются микроволны для управления и фокусировки магнитного потока на записывающей головке, что сокращает энергию, необходимую для намагничивания битов, и позволяет использовать записывающие головки меньшего размера и более плотную запись данных.
Компания Toshiba выпустила накопители с новой технологией MAMR, которая называется flux-controlled MAMR (FC-MAMR), что позволило увеличить емкость хранилища данных и повысить энергоэффективность. Серия MG10, выпущенная в 2022 году, оснащена 10 дисками с гелиевым уплотнением, которые могут хранить до 22 ТБ данных, сохраняя при этом привычный 3,5-дюймовый форм-фактор.
Будущее технологий хранения данных
В прошлом году компания Toshiba, основанная на технологии FC-MAMR, представила семейство жестких дисков корпоративной емкости с гелиевым уплотнением Mx11. Эта инновация демонстрирует потенциал увеличения емкости в рамках того же форм-фактора без необходимости дополнительного энергопотребления.
Серия MG11 использует CMR с поддержкой FC-MAMR для обеспечения емкости до 24 ТБАЙТ. Серия MA11, с другой стороны, использует SMR для обеспечения еще большей емкости - до 28 Тбайт. SMR - это метод записи данных на дорожки, которые частично перекрываются, что увеличивает плотность и общий объем памяти на диске.
CMR подходит для корпоративных серверов, которые обрабатывают различные типы рабочих нагрузок. Ожидается, что отрасль перейдет на технологию SMR для однородных рабочих нагрузок, которые записываются большими порциями, с оптимизированной буферизацией кэша, поглощающей короткие пакеты случайной записи.
На следующем этапе разработки, MAMR с переключением при помощи микроволн (MAS-MAMR), микроволны будут активировать материал магнитных дисков, что еще больше снизит энергопотребление и позволит использовать записывающую головку еще меньшего размера. Для этого требуются новые покрытия дисков и более точное переключение при помощи микроволн. Ожидается, что MAS-MAMR в сочетании с дальнейшими разработками SMR и более тонкими магнитными дисками (теперь толщина составляет 0,55 мм, что позволяет разместить 11 дисков в 3,5-дюймовом корпусе) увеличит емкость жестких дисков примерно до 40 ТБАЙТ в ближайшие несколько лет. Toshiba уже представила прототип с 11 дисками и емкостью 31,24 ТБАЙТ.
Забегая вперед, отметим, что технология HAMR обладает еще большим потенциалом. В HAMR используется лазерный диод для нагрева магнитного материала до температуры Кюри, что позволяет выравнивать биты с очень низкой магнитной энергией. В то время как MAMR в первую очередь увеличивает линейную плотность битов, HAMR фокусируется на увеличении плотности дорожек.
HAMR, вероятно, позволит увеличить емкость каждого накопителя более чем на 40 ТБАЙТ, а в ближайшие несколько лет потенциально достигнет 50 ТБАЙТ, гарантируя, что жесткие диски по-прежнему будут нести основную нагрузку по хранению данных в информационную эпоху. Однако HAMR по-прежнему нуждается в дальнейшей разработке для достижения надежности и экономической эффективности MAMR.
Обеспечение устойчивого развития и внедрение инноваций
Поскольку начинается массовый вывод из эксплуатации устаревшей облачной инфраструктуры, ожидается, что на переработку пойдет значительная часть материалов для жестких дисков. Жесткие диски значительно легче перерабатывать, чем другую электронику, поскольку они содержат всего два или три различных металла, в отличие от сложных и потенциально токсичных соединений, содержащихся в батареях. Поставщики облачных услуг готовятся к такому наплыву клиентов, и ожидается, что поставщики жестких дисков станут неотъемлемой частью процесса утилизации.
Toshiba осознает растущую важность более тесного сотрудничества с заказчиками и другими производителями компонентов (таких как серверы, программное обеспечение, кабели и платы) для создания надежной экосистемы хранения данных. В этом году в Дюссельдорфе, Германия, была открыта новая лаборатория инноваций в области жестких дисков. Лаборатория расширяет возможности Toshiba по оценке жестких дисков, чтобы помочь клиентам и партнерам оптимизировать настройки жестких дисков для различных приложений, включая облачные хранилища, системы видеонаблюдения и NAS-системы. Она предоставляет платформу для проверки концепции, сравнительного анализа различных архитектур и обмена знаниями с помощью технических документов и лабораторных отчетов. Лаборатория также предлагает образцы для самостоятельной оценки и проводит демонстрации в реальном времени на выставках.
Комментариев нет:
Отправить комментарий