HDD最后的冲刺：大容量硬盘的奋力一搏

news2024/11/26 0:44:42

1.引言

在上一篇文章（微软Azure云数据中心工作负载分享：SSD与HDD，何去何从？）中，我们提到在应对SSD QLC/PLC大容量的挑战中，HDD也是在不断的努力，推出HAMR，SMR等新介质。HDD如果想要不被SSD抢占市场，必须要提升容量，并且降低成本。成本是HDD最大的优势。

本文，我们重点聊聊，如何提升硬盘的容量，以及各家HDD厂商的产品进度。

2.如何提升硬盘的容量？

如果要增加盘的容量，势必需要增加碟片磁道的密度，随着容量越大，碟片上放置数据的颗粒位之间间距越来越短，相互之间的磁性影响也会越来越大。如何保证保持数据位的稳定性，如何在需要时强迫一个非常稳定的位改变其磁方向？如果颗粒的热稳定性非常高，如何将新数据写入硬盘？这就是HAMR和MAMR要解决的问题。

(1)HAMR：全称，Heat Assisted Magnetic Recording，是一种热辅助磁记录技术

HAMR 采用了一种新型的介质磁技术，数据颗粒位的占用空间会更小，密度也会相应增加，从而达到提升容量的目的，同时保持磁稳定和热稳定。在需要写入新数据的时候，磁头上激光二极管就会瞬间在颗粒位增加热量，使得单个颗粒位实现磁极性完成反转，从而完成写数据的过程。

这个加热/冷却完成数据存储的过程持续的时间非常短，在1ns级别，对硬盘整体的稳定性和可靠性没有影响。

不过，这个激光二极管在颗粒位产生的温度达到400-700C，保证基板和其他部件的高温影响，可靠性这部分对于HAMR来说，仍然有很多的难点需要突破，这也是HAMR为何研究了十几年，却一直无法大规模生产的原因。

为了克服衍射极限，HDD厂商（比如希捷）利用光子晶体中的等离子体激元来突破衍射极限。这个新组件被称为等离子体近场传感器，简称NFT。等离子体 NFT 由一个圆盘和类似钉子的结构组成。光被圆盘吸收，并变成了表面等离子体。这个表面等离子体沿圆盘和钉子，精确指向碟片记录介质完成加热。

(2)MAMR：全称Microwave Assisted Magnetic Recording，是一种微波辅助磁记录技术。

MAMR技术的原理是通过自旋力矩震荡器（STO）产生的微波场，进而提供能量辅助完成磁记录。自旋力矩震荡器STO位于磁头的写入磁极旁边，可产生电磁场，这样在较弱的磁场中，快速地翻转磁体，完成对介质的数据写入过程。将数据写入到介质中。根据厂商的测试数据发现，MAMR的磁头可靠性比HAMR的磁头可靠性要高出好几个数量级，也就是说，MAMR当前的可靠性比HAMR要高。

东芝在MAMR的基础上，还研发了更加高级的MAMR技术，叫做MAS-MAMR，全称Microwave Assisted Switching-Microwave Assisted Magnetic Recording，微波辅助开关-微波辅助磁记录技术，原理是在磁头旁边放置一个产生高频电磁波的组件，向硬盘表面发射微波，帮助写入磁头对磁盘表面的颗粒进行翻转。东芝把这个创新设计的组件叫做“双振荡型自旋扭矩振荡器装置”（dual FGL STO）

3.各HDD厂商的产品研发进度

三家机械硬盘HDD厂商，希捷、西数、东芝，都在研究HAMR和MAMR。

(1)希捷

希捷重点在研发HAMR，也是推进HAMR最积极的。根据希捷在最新的FY24Q1财报中（HDD厂商希捷FY24 Q1财报：营收下跌29%）透露，计划在2024年初开始大规模生产其首款基于热辅助磁记录（HAMR）技术的32TB硬盘，并在大约两年后启动40TB+ HDD的大规模生产。

Seagate多次强调，其基于HAMR的HDD将基本上保留其10个盘片、3.5英寸的氦气填充平台，配备新的激光增强写入头、新介质和其他一些差异。公司的首款HAMR驱动的32TB HDD将于2024年初开始量产，这与公司几年前的战略路线图大致相符，该路线图设定了基于HAMR的驱动器的时间框架为2023年，但那是在希捷必须设计其第二代HAMR HDD平台以确保可行产量之前。