漫谈HAMR硬盘的可靠性-2

news2024/12/25 22:32:41

很显然，HAMR已经成为业内用于提升HDD硬盘容量硬盘的技术手段。三家机械硬盘HDD厂商，希捷、西数、东芝都已对HAMR硬盘进行了十多年的研究，但只有希捷大胆押注HAMR。相反，东芝和西部数据在采用HAMR之前选择了能量辅助垂直磁记录（ePMR）和微波辅助磁记录（MAMR）。

WDC西部数据目前还没着急推出HAMR产品，主要是在PMR基础上，通过OptiNAND技术提升容量。

OptiNAND技术的核心就是新增了iNAND UFS EFD，把磁道记录等元数据记录在iNAND之中。采用triple stage actuator (TSA) 技术，实现更大的实现更大的TPI(每英寸磁道)数量和更高的面密度，在不需要增加碟片数量和磁头数量的情况下，实现容量的提升。原来放置在碟片的元数据，现在放在iNAND，也相当于给用户腾空了原来占用的数据空间，利于用户容量的提升。

东芝在HAMR技术之前，先推出了MAMR（磁通控制MAMR）技术的产品，通过微波磁通控制现象来提高高密度区域的写入信号质量。根据东芝公布的测试数据发现，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。

现在，我们再回顾下HAMR的实现原理。HAMR(Heat Assisted Magnetic Recording,热辅助磁记录技术)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，不到1ns（部分学术研究数据约150ps），原则上对硬盘整体的稳定性和可靠性没有太大影响。

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。

所以说，HAMR主要有瞬间的高温影响，HAMR磁头的稳定性一直是业内最为担心的因素。降低HAMR加热温度，也是各个厂家努力的方向。

美国加州大学Samarth Bhargava 和 Eli Yablonskitch之前发布的一篇论文中介绍，用于向介质传递纳米尺度热量的金属光学天线或近场转换器（Near-Field Transducer, NFT）自身可能会升温数百度。当NFT达到如此极端的温度时，HAMR技术的实际演示中观察到的写头寿命比商业产品所需寿命低几个数量级。因此，NFT的热可靠性至关重要。

在论文中，研究人员首先推导出NFT自热的基本极限，为实现低温运行提供设计指导，提出的新型结构通过将NFT自热减少近40%或170°C，相比典型工业设计，可能实现可靠性提高数个数量级。

此外，根据希捷官网介绍，其2016 年以来，一直在为 HAMR Mozaic 3+ 平台产品进行模拟现场使用测试，并针对关键组件的一步步优化。在过去的两年里，结果是可靠性提高了 50%，达到了传统 PMR 硬盘的水平，即HAMR也达到了PMR硬盘的额定平均故障间隔时间 (MBTF) 250 万小时。