La tecnología de microondas proporciona mayor densidad de almacenamiento en discos duros
26 de julio 2019
Por Rainer W. Kaese, director senior de Desarrollo de Negocio de Productos de Almacenamiento de Toshiba Electronics Europe.
La tecnología de microondas proporciona mayor densidad de almacenamiento en discos duros

Cada vez se generan más datos y ello implica almacenarlos de forma segura y eficaz. Las unidades de disco duro (HDD) siguen siendo esenciales para dar respuesta al desafío y se les exige un incremento constante de su capacidad de almacenamiento. Para ofrecer la solución técnica a este reto, los ingenieros están estudiando la incorporación de tecnologías basadas en microondas en los HDD.

A medida que aumenta la popularidad de los servicios en la nube, el streaming de vídeo o las redes sociales, los volúmenes de datos crecen desafiando a los centros de datos a aumentar sus capacidades de almacenamiento para responder a la demanda. Como resultado, muchas grandes empresas de TI tienen previsto sumar nuevos centros de datos para aumentar así su capacidad.

En una visión ideal y puesto que los bienes inmuebles son caros, los centros de datos persiguen ofrecer mayor capacidad manteniendo la misma huella. Para los fabricantes de HDD, esto significa desarrollar y proporcionar HHD con una capacidad de almacenamiento cada vez mayor. El paso de discos con una capacidad de 12 TB a discos de 14 a 16, y 18 TB puede marcar gran diferencia, potencialmente ahorrando servidores de almacenamiento o racks completos. Este enfoque permite a los centros de datos existentes aumentar rápidamente la capacidad si la infraestructura básica sigue siendo adecuada.

Proporcionar HDD de mayor capacidad con el mismo formato exige a los diseñadores aumentar la densidad de grabación. Para lograr esto, se están explorando tecnologías como la grabación asistida por microondas y la grabación asistida por láser.

 

Mayor densidad de almacenamiento requiere nuevas tecnologías

El incremento de la capacidad de almacenamiento supone varios retos. En particular, el incremento de la densidad de grabación significa almacenar más bits en la misma área, lo que implica el uso de materiales más difíciles de magnetizar o modificar, aunque esto es necesario para el almacenamiento seguro de datos a largo plazo. Como consecuencia, se requiere energía adicional para “voltear” (es decir, cambiarlos de 0 a 1 o viceversa) los bits magnéticos durante la escritura. Como resultado, el tamaño del cabezal de escritura no puede reducirse por debajo de un tamaño mínimo, lo que limita a su vez la densidad de almacenamiento. Si los cabezales de escritura se reducen para acomodar más pistas en el disco, ya no resultan lo suficientemente fuertes para magnetizar bits.

Para solventar este reto, actualmente existen tres tecnologías en competencia: la Grabación Magnética Individualizada (SMR o Singled Magnetic Recording), la Grabación Magnética Asistida por Calor (HAMR o Heat-Assisted Magnetic Recording) y la Grabación Magnética Asistida por Microondas (MAMR o Microwave-Assisted Magnetic Recording).

El enfoque más simple es SMR, que superpone deliberadamente las pistas de grabación magnética, en lugar de utilizar pistas de lado a lado, para aumentar la densidad de datos. Esto es posible porque el cabezal de lectura es mucho más estrecho y pequeño que el cabezal de escritura y siempre que el área no superpuesta de una pista sea lo suficientemente ancho para un cabezal de lectura estrecho, los datos pueden leerse de forma segura. Sin embargo, una escritura aleatoria en pistas superpuestas puede provocar que las escrituras anteriores se borren y reescriban. En la práctica, debe leerse en primer lugar un conjunto de pistas superpuestas, modificarse luego en el búfer de memoria, y luego volver a escribirlas; lo que puede significar un menor rendimiento de escritura y menor velocidad, de forma que el procedimiento SMR solo es adecuado para tareas secuenciales de archivo en el segmento empresarial.

HAMR es otra solución potencial para responder a la necesidad de mayores densidades de almacenamiento ya que utiliza un diodo láser para calentar el área del medio en el que deben escribirse los datos, apoyando el proceso de escritura a través del uso selectivo de energía térmica. Esto permite escribir con menor energía magnética y con el uso de un cabezal de escritura más pequeño, lo que tiene como resultado una mayor densidad de almacenamiento. No obstante, el requerimiento de energía tiene un impacto en los costes operativos en instalaciones grandes y también conlleva desafíos térmicos. Además, todavía existen recelos sobre la fiabilidad a largo plazo de los diodos láser.

Otra alternativa es MAMR que utiliza un transmisor de microondas (oscilador de par de giro) en el cabezal de escritura para generar ondas en el rango de 20 GHz a 40 GHz. Estas se introducen en el medio magnético como energía auxiliar, de manera que se requiere menos energía para el proceso de escritura. Además, esto supone que se puedan usar cabezales de escritura significativamente más pequeños, haciendo posible la producción de unidades con una capacidad notablemente mayor.

 

 

MAMR lidera el camino…

MAMR se basa en una tecnología que ha sido probada y evaluada durante muchos años, lo que le ha llevado a ser considerada una evolución en el desarrollo de cabezales de escritura. Pueden utilizarse una variedad de técnicas comunes sin la necesidad de componentes adicionales tales como los diodos láser. Todo lo que se requiere para implementar MAMR es un diseño diferente de la oblea que permite el uso de tecnología de microondas. Se espera que los HDD que hacen uso de tecnología MARM registren el mismo rendimiento en términos de tiempo medio hasta fallo (MTTF o Mean-Time-To-Failure) y fiabilidad que los productos que se comercializan actualmente. También se espera que los requerimientos, en cuanto a consumo de energía para los HDD que utilizan MAMR, estén en línea con los de los dispositivos actuales.

En comparación con MAMR, HAMR todavía requiere bastante investigación básica, especialmente investigación de campo para determinar de forma precisa su fiabilidad. Por tanto, existe un riesgo tangible de adopción temprana asociada al despliegue de la tecnología HAMR.

Toshiba planea introducir HDD con tecnología MAMR en su diseño probado de 9 discos con helio, aumentando la capacidad actual de 16 TB a 18 TB con MAMR.

Cualquiera que sea la tecnología de grabación asistida por energía, la capacidad de disco aumentará con seguridad, permitiendo a los HDD continuar siendo la tecnología de preferencia para el almacenamiento a un coste efectivo en un amplio abanico de aplicaciones.