Data yang dihasilkan mesin secara besar-besaran meningkatkan jumlah data yang harus disimpan dan diproses untuk dianalisis. Sementara metode penyimpanan lain semakin populer, perkiraan terbaru oleh firma riset IDC memprediksi bahwa 59% dari 22ZB data yang perlu disimpan pada tahun 2025, akan disimpan di hard disk drive (HDD). (terbuka di tab baru)), dengan hanya 25% pada teknologi flash.
Sebagian besar data yang dihasilkan mesin ini tidak terstruktur dan acak, sehingga kompresi tidak mungkin dilakukan. Itu dibuat dengan kecepatan tinggi (biasanya terabyte per jam) dan disimpan untuk waktu yang lama. Hal ini memerlukan perubahan dalam investasi TI dan memerlukan penggerak kapasitas yang lebih tinggi dalam faktor bentuk 3,5” yang populer.
Masa depan HDD terjamin, bahkan mungkin untuk tahun-tahun mendatang, karena saat ini kapasitas yang tersedia tidak cukup untuk menyimpan data ini pada teknologi penyimpanan berbasis flash. Hal ini sangat menekankan pada inovasi teknologi HDD untuk mencapai kapasitas yang lebih tinggi sambil memberikan penyimpanan data yang besar yang dibutuhkan.
Tantangan bagi desainer HDD
Faktor bentuk 3,5” membatasi jumlah piringan yang dapat ditampung di dalam HDD, jadi tantangannya adalah bagaimana menggunakan piringan secara lebih efektif, yang berarti menyimpan lebih banyak data per satuan luas permukaan.
Keterbatasan teknologi saat ini adalah ukuran kepala tulis. Untuk membalik bit magnetik, diperlukan sejumlah energi magnetik. Untuk menyuntikkan jumlah energi ini, diperlukan ukuran minimum kepala tulis. Karena head baca jauh lebih kecil, salah satu pendekatannya adalah dengan menggunakan shingled magnetic recording (SMR (terbuka di tab baru)) di mana data ditulis dalam trek yang tumpang tindih, mengurangi ruang yang dibutuhkan per trek. Namun, untuk mengubah data hanya dalam satu track, semua track yang tumpang tindih harus ditulis ulang, membuat SMR tidak praktis untuk HDD performa tinggi dengan jumlah penulisan acak yang tinggi.
Perekaman magnetik dengan bantuan gelombang mikro (MAMR)
Penggunaan lebih sedikit energi, yang mengarah ke kepala tulis yang lebih kecil yang menulis data yang lebih padat hanya mungkin jika ditemukan cara untuk melunakkan materi untuk sementara pada titik perekaman data. Salah satu pendekatannya adalah menggunakan panas untuk menghangatkan piring sebelum proses penulisan. Memanaskan piringan hingga 400°C (yang mendekati suhu Curie di mana menulis tidak membutuhkan energi) membuat penulisan menjadi lebih mudah tetapi dapat menyebabkan keausan pada permukaan magnetik sehingga menimbulkan pertanyaan tentang keandalan jangka panjang.
Namun, pendekatan alternatif menggunakan energi gelombang mikro menunjukkan harapan yang cukup besar. Dikenal sebagai rekaman magnetik berbantuan gelombang mikro (MAMR (terbuka di tab baru)), gelombang mikro pada frekuensi resonansi bahan magnetik digunakan untuk menyuntikkan energi tambahan untuk membalikkan bahan magnetik.
Prinsipnya adalah bahwa spin injection layer (SIL) memutar elektron terpolarisasi dan, melalui kontrol yang hati-hati terhadap arus yang menggerakkan SIL, sudut osilasi dari field generation layer (FGL) dapat dikontrol untuk mempertahankan 90° – tingkat optimal.
Ada dua tantangan yang harus diatasi jika pendekatan ini ingin berhasil. Pertama, suatu teknik harus dibuat untuk mengontrol kerapatan arus dalam SIL sehingga sudut osilasi dalam FGL tetap pada 90°. Ini, dengan sendirinya, merupakan proposisi yang menantang.
Selain itu, agar dapat menggunakan energi gelombang mikro untuk sementara melemahkan permukaan piringan, memungkinkannya untuk ditulis dengan mudah, bahan yang digunakan harus diubah agar beresonansi dengan gelombang mikro yang dihasilkan – perubahan yang signifikan. Agar gelombang mikro menjadi efektif, mereka harus berada pada frekuensi resonansi piringan. Ini analog dengan memasukkan segelas air ke dalam oven microwave – mudah dipanaskan. Namun, oven microwave tidak akan memanaskan balok es karena frekuensi resonansinya berbeda.
Namun, selama penelitian dan pengembangan untuk proses MAMR, Toshiba (terbuka di tab baru) menemukan bahwa dengan mengubah sudut osilasi dari 90° ke 180° menghasilkan efek yang sangat berguna. Dalam konfigurasi ini, energi gelombang mikro dari spin torque oscillator (STO) – kombinasi SIL dan FGL – secara efektif ‘mendorong’ fluks liar kembali ke arus utama, mencegahnya menghilang di kepala tulis.
- Lihat juga kumpulan SSD terbaik kami (terbuka di tab baru)
Sekarang dikenal sebagai Flux Control-MAMR (FC-MAMR), teknik ini mengatasi dua tantangan utama dengan pendekatan MAMR. Pertama, ini adalah proposisi yang jauh lebih sederhana untuk menghasilkan arus yang dibutuhkan, dibandingkan dengan pendekatan 90°. Kedua, karena tidak ada perubahan pada metode penulisan karena FC-MAMR memastikan lebih banyak energi tulis mencapai piringan, bahan magnetik konvensional dapat digunakan untuk piringan – tidak diperlukan perubahan.
FC-MAMR menggunakan perekaman konvensional dan mencapai peningkatan kemampuan densitas areal (ADC) hingga 20%, membuka jalan bagi HDD 3,5” dengan kapasitas hingga 18TB dengan media konvensional.
Jauh dari konsep teoretis, FC-MAMR diwujudkan dalam seri HDD terbaru Toshiba yang merupakan model pertama dari Toshiba yang menampilkan perekaman dengan bantuan energi. Seri MG09 didasarkan pada desain bersegel helium 9-disk generasi ketiga milik Toshiba dan FC-MAMR memungkinkan kapasitas 2TB per piring menggunakan CMR, mencapai kapasitas total 18TB.
Drive Seri MG09 18 TB cocok untuk beban kerja baca/tulis campuran acak dan berurutan untuk implementasi skala cloud dan pusat data tradisional. Mereka menawarkan kinerja 7.200rpm, dengan beban kerja tahunan 550TB dan antarmuka SATA atau SAS dalam perangkat 3,5” bersegel helium yang ringkas dan hemat daya.
MAS-MAMR – melihat ke masa depan
Diharapkan akan ada lebih banyak generasi HDD FC-MAMR yang dirilis, dengan potensi untuk meningkatkan penguatan ADC hingga 20% dibandingkan teknologi konvensional. Namun, microwave assisted switching MAMR (MAS-MAMR) memiliki potensi untuk mencapai kapasitas yang lebih besar dengan peningkatan penguatan ADC hingga 200%.
Karena STO sudah dikembangkan, salah satu tantangan signifikan dalam memberikan MAS-MAMR dapat diatasi. Namun, untuk melepaskan potensi MAS-MAMR sepenuhnya, diperlukan media yang dioptimalkan dengan resonansi yang disesuaikan, frekuensi, dan sifat butiran yang seragam.
Secara teoritis (dari segi kelayakan teknologi) FC-MAMR memberikan hingga 20% dibandingkan konvensional. Referensi konvensionalnya adalah konstruksi platter non-MAMR 9 dari MG08 dengan 16TB. Dengan FC-MAMR generasi pertama, setengah dari potensi (16TB->18TB) terwujud. Dengan next gen FC-MAMR, harapannya potensi penuh (20TB) bisa tercapai.
Dengan MAS-MAMR, keuntungan diharapkan mencapai 200% dari 16TB (kapasitas referensi) atau potensi teknologi yang diharapkan dalam kisaran 50TB.
MAMR hanya untuk mengecilkan kepala tulis yang mengarah ke kepadatan yang lebih tinggi yang mengarah ke lebih banyak TB per piringan yang mengarah ke lebih banyak TB dalam faktor bentuk yang sama. Ini adalah target nomor nol. Untuk mencapai target angka nol, masih ada beberapa kendala samping yang harus dipenuhi yaitu: Keandalan yang sama seperti sebelumnya, kecepatan yang sama seperti sebelumnya (walaupun karena kepadatan bit yang lebih tinggi, beberapa peningkatan kecepatan dicapai “secara kebetulan” (lebih banyak bit per area yang berputar pada 7200rpm yang sama berarti lebih banyak bandwidth) – tetapi itu bukan target pengoptimalan tertentu.
Melihat ke masa depan
HDD terus memainkan peran jangka panjang dalam dunia ZB data yang dihasilkan mesin. Hal ini terutama disebabkan titik harga mereka dibandingkan dengan penyimpanan berbasis flash serta kapasitas fabrikasi semikonduktor yang tidak mencukupi untuk memenuhi bahkan kebutuhan penyimpanan jangka pendek.
Setelah beberapa dekade pengembangan, teknologi HDD mencapai batas dari apa yang mungkin dalam hal penyimpanan per satuan luas. Namun, teknik inovatif seperti FC-MAMR memungkinkan kapasitas HDD berkembang sambil terus menikmati kesederhanaan pengoperasian CMR pada bahan pelat PMR standar.
Melihat lebih jauh ke masa depan, teknik seperti MAS-MAMR akan memperluas kapabilitas densitas areal (ADC) lebih jauh lagi, memastikan HDD akan tetap menjadi perangkat penyimpanan yang penting selama bertahun-tahun yang akan datang.