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Grabación magnética asistida por calor

La grabación magnética asistida por calor ( HAMR ) (pronunciado " hammer ") es una tecnología de almacenamiento magnético que aumenta en gran medida la cantidad de datos que se pueden almacenar en un dispositivo magnético, como una unidad de disco duro , calentando temporalmente el material del disco durante la escritura, lo que lo hace mucho más receptivo a los efectos magnéticos y permite escribir en regiones mucho más pequeñas (y niveles mucho más altos de datos en un disco).

Al principio, se consideró que esta tecnología era extremadamente difícil de lograr y en 2013 se expresaron dudas sobre su viabilidad. [1] Las regiones que se escriben deben calentarse en un área minúscula (lo suficientemente pequeña como para que la difracción impida el uso del calentamiento láser normal enfocado) y requiere un ciclo de calentamiento, escritura y enfriamiento de menos de 1 nanosegundo , al tiempo que se controlan los efectos del calentamiento puntual repetido en los platos de la unidad, el contacto entre la unidad y el cabezal y los datos magnéticos adyacentes que no deben verse afectados. Estos desafíos exigieron el desarrollo de plasmones de superficie a escala nanométrica (láser guiado por superficie) en lugar del calentamiento directo basado en láser, nuevos tipos de platos de vidrio y recubrimientos de control térmico que toleran el calentamiento puntual rápido sin afectar el contacto con el cabezal de grabación o los datos cercanos, nuevos métodos para montar el láser de calentamiento en el cabezal de la unidad y una amplia gama de otros problemas técnicos, de desarrollo y de control que debían superarse. [2] [3]

El sucesor planificado de HAMR, conocido como grabación magnética de puntos calentados (HDMR) o grabación de patrones de bits, también está en desarrollo, aunque no se espera que esté disponible hasta al menos 2025. [4] [5] Las unidades HAMR tienen el mismo factor de forma (tamaño y diseño) que los discos duros tradicionales existentes, y no requieren ningún cambio en la computadora u otro dispositivo en el que están instaladas; se pueden usar de manera idéntica a los discos duros existentes. [6] [7] Se enviaron unidades HAMR de 32 TB a algunos clientes para su calificación en 2023. [8]

Descripción general

Se han desarrollado una serie de tecnologías que permiten que los discos duros aumenten su capacidad con un efecto mínimo en el coste. Para aumentar la capacidad de almacenamiento dentro del formato estándar, se deben almacenar más datos en un espacio más pequeño. Las nuevas tecnologías para lograrlo incluyen la grabación perpendicular (PMR) , las unidades rellenas de helio y la grabación magnética en tejas (SMR) ; sin embargo, todas ellas parecen tener limitaciones similares en cuanto a la densidad de área (la cantidad de datos que se pueden almacenar en un plato magnético de un tamaño determinado). La HAMR es una técnica que rompe este límite con los medios magnéticos.

La limitación de la grabación magnética tradicional y perpendicular se debe a los requisitos en pugna de legibilidad, capacidad de escritura y estabilidad (conocido como el trilema de la grabación magnética). El problema es que para almacenar datos de manera confiable para tamaños de bits muy pequeños, el medio magnético debe estar hecho de un material con una coercitividad muy alta (capacidad de mantener sus dominios magnéticos y soportar cualquier influencia magnética externa no deseada). [3] El cabezal de la unidad debe superar esta coercitividad cuando se escriben los datos. [3] [2] Pero a medida que aumenta la densidad de área , el tamaño ocupado por un bit de datos se vuelve tan pequeño que el campo magnético más fuerte que la tecnología actual puede crear no es lo suficientemente fuerte como para superar la coercitividad del plato (o en términos de desarrollo, para invertir el dominio magnético), porque no es factible crear el campo magnético requerido dentro de una región tan pequeña. [3] En efecto, existe un punto en el que se vuelve impráctico o imposible fabricar una unidad de disco que funcione porque la actividad de escritura magnética ya no es posible en una escala tan pequeña. [3]

La coercitividad de muchos materiales depende de la temperatura. Si la temperatura de un objeto magnetizado se eleva temporalmente por encima de su temperatura de Curie , su coercitividad se reducirá mucho hasta que se enfríe. (Esto se puede comprobar calentando un objeto magnetizado, como una aguja , en una llama : cuando el objeto se enfríe, habrá perdido gran parte de su magnetización). HAMR utiliza esta propiedad de los materiales magnéticos en su beneficio. Un pequeño láser dentro del disco duro calienta temporalmente el área que se está escribiendo, de modo que alcanza brevemente una temperatura en la que el material del disco pierde temporalmente gran parte de su coercitividad. Casi inmediatamente, el cabezal magnético escribe los datos en un área mucho más pequeña de lo que sería posible de otro modo. El material se enfría rápidamente de nuevo y su coercitividad vuelve a impedir que los datos escritos se modifiquen fácilmente hasta que se vuelvan a escribir. Como solo se calienta una pequeña parte del disco a la vez, la parte calentada se enfría rápidamente (menos de 1 nanosegundo [2] ) y se necesita relativamente poca energía.

El uso de calefacción presentó importantes problemas técnicos, porque a partir de 2013, no había una manera clara de enfocar el calor requerido en el área pequeña requerida dentro de las restricciones impuestas por el uso del disco duro. El tiempo requerido para calentar, escribir y enfriar es de aproximadamente 1 nanosegundo , lo que sugiere un láser o un medio similar de calentamiento, pero la difracción limita el uso de luz en longitudes de onda láser comunes porque estas normalmente no pueden enfocarse en algo parecido a la pequeña región que HAMR requiere para sus dominios magnéticos. [2] Los platos magnéticos chapados tradicionales tampoco son adecuados debido a sus propiedades de conducción de calor , por lo que se deben desarrollar nuevos materiales para las unidades. [2] Seagate Technology y Showa Denko utilizan una aleación de hierro y platino en platos de vidrio para unidades HAMR. [9] [10] [11] [12] Además, se debe superar una amplia gama de otros problemas técnicos, de desarrollo y de control. [2] Seagate, que ha sido destacada en el desarrollo de unidades HAMR, comentó que los desafíos incluyen "conectar y alinear un láser de diodo semiconductor a un cabezal de escritura de HDD e implementar una óptica de campo cercano para entregar el calor", junto con la escala de uso que es mucho mayor que los usos anteriores de la óptica de campo cercano. [1] El observador de la industria IDC declaró en 2013 que "la tecnología es muy, muy difícil, y ha habido mucho escepticismo sobre si alguna vez se convertirá en productos comerciales", con opiniones generales de que es poco probable que HAMR esté disponible comercialmente antes de 2017. [1]

Seagate afirmó que superaron el problema del enfoque de calentamiento mediante el desarrollo de plasmones de superficie a escala nanométrica [3] en lugar de calentamiento directo basado en láser. [2] Basado en la idea de una guía de ondas , el láser "viaja" a lo largo de la superficie de un material guía, que tiene forma y posición para conducir el haz al área que se va a calentar (a punto de escribirse). La difracción no afecta negativamente a este tipo de enfoque basado en guía de ondas, por lo que el efecto de calentamiento se puede dirigir a la pequeña región necesaria. [2] Los problemas de calentamiento también requieren medios que puedan tolerar un calentamiento rápido de puntos a más de 400 °C en un área pequeña sin afectar el contacto entre el cabezal de grabación y el plato, o afectar la confiabilidad del plato y su revestimiento magnético. [2] Los platos están hechos de un "vidrio HAMR" especial con un revestimiento que controla con precisión cómo viaja el calor dentro del plato una vez que llega a la región que se está calentando, crucial para evitar el desperdicio de energía y el calentamiento no deseado o el borrado de las regiones de datos cercanas. [2] No se espera que los costos de funcionamiento difieran significativamente de los de las unidades que no son HAMR, ya que el láser solo usa una pequeña cantidad de energía, descrita inicialmente en 2013 como unas pocas decenas de milivatios [1] y más recientemente en 2017 como "menos de 200 mW" (0,2 W ). [5] Esto es menos del 2,5 % de los 7 a 12 vatios que usan los discos duros comunes de 3,5 pulgadas.

Seagate demostró por primera vez prototipos HAMR en funcionamiento en uso continuo durante un evento de 3 días durante 2015. [4] En diciembre de 2017, Seagate anunció que las unidades de prelanzamiento habían estado siendo sometidas a pruebas de clientes con más de 40.000 unidades HAMR y "millones" de cabezales de lectura/escritura HAMR ya construidos, y que la capacidad de fabricación estaba en su lugar para volúmenes piloto y las primeras ventas de unidades de producción que se enviarían a clientes clave en 2018 [3] seguido de un lanzamiento al mercado completo de unidades HAMR "20 TB+" durante 2019, [5] [13] con discos duros de 40 TB para 2023 y unidades de 100 TB alrededor de 2030. [3] [2] Al mismo tiempo, Seagate también declaró que los prototipos HAMR habían alcanzado una densidad de área de 2 TB por pulgada cuadrada (habiendo crecido un 30% por año durante 9 años, con un objetivo de "futuro cercano" de 10 TBpsi). Se informó que la confiabilidad de transferencia de un solo cabezal era "superior a 2 PB " (equivalente a "más de 35 PB en una vida útil de 5 años en una unidad de 12 TB", que se afirmó que era "muy superior" al uso típico), y la potencia del láser de calentamiento requería "menos de 200 mW" (0,2 W), menos del 2,5 % de los 8 o más vatios que normalmente utilizan un motor de disco duro y su conjunto de cabezales. [5] Algunos comentaristas especularon que las unidades HAMR también introducirían el uso de múltiples actuadores en los discos duros (para fines de velocidad), ya que este desarrollo también se cubrió en un anuncio de Seagate y también se afirmó que se esperaba en una escala de tiempo similar. [13] [14]

Historia

Patrones termomagnéticos

Una tecnología similar a la grabación magnética asistida por calor que se ha utilizado de forma generalizada en otros ámbitos además de la grabación magnética es la creación de patrones termomagnéticos. La coercitividad magnética depende en gran medida de la temperatura, y este es el aspecto que se ha explorado, utilizando un rayo láser para irradiar una película de imán permanente de modo de reducir su coercitividad en presencia de un campo externo fuerte que tiene una dirección de magnetización opuesta a la de la película de imán permanente para invertir su magnetización. De este modo, se produce un patrón magnético de magnetizaciones opuestas que se puede utilizar para diversas aplicaciones. [44]

Configuración

Existen diferentes formas de realizar la configuración, pero el principio subyacente sigue siendo el mismo. Se deposita una tira magnética permanente sobre un sustrato de silicio o vidrio, y se irradia con un rayo láser a través de una máscara prediseñada. La máscara está diseñada específicamente para este propósito para evitar que el rayo láser irradie algunas partes de la película magnética. Esto se hace en presencia de un campo magnético muy fuerte, que puede generarse mediante una matriz de Halbach . [45] Las áreas que están expuestas/irradiadas por el rayo láser experimentan una reducción en su coercitividad debido al calentamiento por el rayo láser, y la magnetización de estas partes puede invertirse fácilmente mediante el campo externo aplicado, creando los patrones deseados.

Ventajas

Desventajas

Véase también

Referencias

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  4. ^ ab "Seagate demuestra los discos duros HAMR y promete comenzar los envíos en 2017".
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  7. ^ Lee, Aaron; Tsai, Joseph (15 de enero de 2021). "Seagate ampliará la capacidad de almacenamiento de los discos duros" . www.digitimes.com . Consultado el 26 de febrero de 2021 .
  8. ^ "Seagate Technology Holdings plc (STX) se presenta en la Conferencia de Tecnología Global del Bank of America 2023 (Transcripción)".
  9. ^ "Seagate firma un acuerdo HAMR con Showa Denko: asegura una segunda fuente de platos HAMR".
  10. ^ "El camino hacia los discos duros de 80 TB: Showa Denko desarrolla platos HAMR para discos duros".
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  13. ^ abcd Feist, Jason (18 de diciembre de 2017). "Tecnología de actuadores múltiples: un nuevo avance en el rendimiento".
  14. ^ ab https://www.anandtech.com/show/12169/seagates-multi-actuator-technology-to-double-hdd-performance : "Seagate afirma que la tecnología Multi-Actuator se implementará en productos en un futuro cercano, pero no revela cuándo exactamente. Como la publicación del blog de la empresa sobre el tema menciona tanto MAT como HAMR, es muy probable que los discos duros comerciales con HAMR que se lanzarán a fines de 2019 también tengan dos actuadores en un solo pivote. Al mismo tiempo, no significa que MAT no vaya a encontrar un lugar en productos que utilicen PMR convencional".
  15. ^ Patente estadounidense 2915594, Burns Jr., Leslie L. y Keizer, Eugene O., "Sistema de grabación magnética", publicada el 1 de diciembre de 1959, asignada a Radio Corporation of America 
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