Sebbene gli SSD e le sofisticatissime memorie flash abbiano surclassato da tempo gli hard disk (HDD) sotto il profilo prestazionale (lettura e scrittura), le vecchie soluzioni meccaniche restano imbattute nel rapporto “$ per GB” continuando ad affollare indisturbate i data center dei principali hyperscale cloud provider (Amazon, Alibaba, Microsoft etc.).
I vendor sanno bene che per ospitare la quotidiana mole di dati digitali prodotti da aziende e privati occorre molto spazio e gli hard disk rappresentano la soluzione ideale per i cloud vendor:
[Pensa prima a quanti dispositivi e rack dovrei ricorrere per effettuare il deploy di 1 petabyte di storage ed ora pensa a quanta minore attrezzatura e slot dovrei ricorrere se utilizzassi] hard disk da 16TB piuttosto che da 14TB, 12TB o 10TB. Nell’infrastruttura avrai bisogno di un minor numero di slot e di rack [per raggiungere un determinato target di capacità d’archiviazione]
osserva un analista interpellato da Data Center Knowledge (DCN). A Google ed affini non interessano tanto le tecnologie impiegate, sulle quali i vendor si giocano le quote di mercato, quanto il riuscire ad avere una densità maggiore per rack, aggiunge l’esperto.
Tra le tecniche adottate in passato per aumentare la densità ed infrangere la barriera dei 10TB va sicuramente ricordata quella dell’inserimento dell’elio tra i “piatti” in cui sono registrati i dati: grazie ad una viscosità inferiore rispetto all’aria, il gas nobile ha permesso di diminuire la distanza tra i vari piatti liberando spazio extra per eventuali piatti aggiuntivi ed avere più spazio. Il pioniere delle unità ad elio è stato Seagate (2013) ma il prossimo round, quello che porterà gli HDD a 16TB e 18TB, richiederà nuove tecnologie per superare gli attuali limiti strutturali. O forse no?
Two-Dimensional Magnetic Recording (TDMR)
Toshiba sembra scommettere sul TDMR e sull’elio, un approccio che a differenza dei competitor punta ad ottenere il massimo dalle soluzioni ingegneristiche già esistenti. Ma che cos’è il Two-Dimensional Magnetic Recording? Si tratta, semplificando, di una tecnica che si affida ad un elemento aggiuntivo nella testina dell’HDD per la lettura/scrittura simultanea di tracce adiacenti. Una delle due principali problematiche correlate all’aumento di densità è l’eccessiva vicinanza tra le varie tracce di registrazione, situazione che può causare interferenze (rumore) o portare le testine a captare i segnali delle tracce adiacenti.
Aggiungere un secondo elemento di lettura nella testina ci permette di eliminare parte del segnale d’interferenza […] proveniente dalle tracce di registrazione adiacenti e di ottenere un migliore rapporto segnale/rumore durante le operazioni di lettura. […] Ciò permette inoltre di ottenere una [densità di tracce maggiore; le posizioniamo più vicine tra loro]. Abbiamo inoltre aggiunto miglioramenti [al comparto di scrittura] in modo da avere un modesto incremento delle prestazioni degli elementi della testina localizzati alla fine del braccio [che si sposta a pochi nanometri d’altezza dall’unità stessa]
ha spiegato Scott Wright (direttore HDD product marketing Toshiba America) a DCN parlando delle unità da 16TB. Non bisogna poi dimenticare l’efficienza energetica del prodotto, circa 3.5-4 Watt di consumo in meno per unità, un valore forse esiguo ma che moltiplicato per 100.000 hard disk (deploy “abituali” a questi livelli) assume tutta un’altra rilevanza.
La seconda problematica della corsa ai 18TB interessa la fase di magnetizzazione dei bit (passaggio da 0 a 1) e la registrazione dei dati. Una maggiore densità comporta il rimpicciolimento dei bit ma al contempo una diminuzione dell’energia richiesta per la loro magnetizzazione, a tal punto che la stessa aria o l’elio presenti all’interno dell’unità sono in grado di attuare involontariamente il passaggio. Per ovviare all’inconveniente gli ingegneri hanno selezionato per i piatti dell’HDD dei materiali altamente resistenti alla magnetizzazione, andando tuttavia a scontrarsi con un altro limite, quello delle testine: queste ultime infatti, coinvolte a loro volta nel processo di miniaturizzazione, si sono ben presto rivelate non più in grado di “incidere” i bit presenti sui piatti.
SMR, MAMR o HAMR? Le tecnologie in corsa per i 18TB ed oltre
Le soluzioni sul tavolo dei vendor sono potenzialmente tre ma solo una, almeno sul breve termine, pare essere la più adatta al raggiungimento dei 18TB:
- la Singled Magnetic Recording (SMR) opta per la sovrapposizione delle tracce di registrazione magnetizzate (posizionate come le tegole di un tetto) e su testine molto larghe in grado di vincere la resistenza dei materiali del piatto. La SMR potrebbe portare le unità da 16TB a quota 17TB, osserva DCN, ma al costo di un calo generale delle prestazioni di scrittura – dovuto alla sovrapposizione delle tracce.
- La Microwave-Assisted Magnetic Recording (MAMR) si basa invece sulle microonde e su un complesso meccanismo di rotazione: il compito di interagire sui bit è affidato stavolta ad un oscillatore posto sulla testina dell’HDD in grado di generare microonde da 20-40 GHZ ed “indebolire” la resistenza dei bit. Alcune compagnie come Western Digital hanno già impiegato MAMR sui modelli da 16TB ma future “revisioni” potrebbero portale le unità fino all’incredibile soglia dei 40TB.
- La Heat-Assisted Magnetic Recording (HRM), adoperata per il momento da Seagate, sostituisce l’oscillatore della precedente soluzione con un diodo laser. È l’approccio più avveniristico dei tre poiché si discosta da quanto intrapreso fin ad ora a livello ingegneristico – ciò significa tuttavia esporre i primi utilizzatori ad un potenziale rischio, sottolineano gli analisti. Servirà del tempo per valutare la bontà e l’affidabilità delle unità HRM.
In base a quanto appena detto, il metodo MAMR appare come quello più accreditato a guidare la scalata degli hard disk verso i 18TB ed oltre. Indipendentemente dalla futura tecnologia predominante, i vendor sono comunque certi che le vecchie unità meccaniche domineranno il segmento storage per diversi anni (smentendo alcune “Cassandre”):
non raggiungeremo tanto presto i limiti [costruttivi]. L’elio ha aiutato a modificare le statistiche e le specifiche sull’affidabilità ed il risultato finale è che gli HDD continueranno ad essere utilizzati come [principale tecnologia di storage low cost ad alta capacità in molteplici casi d’utilizzo]
conclude il portavoce Toshiba.
Fonte: 1.