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Die Zukunft sieht rosig aus für HDDs, aber nur mit technologischem Fortschritt beim Speicherplatz (Teil 2)

technologischer Fortschritt beim Speicherplatz

Im ersten Teil dieses Artikels haben wir die vergangene Entwicklung der Festplattentechnologien beschrieben, jetzt beleuchten wir…

Die zukünftigen Technologien der HDDs

Eine neue auf PMR (Perpendicular Magnetic Recording) basierende HDD-Technologie und eine weitere PMR + Methode, um Daten auf einer Festplatte zu speichern, ist die zweidimensionale Magnetic Recording (TDMR) Technologie. Das Verfahren wird derzeit von Samsung erforscht und die Firma erklärt, dass sie diese Technologie bei künftigen Produkten ab 2017 einführen möchte.

TDMR, die auch auf der Idee der senkrechten magnetischen Aufzeichnung basiert, stellt sich dem größten Problem, das entsteht, wenn die Dichte der Spuren immer höher wird, die Spurabstände immer kleiner und die magnetischen Leseköpfe breiter werden als die Breite der tatsächlichen Datenspur: Die Datensignale, die die Leseköpfe empfangen, werden immer schlechter, da die Datenspuren schmaler sind und beginnen sich gegenseitig zu beeinflussen – ein Effekt, der magnetische Zwischenspur-Interferenz (magnetic inter-track interference /ITI) genannt wird. Das bedeutet, es wird immer schwieriger für die HDD Lese-Köpfe Ausleseoperationen auszuführen. Und im Gegensatz zu den Schreibköpfen, die kleiner ausgelegt werden können, kann ein Lesekopf dieses Problem nicht auffangen.

TDMR – wie der Name schon sagt – kombiniert daher mehrere Leseköpfe um eine einzelne Datenspur zu lesen. Die Zweidimensionale Magnetaufzeichnungstechnologie verwendet daher eine Anordnung von mehreren Leseköpfen, um Daten entweder von einer oder mehreren nahe gelegenen Spuren auszulesen. Dies ermöglicht den HDD-Controllern verbesserte Signal-Rausch-Verhältnis-Datenströme zu empfangen und die korrekten Daten beim Empfang von mehreren Stellen zu bestimmen. Samsung stellt fest, dass mehrere Leseköpfe die Möglichkeit bieten können, eine um 10% höhere Flächendichte im Vergleich zu SMR zu erreichen. Durch die Kombination der SMR und TDMR-Technologien glauben die Seagate-Forscher die Flächendichte von HDD Scheiben um etwa 10 bis 20 Prozent im Vergleich zu den heutigen traditionellen PMR Scheiben zu erhöhen.

… und zwei noch fortschrittlichere und nicht-PMR-Technologien zeichnen sich auch am Horizont ab!

Um Daten noch dichter auf einer HDD Scheibe zu platzieren werden derzeit von den Herstellern zwei andere Methoden und Technologien untersucht: HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording / Wärme-unterstützte Magnetaufzeichnung / Heat Assisted Magnetic Recording) und BPMR (Bit-gemusterte Magnetaufzeichnung / bit-patterned magnetic recording).

HAMR ermöglicht durch Verwendung eines integrierten Diodenlasers im Magnetaufzeichnungskopf kleinere Bits zu schreiben, wobei die Scheibe erwärmt wird, auf der die Daten geschrieben werden. Der Laser wird auf die Platte fokussiert und nutzt eine optische Nahfeld-Vorrichtung. Der kleine Laserpunkt (in der Größenordnung von einigen zehn Nanometern) erwärmt die Magnetscheibe an dem Punkt, an dem die Bits geschrieben werden sollen, um zu erleichtern, dass dort die Magnetisierungsausrichtung geändert wird. Die Hitze bewirkt, dass die magnetischen Körner ihren superparamagnetischen Effekt für eine kurze Zeit verlieren, was kleinere magnetische Körner und eine höhere Flächendichte ermöglicht. Wenn diese kleine Stelle abkühlt, werden die Daten an Ort und Stelle eingefroren. Das Datenauslesen geschieht dabei in der gleichen Art und Weise wie heute. HAMR könnte die Flächendichte auf 1,5 Tbit / Quadratzoll  erhöhen – das sind 50 Prozent oder mehr als heutige HDDs. Eine Enterprise-Validierung der Laufwerke könnte im Jahr 2017 beginnen und eine Verfügbarkeit der HDDs wird für 2018 geschätzt.

BPMR ist die Abkürzung für Bit-gemusterte Magnetaufzeichnung (Bit-Patterned Media Recording) und befasst sich ebenfalls mit der Herausforderung bei der Flächendichte: Durch die Nutzung dieser Methode sitzen die nanografisch hergestellten Körner auf erhöhten „Inseln“. Ohne zu viel in die Tiefe dieser Technologie abzutauchen kann man sagen, dass das Hauptinteresse bei dieser Methode ist, die Körner nochmals zu verkleinern. Indem auf jeder „Insel“ ein bit-patterned Korn platziert und damit die gesamte HDD noch viel dichter wird, möchte man den Wunschtraum – ein Korn = ein Bit – endlich Realität werden lassen.

Auch wenn ihr Erfinder Toshiba derzeit an verschiedenev Aspekte der BPMR-Technologie forscht, wird es nicht wahrscheinlich sein, dass die Technologie in naher Zukunft auf den Markt kommt. Wenn überhaupt, wird es sich um eine Technologie handeln, die in rund 10-15 Jahren in Produkten eingebaut sein wird.

Fazit: Was wir derzeit erleben, ist, dass verschiedene Technologien nebeneinander entwickelt werden, um das Beste aus der magnetischen Festplatte herauszuholen.

Einige Herausforderungen der Technologien die hier beschrieben wurden, sind viel leichter als andere in Angriff zu nehmen und wahrscheinlich jedes Unternehmen ist bestrebt, seine Produkte so schnell wie nur irgendwie möglich auf den Markt zu bringen, so dass das HDD Geschäft weiterhin läuft, während es gleichzeitig von SSD-Anbietern angegriffen werden.

Was heute allerdings ziemlich sicher gesagt werden kann, ist, dass wahrscheinlich einige Technologien länger auf dem Markt bleiben werden als bisher erwartet. Zum Beispiel werden SMR HDD nicht so schnell verschwinden, da TDMR und HAMR derzeit noch nicht marktreif sind. Es ist wahrscheinlicher, dass diese Technologien in Zukunft gemischt werden, sobald sie verfügbar sind: Bei  SMR und/oder TDMR könnte es beispielsweise so sein, dass sie in Verbindung mit HAMR eingesetzt werden, während BPMR alleine stehen und in ihrer eigenen Liga spielt, da die meisten der Probleme und Herausforderungen hier noch zu lösen sind, bevor die Technologie überhaupt eingeführt werden kann.

Ein Sache ist aber bereits klar: Mit diesen ganzen Technologien, die sich am Horizont abzeichnen oder bereits auf den HDD Markt gekommen sind, sind die Mitarbeiter des Reinraums eines Datenrettungsdienstleisters immer mehr gefordert, sich das notwendige Wissen über die neuen Technologien anzueignen, um die kommenden Herausforderungen zu bewältigen, die mit den neuen Technologien einhergehen. Sonst werden sie nicht in der Lage sein, Daten in dieser immer mehr atomisierten Umgebung physisch wiederherzustellen.

Bildnachweis: Th. Reinhardt / pixelio.de