Agora, vamos nos aprofundar em cada elemento da Mozaic 3+ em detalhes para entender como ele contribui para tornar a densidade de área inovadora da Seagate uma realidade.
Mídia de super-rede de liga de platina
Na busca pela maior densidade de área, a mídia de super-rede de liga de platina da Seagate representa um grande avanço na mídia de armazenamento magnético. Essa tecnologia revolucionária combate o desafio da instabilidade magnética em nanoescala, dificultando a rotação de bits magnéticos que representam dados. Para desenvolver uma camada de armazenamento “mais rígida”, com coercividade magnética mais alta do que a encontrada em discos convencionais, os engenheiros da Seagate criaram uma estrutura de super-rede na qual a disposição precisa de cada átomo tem um papel fundamental;
Na plataforma Mozaic, em que os dados devem ser armazenados na forma de bits magnéticos mais próximos entre si do que é possível com discos rígidos PMR convencionais, a mídia de gravação teve que ser repensada desde o início. Os materiais e estruturas avançados usados na plataforma Mozaic 3+ possibilitam uma gravação de dados muito mais precisa do que qualquer tecnologia de disco rígido anterior. A mídia não é simplesmente um componente passivo, mas um participante ativo no processo de armazenamento de dados, possibilitando mais armazenamento de dados dentro do mesmo espaço físico.
A essência dessa tecnologia está no uso de partículas de platina (Pt) e ferro (Fe), que compõem a mídia de gravação dos discos rígidos Seagate Mozaic 3+. Cada nanopartícula, com apenas alguns nanômetros de tamanho, atua como um bit de dados individual. A alta anisotropia magnética da mídia torna possível alcançar uma granularidade tão fina ao mesmo tempo em que se evitam flutuações magnéticas entre os bits. Isso significa que a orientação magnética do material tende a permanecer estável ao longo do tempo, garantindo que cada bit permaneça estável e inalterado pela gravação de dados adjacentes. Com essa inovação, os discos rígidos Mozaic 3+ podem gravar dados com uma precisão impressionante, preservando a integridade dos dados ao seu redor.
As ligas magnéticas especializadas da mídia de gravação favorecem uma orientação magnética predeterminada. Isso é essencial para estabilizar o estado magnético de bits individuais, reduzindo assim sua suscetibilidade a flutuações térmicas. A escolha da Seagate de uma liga de ferro-platina (FePt) granular quimicamente ordenada é crucial. Sua alta anisotropia magnética proporciona a estabilidade necessária para bits gravados alcançando densidades de área recordes.
Atingir um alto grau de ordem dentro da mídia de super-rede de liga de platina é crucial para a tecnologia Mozaic 3+. Isso envolve um processo de fabricação sofisticado que usa crescimento epitaxial para depositar filmes finos de FePt em camadas subjacentes cristalinizadas em um substrato de vidro especial. Essas subcamadas servem de modelo, ditando a orientação e a ordem dos grãos de FePt durante o processo de deposição. O recozimento subsequente em altas temperaturas promove ainda mais a ordenação nos grãos de FePt, resultando em uma transformação de fase que aprimora as propriedades magnéticas e o alinhamento dos grãos na mídia.
Esse processo intrincado e cuidadosamente controlado garante que a mídia de super-rede de liga de platina forneça uma plataforma robusta e estável para o armazenamento de dados de alta densidade. A disposição precisa dos átomos dentro da estrutura da super-rede é o que possibilita que a mídia da Seagate contribua significativamente com a maior densidade de área dos discos rígidos Mozaic 3+, marcando um avanço substancial no campo da tecnologia de armazenamento de dados.
O gravador plasmônico
Como a mídia é magneticamente “mais rígida” para impedir a instabilidade dos dados, o design requer um gravador revolucionário.
No centro da operação desse gravador está a capacidade de aquecer com precisão a mídia de super-rede de liga de platina , uma tarefa realizada com o aumento da temperatura para mais de 400°C em menos de dois nanossegundos. Esse ciclo térmico rápido é crucial para o processo de gravação eficiente da Mozaic. As complexidades dessa operação envolvem um laser que é controlado e direcionado com precisão por meio de um funil fotônico em direção a uma antena quântica. Juntos, esses componentes criam um campo plasmônico que aquece uma área em foco no disco, preparando-a para que os dados possam ser gravados pela cabeça de gravação de núcleo magnético.
O design da cabeça de gravação de núcleo magnético evoluiu para integrar-se perfeitamente à tecnologia Mozaic 3+. Cada refinamento, da integração do laser à resistência ao desgaste, foi considerado cuidadosamente para aprimorar a eficácia da Mozaic 3+.
Componentes do gravador plasmônico
O gravador plasmônico é composto de um núcleo magnético tradicional mais três elementos revolucionários novos, cada um com uma função específica para possibilitar a gravação dentro da plataforma Mozaic 3+: o laser nanofotônico, o funil fotônico e a antena quântica.
Vamos analisar cada novo elemento em detalhes:
Laser nanofotônico:
O laser nanofotônico é um produto de extensa inovação da Seagate para reformar o panorama da tecnologia de armazenamento de dados.
O laser é a fonte da energia que altera temporariamente as propriedades magnéticas da mídia de super-rede de liga de platina, assim, preparando a área para a gravação de dados. A precisão e transitoriedade do efeito da energia possibilitam o aumento na densidade de bits que podem ser armazenados por disco. Por meio de um controle sofisticado em conjunto com o funil fotônico e a antena quântica, o laser aquece somente as nanopartículas necessárias na mídia, reduzindo sua resistência magnética e possibilitando que os dados sejam gravados com menos intensidade de campo magnético do que seria necessário. O aquecimento controlado garante que somente o bit que está sendo gravado seja afetado, mantendo a estabilidade e a integridade dos dados ao redor.
A Seagate inovou um processo escalável e de custo otimizado que integra lasers com nossa tecnologia avançada de cabeça de gravação. Uma caracterização extensiva foi conduzida para garantir que nossos lasers de fabricação interna mantenham o mesmo nível de consistência e qualidade dos principais fabricantes, criando assim flexibilidade de fornecimento de longo prazo.
As considerações de design para o laser nanofotônico são meticulosas, concentrando-se em fatores como o tipo e comprimento de onda do laser, saída de energia, qualidade do feixe e controle de modulação. Cada parâmetro é ajustado para garantir a eficácia e precisão do laser durante o processo de gravação. A integração na cabeça de gravação é um esforço de alinhamento preciso, garantindo que o fluxo laser, emitido pelo funil fotônico, seja focado com precisão na mídia de gravação por meio da antena quântica.
O gerenciamento térmico é outro aspecto fundamental do design do laser. A Seagate incorporou mecanismos de resfriamento eficientes para dissipar a energia gerada durante o processo de gravação, mantendo a estabilidade e a confiabilidade. Essas otimizações de design não se limitam a alcançar densidades de área mais altas; com eles, a plataforma Mozaic 3+ continua a liderança da Seagate em armazenamento de dados de alta capacidade sustentável e confiável.
Funil fotônico:
O funil fotônico é um guia de ondas que canaliza a luz do laser diretamente para a antena quântica com grande precisão. Sua estrutura, um produto da ciência de materiais de ponta e nanofabricação, foi projetada para confinar o caminho do laser, preservando a integridade e a potência do feixe à medida que ele se desloca até seu destino. A escolha dos materiais é deliberada; um índice de reflexão alto é crucial para guiar a luz de forma eficiente, com dispersão ou perda mínima.
A inovação da Seagate na tecnologia de guia de ondas não ocorreu apenas na seleção de materiais, mas também no design estrutural. A geometria e as dimensões do funil fotônico são meticulosamente calculadas para garantir correspondência de modo eficiente, uma sinergia entre a luz e a antena quântica que maximiza a transferência de energia. Essa precisão não diz respeito apenas ao controle da luz, mas à intensificação do potencial de armazenamento de dados. Fornecendo um feixe focado para aquecer a mídia de gravação em pontos precisos, o funil é fundamental para a capacidade da Seagate aumentar a densidade de área, possibilitando que mais dados sejam armazenados dentro do mesmo espaço físico de uma unidade de disco rígido.
A produção em alto volume desse componente exigiu que a Seagate fosse além dos métodos tradicionais. As estratégias de gerenciamento térmico são essenciais para o design do funil. Os mecanismos de resfriamento da Seagate garantem que o funil opera dentro da faixa de temperatura ideal, mantendo a estabilidade e ampliando a longevidade da cabeça de gravação.
Antena quântica:
A antena quântica, uma criação dos engenheiros da Seagate, é onde as profundas complexidades da física quântica e das ciências dos materiais convergem para aprimorar os recursos de gravação da Mozaic.
Sua função principal é converter a energia do laser em calor em uma escala incrivelmente precisa, possibilitando a gravação de dados de alta densidade da plataforma. Ela faz isso por meio da geração de plasmons de superfície — oscilações de elétrons em nível quântico induzidas pela luz na superfície do metal. Essa conversão é altamente localizada, afetando somente a área onde os dados são gravados.
O desenvolvimento pela Seagate da antena quântica exigiu inovação em várias áreas importantes. A antena em si é um produto de fabricação meticulosa, feito de materiais selecionados por suas propriedades de absorção óptica e capacidade de suportar os rigores térmicos do processo de gravação. O foco nas propriedades plasmônicas permite que a antena quântica limite a energia do laser de modo eficiente para que o aquecimento seja concentrado e preciso.
A integração da antena quântica dentro do conjunto da cabeça de gravação é um aspecto fundamental do seu design. É necessário um alinhamento de precisão para garantir que a energia do laser seja focada com exatidão na mídia de gravação, possibilitando o aquecimento localizado necessário para gravar dados um bit por vez.
A antena quântica atua como um transdutor, transformando a luz laser incidente em um campo eletromagnético de campo próximo de alta intensidade. Esse campo é, então, usado para aquecer a mídia de gravação acima de sua temperatura Curie, o que reduz a coercividade dos bits magnéticos e permite que eles sejam realinhados, gravando, assim, dados. O design da antena quântica aprimora a coordenação entre a energia de campo próximo do laser e o campo magnético da cabeça de gravação para garantir a precisão.
O design também incorpora estratégias avançadas de gerenciamento térmico. Elas são essenciais para garantir que o aquecimento rápido e o resfriamento subsequente ocorram com a precisão necessária, preservando a integridade dos dados ao redor e mantendo a estabilidade geral do processo de armazenamento.
A antena quântica é um dos principais impulsionadores para alcançar maiores densidades de área em discos rígidos. Ela representa um avanço significativo em relação às tecnologias de gravação tradicionais, com sua capacidade de manipular dados em nanoescala.
Aprimoramentos na densidade de área
A operação coletiva desses componentes do gravador plasmônico leva a um aumento substancial na densidade de área. Ao superar os desafios da integração de um diodo laser, controlando com precisão o funil e otimizando a antena quântica, a tecnologia Mozaic 3+ da Seagate pode codificar dados de forma mais densa do que qualquer disco rígido na história. Isso foi conquistado com avanços em gerenciamento térmico, engenharia de materiais e miniaturização de componentes, refletindo um equilíbrio entre a inovação e a implementação prática.
Controlador integrado de 12 nm
A função do controlador integrado de 12 nm é multifacetada. Para fornecer essa densidade de área em grande escala e TCO atraente, é necessário haver uma abordagem única em relação aos componentes eletrônicos que controlam tudo no disco rígido, desde a atuação até a gravação e segurança. Isso exigiu um controlador integrado, um sistema em um chip (SoC), totalmente desenvolvido internamente pelos especialistas em design de silício da Seagate.
O controlador consolida os canais de leitura, o gerenciamento de disco e os protocolos de troca de dados, tornando-se o coração operacional do disco rígido. Ele controla as velocidades de rotação, gerencia os movimentos da cabeça e executa o controle de movimento, gravação e leitura com uma precisão sem precedentes. A integração de várias funções em um único chip de silício comprova sua sofisticação. Esse SoC especial tem o tamanho perfeito para a aplicação e é otimizado para cálculos, velocidade, memória e uso de energia específicos para reduzir o desperdício.
O controlador contém inovações como a CPU RISC-V de alto desempenho da própria Seagate, o primeiro processador RISC-V usado para controlar funções de disco rígido, fornecendo até o triplo do desempenho em comparação com as soluções anteriores. Esse salto de desempenho viabiliza os algoritmos avançados que ajudam a fornecer maior densidade de área.
Os aprimoramentos de gravação incluem Automated Multi-Rev Recovery (AMRR), que automatiza as operações de recuperação de dados de alto impacto, Adjacent Track Interference Cancellation (ATIC) automatizado e Iterative Outer Code (IOC) aprimorado, combinando o poder de correção da decodificação LDPC com ECC baseada em trilha.
Um recurso crucial do controlador integrado de 12 nm é seu núcleo servo, projetado para usar as trilhas de dados com maior precisão. A microarquitetura refinada do processador, combinada com a redução de latência direcionada a instruções específicas, proporciona um desempenho aprimorado em cargas de trabalho servo essenciais. Isso inclui manuseio em tempo real da detecção de perturbação, recursos de controle adaptável, compensação de encaminhamento de feed e computação de taxa de amostra alta. O processador pode levar menos da metade do tempo para executar a mesma quantidade de trabalho do que os processadores anteriores — e isso é importante devido à necessidade de fazer ajustes rápidos em tempo real no servo para manter o atuador na trilha de dados incrivelmente estreita.
Como os discos rígidos agora oferecem mais de um milhão de trilhas por polegada, até mesmo sons ambientes poderiam ameaçar a precisão do atuador. O servoprocessador da Seagate, operando a intervalos de picossegundos, processa até 4 bilhões de bits por segundo, executando algoritmos complexos para compensar possíveis perturbações e manter a precisão do rastreamento do disco, efetuando os movimentos exatos exigidos pelos atuadores de três estágios das cabeças de unidade.
O controlador da Seagate inclui uma interface analógica de canal de leitura totalmente personalizada que amostra a taxas que excedem 4 Ghz, equivalendo a uma nova amostra a cada quarto de um nanossegundo. Esses aprimoramentos de processamento não comprometem a eficiência energética.
A transição de um chip de 28 nm para um de 12 nm é outro avanço, permitindo custos de matriz e consumo de energia mais baixos. Essa mudança na tecnologia de processo é crucial para acomodar mais transistores dentro da mesma área de chip, reduzindo os requisitos de tensão e oferecendo um perfil de energia aprimorado.
A arquitetura RISC-V tem um papel fundamental, oferecendo personalização que facilita tarefas computacionais de aplicações específicas, incluindo simulações e treinamento de modelo de machine learning. Além disso, o uso de arquiteturas de segurança aberta abre caminho para a movimentação de dados segura, uma consideração importante no atual panorama centrado em dados.
Além disso, as modificações específicas à Mozaic 3+, como a mitigação de 'salto de modo', aumentam ainda mais a confiabilidade e o desempenho da unidade, garantindo que os principais discos rígidos corporativos da Seagate mantenham a vantagem entre as soluções de armazenamento de alta densidade.
Com a centralização de tudo, do design à fábrica, a Seagate garante controle direto sobre a integração e o desempenho de seu silício, destacando-se como a única fabricante de disco rígido com esses recursos.
Leitor spintrônico de 7ª geração
Grãos menores de dados gravados só são úteis se puderem ser lidos. Integrado com os subcomponentes do gravador plasmônico, o leitor também precisava evoluir. Incorporando tecnologia quântica, a Mozaic 3+ inclui um dos sensores de leitura de campo magnético menores e mais sensíveis do mundo, o leitor spintrônico de 7ª geração.
Um recurso importante do leitor spintrônico de 7ª geração é a largura de trilha muito estreita, que garante uma leitura precisa da trilha pretendida, minimizando a diaconia das trilhas adjacentes.
Em sua base, o leitor depende do efeito de magnetorresistência de túnel — um fenômeno da mecânica quântica no qual a resistência elétrica de uma junção túnel magnética (MTJ) muda dependendo da orientação relativa de camadas magnéticas separadas por uma barreira de isolamento. O design do leitor garante a releitura magnética de alta resolução, minimizando a interferência entre trilhas, o que é vital para a leitura precisa dos bits gravados menores e mais densamente empacotados nos discos Mozaic 3+ em comparação com os discos rígidos tradicionais.
O leitor inclui uma pilha complexa de camadas integradas à montagem da cabeça de leitura. Essa pilha é composta por diversas camadas magnéticas e não magnéticas, cada uma executando uma função específica no processo de releitura. As camadas funcionam de forma colaborativa para converter os sinais magnéticos de bits gravados em sinais elétricos, que são, então, processados e decodificados para recuperar os dados armazenados.
A composição e as propriedades da pilha magnética são meticulosamente selecionadas para proporcionar desempenho ideal. As camadas magnéticas incluem a camada livre (FL), que é sensível aos campos magnéticos externos de dados gravados; a camada de referência (RL), que mantém uma orientação magnética estável; e o antiferromagneto sintético (SAF), agindo como um buffer para impedir que a orientação magnética da RL influencie a FL.
Para preparar a pilha de leitores para a tecnologia Mozaic 3+, os materiais e as espessuras de camada são selecionados por sua estabilidade térmica para tolerar as flutuações de temperatura durante o processo de gravação. A camada de barreira da junção túnel, feita de óxido de magnésio (MgO), é sujeita à corrosão controlada para ajustar a sensibilidade e eficácia do leitor.
A pilha do leitor é construída usando um processo de deposição de várias câmaras sob condições de vácuo contínuo para prevenir contaminação. A precisão exigida durante o processo de camadas exige controles exatos sobre a espessura de cada camada, o que é crucial para o desempenho do leitor.
O design de pilha inovador da Seagate otimiza a sensibilidade e a relação sinal/ruído, possibilitando uma leitura precisa da mídia de super-rede de liga de platina da Seagate e facilita densidades de dados mais altas nos discos rígidos Mozaic 3+.
Além da nuvem: O futuro para todas as aplicações com alta demanda de dados
A tecnologia Mozaic 3+ da Seagate terá um papel fundamental para atender às crescentes demandas das aplicações com volume intenso de dados. A necessidade por uma densidade de área mais alta é impulsionada pela criação exponencial de dados em vários setores, de data centers em nuvem a corporativos, que precisam de soluções de armazenamento de dados mais eficientes e econômicas.
As aplicações que consomem muitos dados e que se beneficiarão dos avanços na densidade de área incluem modelos de machine learning que requerem conjuntos de dados amplos para treinamento, serviços de streaming de vídeo que precisam armazenar e fornecer conteúdo 4K e 8K, e bancos de dados de pesquisa médica que acumulam sequências genômicas em grande escala.
A plataforma Mozaic 3+ da Seagate está preparada para fornecer esses avanços não apenas para data centers em nuvem e de hiperescala, mas em todo um espectro de produtos de armazenamento.
À medida que a tecnologia é integrada ao longo do tempo nas diversas famílias de discos rígidos da Seagate, como IronWolf Pro, SkyHawk e Exos, os benefícios permeiam várias aplicações, de ambientes de nuvem híbrida e multinuvem a necessidades de armazenamento de alta capacidade e capacidade média. Aplicações com grandes volumes de dados de todos os tipos dependerão, cada vez mais, das soluções eficientes de alta capacidade que só a Mozaic 3+ oferece.
A Mozaic 3+ da Seagate é mais do que um avanço tecnológico, é uma promessa de sustentar o crescimento inexorável do universo digital. As tecnologias de densidade de área da plataforma serão fundamentais para sustentar o crescimento contínuo das aplicações com volume intenso de dados, apoiando o desenvolvimento de novos serviços e a expansão dos serviços existentes.
Ao olharmos para o futuro, a capacidade de armazenar, acessar e aproveitar vastas quantidades de dados será essencial para gerar inovação e aproveitar todo o potencial da era digital. Com o lançamento da Mozaic 3+, a Seagate não está só acompanhando a explosão de dados, está ditando o ritmo, impulsionando o avanço das soluções de armazenamento para um horizonte onde o potencial dos dados é ilimitado.
