Paul: Noch nie zuvor hatte eine Ressource so viel Macht über die Gestaltung unserer Welt wie Daten heute. Ich bin Paul, und in diesem Podcast erforschen wir, wie Innovatoren Daten nutzen, um unser Leben, unsere Arbeit und unsere Kreativität zu verändern. Heute begrüße ich Stephanie Hernandez, leitende Entwicklungsdirektorin bei Seagate, um über Mozaic zu sprechen, eine bahnbrechende Technologie, die zu einem entscheidenden Zeitpunkt erscheint, da KI einen beispiellosen Speicherbedarf erzeugt. Legen wir los. Willkommen bei der Datenbewegung.
Stephanie, zunächst einmal, herzlich willkommen zur Sendung!
Stephanie: Vielen Dank für die Einladung.
Paul: Ja, natürlich. Schön, dass Sie hier sind. Ich freue mich aus verschiedenen Gründen sehr auf dieses Gespräch. Ich möchte mit einem Blick in die Vergangenheit beginnen. Sie sind seit 15 Jahren bei Seagate, und ich möchte ein wenig über Ihren Werdegang bei Seagate, Ihre Sicht auf die Speicherindustrie und die Veränderungen erfahren, die Sie in dieser Zeit beobachtet haben. Es fühlt sich an, als befänden wir uns gerade mitten in einer solchen Veränderung. Fangen wir also vielleicht dort an. Was haben Sie in den letzten anderthalb Jahrzehnten bei Seagate gemacht?
Stephanie: Ich habe meine Karriere bei Seagate als Reader Designer begonnen. Wissen Sie, um noch etwas weiter zurückzugehen: Ich habe an der University of Minnesota promoviert und mich schon als Doktorandin mit magnetischer Aufzeichnung beschäftigt. Ich arbeitete im Labor eines Professors namens Randy Victora, dessen Schwerpunkt auf der Entwicklung und Untersuchung fortschrittlicher HDD-Technologien lag. Seine Arbeit war eher computergestützt, was sehr gut zu meinen damaligen Interessen passte. Und wissen Sie, er wurde von Seagate finanziert, was natürlich zu Praktikumsmöglichkeiten bei Seagate führte und schließlich vor etwa 15 Jahren zu einer Anstellung als Reader Designer hier in Minnesota. Und ich war Modelliererin. Das heißt, ich habe physikbasierte Modelle verwendet, um zu verstehen, wie sich unsere Lesegerätdesigns in Abhängigkeit von der Flächendichte skalieren sollten und um die benötigte Leistung zu erzielen. Schließlich wechselte ich zur Forschungsgruppe, die viel besser zu meinen Interessen passte. Ich finde es spannend herauszufinden, welche Technologien in 10 bis 20 Jahren relevant sein werden. Ich bin zur Seagate Research Group gekommen, die ebenfalls hier in Minnesota ansässig ist. Und dann begann ich tatsächlich mit der Modellierung der wärmeunterstützten magnetischen Aufzeichnung. Als ich damals anfing, war das noch Zukunftstechnologie. Jetzt ist es Realität. Ich leite nun eine Gruppe, die in die Zukunft blickt: HAMR-Technologien und sogar ein Blick auf die Zeit nach HAMR, Festplatten und alternative Datenspeichertechnologien.
Paul: Ja. Beeindruckend. Beginnen wir mit einem kurzen Gespräch über HAMR. Zurzeit ein hochaktuelles Thema in der Branche. Seagate wird spätestens zum Zeitpunkt der Veröffentlichung dieser Folge eine große Ankündigung zu neuen Speicherkapazitäten gemacht haben, die Kapazitäten von bis zu 40 Terabyte pro Laufwerk ermöglichen.
Und einige der Dinge, die unsere Kunden heute mit diesen Laufwerken machen. Bevor wir darauf eingehen, möchte ich auf die Zeit vor 13, 15 Jahren zurückblicken, als Sie angefangen haben. Wie wurde HAMR zu diesem Zeitpunkt wahrgenommen?
Stephanie: Während meiner gesamten Zeit bei Seagate habe ich diesen Übergang von der senkrechten magnetischen Aufzeichnung zur HAMR in den Designgruppen miterlebt. Und wissen Sie, ich kann gar nicht genug betonen, wie bedeutend dieser Übergang war. Bevor HAMR zu dem wurde, woran die meisten von uns heute arbeiten, waren die Menschen skeptisch.
Es gab noch viele Herausforderungen, die bewältigt werden mussten, um diese Technologie auf den Markt zu bringen. Dazu waren bedeutende Änderungen erforderlich. Sie brauchten ein völlig neues Mediendesign, ein völlig neues Kopfdesign. Sie benötigten einen Kopf mit optischen Elementen. Man benötigte also immer noch Lesegeräte, die mithalten konnten.
Angesichts der zunehmenden Flächendichte und -kapazität müssen alle Teile des Aufzeichnungssystems so ausgelegt sein, dass sie diese erhöhte Kapazität unterstützen können. Es gab also noch viele Probleme und andere Herausforderungen, die gelöst werden mussten, um dahin zu gelangen, wo wir heute sind. Es gab damals sicherlich viele Skeptiker, aber je mehr wir über die Weiterentwicklung des Designs erfahren, desto deutlicher wird, dass es sich im Grunde um eine sehr praktikable Technologie handelt und dass die Herausforderungen technischer Natur sind, die wir durch ein besseres Verständnis von HAMR bewältigen können.
Paul: Und ich nehme an, es bestand Skepsis darüber, ob die Technologie grundsätzlich funktionieren könnte. Oder ging es zu diesem Zeitpunkt eher darum, dass wir zwar bewiesen hatten, dass sie funktionieren kann, aber es ging eben darum, ob sie sich auf das Niveau der vorherigen Generation der PMR-Technologie skalieren lässt?
Stephanie: Ich denke, die Leute haben immer gedacht, dass es sich um eine Technologie handelt, die grundsätzlich funktionieren könnte, da man mit HAMR kleinere Bitgrößen aufzeichnen kann, aber wie entwirft man ein System, das im realen Leben da draußen ... in der realen Welt mit den realen Zuverlässigkeits- und Leistungsanforderungen, die für den Einsatz solcher Produkte notwendig sind, funktionieren kann?
Wir waren immer der Meinung, dass es skalierbar sei. Ich meine, es wurde im Laufe der Zeit immer klarer. Es war aber sicherlich eine der größten Herausforderungen, die Robustheit der Geräte zu gewährleisten.
Paul: Das ist so interessant für mich, weil ich hier auf meinem Schreibtisch eine Requisite habe, und das ist eine Seagate-Festplatte, die wahrscheinlich schon fast 15 Jahre alt ist. Als Sie sich also zum ersten Mal mit diesen Dingen befassten, als Sie dazustießen, war es eine 4-Terabyte-3,5-Zoll-Festplatte, und eines der interessantesten Dinge für mich an der Festplattentechnologie ist die Bauform. Obwohl es sich um ein 15 Jahre altes Produkt handelt, sind Bauform, Abmessungen dieses Dings, dieses kleinen grauen Gehäuses, immer noch dieselben, oder? Und dafür gibt es konkrete Gründe. So als ob man die Bauform nicht ändern könnte. Die gesamte Innovation, die Sie eben auf so hohem Niveau erwähnt haben, findet also tatsächlich in diesem kleinen rechteckigen Gehäuse statt, was eine äußerst interessante technische und kreative Herausforderung darstellt. Könnten Sie in diesem Zusammenhang noch etwas anderes erläutern, nämlich die Idee der superparamagnetischen Aufzeichnung ...?
Stephanie: Grenze.
Paul: Grenze, Entschuldigung. Ja, superparamagnetische Grenze. Können Sie erläutern, was das ist und warum? Warum sie so wichtig ist? Ich möchte tiefer in die darin enthaltenen Technologien einsteigen, die zur Lösung dieses Problems beitragen.
Stephanie: In Ordnung. Seit vielen Jahren prophezeien die Leute also schon den Tod der Festplatte, nicht wahr? Was ist die maximale Bitgröße, die man auf Magnetplatten in einer Festplatte speichern kann? Die superparamagnetische Grenze bedeutet einfach, dass ein magnetisches Material thermisch sehr instabil wird, wenn man die Partikelgröße verringert.
Statt magnetisch wird es also paramagnetisch. Es ist also nicht mehr magnetisch. Es enthält keinerlei Informationen. Und wissen Sie, wir haben in den letzten 20, 30 Jahren und natürlich auch schon davor viele verschiedene Technologien und technologische Entwicklungen erlebt. Und jede dieser entscheidenden technologischen Veränderungen bot die Möglichkeit, die superparamagnetische Grenze immer wieder außer Kraft zu setzen.
Wir konnten neue Designs integrieren – insbesondere neue Mediendesigns –, die immer kleinere Korngrößen unterstützen. Die Datenträger in der Festplatte, das Aufzeichnungsmaterial, ist also magnetisch, es handelt sich um ein körniges, magnetisches Material. Es sind Körner, die im Moment etwa 10 Nanometer groß sind, kleiner als 10 Nanometer. Jede technologische Weiterentwicklung hat es uns ermöglicht, ein neues Mediendesign zu entwickeln, das immer kleinere Korngrößen unterstützt. Wir haben also die Grenze des Superparamagnetismus erweitert, und wir wissen nicht genau, wann und wo wir an die tatsächliche Grenze stoßen werden.
Ich meine, irgendwann wird das wohl passieren, ja. Aber wir glauben, dass uns die Technologie, der Stand der Technologie, an dem wir derzeit befinden, die wärmeunterstützte magnetische Aufzeichnung, ziemlich weit bringen kann.
Paul: Ja, und das Gespräch über ... erzählen Sie mir etwas über die Korngröße und warum diese in dieser Beziehung wichtig ist.
Stephanie: Ja, die Informationen sind auf der CD in diesen Spuren gespeichert. Spuren sind also die Abfolge von Bits. Und die Bitfolge bestimmt sie; sie bildet die Daten, die auf die Festplatte geschrieben werden. Und jedes Bit ist eine grundlegende Informationseinheit. Es ist eine Eins oder eine Null, oder eine Eins oder minus eins. Und diese Bits sind Ansammlungen von Körnern, die in die gleiche Richtung magnetisiert sind. Um also die Bitgröße weiter zu reduzieren und gleichzeitig das Signal-Rausch-Verhältnis aufrechtzuerhalten. Das Signal-Rausch-Verhältnis ist also eine wirklich grundlegende Kennzahl, die für uns wichtig ist, denn wir wollen aus den Medien ein starkes Signal mit möglichst geringem Rauschen erfassen. Um das Rauschen zu reduzieren, benötigen wir mehr Körner innerhalb eines Bits.
Ich kann also nicht einfach die Bitgröße reduzieren, ohne gleichzeitig die Korngröße zu verringern. Deshalb war es so wichtig, auf andere Aufnahmetechnologien umzusteigen, die eine kleinere Korngröße unterstützen.
Paul: Sie haben einige der Innovationen erwähnt, die HAMR ausmachen, oder Mozaic, wie wir es bei Seagate nennen. Was sind einige dieser grundlegenden Komponenten oder Teilsysteme, aus denen es besteht?
Stephanie: Ja, ich habe viel über die Medien gesprochen, also, vielleicht fange ich damit an.
Paul: Ja.
Stephanie: Bei HAMR ist das Medium grundlegend anders als bei PMR – es handelt sich um ein völlig neues Mediendesign – das Material basiert auf Eisen-Platin und weist eine sehr hohe Magnetisierung und Isotropie auf. Das bedeutet – es ist immer eine Herausforderung, Medien mit kleiner Korngröße und sehr guten Eigenschaften herzustellen –, aber aufgrund der hohen Isotropie kann man die Korngröße viel weiter vorantreiben als mit herkömmlichen Mediendesigns.
Sie wissen ja, der Grund, warum wir Eisen-Platin verwenden können, ist, dass wir jetzt einen brandneuen Schreiber haben. Bei der senkrechten magnetischen Aufzeichnung verwenden wir magnetische Schreiber, die ein Magnetfeld erzeugen. Wenn es sich hierbei um die Medienebene handelt, dann steht das Feld senkrecht zur Medienebene und die Bits sind magnetisiert, ebenfalls senkrecht zu dieser Medienebene.
Bei HAMR trifft das alles weiterhin zu, aber jetzt benötigen wir eine zusätzliche Anregung, um dieses Medium mit sehr hoher Isotropie zu erzeugen, da Eisen-Platin sehr thermisch stabil ist. Es ist magnetisch extrem hart, was aber auch bedeutet, dass es sehr schwer zu beschreiben ist. Aufgrund dieser Robustheit kann ich nicht einfach einen PMR-Schreiber nehmen und Informationen darauf aufzeichnen. Das bedeutet also, dass ich irgendeine Art von Unterstützung benötige, um auf diesem neuen Medium Informationen mit hoher Isotropie aufzeichnen zu können. Und der beste Weg – eigentlich der einzige Weg –, den wir beschreiten könnten, ist die Anwendung von Wärme. Sie sollten jedoch nicht ständig Wärme anwenden, sondern nur während des Schreibprozesses.
Magnetische Materialien besitzen die Eigenschaft, dass sie mit zunehmender Temperatur ihre Magnetisierung, ihre Isotropie und ihre magnetische Härte verlieren. Wir wollen gerade genug Temperatur anwenden, aber nur dann, wenn wir die Bits schreiben wollen. Und deshalb musste ein völlig neues Schreibgerät entwickelt werden, das über einen magnetischen Schreiber verfügt, denn wir benötigen diesen immer noch, um die zum Schreiben der Bits auf die Diskette erforderliche Anregung bereitzustellen.
Aber wir brauchen jetzt auch einen optischen Schreiber, der für HAMR völlig neu ist. Sie brauchen einen Laser. Damit wird die Wärmezufuhr gewährleistet. Sie benötigen einen optischen Wellenleiter, der die Energie des Lasers bis zur Luftlagerfläche leitet, also zu dem Bereich direkt neben dem Medium. Und dann gibt es da noch eine Innovation namens Nahfeldwandler, der diese Energie effizient lenken kann, um einen sehr schmalen, konzentrierten Wärmeimpuls auf das Medium auszuüben.
Ganz andere Medien, ganz anderer Schreiber. Stimmt`s? Das sind die, sagen wir mal, grundlegenden Veränderungen; allerdings muss das gesamte System skalierbar sein. Sie benötigen Lesegeräte, die diese schmalen Spuren erspüren können. Die Schnittstellen müssen ... die Schnittstelle zwischen Kopf und Scheibe muss diese neuen Komponenten unterstützen.
Daher muss der Abstand zwischen Kopf und Medien verringert werden. Diese Beschichtungen und Schichten auf den Köpfen und den Medien müssen dünn sein, um diesen geringen Abstand zu ermöglichen, aber auch thermisch robust sein und die Medien unter diesen extremen Aufnahmebedingungen schützen können. Und die Mechanik muss diesen sehr hohe Spurenabstand ebenfalls unterstützen.
Bei HAMR gibt es also zwar den Teil mit der wärmeunterstützten magnetischen Aufzeichnung, aber das gesamte System muss diesen brandneuen Aufzeichnungsmechanismus unterstützen.
Paul: Das klingt ja fast wie Science-Fiction, wenn man davon spricht, dass Laser Teile dieser rotierenden Scheibe erhitzen. Und können Sie über die Genauigkeit sprechen? Das war einfach so faszinierend, als ich davon erfuhr.
Stephanie: Misst man den Abstand zwischen Kopf und Scheibe, so passt nicht einmal ein DNA-Strang dazwischen. Der gesamte Aufbau des Schreibers würde in ein rotes Blutkörperchen passen. Und wissen Sie, das sind Analogien, die wahrscheinlich schon 10 Jahre alt sind. Jetzt wird alles mit atomarer Präzision gefertigt.
Alle Komponenten liegen derzeit im Bereich von einigen zehn Nanometern, also bei Hunderten von Mikrometern großen Bauteilen. Und ja, der Herstellungsprozess muss diese aggressive Skalierung unterstützen. Das mechanische System muss in der Lage sein, den Lesekopf präzise zu verfolgen und genau dort zu platzieren, wo er sich auf der Festplatte befinden soll.
Und die Spuren sind nur wenige Dutzend Nanometer breit. Alle diese Systeme arbeiten kontinuierlich zusammen, um diese hohen Kapazitäten von 30 Terabyte bis 40 Terabyte und darüber hinaus zu erreichen.
Paul: Ja, das habe ich gehört. Wenn Sie und Ihre Kollegen über diese Technologie sprechen, dann geht es um Technik auf atomarer Ebene. Dabei ist das, worauf Sie mit dem Laser Hitze anwenden, buchstäblich kleiner als ein Atom, also kleiner als der Durchmesser eines Atoms oder so. Die präzise Schlüsselanwendung findet in dieser Größe statt und erfordert Erwärmung und Abkühlung. Ich glaube, man muss 800 Grad Fahrenheit erreichen, um diese Stelle auf der Festplatte zu erhitzen, und dann kühlt sie in einer Nanosekunde oder so wieder ab.
Stephanie: Genau.
Paul: Die technischen Entwicklungen hinsichtlich Geschwindigkeit und Umfang finden in einem völlig anderen Maßstab statt.
Stephanie: Stimmt. Ja. Der Hitzefleck beträgt, ja, 800 Grad Fahrenheit, und ist nur wenige Körner breit, eine Handvoll Körner breit. Und das gilt sogar jetzt für Mozaic 3 und 4. Aber sobald wir von 10 Terabyte pro Festplatte sprechen, werden diese Geometrien noch aggressiver.
Paul: Und das alles gehört auch dazu. All diese Nanostrukturen oder, Sie wissen schon, diese winzigen Systeme und Komponenten. Man kann ja nicht einfach in ein Geschäft gehen oder irgendwohin und sie kaufen, oder? Sie sind alle maßgefertigt, nicht wahr? Es stimmt also, wenn ich sage, dass wir so ziemlich alle individuell angefertigt haben, ja? Für diesen speziellen Anwendungsfall. Können Sie dazu noch etwas mehr sagen?
Stephanie: Seagate hat sich von Anfang an zu HAMR bekannt, oder? Wir sind das Unternehmen, das gesagt hat, HAMR der Weg in die Zukunft ist. Wir mussten alles von Grund auf neu entwickeln, die Physik des HAMR-Aufzeichnungssystems erforschen, herausfinden, wie man optische Technologie in den Schreibkopf integriert. Die gesamte Medienentwicklung erfolgte intern, um die Entwicklung dieser neuen Medien zu unterstützen. Alles wird im eigenen Haus entwickelt, wir verfügen also über einen unglaublichen Wissensschatz, oder? Wir hatten Leute, die Optiker werden mussten, schreiben Chefdesigner. Und wir erforschen zurzeit auch noch völlig neue Designs, die wir gerade erst entwickeln und über die wir nachdenken.
Wir können Informationen aus dem beziehen, was extern geschieht, oder? Wir besuchen Konferenzen, wir finanzieren Forschungsprojekte an Universitäten und versuchen herauszufinden, welche Trends es gibt und welche Erkenntnisse in der Welt da draußen gewonnen werden. Wir nehmen all diese einzelnen Teile und versuchen herauszufinden, wie wir diese neuen Technologien nutzen können, um neue Köpfe, neue Leser, neue Medien zu erstellen. Und das alles geschieht bei uns im eigenen Haus.
Paul: Ich erwähnte bereits, dass sich das nach Science Fiction anhört. Es kommt einem unwirklich vor, aber es entspricht absolut der Realität. Und es handelt sich derzeit nicht um ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt. Wir produzieren jetzt Millionen davon.
Sie werden in kleine graue Gehäuse verpackt und in die Welt hinausgeschickt. Und was mich an der Festplattenindustrie bzw. an dem, was Seagate macht, so fasziniert, ist die Arbeit mit Atomen, wir beschäftigen uns mit Nanometer-Technik, aber das ist doch so winzig, nicht wahr?
Damit wir, Sie wissen schon, immer mehr dieser Teile in diesen winzigen 3,5-Zoll-Gehäuse unterbringen können. Aber dann produzieren wir sie in Massen, millionenfach. Ich denke, täglich verlassen mehrere Exabytes an Speicherkapazität unsere Produktionslinien. Die interessante Diskrepanz besteht also darin, dass wir im Kleinen entwickeln, aber in enormem Maßstab produzieren. Und genau das tun wir heute bei HAMR. Könnten Sie vielleicht diesen Prozess erläutern, z. B. wie wir dieses Exabyte-Produktionvolumen pro Tag erreichen können ... was ist nötig, um so etwas zu realisieren? Es ist eine Sache, in der Lage zu sein, eines dieser Dinge herzustellen. Etwas ganz anderes ist es, Millionen davon in dem Umfang produzieren zu können, in dem wir es tun, und die Daten der Welt zu speichern.
Genau das tun wir. Es geht also um alles, angefangen bei der Materialbeschaffung. Dem Bau von Komponenten. Es müssen wohl Millionen sein. Dass wir alles im eigenen Haus herstellen, Millionen dieser Komponenten integrieren, sie testen, wie Sie vorhin sagten, auf Leistung und Haltbarkeit, die gesamte Maschinenausstattung, die Fertigung,
Stephanie: Genau.
Paul: Die Menschen, die Prozesse, die gesamte Orchestrierung dabei ist einfach ...
Stephanie: Stimmt.
Paul: Wenn man es so betrachtet, ist das eine ziemlich atemberaubende Operation.
Stephanie: Bei all diesen Technologien hat alles mit einer Idee begonnen. Bei alle diese neuen Technologien, die von Generation zu Generation integriert werden, hat es als Forschungsprojekt begonnen, an dem vielleicht ein oder zwei Personen beteiligt waren. Und je mehr Leute wir dazuholen, desto vielversprechender wird das Projekt.
Wir beginnen vielleicht damit, einige unserer bestehenden Tools zu nutzen, um Konzepte zu erkunden, oder arbeiten mit externen Partnern zusammen, um die Machbarkeit der Technologie zu prüfen. Schritt für Schritt durchlaufen wir diesen Prozess, an dessen einem Ende wir eine Vielzahl von Technologien haben. Diese bewerten wir zunächst grob, bevor wir im nächsten Schritt weitere Personen in den Prozess einbeziehen. Wir leisten intern mehr Arbeit. Wenn die Technologie für einige wenige praktikabel wird, hat sie es so weit geschafft. Nur ein oder zwei schaffen es dann in die nächste Phase. Und dann beginnen wir, mehr unserer bestehenden Prozesse ...
in die Entwicklung dieser neuen Plattformen zu intergrieren. So geht es Schritt für Schritt von der Forschung hin zur Entwicklung und innerhalb der Entwicklung immer näher an die Produktionsreife heran. Es ist also ein schrittweiser Übergang, weil man zuerst die Feinheiten und die Physik der Aufnahmetechnik und all diese verschiedenen Dinge verstehen muss, bevor man im Reifeprozess weiter voranschreiten kann. Aber wir verfügen über einen etablierten Fertigungsprozess. Und Sie müssen diesen Fertigungsprozess Schritt für Schritt anpassen, um diese neuen Technologien zu integrieren. Es ist also definitiv kein Schalter, den man einfach umlegt, oder? Und dann geht es von PMR zu HAMR?
Es ist ein sehr allmählicher Prozess, der mit einem Traum, einer Idee beginnt. Und dann werden nach und nach immer mehr Mitarbeiter und das gesamte Unternehmen einbezogen. Bis es nun zu einer Unternehmung geworden ist, an der Tausende von Menschen beteiligt sind. Und dann können wir irgendwann etwas produzieren, das wir unseren Kunden anbieten können.
Paul: Sie haben unsere Kunden erwähnt. Warum ist das alles überhaupt wichtig? Dass Seagate verrückte Dinge mit Quantenphysik treibt und innovative Ideen für diese kleinen Gehäuse entwickelt. Warum ist das für unsere Kunden wichtig?
Warum ist das für die Welt von Bedeutung?
Stephanie: Ich denke, unsere Kunden sind letztendlich an höherer Kapazität in einem Gerät interessiert, das man einfach anschließen kann und das sich im Wesentlichen genauso verhält und eine gute Leistung bietet. Ich glaube, sie interessieren sich für die Technologien, die in dieses Gehäuse integriert werden, weil sie die Gewissheit haben wollen, dass wir einen Plan für die Weiterentwicklung der Technologie haben.
Wir sind immer davon ausgegangen, dass die Welt Daten in exponentiellem Tempo erzeugen wird und es niemals genug Speichermedien geben wird, um alle Daten zu speichern. Wir müssen aber die Kapazität weiter ausbauen, weil wir einen Großteil der erzeugten Daten speichern müssen. Das wird immer wichtiger.
Daher sind Ideen zur kontinuierlichen Kapazitätserhöhung bei gleichbleibender Bauform sehr wichtig.
Paul: Das typische Hochleistungsmaterial ... das Mozaic HAMR-Zeug. In welchen Schlüsselumgebungen landen diese Laufwerke typischerweise und warum?
Stephanie: Alle unsere Massenspeicher-Laufwerke landen letztendlich bei den großen Hyperscalern. Das sind diejenigen mit einem begrenzten ökologischen Fußabdruck. Wir müssen also weiterhin Laufwerke mit erhöhter Kapazität anbieten, die eine Steigerung der verfügbaren Kapazität unterstützen – ohne dabei den Platzbedarf des Datenspeichersystems zu erhöhen.
Wir alle kennen die Namen dieser Hyperscaler und unserer Cloud-Service-Anbieter, und wir alle nutzen deren Dienste, nicht wahr? Wir alle speichern viele Daten und erzeugen viele Daten, auf die wir zugreifen möchten. Daher ist es wichtig, ein Gerät bereitzustellen, das dies unterstützt: Die zunehmende Datenmenge im Laufe der Zeit.
Paul: Es geht darum, die Bauform nicht zu verändern, denn es muss in diese Vorgaben passen. Man kann die Steckplätze im Rechenzentrum nicht einfach ausgetauschen oder deren Format ändern. Man muss dabei bleiben … man muss innerhalb dieser Parameter innovativ sein.
Und ja, wie Sie schon sagten, das rasante Wachstum der Datenmenge – und damit auch des Datenwerts – sowie die Aufbewahrungsfristen für die Datenzugänglichkeit. Im Bereich der Daten führen all diese Dynamiken zu einem steigenden Speicherbedarf. Und ja, ich denke, der Grund, warum es wichtig ist, ist einfach der Versuch, unseren Kunden zu helfen, mit dieser Wachstumskurve Schritt zu halten.
Ein interessantes Kundenszenario, das ich mir gestern angesehen habe, ist die Frage, was passiert, wenn man einen Bestand dieser Größenordnung betreibt. Wenn Sie einen Bestand an Laufwerken im Bereich von Hunderttausenden und mehr betreiben: die Auswirkungen. Bei Speicherkapazitäten im Exabyte-Bereich bedeutet ein Upgrade-Szenario von beispielsweise 20 Terabyte-Laufwerken auf 40 Terabyte-Laufwerke im Wesentlichen eine Verdopplung des Speicherplatzes – der reinen Speicherkapazität – bei gleicher physischer Stellfläche. Und Sie haben vorhin schon angedeutet, dass eine der Herausforderungen heutzutage die Physik des Platzangebots ist, oder? Die Physik hat ihre Grenzen. Genauso wie es innerhalb des Laufwerks Einschränkungen gibt, gibt es auch Einschränkungen in der Umgebung, in die diese Dinge eingeschoben werden. Und warum ist die Flächendichte so wichtig?
Ich glaube, das sagt eigentlich schon alles.
Stephanie: Alles, woran wir arbeiten, dreht sich um reine Flächendichte. Ich meine, nicht alles, aber ein Großteil unserer Arbeit dreht sich darum, wie wir die Flächendichte weiter steigern können, indem wir einfach die Kapazität verringern oder erhöhen ... indem wir die Größe des Bits verringern. Alle diese Technologien passen also tatsächlich in das von uns vorgegebene Gehäuseformat. Ich denke, der Weg in die Zukunft besteht darin, die Kapazität kontinuierlich auf einhundert Terabyte zu erhöhen. Weil es sich um reine Flächendichte handelt.
Paul: Sie erwähnten vorhin etwas, das meine Aufmerksamkeit erregte. Zehn Terabyte pro Festplatte, nicht wahr? Also bei Mozaic, wir sind bei vier, vier plus, ja? Und Sie blicken in die Zukunft: Wie können wir die Flächendichte durch Innovationen kontinuierlich erhöhen, um die Kapazität im Laufe der Zeit zu steigern? Welche Ansätze haben Sie dazu, die Sie mir mitteilen können?
Stephanie: Auf jeden Fall. Ja. Wir sehen keine grundsätzlichen Hindernisse zwischen vier und zehn und darüber hinaus. Wie gesagt, es geht einzig und allein darum, die reine Flächendichte zu erhöhen. Das erfordert also eine Verkleinerung der Bauteile. Der Leser muss also kleiner sein.
Die kritischen Schreibelemente müssen ebenfalls kleiner sein, und die Korngröße muss kleiner werden, um immer kleinere Bits zu unterstützen. Wir haben also im Labor tatsächlich sieben Terabyte pro Festplatte demonstriert. Das ist also ungefähr doppelt so viel wie unser heutiger Produktstand.
Paul: Cool.
Stephanie: Und das Ganze findet in einem echten Labor statt, wir verwenden also tatsächlich Schreib- und Leseköpfe der nächsten Generation in Speichermedien, zeichnen echte Informationen auf der Festplatte auf und stellen diese Informationen wieder her. Die Komponenten ... sie sind in Bezug auf die Geometrie wesentlich aggressiver als das, was wir heute haben. Dieses System, das sieben Terabyte Speicherplatz bietet, ist also nicht sofort marktreif, dient aber als Machbarkeitsnachweis dafür, was mit einem Aufnahmesystem möglich ist. Eine weitere Funktion der Demo ist die magnetische Multisensoraufzeichnung.
Wir nutzen also eine Signalverarbeitung, um das Vorhandensein zweier Lesegeräte zu simulieren, wodurch wir schmalere Lesegeräte verwenden können. Wir benötigen jedoch zwei davon, um die Informationen, die von schmaleren Spuren kommen, aufzuschlüsseln. Wir haben sieben Terabyte pro Festplatte nachgewiesen.
Paul: Wenn Sie heute einen Leser haben ...
Stephanie: Wir haben heute einen Leser in HAMR. Ja. Wenn wir also zwei davon einsetzen, könnten wir schmalere Lesegeräte verwenden, als es uns sonst möglich wäre.
Wie bereits erwähnt, werden magnetische Materialien bei kleinen Volumina instabil. Mit HAMR können wir zwar sehr schmale Spuren schreiben, aber der Leser muss ebenfalls schmal sein. Wenn wir immer höhere Flächendichten erreichen wollen, müssen auch unsere Leser schmaler werden. Durch die Verwendung von zwei oder mehr Lesegeräten können wir die Größe des Lesegeräts tatsächlich stärker reduzieren, als es uns sonst möglich wäre. Bei diesen Flächendichtedemonstrationen wird auch die magnetische Multisensoraufzeichnung nachgeahmt. Wir können also schmalere Lesegeräte verwenden, als wir sie heute in ein Produkt einbauen könnten. Aber diese Demos zeigen, dass wir Bits schreiben können, die klein genug sind, um sieben Terabyte pro Festplatte zu unterstützen.
Nun gilt es, diese eng definierten Merkmale und Komponenten tatsächlich zuverlässig herzustellen. Nun, jenseits der sieben Terabyte an Ergebnissen gibt es noch viele weitere Ideen. Durch die Verwendung verschiedener Multisensor-Magnetaufzeichnungstechnologien können wir also zweidimensionale Magnetaufzeichnungen durchführen. Das ist also eine andere Art, die Informationen auf der Festplatte zu kodieren.
Ich brauche trotzdem zwei Lesegeräte. Es gibt da noch dieses andere Konzept namens Vektoraufzeichnung, bei dem ich verschiedene Feldrichtungen erfasse, die von den auf der Festplatte geschriebenen Mustern ausgehen. Und solche Ideen können das Problem der Leserbreite und Skalierung entschärfen. Ich kann einen breiteren Leser verwenden, als es mir sonst möglich wäre.
Wir benötigen außerdem neue mechanische Systeme, um diesen sehr hohen Spurenabstandzu unterstützen und diese Multisensor-Magnetaufzeichnungstechnologien zu ermöglichen, die sehr präzise Abstände zwischen den beiden Lesegeräten erfordern. Und wir beschäftigen uns mit neuen Lesermaterialien und neuen Leserdesigns. Wir arbeiten kontinuierlich daran, die kritischen Abmessungen des HAMR-Schreibers zu optimieren, die Korngröße des Speichermediums weiter zu reduzieren und neue Speichermaterialien einzusetzen.
Um kleinere Korngrößen zu unterstützen... Also ja, viele Ideen, um die 10 Terabyte pro Festplatte zu erreichen. Es gibt noch viel zu tun. Wie bereits erwähnt, arbeiten wir als Partner mit vielen verschiedenen Universitäten zusammen, um unterschiedliche Konzepte zu erforschen. Es gibt neue Ideen, für deren Erforschung wir intern möglicherweise nicht die Expertise besitzen. Deshalb arbeiten wir mit verschiedenen Forschern zusammen, die sich diese Technologien ansehen können, und wir könnten diese möglicherweise schließlich in unsere Entwürfe einbeziehen. Es gibt also noch vieles zu klären, um 10 Terabyte pro Festplatte und mehr zu erreichen. Wir glauben jedoch, dass HAMR gut skalierbar ist.
Das HAMR-System ist ein sehr, sehr gutes Gerüst, auf dem man neue Technologien aufbauen kann. Es unterstützt im Grunde genommen das Wachstum von Kapazität und Flächendichte. Und dann heißt es abwarten, wie weit uns das bringen wird, was noch eine offene Frage ist, aber wir sind zuversichtlich, dass wir die 10 erreichen können.
Und darüber hinaus müssen wir abwarten, wie weit uns unser HAMR bringen kann.
Paul: Das HAMR-Paradigma gilt für Speicherkapazitäten bis zu 10 Terabyte pro Festplatte, und wir denken auch darüber hinaus. Es geht einfach darum, die Komponenten und Systeme zu verkleinern und auf der Grundlage von Nanotechnik Innovationen zu entwickeln, um diese Meilensteine in der Flächendichte zu erreichen.
Stephanie: Ja. Ja, immer. Die Verkleinerung der Komponenten ist entscheidend, nicht wahr? Davon hängt die Flächendichte ab. Und man muss auch über neue Wege nachdenken, die Informationen auf der Festplatte aufzuzeichnen. Wie kann ich also mehr Informationen aufzeichnen und gleichzeitig die Bitgröße und die Geometrien der verschiedenen Komponenten vereinfachen?
Das sind auch Dinge, über die wir nachdenken. Aber ja, ich denke, HAMR ist letztendlich in der Lage, 10 Terabyte pro Festplatte und mehr zu erreichen, und wissen Sie, es ist einfach erstaunlich, dass Festplatten schon seit vielen Jahren existieren und Sie haben da eine, und von außen sieht das Gehäuse heute noch genauso aus wie damals, wissen Sie, für dieses Gehäuse, das Sie da haben.
Aber wenn man es öffnet, sieht es tatsächlich auch genauso aus. Nicht wahr? Als die Menschen die erste Festplatte entwarfen, dachten sie wirklich, dass dieselbe Konstruktion einmal 30, 40 oder gar hundert Terabyte speichern könnte? Denn ja, es ist nicht alles, was man tun muss, aber es ist ein so gut durchdachtes System, dass es diese extreme geometrische Skalierung unterstützt. Die mechanischen Systeme, die alle diese extremen Geometrien unterstützen können. Unser Ziel ist es, diese Architektur mit rotierenden Scheiben so lange wie möglich beizubehalten.
Paul: Was gibt es darüber hinaus noch? Abgesehen von der altbewährten Architektur der rotierenden Scheibe, die zahlreiche Technologieübergänge überstanden hat und auch heute noch die Daten der Welt speichert. Haben Sie Forschungsprojekte oder Ideenfindungsprozesse außerhalb dieses Kerninnovationspfades? Gibt es weitere interessante Aufnahmetechnologien, die für das Unternehmen von Interesse sind?
Stephanie: Ja, unser grundlegendes Ziel ist es, diese Architektur rotierender Scheiben weiterzuentwickeln und sogar über die magnetische Aufzeichnung hinauszugehen. Irgendwann stoßen wir also an die superparamagnetische Grenze und können die Korngröße nicht weiter verringern. Wann das sein wird, wissen wir nicht. Es gibt aber auch andere Materialarten, die magnetische Materialien ersetzen könnten.
Es gibt Ferroelektrika. Es gibt möglicherweise andere Materialien, die als Aufzeichnungsmedium dienen könnten und Informationen in kleineren Bitgrößen speichern könnten als magnetische Materialien. Das ist also alles ein sehr spekulatives Forschungsprojekt. Und es geht dabei um die Modellierung fundamentaler physikalischer Konzepte – in Zusammenarbeit mit Universitäten. Neben der Architektur rotierender scheiben interessieren wir uns auch für Dinge wie die DNA-Datenspeicherung. Wir betrachten nicht nur Trends in anderen Architekturen, die nicht auf Festplatten basieren. Allerdings gibt es derzeit nichts, was wir uns ansehen und was eine Festplatte ersetzen könnte. Die Festplatte (HDD) nimmt in der Datenspeicherhierarchie eine ganz bestimmte Stellung ein.
Und wissen Sie, keine der Technologien, über die gesprochen wird, ist ein Ersatz für Festplatten. Wir versuchen herauszufinden, was in die Festplatte eingebaut werden kann, um die Kapazität des Geräts weiter zu erhöhen.
Paul: Ja, es ist fast so, als wären das angrenzende Forschungsgebiete, die wir in unsere Kernarchitektur integrieren möchten. Stimmt das? Ist das der Grund, warum wir es untersuchen? Einfach um zu sehen, ob es Dinge gibt, die wir lernen und in unsere Kernstrategie einfließen lassen können?
Stephanie: Ich finde, Seagate sollte in mehr Bereichen der Datenwelt aktiv sein als nur bei Festplatten, oder? Wir müssen herausfinden, ob es für uns weitere Möglichkeiten gibt, uns in diesen anderen Bereichen der Datensphäre zu engagieren.
Paul: Ich denke, wir sollten zum Schluss kommen. Stephanie, das war ein wirklich faszinierendes Gespräch. Welche Fragen habe ich Ihnen nicht gestellt, die für unser Publikum im Hinblick auf diese Technologie und Ihre Arbeit wichtig sind?
Stephanie: Warum habe ich mich für eine Tätigkeit im Bereich der Magnetaufzeichnung entschieden? Genau. Denn das war im Jahr 2010 kein typisches Berufsfeld für Doktoranden. Aber schon als Studentin, und auch später noch als Ingenieurin bei Seagate, als ich alles über die verschiedenen Technologien lernte, war ich immer wieder erstaunt, wie viele unterschiedliche Technologien in einer Festplatte stecken und wie sehr sich diese Technologien im Laufe der Zeit weiterentwickelt haben. Und ich glaube nicht, dass das der Welt klar ist. Wenn man das Gehäuse öffnet, sieht es von außen und innen gleich aus, aber wenn man ein Mikroskop oder etwas Stärkeres nimmt und sich die verschiedenen Komponenten ansieht, stellt man fest, dass sie aus völlig unterschiedlichen Materialien bestehen.
Für all die Dinge, die eine Festplatte tut, werden völlig andere physikalische Prinzipien verwendet. Und ich denke, die Leute sollten wissen, dass eine Festplatte viel mehr ist, als das, was sie zu sein scheint. Es handelt sich um eine erstaunliche Technologie. Ja, wissen Sie, es ist einfach erstaunlich, wie sehr sie sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt oder verändert hat.
Paul: Ja. Es ist wie beispielsweise der Anreiz in einem Startup im Bereich Nanorobotik zu arbeiten. Das klingt so ähnlich, wissen Sie, wie etwas, das einen Ingenieur, einen aufstrebenden jungen Absolventen, besonders interessieren könnte und an dem er unbedingt arbeiten möchte. Das ist eine Festplatte, nicht wahr? Es ist ein Roboter. Es handelt sich um einen Nanoroboter, der der Welt einen unglaublichen Nutzen bringt. Und ja, wie Sie schon sagten, es ist ein so gut durchdachtes System, dass sich das, was man mit bloßem Auge sehen kann, seit einigen Jahrzehnten nicht verändert hat, aber es kommt eben auf das an, was im Inneren passiert, nicht wahr?
Man muss es unter dem Mikroskop untersuchen. Dann sieht man, wie unzählige unglaubliche Innovationen und Technologien zusammengeführt, integriert und anschließend in atemberaubendem Umfang hergestellt werden. Wirklich phänomenal.
Stephanie: Absolut.
Paul: Stephanie, es war mir ein Vergnügen, mit Ihnen zu plaudern. Ich habe sehr viel über Ihre Arbeit gelernt und Sie haben mir wirklich geholfen, einige Aspekte der Tätigkeit des Unternehmens besser zu verstehen, die mir vorher nicht so bewusst waren. Ich weiß es sehr zu schätzen, dass Sie mir das erklärt haben und bedanke mich für Ihre Zeit heute.
Stephanie: Vielen Dank für die Gelegenheit. Es war mir ebenfalls ein Vergnügen, mit Ihnen zu plaudern.
Paul: Ja, ich kann es kaum erwarten, die nächsten Innovationsknotenpunkte zu sehen und sieben Terabyte pro Festplatte zu erreichen, und zehn, und all die Arbeit, die Sie und Ihr Team und Ihre Kollegen hier bei Seagate leisten. Äußerst beeindruckend.
Stephanie: Vielen Dank, Paul.
