Esaminiamo ora in dettaglio ciascun elemento di Mozaic 3+ per capire in che modo contribuisce a trasformare in realtà la straordinaria densità d'area di Seagate.
Supporti in lega di platino a super-reticolo
Nella ricerca di una maggiore densità d'area, i supporti in lega di platino a super-reticolo di Seagate rappresentano un importante passo avanti nel settore dei supporti di memorizzazione magnetici. Questa tecnologia rivoluzionaria risolve il problema dell'instabilità magnetica su scala nanometrica, rendendo più difficile l'inversione dei bit magnetici che rappresentano i dati. Per sviluppare un livello di memorizzazione "più duro", con una coercitività magnetica superiore a quella delle unità tradizionali, gli ingegneri di Seagate hanno creato una struttura a super-reticolo in cui la precisa disposizione di ciascun atomo gioca un ruolo fondamentale;
Nella piattaforma Mozaic , in cui i dati devono essere memorizzati sotto forma di bit magnetici più vicini tra loro rispetto alle tradizionali unità disco PMR, era necessario ripensare il supporto di registrazione da zero. I materiali e le strutture avanzati utilizzati nella piattaforma Mozaic 3+™ di Seagate supportano una scrittura dei dati molto più precisa rispetto a qualsiasi tecnologia precedente per unità disco. Il supporto non è semplicemente un componente passivo, ma un partecipante attivo nel processo di memorizzazione dei dati, consentendo di memorizzare più dati a parità di superficie fisica.
L'essenza di questa tecnologia risiede nell'uso di particelle di platino (Pt) e ferro (Fe), che compongono il supporto di registrazione delle unità disco Mozaic 3+ di Seagate. Ogni nanoparticella, grande solo pochi nanometri, agisce come un singolo bit di dati. L'elevata anisotropia magnetica del supporto consente di ottenere una granularità così fine, evitando le fluttuazioni magnetiche tra i bit, il che significa che l'orientamento magnetico del materiale tende a rimanere costante nel tempo, assicurando che ciascun bit rimanga stabile e inalterato dalla scrittura di dati adiacenti. Questa innovazione consente alle unità disco Mozaic 3+ di scrivere i dati con una precisione straordinaria, preservando l'integrità dei dati circostanti.
Le speciali leghe magnetiche del supporto di registrazione favoriscono un orientamento magnetico predeterminato. Questo è fondamentale per stabilizzare lo stato magnetico dei singoli bit, riducendo così la loro suscettibilità alle fluttuazioni termiche. La scelta di Seagate di una lega granulare ferro-platino (FePt) ordinata chimicamente è fondamentale. La sua elevata anisotropia magnetica fornisce la stabilità necessaria per i bit registrati che raggiungono densità d'area record.
Per la tecnologia Mozaic 3+ è fondamentale ottenere un elevato livello di ordine all'interno del supporto a super-reticolo in lega di platino. Si tratta di un sofisticato processo di produzione che utilizza la crescita epitassiale per depositare film sottili FePt su strati inferiori cristallini su uno speciale substrato di vetro. Questi strati inferiori fungono da modello, determinando l'orientamento e l'ordine dei grani di FePt durante il processo di deposizione. La successiva ricottura ad alta temperatura promuove ulteriormente l'ordine dei grani FePt, portando a una trasformazione di fase che migliora le proprietà magnetiche del supporto e l'allineamento dei grani.
Questo processo complesso e attentamente controllato garantisce che il supporto in lega di platino a super-reticolo fornisca una piattaforma robusta e stabile per la memorizzazione di dati ad alta densità. La precisa disposizione degli atomi all'interno della struttura a super-reticolo è ciò che consente ai supporto di Seagate di contribuire in modo significativo all'aumento della densità d'area delle unità disco Mozaic 3+, segnando un progresso sostanziale nel campo della tecnologia di memorizzazione dei dati.
Il sistema di scrittura plasmonic
Poiché il supporto è reso magneticamente "più duro" per prevenire l'instabilità dei dati, il design richiede un sistema di scrittura rivoluzionario.
Il fulcro delle attività di questo sistema di scrittura è la capacità di riscaldare con precisione il supporto in lega di platino a super-reticolo, un'operazione che si esegue aumentando la temperatura fino a a oltre 420º C in meno di due nanosecondi. Questo rapido ciclo termico è fondamentale per l'efficacia del processo di registrazione di Mozaic. La complessità di questa operazione coinvolge un laser che viene controllato con precisione e diretto attraverso un imbuto fotonico verso un'antenna quantistica. Insieme, questi componenti creano un campo plasmonic che riscalda un'area focalizzata sul disco, preparandola in modo che i dati possano essere scritti dalla testina di scrittura del nucleo magnetico.
Il design della testina di scrittura con nucleo magnetico si è evoluto per integrarsi perfettamente con la tecnologia Mozaic 3+. Ogni perfezionamento, dall'integrazione del laser alla resistenza all'usura, è stato attentamente considerato per migliorare l'efficacia di Mozaic 3+.
Componenti del sistema di scrittura plasmonic
Il sistema di scrittura plasmonic è composto da un nucleo magnetico tradizionale più tre nuovi elementi innovativi, ognuno con una funzione specifica per consentire la scrittura all'interno della piattaforma Mozaic 3+: il laser nanofotonico, l'imbuto fotonico e l'antenna quantistica.
Diamo un'occhiata a ciascun nuovo elemento in dettaglio.
Laser nanofotonico:
Il laser nanofotonico è il prodotto dell'ampia innovazione di Seagate che rimodella il panorama della tecnologia di memorizzazione dei dati.
Il laser è la fonte di energia che altera temporaneamente le proprietà magnetiche del supporto in lega di platino a super-reticolo, preparando così l'area per la scrittura dei dati. La precisione e la transitorietà dell'effetto dell'energia consentono di aumentare la densità dei bit che possono essere memorizzati per disco. Mediante un controllo sofisticato in combinazione con l'imbuto fotonico e l'antenna quantistica, il laser riscalda solo le nanoparticelle necessarie sul supporto, riducendo la loro resistenza magnetica e consentendo di scrivere i dati con un'intensità del campo magnetico inferiore a quella altrimenti richiesta. Il riscaldamento controllato assicura che solo i bit scritti siano interessati, mantenendo la stabilità e l'integrità dei dati circostanti.
Seagate ha innovato un processo scalabile e ottimizzato in termini di costi che integra i laser con la tecnologia avanzata delle testina di registrazione. È stata condotta un'ampia caratterizzazione per garantire che i nostri laser prodotti internamente mantengano lo stesso livello di coerenza e qualità di quelli di altri importanti produttori, garantendo così la flessibilità di fornitura a lungo termine.
Le considerazioni di progettazione per il laser nanofotonico sono meticolose e si concentrano su fattori come il tipo e la lunghezza d'onda del laser, la potenza di uscita, la qualità del raggio e il controllo della modulazione. Ogni parametro viene ottimizzato per garantire l'efficacia e la precisione del laser durante il processo di scrittura. L'integrazione nella testina di scrittura è un tentativo di allineamento preciso, garantendo che il raggio laser, emesso attraverso l'imbuto fotonico, sia accuratamente focalizzato sul supporto di registrazione tramite l'antenna quantistica.
La gestione termica è un altro aspetto critico del design del laser. Seagate ha incorporato efficienti meccanismi di raffreddamento per dissipare l'energia generata durante il processo di registrazione, mantenendo la stabilità e l'affidabilità. Queste ottimizzazioni progettuali non riguardano solo l'ottenimento di densità d'area più elevate, garantiscono che la piattaforma Mozaic 3+ mantenga la leadership di Seagate nel settore della memorizzazione di dati ad alta capacità sostenibile e affidabile.
Imbuto fotonico:
L'imbuto fotonico è una guida d'onda che incanala la luce laser direttamente verso l'antenna quantistica con la massima precisione. La sua struttura, frutto della scienza dei materiali all'avanguardia e della nanofabbricazione, è progettata per limitare il percorso del laser, preservando l'integrità e la potenza del raggio mentre viaggia verso la destinazione. La scelta dei materiali è intenzionale; un indice di rifrazione elevato è fondamentale per guidare la luce in modo efficiente, con una dispersione o una perdita minima.
L'innovazione di Seagate nella tecnologia delle guide d'onda non è stata solo nella scelta dei materiali, ma anche nel design strutturale. La geometria e le dimensioni dell'imbuto fotonico sono calcolate meticolosamente per garantire una corrispondenza efficiente delle modalità, una sinergia tra la luce e l'antenna quantistica che massimizza il trasferimento di energia. Tale precisione non riguarda solo il controllo della luce, ma anche l'intensificazione del potenziale di memorizzazione dei dati. La guida d'onda, che fornisce un raggio focalizzato per riscaldare il supporto di registrazione in punti precisi, consente a Seagate di aumentare la densità d'area e di memorizzare più dati all'interno dello stesso spazio fisico di un'unità disco.
La produzione di grandi volumi di questo componente ha richiesto a Seagate un'innovazione oltre i metodi tradizionali. Le strategie di gestione termica sono parte integrante della progettazione dell'imbuto. I meccanismi di raffreddamento di Seagate garantiscono che l'imbuto funzioni nell'intervallo di temperatura ottimale, mantenendo la stabilità e prolungando la durata della testina di registrazione.
Antenna quantistica:
L'antenna quantistica, frutto della competenza degli ingegneri di Seagate, è il punto in cui convergono le profonde complessità della fisica quantistica e delle scienze dei materiali per migliorare le capacità di registrazione di Mozaic.
La sua funzione principale è convertire l'energia del laser in calore in una scala incredibilmente precisa, consentendo la scrittura di dati ad alta densità sulla piattaforma. Ciò avviene attraverso la generazione di plasmoni di superficie, ossia delle oscillazioni quantistiche di elettroni indotte dalla luce sulla superficie del metallo. La conversione è altamente localizzata e interessa solo l'area su cui vengono scritti i dati.
Lo sviluppo da parte di Seagate dell'antenna quantistica richiedevano innovazioni in diverse aree chiave. L'antenna è un prodotto di fabbricazione meticolosa, realizzato con materiali selezionati per le loro proprietà di assorbimento ottico e per la capacità di tollerare i rigori termici del processo di registrazione. La concentrazione sulle proprietà plasmoniche consente all'antenna quantistica di confinare efficacemente l'energia del laser in modo che il riscaldamento sia concentrato e preciso.
L'integrazione dell'antenna quantistica all'interno del gruppo della testina di scrittura è un aspetto critico del suo design. Richiede un allineamento di precisione per garantire che l'energia del laser sia accuratamente concentrata sul supporto di registrazione, consentendo il riscaldamento preciso necessario per la scrittura dei dati un bit alla volta.
L'antenna quantistica agisce come un trasduttore, trasformando la luce laser incidente in un campo elettromagnetico ad alta intensità. Questo campo viene quindi utilizzato per riscaldare localmente il supporto di registrazione oltre la sua temperatura in Curie, riducendo la coercitività dei bit magnetici e consentendone il riallineamento, scrivendo così i dati. Il design dell'antenna quantistica ottimizza la coordinazione tra l'energia del campo vicino del laser e il campo magnetico della testina di scrittura per garantire la precisione.
Il design include anche strategie avanzate di gestione termica, essenziali per garantire che il riscaldamento e il successivo raffreddamento avvengano con la precisione richiesta, preservando l'integrità dei dati circostanti e mantenendo la stabilità complessiva del processo di memorizzazione.
L'antenna quantistica è un fattore chiave per ottenere una maggiore densità d'area delle unità disco. Rappresenta un significativo passo avanti rispetto alle tecnologie di registrazione tradizionali, grazie alla sua capacità di manipolare i dati su scala nanometrica.
Miglioramenti della densità d'area
Il funzionamento collettivo dei componenti del sistema di scrittura plasmonic porta a un aumento sostanziale della densità d'area. Affrontando le sfide dell'integrazione di un diodo laser, controllando con precisione l'imbuto e ottimizzando l'antenna quantistica, la tecnologia Mozaic 3+ di Seagate è in grado di codificare i dati a una densità superiore rispetto a qualsiasi unità disco nella storia. Ciò è stato possibile grazie a miglioramenti nella gestione termica, nell'ingegneria dei materiali e nella miniaturizzazione dei componenti, che riflettono un equilibrio tra innovazione e implementazione pratica.
Scheda di controllo integrata a 12 nm
Il ruolo della scheda di controllo integrata a 12 nm è poliedrico. Per ottenere questa densità d'area su larga scala e un costo totale di proprietà convincente, è necessario un approccio esclusivo ai componenti elettronici che controllano tutto sull'unità disco, dall'attuazione alla registrazione e alla sicurezza. Ciò richiedeva una scheda di controllo integrata, un SOC (system-on-a-chip), sviluppato interamente internamente dagli esperti di progettazione del silicio di Seagate.
La scheda di controllo consolida i canali di lettura, la gestione del disco e i protocolli di scambio dei dati, diventando il cuore operativo delle unità disco. Controlla la velocità di rotazione, gestisce i movimenti della testina ed esegue lettura, scrittura e controllo del movimento con una precisione senza precedenti. L'integrazione di più funzioni in un singolo die in silicio ne dimostra la raffinatezza. Questo SoC personalizzato è perfettamente dimensionato per l'applicazione ed è ottimizzato per calcoli specifici, velocità, memoria ed efficienza energetica per ridurre gli sprechi.
La scheda di controllo contiene innovazioni come la CPU RISC-V a prestazioni elevate di Seagate, il primo processore RISC-V mai utilizzato per controllare le funzioni delle unità disco, che offre prestazioni fino a tre volte superiori rispetto alle soluzioni precedenti. Questo miglioramento delle prestazioni consente di utilizzare algoritmi avanzati che consentono di ottenere una maggiore densità d'area.
I miglioramenti apportati alla registrazione includono la tecnologia AMRR (Automated Multi-Rev Recovery), che consente di automatizzare le operazioni recupero dati ad alto impatto, la cancellazione automatica delle interferenze nelle tracce adiacenti (ATIC, Adjacent Track Interference Cancellation) e lil codice IOC, che combinano il potere di correzione della decodifica LDPC con la tecnologia basata su tracce ECC.
Una caratteristica fondamentale della scheda di controllo integrata a 12 nm è il suo servo-core, progettato per indirizzare le tracce di dati con maggiore precisione. La microarchitettura raffinata del processore, combinata con una riduzione mirata della latenza specifica per le istruzioni, consente prestazioni migliori in carichi di lavoro servo essenziali. Ciò include la gestione in tempo reale del rilevamento dei disturbi, funzionalità di controllo adattive, compensazione del feed-forward e calcolo di frequenze di campionamento elevate. Il processore può impiegare meno della metà del tempo per eseguire la stessa quantità di lavoro dei processori precedenti e questo è importante, a causa della necessità di apportare rapide regolazioni in tempo reale al servomotore per mantenere l'attuatore sulla traccia di dati incredibilmente stretta.
Poiché ora le unità disco sono dotate di oltre un milione di tracce per pollice, anche i rumori ambientali potrebbero compromettere la precisione dell'attuatore. Il servoprocessore di Seagate, che opera a intervalli di picosecondi, elabora fino a 4 miliardi di bit al secondo, eseguendo algoritmi complessi per contrastare potenziali disturbi e mantenere la precisione di tracciamento dell'unità effettuando i movimenti esatti necessari per gli attuatori a tre stadi delle testine delle unità.
La scheda di controllo di Seagate include un front-end analogico con canale di lettura completamente personalizzato che esegue il campionamento a velocità superiori a 4 Ghz, pari a un nuovo campionamento ogni quarto di nanosecondo. Questi miglioramenti dell'elaborazione non compromettono l'efficienza energetica.
La transizione da un chip a 28 nm a un chip a 12 nm rappresenta un altro passo avanti, consentendo di ridurre i costi dei die e il consumo energetico. Questo cambiamento nella tecnologia di processo è fondamentale per alloggiare più transistor all'interno della stessa area del chip, ridurre i requisiti di tensione e offrire un migliore profilo di alimentazione.
L'architettura RISC-V svolge un ruolo fondamentale, poiché offre una personalizzazione che facilita le attività di elaborazione specifiche dell'applicazione, tra cui simulazioni e training sui modelli di apprendimento automatico. Inoltre, l'uso di architetture di sicurezza aperte spiana la strada allo spostamento sicuro dei dati, un fattore importante nel panorama odierno incentrato sui dati.
Inoltre, alcune modifiche specifiche per Mozaic 3+, come la riduzione del "Mode-Hop", aumentano ulteriormente l'affidabilità e le prestazioni dell'unità, garantendo che le unità disco classe Enterprise di punta di Seagate mantengano la posizione di vantaggio tra le soluzioni di memorizzazione ad alta densità.
Centralizzando l'intero stack, dalla progettazione alla produzione, Seagate garantisce il controllo diretto sull'integrazione e sulle prestazioni del silicio, distinguendosi come unico produttore di unità disco con tali funzionalità.
Lettore Spintronic Gen 7
I grani di dati scritti più piccoli sono utili solo se possono essere letti. Essendo integrato con i sotto-componenti del sistema di scrittura plasmonic, anche il lettore doveva evolversi. Incorporando la tecnologia quantistica, Mozaic 3+ include uno dei sensori di lettura del campo magnetico più piccoli e sensibili al mondo, il lettore Spintronic Gen 7.
Una caratteristica fondamentale del lettore spintronic Gen 7 è la larghezza della traccia molto ridotta, che garantisce una lettura precisa dalla traccia desiderata, riducendo al minimo il crosstalk dalle tracce vicine.
Il lettore si basa essenzialmente sull'effetto della magnetoresistenza di tunneling, un fenomeno quantomeccanico in cui la resistenza elettrica di una giunzione a tunnel magnetica (MTJ) cambia a seconda dell'orientamento relativo degli strati magnetici separati da una barriera isolante. Il design del lettore garantisce una rilettura magnetica ad alta risoluzione, riducendo al minimo le interferenze tra le tracce, un fattore di vitale importanza per la lettura accurata dei bit registrati più piccoli e ad alta densità nelle unità Mozaic 3+ rispetto alle unità disco tradizionali.
Il lettore include uno stack complesso di livelli integrati nel gruppo della testina di lettura. Questo stack è costituito da vari livelli magnetici e non magnetici, ognuno dei quali svolge un ruolo specifico nel processo di lettura. I livelli lavorano in collaborazione per convertire i segnali magnetici dai bit registrati in segnali elettrici, che vengono quindi elaborati e decodificati per recuperare i dati memorizzati.
La composizione e le proprietà dello stack magnetico sono selezionate meticolosamente per offrire prestazioni ottimali. Gli strati magnetici includono lo strato libero (FL), che è sensibile ai campi magnetici esterni generati dai dati registrati, il livello di riferimento (RL), che mantiene un orientamento magnetico stabile e l'antiferromagnete sintetico (SAF), che agisce come un buffer per evitare che l'orientamento magnetico dell'RL influenzi l'FL.
Per preparare il gruppo di lettori per la tecnologia Mozaic 3+, i materiali e gli spessori degli strati vengono selezionati in base alla loro stabilità termica per resistere alle variazioni di temperatura durante il processo di scrittura. Lo strato barriera della giunzione del tunnel, costituito da ossido di magnesio (MgO), è soggetto a un'ossidazione controllata per regolare la sensibilità e l'efficacia del lettore.
Lo stack del lettore viene costruito utilizzando un processo di deposizione a più camere in condizioni di vuoto continuo per evitare la contaminazione. La precisione richiesta durante il processo di stratificazione richiede controlli precisi sullo spessore di ogni strato, che è fondamentale per le prestazioni del lettore.
L'innovativo design dello stack di Seagate ottimizza la sensibilità e il rapporto segnale-rumore, consentendo una lettura accurata dai supporto in lega di platino a super-reticolo di Seagate e facilitando l'aumento della densità dei dati nelle unità disco Mozaic 3+.
Oltre il cloud: il futuro per tutte le applicazioni che richiedono grandi quantità di dati
La tecnologia Mozaic 3+ di Seagate svolgerà un ruolo fondamentale nel soddisfare le crescenti esigenze delle applicazioni con uso intensivo di dati. La spinta verso una maggiore densità d'area è alimentata dalla creazione esponenziale di dati in più settori, dalle aziende ai data center cloud, che richiedono soluzioni di memorizzazione dei dati più efficienti ed economiche.
Le applicazioni con grandi quantità di dati che trarranno vantaggio dai progressi nella densità d'area includono modelli di apprendimento automatico che richiedono vasti set di dati per la formazione, servizi di streaming video che devono memorizzare e distribuire contenuto 4K e 8K e database di ricerca medica che accumulano sequenze genomiche su larga scala.
La piattaforma Mozaic 3+ di Seagate è pronta a offrire questi miglioramenti non solo per i data center cloud e hyperscale, ma per una vasta gamma di prodotti di memorizzazione.
Man mano che la tecnologia viene integrata nel tempo nelle diverse famiglie di unità disco di Seagate, come IronWolf Pro, SkyHawk ed Exos, i vantaggi si diffonderanno attraverso varie applicazioni, dagli ambienti multicloud e cloud ibridi alle esigenze di memorizzazione con capacità di media e alta capacità. Le applicazioni che gestiscono grandi quantità di dati di tutti i tipi si affideranno sempre più a soluzioni efficienti e ad alta capacità che solo Mozaic 3+ offre.
Mozaic 3+ di Seagate è più di un progresso tecnologico: è una promessa di sostenere l'inesorabile crescita dell'universo digitale. Le tecnologie per la densità d'area della piattaforma saranno fondamentali per sostenere la continua crescita di applicazioni ad uso intensivo di dati, per sostenere lo sviluppo di nuovi servizi e l'espansione di quelli esistenti.
Guardando al futuro, la capacità di memorizzare, accedere e sfruttare grandi quantità di dati sarà fondamentale per promuovere l'innovazione e sfruttare appieno il potenziale dell'era digitale. Con l'introduzione di Mozaic 3+, Seagate non solo sta tenendo il passo con l'esplosione dei dati, ma sta anche definendo il ritmo, guidando l'avanzamento delle soluzioni di memorizzazione verso un orizzonte in cui il potenziale dei dati è illimitato.
