Mozaic 3+ とは何ですか、どのように機能し、データ・センターで何ができますか？

Mozaic 3+のご紹介

クラウド・コンピューティング、人工知能、機械学習が前例のないデータ生成を促進する中、データ・ストレージ容量に対するとどまることのない需要は、ますます大きくなる課題となっています。拡張可能な大容量ストレージはこれまで以上に重要となっています。Seagateは、何年も先行して、大規模な拡張性を可能にするディスク当たりの記録密度の画期的な進歩、総所有コスト(TCO)の低減、地球への影響を低減する持続可能性の向上といった、最も実行可能なソリューションを提供しています。

Seagateは最近、最先端のMozaic 3+^™技術プラットフォームを発表しました。これにはSeagateの先駆的な熱補助型磁気記録 (HAMR) が組み込まれています。この発表は、プラッタあたり3TB以上の比類のない記録密度と、今後数年でプラッタあたり4TB以上および5TB以上を達成するというロードマップを示しています。Mozaic 3+によって実現されるSeagate Exosの30TBを超えるハードディスク・ドライブは、2024年第1四半期に主要なクラウドサービスの顧客に出荷されます。

Mozaic 3+は原子工学の偉業です。研究と開発、気概と決意、投資と信念の賜物です。熱と光とビットの傑作。Mozaic 3+により、すべてのSeagateエンタープライズのハードディスク・ドライブと同じ材料リソースを使用し、同じ信頼性の高い3.5インチフォーム・ファクタを提供しながら、以前には考えられなかった密度レベルでデータがメディアに保存されます。Mozaic対応ドライブは、現在のデータ・センターと完全に互換性があり、パフォーマンス、信頼性、堅牢性に関してすべての顧客仕様を上回っています。

Mozaic 3+は、拡大を続けるクラウド・エコシステムと、それによって必然的に生成される無数のエクサバイトからの要求に対する答えです。これにより、データ・センター運営者は、同じフットプリントでさらに多くのエクサバイトを保存できるようになり、取得コストや運用コストを含むTCOの大幅な削減を達成できます。 

Mozaic 3+はストレージ業界にとっての転換点です。未来の読取り/書込み技術です。

企業にとって記録密度が重要である理由は？

その答えは簡単です。データは、世界がデータを保管する能力よりもさらに速く増え続けています。2024年には、地球上で毎年30ゼタバイトのデータが生成されることになりますが、毎年製造されるストレージ容量は、わずか2ゼタバイトです¹。

企業は、利用可能なすべてのデータの本質的な価値を活用するために必要なツールを準備することが重要です。そして、それに対するプレッシャーは高まるばかりです。データ・センターの構築、運営、拡張はお客様にとって最大の課題の1つですが、同時に最大のチャンスでもあります。爆発的なデータ作成とリソース不足という2つの力が互いに対立しています。

• 爆発的なデータの作成とそのデータをキャプチャする機能により、データはより豊富な顧客インサイトと新たな収益機会を実現します。その結果、利用可能となるすべてのデータに依存するAI製品の迅速な商品化が促進されます。2027年には、291ゼタバイトが作成されると予想しています。
• データ・センターの構築コストは10億から15億かかる一方で、企業はスペース、電力、予算といったリソース不足に直面します。

AIの爆発的な普及に伴い、クラウドとデータ・センターの顧客は、需要を満たすためにAIサービスへの投資と提供を急いでおり、当初はコンピューティングとAIアーキテクチャの構築に集中していました。このインフラストラクチャが確立されると、必要なストレージは急速に増大します。これらの課題に対応するために、企業はストレージ容量を迅速に増やす必要があります。そのために企業は、テラバイトあたりのコストとリソースへの影響の削減を追求します。高度な記録密度技術により、顧客はこれらの要求を満たすことができます。

Mozaic 3+は、追加の電力やリソースを使用することなく、大幅に容量を増やせるように設計されたハードディスク・ドライブアーキテクチャです。Seagateの強みである記録密度により、データ・センターの容量を増やすための最もシンプルで洗練されたソリューションを提供することができます。これにより、材料コスト、運用コスト、電力消費、リソース使用量、温室効果ガス排出量を増やしがちなプラッタ、ヘッド、電子機器の追加など、容量を増やすための非効率的なアプローチを回避できます。

クラウドおよび企業のデータ・センターにおけるMozaic 3+の利点

スケール、TCO、持続可能性

Mozaic対応ハードディスク・ドライブは世界で最も効率的なハードディスク・ドライブストレージであり、生産性を向上させながら取得コストと運用コストを削減します。Mozaicの記録密度向上により、顧客はスペース、電力、天然資源の消費を増やすことなく、より多くのデータを保存できるようになります。

Mosaic 3+は、企業に新たに出現するアプリケーションや爆発的なデータ急増に対応する拡張の余地を提供する最適なタイミングで登場しました。お客様は、ストレージ密度と効率を最大化する新しいインフラをより簡単に構築したり、既存のインフラストラクチャを最適化できるようになりました。データ・センターは、分析、アーカイブ、コンテンツ配信、ディザスタ・リカバリのために、より多くのデータをより手頃な価格で保持および活用できるようになり、作成されたデータと保存されたデータの間に存在する大きなギャップを埋め始めています。

Seagateの記録密度イノベーションにより、プラッタ上に保存できるビット数が増加し、業界における共通の問題に対処できます。Mozaic 3+により、同じ床面積でより多くのデータを保存できるようになります。従来の16TBの垂直磁気記録方式 (PMR) のドライブ (大規模データ・センターの平均容量) からSeagateのExos 30TB Mozaic 3+ドライブにアップグレードすると、同じフットプリントで容量が2倍近く増えます。

データ・センター運営者にとってTCOは最も重要であり、この点においてMozaic 3+は突出しています。Seagateのハードディスク・ドライブは現在、ディスクあたり3TBという業界最高の記録密度を提供しています。今後数年間で50TB以上のドライブを実現するために、ディスクあたり5TBの記録密度の目標に向かって進んでいます。

このプラットフォームは、PMRハードディスク・ドライブとほぼ同じ材料コンポーネントを使用しながら、容量を大幅に増加させることで、データ・センターのストレージ取得コストと運用コストを大幅に削減できます（テラバイトあたりの電力消費量の40%改善など）。ディスクあたりの記録密度1.78TBの一般的な16TB CMRドライブは、TBあたり0.59Wの電力を消費します。それと比較して、Mozaic 3+技術を使用したディスクあたりの記録密度3TBのSeagate Exos 30TBドライブは1TBあたりの消費電力が0.35Wなので、TBあたり40%の電力を節約します²。

Mozaic 3+は、テラバイトあたりの具現化カーボンを55%削減³することにより、大規模データ・センターの最優先事項である持続可能性目標の達成にも貢献します。

実証済みの互換性と信頼性

Mozaic 3+ドライブは、既存のデータ・センター・エコシステムに対してシームレスに統合され、業界標準のフォーム・ファクタとインターフェイスに準拠しているため、簡単なプラグアンドプレイの導入が可能になります。ハードウェア、ソフトウェア、またはホスト認識を変更する必要はありません。Mozaic 3+技術は、すべての標準統合ベンチマークにより検証されており、既存のデータ・センターのストレージシステムおよびアーキテクチャと100%の互換性が保証されています。このレベルの互換性により、Mozaic 3+プラットフォーム上に構築されたハードディスク・ドライブの導入が簡素化され、データ・センターのオペレーターは、インフラストラクチャを中断することなく最新技術を活用できます。

長持ち設計のMozaic対応ドライブは、SeagateのExosハードディスク・ドライブシリーズ全体で提供されているのと同じ5年間の製品保証、250万時間の平均故障時間(MTBF)評価、および年間550TBのワークロード評価を備えています。Mozaic 3+プラットフォームは2016年以降、現在のデータ・センターに求められる高い基準を満たしていることを確認するために厳格なテストを受けてきました。広範な衝撃および振動テストにおいて、Mozaic 3+ドライブは業界標準を超えた堅牢性を実証し、物理的に要求の厳しい環境でもデータの整合性を確保します。Mozaicの読取り/書込みヘッドは、信頼性と寿命データ転送能力において業界標準をはるかに上回り、顧客要件と標準のハードディスク・ドライブ仕様に対して20倍上回っています。

Seagateは、これまでに50万台を優に超えるMozaic開発ドライブを構築しており、累計電源投入時間は数千万時間に達しています。数世代のドライブは、電力効率テスト、インターフェイス・コマンドをテストするsg3_utilsutilities、smartmontoolsユーティリティプログラム、読取り、書込み、ランダム、シーケンシャルおよび混合ワークロードの4コーナー・テストなど、あらゆるベンチマークでドライブがどのように動作するかについてのすべての期待を満たしています。このドライブは、世界最大のデータ・センター事業者の多くとの長期にわたる提携を通じて徹底的に精査されており、数千台のドライブが複数のCSPに出荷されています。

長年にわたるテストとその素晴らしい結果により、このプラットフォームが標準のクラウドおよびIT環境に大規模に導入できる準備が整っているというお客様の信頼が高まりました。Seagateは、Mozaic 3+を完全に認定し、ボリューム増加に移行しているデータ・センターの顧客からの需要が高まっています。大手クラウド・サービス・プロバイダは、Seagateが提供するすべてのドライブをMozaic 3+に移行することに重点を置いており、これは彼らの技術に対する自信を反映しています。

将来を見据えると、Mozaic 3+を採用することの戦略的なメリットは明らかです。このプラットフォームは現在の需要に応えるだけでなく、データ・センターのニーズの増加に合わせて拡張できる先進的なソリューションです。これは、成長を続けるデータスフィアの需要に応え、クラウドおよび企業のデータ・センターに信頼性が高く、拡張可能でコスト効率の高いストレージ・ソリューションを提供するというSeagateの確固たる取り組みを示しています。

プラットフォームはどのように機能しますか？

Mozaic 3+は、Seagateの20年にわたるHAMR技術の先駆的な研究開発を具現化したものです。記録密度が大幅に向上したこのプラットフォームは、データ密度、容量、効率性、TCO削減を実現する、コスト効率の高い大規模ストレージへの明確な道筋を提供します。

Mozaic 3+技術のコアとして、Seagateはナノスケールの記録という課題に取り組んでいます。従来の材料では、プラッタあたり2.4TBを超える容量ポイントを達成するために必要な記録密度レベルを実現できませんでしたが、Mozaic 3+では超格子構造を導入することにより、磁気安定性を強化し、極限条件下で忠実度の高いデータ書込みを容易にしています。書込みプロセスでは、ナノフォトニック・レーザーと量子アンテナが使用され、局所的精度で熱を一瞬だけ当てて記録メディアをナノ秒で変換します。

Mozaic 3+はさらに、オングストロームの精度とピコ秒のタイミングまでの従来の尺度を超えて、原子的スケールで実行する必要があります。この領域内では、ナノスケールで統合されたチップによって調整されている洗練されたダンスが展開されます。このプラットフォームは、正確なデータ操作と記録を可能にする複雑なアルゴリズムを採用しており、数十億ビットを管理しています。その読み書きヘッドはナノロボットの精巧さで動作し、回転するディスクからわずか数オングストロームの位置でホバリングします。データ検索では、Mozaicの磁気センサーがノーベル賞受賞技術を活用して、高密度に書き込まれた情報を解読します。

SeagateのCEOであるDavid Mosleyは次のように述べています。「Seagateは今、ディスクあたり3TB、そして近い将来にディスクあたり5TBの容量を実現しつつある記録密度を誇る、世界で唯一のハードディスク・ドライブメーカーです」「データ・センターを持続可能なものにするという点では、ドライブあたりの容量と同じくらいプラッタあたりの容量が重要になる時代に突入しています。この持続可能な現実を実現するために、当社は20年以上にわたってR&Dに多額の投資を行ってきました。MozaicのTCO提案に対するお客様の関心は非常に高いです。人類がデータから最大限の価値を引き出すことを支援するというSeagateの継続的な取り組みが実を結んでいることは明らかです。」

Mozaic 3+技術の幕引き

Mozaic 3+の注目すべき成果を十分に理解するには、Seagateの最先端設計を体現するコアコンポーネントを調べる必要があります。この設計は、ナノテクノロジー、ナノフォトニクスとプラズモニクス、量子物理学などの先進分野の融合を表しており、それぞれがHDDのストレージ機能を新たな高みに引き上げる上で極めて重要な役割を果たしています。

Mozaic 3+プラットフォームの中心となるのは、超格子プラチナ合金メディアです。これは、ハードディスク・ドライブのプラッタ上に従来以上の高密度でデータを保存できる画期的なディスクメディア材料です。その独自の高い保磁力により、ナノレベルでの磁気不安定性が防止され、データを大幅に高い密度で書き込むことができます。書き込まれたデータは決して変動しません。そして、もう1つの中心的なブレークスルーである、Mozaicのプラズモニック・ライターと組み合わせてのみ上書きが可能です。 

小型化と精密工学の驚異であるプラズモニック・ライターにより、高保磁力の超格子メディアにデータを書き込むことができます。このライターは、磁気記録の境界を再定義する3つの主要な要素で構成されています。

• ナノフォトニック・レーザー：このコンポーネントは集束した光線を放射し、記録メディアを瞬間的に加熱するために必要かつ正確なエネルギーを提供します。
• フォトニック・ファンネル：レーザー光を光源から量子アンテナに導きます。
  
• 量子アンテナ：エネルギー変換器として、レーザーのフォトニック・エネルギーをディスクの超格子プラチナ合金メディア表面上の信じられないほど小さなスポットに驚くべき精度で集束させ、記録プロセスを可能にするプラズモニック状態に変換します。

第7世代スピントロニック・リーダーは、Mozaic 3+によって実現された高密度トラックからのデータ読み取りにおいて、大きな進歩をもたらします。このリーダーは、微細な磁化の変化を識別することができ、超高密度でも正確かつ迅速にデータを読み取ることができます。

最後に、これらすべての要素の連携を可能にするのが、12nm統合コントローラーです。これは、ハードディスク・ドライブ内の複雑な制御システムの統合におけるSeagateのリーダーシップの証です。このコントローラーは操作の背後にある頭脳であり、データの読み取りと書き込みの複雑なダンスを比類のない効率と信頼性で管理します。

プラズモニック記録はMozaic 3+の機能の要であり、ナノスケールでの光と金属との間の相互作用を活用し、高密度の記録を容易にします。埋め込みレーザーの使用と光エネルギーのプラズモンへの変換により、従来の光学技術が達成できる以上のエネルギー集中を実現し、記録メディアを正確かつ局所的に加熱し、保磁力を一時的に低下させることができます。これにより、磁気ビットが正確に配置され、デジタルストレージのバックボーンを形成するバイナリデータが効果的にキャプチャされます。

これらのブレークスルーの組み合わせにより、今後何年にもわたって次世代のデータ・ストレージ技術が推進され、Seagateのハードディスク・ドライブがデータ駆動型の世界における礎として確固たる地位を築くことでしょう。

ここで、Mozaic 3+の各要素を詳しく見て、Seagateの画期的な記録密度の実現にどのように貢献しているかを理解しましょう。

 

超格子プラチナ合金メディア

記録密度の向上を追求するSeagateの超格子プラチナ合金メディアは、磁気ストレージメディアの大きな進歩を示しています。この画期的な技術は、データを表す磁気ビットの反転を困難にすることで、ナノスケールでの磁気不安定性の課題に対処します。従来のドライブよりも高い保磁力を持つ「よりハードな」ストレージ層を開発するため、Seagateのエンジニアは、各原子の正確な配置が重要な役割を果たす超格子構造を作り上げました。

Mozaicプラットフォームでは、従来のPMRハードディスク・ドライブよりも互いに近接した磁気ビットの形式でデータを保存する必要があるため、記録メディアを根本から再考する必要がありました。Mozaic 3+メディアで使用されている高度な素材と構造は、これまでのハードディスク・ドライブ技術よりもはるかに精密なデータ書込みをサポートします。メディアは単なる受動的コンポーネントではなく、データ・ストレージプロセスに積極的に関与し、同じ物理的設置面積内により多くのデータ・ストレージを可能にします。

この技術の本質は、Seagate Mozaic 3+ハードディスク・ドライブの記録メディアを構成するプラチナ(Pt)と鉄(Fe)粒子の採用にあります。各ナノ粒子は、サイズがわずか数ナノメートルで、個別のデータビットとして機能します。ビット間の磁気変動を防ぎながらこのような微細な粒度の達成を可能にしているのは、メディアの高い磁気異方性です。これは、材料の磁気配向が時間の経過によっても安定を維持する傾向があることを意味し、各ビットが安定した状態を維持し、隣接するデータの書き込みによって変更されないようにします。このイノベーションにより、Mozaic 3+ハードディスク・ドライブは、周囲のデータの整合性を維持しながら、驚くべき精度でデータを書き込むことができます。

この記録メディア独自の磁性合金は、あらかじめ決まった磁気の配向を好みます。この配向は、個々のビットの磁気状態を安定させ、熱揺らぎの影響を受けにくくする鍵となります。化学的に規則正しい粒状の鉄-プラチナ (FePt) 合金というSeagateの選択は重要です。その高い磁気異方性は、記録記録密度を達成する記録ビットに必要な安定性をもたらします。

超格子プラチナ合金メディア内で高度な順序を達成することは、Mozaic 3+技術にとって非常に重要です。これには、エピタキシャル成長を利用して特殊なガラス基材の結晶性下地層上にFePt薄膜を堆積する高度な製造プロセスが含まれます。これらの下地層はテンプレートとして機能し、析出プロセスにおけるFePt結晶粒の配向と順序を決定します。その後、高温で熱処理を施すと、FePt結晶粒の秩序化がさらに促進され、メディアの磁気特性と結晶粒配向を向上させる相変態が起こります。

複雑かつ慎重に制御されたこのプロセスにより、超格子プラチナ合金メディアが高密度データ・ストレージのための堅牢で安定したプラットフォームを実現します。超格子構造内の原子の正確な配置により、SeagateのメディアはMozaic 3+ハードディスク・ドライブの記録密度の向上に大きく貢献し、データ・ストレージ技術の分野で大きな進歩を遂げています。

 

プラズモニック・ライター

データの不安定性を防ぐためにメディアは磁気的に「よりハードに」作られているため、その設計には革新的なライターが必要です。

このライター操作の中核となるのは、超格子プラチナ合金メディアを正確に加熱する能力です。このタスクは2ナノ秒以内に温度を華氏800度以上に上げることで達成されます。この急速なヒートサイクルは、Mozaicの効果的な記録プロセスにとって重要です。この操作の複雑さには、正確に制御され、フォトニック・ファンネルを通して量子アンテナに向けて照射されるレーザーが関係します。これらのコンポーネントが連携してプラズモン場を形成し、ディスク上のフォーカスエリアを加熱し、磁気コア書き込みヘッドによってデータを書き込むことができるように準備します。

磁気コア書き込みヘッドの設計は、Mozaic 3+技術とシームレスに統合されるように進化しました。レーザーの統合から耐摩耗性までの各改良点は、Mozaic 3+の効果を高めるために慎重に検討されてきました。

 

プラズモニック・ライターのコンポーネント

プラズモニック・ライターは、従来の磁気コアに加え、Mozaic 3+プラットフォーム内での書き込みを可能にする特定の機能を備えた3つの新しい画期的な要素（ナノフォトニック・レーザー、フォトニック・ファンネル、量子アンテナ）で構成されています。

新しい要素の詳細をそれぞれ見てみましょう。

ナノフォトニック・レーザー：

ナノフォトニック・レーザーは、データ・ストレージ技術のランドスケープを再構築するためのSeagateによる広範なイノベーションの成果です。

このレーザーは、超格子プラチナ合金メディアの磁気特性を一時的に変えるためのエネルギー源であり、これによりデータ書き込み領域を準備します。エネルギー効果の精度と一時性により、ディスクごとに保存できるビット密度が増加します。フォトニック・ファンネルと量子アンテナを組み合わせた高度な制御により、このレーザーはメディア上の必要なナノ粒子のみを加熱し、その磁気抵抗を低減し、必要とされるよりも低い磁場強度でデータを書き込むことができます。加熱は制御されており、書き込み中のビットのみが影響を受け、周囲のデータの安定性と完全性が維持されます。

Seagateは、レーザーと当社の高度な記録ヘッド技術を統合する、最適コストの拡張可能なプロセスを導入しました。社内で製造された当社のレーザーが、他の主要メーカーのレーザーと同じレベルの一貫性と品質を維持していることを確認するため、広範な特性評価が実施されてきました。これにより、長期的な供給の柔軟性が生まれます。

ナノフォトニック・レーザーは、レーザーの種類と波長、出力、ビーム品質、変調制御などの要素に焦点を当てて細心の注意を払って設計されています。各パラメータは、書き込みプロセス中のレーザーの有効性と精度を確保するために微調整されます。書き込みヘッドへの統合は、フォトニック・ファンネルを介して送出されるレーザー・ビームが量子アンテナを介して記録メディアに正確に集束するようにするための正確な位置合わせのためのものです。

熱管理はレーザー設計のもう1つの重要な要素です。Seagateは、記録プロセス中に生成されるエネルギーを放散するための効率的な冷却メカニズムを組み込み、安定性と信頼性を維持します。この設計の最適化は、単により高い記録密度を達成することだけを目的とするものではありません。これにより、Mozaic 3+プラットフォームが持続可能で信頼性の高い大容量データ・ストレージ業界におけるSeagateのリーダーシップを維持できるようにもなります。

 

フォトニック・ファンネル：

フォトニック・ファンネルは、レーザー光を正確に量子アンテナに直接導くための導波管です。最先端の材料科学とナノ加工技術の産物であるその構造は、レーザーの経路を限定し、ターゲットに到達する際のビームの完全性と出力を維持するように設計されています。材料選択は慎重に行われます。分散や損失を最小限に抑えて光を効率的に導くには、高い屈折率が非常に重要です。

Seagateの導波管技術における画期的な進歩は、材料の選択だけでなく、構造設計にもあります。フォトニック・ファンネルの形状と寸法は、効率的なモードマッチング、光と量子アンテナ間の相乗効果を確保するために綿密に計算され、エネルギー伝達を最大化します。このような精密さは、単に光をコントロールするだけではなく、データ保存の可能性を高めることでもあります。正確なポイントに集束ビームを照射して記録メディアを加熱することで、ファンネルはSeagateが記録密度を向上させ、ハードディスク・ドライブの同じ物理的スペースにより多くのデータを保存できるようにするのに役立っています。

このコンポーネントの大量生産には、Seagateにとって従来の方法を超えたイノベーションが必要でした。熱管理ストラテジーは、ファンネルの設計に不可欠です。Seagateの冷却機構は、ファンネルが最適な温度範囲内で動作することを保証し、安定性を維持し、記録ヘッドの寿命を延ばします。

 

量子アンテナ： 

Seagateの技術者が考案した量子アンテナは、量子物理学と材料科学の奥深い複雑さが融合してMozaicの記録機能を強化するためのものです。

その主な機能は、レーザー・エネルギーを非常に正確なスケールで熱に変換し、プラットフォームの高密度データ書き込みを可能にすることです。これは、金属表面の光によって誘発される電子の量子レベルの振動である表面プラズモンの生成を通じて行われます。この変換は非常に局所的で、データが書き込まれた領域だけに影響を与えます。

Seagateの量子アンテナの開発には、複数の重要な分野でのイノベーションが必要でした。アンテナ自体は、光吸収特性と記録プロセスの厳しい熱に耐える能力を考慮して選択された材料を用いて、細心の注意を払って作られた製品です。プラズモニック特性に焦点を当てることで、量子アンテナがレーザー・エネルギーを効果的に閉じ込めることができるようになり、加熱が集中して正確になります。

書き込みヘッドのアセンブリ内に量子アンテナを統合することは、その設計にとって重要な一面です。レーザー・エネルギーを記録メディアに正確に集中させ、一度に1ビットずつデータを書き込むために必要なピンポイントの加熱を実現するためには、精密な位置合わせが必要です。

量子アンテナはトランスデューサーとして機能し、入射レーザー光を高強度の近接場電磁場に変換します。次に、この電磁場を使用して記録メディアをキュリー温度以上になるように局所的に加熱します。これにより、磁気ビットの保磁力が低下し、再配列が可能になり、データが書き込まれます。量子アンテナの設計は、レーザーからの近接場エネルギーと書き込みヘッドからの磁場の間の調整を高め、精度を確保します。

この設計には、高度な熱管理ストラテジーも組み込まれています。これらは、急速な加熱とその後の冷却が必要な精度で確実に行われ、周囲のデータの整合性が維持され、ストレージプロセス全体の安定性が維持されるようにするために不可欠な要素です。

量子アンテナは、ハードディスク・ドライブの記録密度を高めるための重要な推進力です。ナノスケールでデータを操作できるため、従来の記録技術から大きく前進しました。

 

記録密度の向上

このプラズモニック・ライター・コンポーネントの集合的な動作により、記録密度が大幅に向上します。レーザー・ダイオードの統合、ファンネルの正確な制御、量子アンテナの最適化という課題に対処することで、SeagateのMozaicは3+技術は、過去のハードディスク・ドライブよりも高密度にデータをエンコードできます。これは、イノベーションと実用化のバランスを反映した、熱管理、材料工学、コンポーネントの小型化の進歩によって実現されました。

 

12nm統合コントローラー

12nm統合コントローラーにはさまざまな役割があります。大規模な記録密度を実現し、魅力的なTCOを達成するには、作動から記録、セキュリティに至るまで、ハードディスク・ドライブ上のすべてを制御する電子機器に対して、独自のアプローチが必要です。これには、Seagateの半導体設計のエキスパートによって完全に社内開発された統合コントローラーであるシステムオンチップ (SOC) が必要でした。

このコントローラーは読み取りチャネル、ディスク管理、データ交換プロトコルを統合し、ハードディスク・ドライブの動作の中心となります。スピンドル速度を制御し、ヘッドの動きを管理し、これまでにない精度で読み取り、書き込み、およびモーション制御を実行します。複数の機能を単一のシリコン・ダイに統合することは、その複雑性の証です。このカスタムSoCは、その用途にぴったりのサイズであり、特定の計算、速度、メモリ、電力効率に合わせて最適化され、無駄を省きます。

このコントローラーには、Seagate独自の高性能RISC-V CPUなどのイノベーションが組み込まれています。これは、ハードディスク・ドライブ機能の制御に初めて使用されたRISC-Vプロセッサであり、従来のソリューションと比較して最大3倍のパフォーマンスを実現します。この性能の飛躍により、記録密度の向上に役立つ高度なアルゴリズムが可能になります。

記録を改善するために、影響の大きいデータ回復操作を自動化する自動マルチリカバリ (AMRR)、自動化された隣接トラック干渉除去 (ATIC) および強化反復アウター・コード (IOC) を用いて、LDPCデコーディングの修正能力とトラックベースのECCを組み合わせています。

12nm統合コントローラーの重要な機能は、より高い精度でデータトラックをターゲットにするように設計されたサーボ・コアです。プロセッサの洗練されたマイクロアーキテクチャと、目標を絞った命令固有のレイテンシー削減との組み合わせにより、重要なサーボワークロードのパフォーマンス向上が可能になります。これには、外乱検出のリアルタイム処理、適応制御機能、フィードフォワード補償、高サンプルレート計算が含まれます。このプロセッサは、同じ量の作業を以前のプロセッサと比べて半分以下の時間で実行できます。アクチュエータを信じられないほど狭いデータトラック上に維持するために、サーボを迅速にリアルタイムで調整する必要があるため、これは非常に重要なことです。

現在、ハードディスク・ドライブには1インチあたり100万以上のトラックが搭載されているため、周囲の音でさえアクチュエータの精度を脅かすおそれがあります。Seagateのサーボ・プロセッサはピコ秒間隔で動作し、毎秒最大40億ビットを処理し、複雑なアルゴリズムを実行して潜在的な外乱に対抗し、ドライブヘッドの3ステージ・アクチュエータに必要な正確な動作を実行することでドライブのトラッキング精度を維持します。

Seagateのコントローラーは、4Ghzを超えるレート (1/4ナノ秒ごとの新しいサンプリングに相当) でサンプリングする完全カスタムの読み取りチャネルアナログフロントエンドを採用しています。これらの処理強化により、電力効率が損なわれることはありません。

28nmチップから12nmチップへの移行はさらなる飛躍であり、ダイ・コストと消費電力の削減が可能になります。このプロセス技術の変化は、同じチップ領域内により多くのトランジスタを収容し、電圧要件を削減し、電力プロファイルを改善するために極めて重要です。

RISC-Vアーキテクチャは極めて重要な役割を果たし、シミュレーションや機械学習モデルのトレーニングなど、アプリケーション固有の計算タスクを容易にするカスタマイズを提供します。さらに、オープンセキュリティアーキテクチャを採用することにより、今日のデータ中心の状況において重要な考慮事項である安全なデータ移動への道が開かれます。

さらに「モードホップ」緩和などのMozaic 3+独自の変更により、ドライブの信頼性と性能がさらに強化され、Seagateのフラグシップである企業向けハードディスク・ドライブが高密度ストレージ・ソリューションの中で優位性を維持できるようになります。

Seagateは、設計から製造に至るスタック全体を一元化することで、半導体の統合とパフォーマンスを直接制御することを保証し、そのような機能を備えた唯一のハードディスク・ドライブメーカーとして突出した存在となっています。

 

第7世代スピントロニック・リーダー

書き込まれたデータ粒度を小さくすることは、それが読み取れて初めて役に立ちます。プラズモニック・ライターのサブコンポーネントと統合されると、リーダーも進化する必要がありました。量子技術を組み込んだMozaic 3+には、世界最小かつ最も感度の高い磁場読み取りセンサーの1つである第7世代スピントロニック・リーダーがあります。

第7世代スピントロニック・リーダーの主な特徴は、トラック幅が非常に狭いことです。これにより、隣接するトラックからのクロストークを最小限に抑えながら、目的のトラックからの正確な読み取りを保証します。 

このリーダーの中心では、トンネル磁気抵抗効果、つまり磁気トンネル接合 (MTJ) の電気抵抗が絶縁バリアで分離された磁性層の相対的な向きに応じて変化するという量子力学的現象にリーダーが依存しています。リーダーの設計により、高解像度の磁気リードバックが保証され、トラック間の干渉を最小限に抑えます。これは、従来のハードディスク・ドライブと比較して、Mozaic 3+ドライブでより小さく高密度に記録されたビットを正確に読み取るために不可欠です。

このリーダーには、読み取りヘッドアセンブリに統合された複雑な層のスタックが含まれています。このスタックはさまざまな磁性層と非磁性層で構成され、それぞれがリードバックプロセスで特定の役割を果たします。これらの層は連携して動作し、記録されたビットからの磁気信号を電気信号に変換してから、電気信号が処理、デコードされ、保存されたデータが取得されます。 

磁気スタックの組成と特性は、最適なパフォーマンスを実現するために細心の注意を払って選択されています。磁性層は、記録されたデータからの外部磁場の影響を受けやすい自由層 (FL)、安定した磁気配向を維持する基準層 (RL)、RLの磁気配向がFLに影響を及ぼすことを防ぐバッファとして機能合成反強磁性体 (SAF) で構成されています。

Mozaic 3+技術用のリーダー・スタックを作るには、書き込みプロセス中の温度変動に耐えられるように、熱安定性を考慮して材料と層厚を選択します。酸化マグネシウム (MgO) で作られたトンネル接合のバリア層は、リーダーの感度と有効性を調整するために酸化が制御されます。

このリーダーのスタックは、コンタミネーションを防ぐために、連続真空条件下でマルチチャンバー成膜プロセスを使用して構成されます。レイヤー化プロセス中に要求される精度には、各層厚を正確に制御することが必要であり、これはリーダーの性能にとって非常に重要です。

Seagateの革新的なスタック設計により、感度とS/N比が最適化され、Seagateの超格子プラチナ合金メディアからの正確なリードバックが可能になり、Mozaic 3+ハードディスク・ドライブのデータ密度の向上が促進されます。

クラウドを超えて：データを大量に消費するすべての用途今後

SeagateのMozaic 3+技術は、データ集約型用途の増大する要求を満たす上で極めて重要な役割を果たします。記録密度の向上は、企業からクラウド・データ・センターに至るまで、複数のセクターにわたるデータの急激な増加によって促進されており、より効率的でコスト効率の高いデータ・ストレージ・ソリューションが求められています。

記録密度の進歩の恩恵を受ける、データを大量に必要とする用途には、トレーニングに膨大なデータセットを必要とする機械学習モデル、4Kおよび8Kコンテンツの保存と配信が必要なビデオ・ストリーミング・サービス、大規模なゲノム配列を蓄積する医学研究データベースなどがあります。

SeagateのMozaic 3+プラットフォームは、ハイパースケールやクラウド・データ・センターだけでなく、さまざまなストレージ製品にわたってこの進歩を提供する準備ができています。

この技術は、IronWolf Pro、SkyHawk、Exosなど、Seagateのさまざまなハードディスク・ドライブ・ファミリーに対して今後組み込まれるので、その利点は、マルチクラウドやハイブリッド・クラウド環境から、大容量～中間容量のストレージ・ニーズに至るまで、さまざまな用途に浸透していきます。データ量の多い用途では、Mozaic 3+だけが実現できる効率的かつ大容量のソリューションにますます信頼するようになります。

Mozaic 3+は、技術的な進歩以上のものです。それは、デジタル世界のとどまることのない成長を持続させることを約束するものです。このプラットフォームの記録密度技術は、データ集約型用途の継続的な成長を維持するための礎となり、新しいサービスの開発と既存のサービスの拡張をサポートします。 

将来に目を向けると、イノベーションを推進し、デジタル時代の可能性を最大限に活用するには、膨大な量のデータを保存、アクセス、活用する能力が不可欠になります。Mozaic 3+の導入により、Seagateはデータの爆発的な増加に対応するだけでなく、テンポを設定し、データの可能性が無限である視野に向けてストレージ・ソリューションの進歩を推進します。