이제 Mozaic 3+ 구성 요소를 각각 세부적으로 살펴보며 Seagate에서 놀라운 영역 밀도를 구현하는 데 어떻게 도움이 되었는지 알아보겠습니다.
초격자 백금 합금 미디어
뛰어난 영역 밀도를 추구하는 노력에 있어 Seagate의 초격자 백금 합금 미디어는 자기 스토리지 미디어의 주요한 발전을 의미합니다. 이 혁신적인 기술은 데이터를 나타내는 자기 비트를 이탈시키기 더 어렵게 만듦으로써 나노 규모로 자기 불안정성을 해결해야 하는 과제를 불식시킵니다. 기존 드라이브와 비교하여 자기 보자력이 더 우수한 ‘하더’ 스토리지 계층을 개발하기 위해, Seagate의 엔지니어들은 각 원자의 정밀한 배열이 중요한 역할을 하는 초격자 구조를 개발했습니다.
Mozaic 플랫폼의 경우 기존 PMR 하드 드라이브와 비교하여 밀집도가 더 우수한 자기 비트 형태로 데이터를 저장해야 하므로 기록 미디어를 기본부터 다시 설계해야 했습니다. Mozaic 3+ 미디어에 적용된 첨단 소재와 구조는 기존의 모든 하드 드라이브 기술과 비교하여 훨씬 더 정밀한 데이터 쓰기를 지원합니다. 이 미디어는 단순한 수동적인 요소가 아니라 데이터 스토리지 프로세스의 능동적인 참여자로 동일한 물리적 면적 내에 더 많은 데이터 스토리지를 가능케 합니다.
여기에서 핵심은 백금(Pt)과 철(Fe) 입자의 사용으로 Seagate Mozaic 3+ 하드 드라이브의 기록 미디어를 구성합니다. 몇 나노미터 크기의 각 나노 입자는 별개의 데이터 비트로 작동합니다. 이러한 세분성과 비트 간 자기 변동 방지 기능은 미디어의 높은 자기 이방성 덕분에 가능하며, 즉, 시간이 지나도 소재의 자기 방향이 일정하게 유지되어 각 비트가 안정적이고 인접 데이터의 쓰기에 의해 변경되지 않습니다. 이러한 혁신 기술을 통해 Mozaic 3+ 하드 드라이브는 놀랍게도 정확하게 데이터를 쓰는 동시에 주변 데이터의 무결성을 유지합니다.
기록 미디어의 특별한 자기 합금은 미리 결정된 자기 방향을 따릅니다. 이 방향은 개별 비트의 자기 상태 안정화를 위한 핵심이며, 이를 통해 열 변동에 대한 민감성이 감소합니다. Seagate의 화학적으로 나열된 세분화된 철-백금(FePt) 합금 선택이 중요한 역할을 합니다. 높은 자기 이방성은 기록된 비트에 필요한 안정성을 제공하여 기록 영역 밀도를 달성합니다.
초격자 백금 합금 미디어 내 높은 수준의 정돈 상태는 Mozaic 3+ 기술의 핵심입니다. 특수 유리 기판의 결정질 하부층에 FePt 박막을 증착하기 위해 에피택셜 성장을 사용하는 정교한 제조 공정을 포함합니다. 이러한 하부층은 증착 공정에서 FePt 입자의 방향과 순서를 지정하는 템플릿의 역할을 합니다. 이후에 고온 어닐링을 수행하면 FePt 입자의 정렬이 더욱 촉진되며, 이는 미디어의 자기 특성과 입자 정렬을 향상하는 상변환으로 이어집니다.
이러한 복잡하고 세밀한 제어 공정을 통해 고밀도 초격자 백금 합금 미디어에서 데이터 스토리지를 위한 견고하고 안정적인 플랫폼을 제공합니다. 초격자 구조 내 원자의 정밀한 배열 덕분에 Seagate의 미디어는 Mozaic 3+ 하드 드라이브의 향상된 영역 밀도에 크게 기여하여 데이터 스토리지 기술 분야에 상당한 진전을 이루어 낼 수 있게 되었습니다.
플라즈모닉 라이터
미디어는 데이터 불안정성을 막기 위해 자기적으로 ‘하더’하게 만들어졌으므로 디자인에 혁신적인 라이터가 필요합니다.
이 라이터 작업의 핵심은 2나노초 이내에 화씨 800도 이상으로 온도를 올려 초격자 백금 합금 미디어를 정확하게 가열하는 데 있습니다. 이 급속 열사이클은 Mozaic의 효율적인 기록 프로세스에 있어 매우 중요합니다. 이러한 정교한 작업에는 정확히 제어되어 포토닉 퍼널을 통해 양자 안테나로 전달되는 레이저가 포함됩니다. 더불어 이러한 구성 요소는 플라즈모닉 필드를 만듭니다. 여기에서는 디스크의 일부 영역을 가열하여 자기 코어 쓰기 헤드가 데이터를 쓸 수 있도록 준비합니다.
자기 코어 쓰기 헤드 디자인은 Mozaic 3+ 기술과 원활하게 통합되도록 개선되었습니다. 레이저 통합에서 마모 저항에 이르기까지 각각의 개선 사항은 Mozaic 3+ 효율성을 높이기 위해 심사숙고하여 결정되었습니다.
플라즈모닉 라이터의 구성 요소
플라즈모닉 라이터는 전통 자기 코어와 세 가지 새로운 혁신 구성 요소로 이루어져 있습니다. 나노포토닉 레이저, 포토닉 퍼널, 양자 안테나 등의 세 가지 구성 요소는 Mozaic 3+ 플랫폼 내 쓰기를 가능케 합니다.
각각의 새로운 구성 요소를 자세히 살펴보겠습니다.
나노포토닉 레이저:
나노포토닉 레이저는 데이터 스토리지 기술 환경을 혁신하기 위한 Seagate의 방대한 노력의 결과물입니다.
레이저는 데이터 쓰기 영역을 준비시키기 위해 초격자 백금 합금 미디어의 자기 속성을 순간적으로 변환하는 에너지원입니다. 에너지 효과의 정확성과 순간 지속성으로 인해 디스크당 저장할 수 있는 비트 밀도를 높일 수 있습니다. 포토닉 퍼널, 양자 안테나와 더불어 정교한 제어 덕분에 레이저 가열은 미디어에서 필요한 나노 입자만 가열하여 자기 저항을 낮춤으로써 자기장 강도가 감소한 상태에서 데이터를 쓸 수 있게 합니다 제어된 가열은 쓰기에 필요한 비트만 영향을 받도록 하여 주변 데이터의 안정성과 무결성을 유지합니다.
Seagate는 확장 가능하며 비용 최적화된 절차를 혁신하여 고급 기록 헤드 기술과 레이저를 통합했습니다. 방대한 캐릭터리제이션을 수행하여 내부적으로 가공된 레이저가 다른 주요 제조업체의 레이저와 동일한 수준의 일관성과 품질을 갖게 함으로써 장기적인 공급 유연성을 구현했습니다.
나노포토닉 레이저와 관련하여 디자인할 때 세심한 주의를 기울였습니다. 레이저 유형과 파장, 전원 출력, 빔 품질, 변조 제어와 같은 요인에 초점을 맞췄습니다. 각각의 매개 변수는 미세 조정되어 쓰기 프로세스 중 레이저의 효율성과 정확도를 보장합니다. 정확한 정렬을 위해 쓰기 헤드에 통합하여 포토닉 퍼널을 통해 전달된 레이저 빔이 양자 안테나를 통해 정확히 기록 미디어를 향하게 합니다.
열 관리는 레이저 디자인에 있어 또 다른 핵심 사항입니다. Seagate는 효율적인 냉방 메커니즘을 구현하여 기록 프로세스 중에 발생한 에너지를 방출하여 안정성과 신뢰성을 유지합니다. 이러한 디자인 최적화는 더 높은 영역 밀도 달성만을 위할 뿐 아니라 Mozaic 3+ 플랫폼을 통해 Seagate가 지속 가능하며 신뢰할 수 있는 대용량 데이터 스토리지 분야에서 선두 자리를 계속 유지할 수 있도록 도와줍니다.
포토닉 퍼널:
포토닉 퍼널은 레이저 광선을 양자 안테나로 직접 정확하게 전달하는 도파관입니다. 포토닉 퍼널의 설계에는 첨단 소재 과학과 나노 제조 기술이 적용되어 레이저의 경로를 제한함으로써 빔이 대상으로 횡단 시 빔의 무결성과 출력을 보존합니다. 소재 선택은 계획적으로 이루어지며 선택된 소재는 굴절률이 높아 분산 또는 손실을 최소화하면서 빛을 효율적으로 유도합니다.
Seagate의 혁신적인 도파관 기술은 소재 선택뿐 아니라 구조 설계에도 적용되어 있습니다. 포토닉 퍼널의 기하학적 구조와 치수는 세밀하게 계산되어 효율적인 모드 매칭을 가능케 하고 에너지 전송을 극대화하는 양자 안테나와 빛 간의 시너지를 유발합니다. 이러한 높은 정밀도는 빛을 제어할 뿐만 아니라 데이터 스토리지의 성능을 강화합니다. 이 퍼널은 집중적인 빔을 전달하여 정밀한 지점에서 기록 미디어를 가열해 영역 밀도를 향상함으로써 하드 디스크 드라이브의 동일한 물리적 공간에 더 많은 데이터를 저장할 수 있는 Seagate의 기술에서 중요한 역할을 합니다.
이러한 요소를 대용량으로 제작하기 위해서 Seagate에 전통적인 방식 이상의 무언가가 필요했습니다. 열 관리 전략이 퍼널 디자인에 반영되었습니다. Seagate의 냉각 메커니즘은 퍼널이 최적의 온도 범위 내에서 작동하도록 도와 안정성을 유지하고 기록 헤드의 수명을 연장시킵니다.
양자 안테나:
양자 안테나는 Seagate 엔지니어의 발명품으로 Mozaic 기록 역량을 강화하기 위해 복잡한 양자 물리학과 소재 과학을 결합하여 얻게 되었습니다.
주요 기능은 매우 정확하게 레이저 에너지를 열로 바꿔 플랫폼의 고밀도 데이터 쓰기를 가능케 하는 데 있습니다. 금속 표면에 빛으로 인해 생성된 전자의 양자 수준 진동인 표면 플라즈몬을 생성하여 이러한 작업을 수행합니다. 이러한 변환은 매우 국지적이어서, 데이터 쓰기가 수행되는 영역에만 영향을 미칩니다.
Seagate의 양자 안테나 개발에는 몇 가지 핵심 분야의 혁신 기술이 필요했습니다. 안테나 자체는 세심한 가공의 결과물로 광 흡수 속성과 기록 프로세스 중 열 내구성을 고려하여 엄선된 소재를 사용하여 제작됩니다. 플라즈모닉 속성에 초점을 맞춘 덕분에 양자 안테나는 효율적으로 레이저 에너지를 제한할 수 있게 되었으며 정확하게 집중적으로 가열할 수 있게 되었습니다.
쓰기 헤드 조립 내 양자 안테나의 통합은 디자인에 있어 핵심적인 부분입니다. 레이저 에너지가 기록 미디어에 정확하게 집중하여 한 번에 하나의 비트에 데이터를 쓰기 위해 국지적으로 가열할 수 있도록 정확하게 배열해야 합니다.
양자 안테나는 변환기 역할을 하여 순간적인 레이저 빛을 고밀도 근거리 전자기장으로 변환합니다. 그러고 나면 전자기장이 기록 미디어를 퀴리 온도 이상으로 국지적으로 가열하여 자기 비트의 보자력을 줄임으로써 재정렬이 가능하게, 즉 데이터 쓰기가 가능하게 합니다. 양자 안테나의 디자인은 레이저의 근거리 에너지와 쓰기 헤드의 자기장 간 조화를 개선하여 정확도를 높입니다.
또한 디자인은 고급 열 관리 전략을 채택합니다. 이는 신속한 가열과 후속 냉각이 정확하게 이루어지는 데 필요하며, 더 나아가 주변 데이터의 무결성을 보존하고 스토리지 프로세스의 전반적인 신뢰도 유지에 필요합니다.
양자 안테나는 하드 드라이브에 뛰어난 영적 밀도를 구현하는 데 꼭 필요합니다. 나노 규모의 데이터 조작을 가능케 하기에 전통 기록 기술로부터 진일보한 발전을 의미합니다.
영역 밀도 개선
플라즈모닉 라이터 구성요소가 함께 작동하여 영역 밀도가 크게 향상됩니다. 레이저 다이오드 통합, 정확한 퍼널 제어, 양자 안테나 최적화 통합 과제를 해결함으로써 Seagate의 Mozaic 3+ 기술은 이전 어느 하드 드라이브보다 더욱 빼곡하게 데이터를 인코딩할 수 있습니다. 이는 열 관리, 소재 공학, 구성 요소 소형화, 혁신과 실용적인 구현 간의 균형 유지 등의 발전을 통해 이룩할 수 있었습니다.
12nm 통합 컨트롤러
12Nm 통합 컨트롤러의 역할은 다양합니다. 대규모로 이러한 영역 밀도를 구현하고 TCO를 절감하기 위해서는 발동에서부터 기록, 보안에 이르기까지 하드 드라이브의 모든 것을 제어하는 전자 장치에 대한 특별한 접근 방법이 필요합니다. 이는 통합 컨트롤러라고 하며 Seagate 실리콘 디자인 전문가가 전적으로 내부에서 개발한 SoC(system-on-a-chip)입니다.
컨트롤러는 읽기 채널, 디스크 관리, 데이터 교환 프로토콜을 통합하는 하드 드라이브 작동의 핵심입니다. 회전 속도를 제어하고, 헤드 움직임을 관리하고, 전례 없는 정확도로 읽기/쓰기/모션 제어를 수행합니다. 단일 실리콘 다이에 여러 기능을 통합하는 작업은 고도의 정교함을 요구합니다. 이러한 맞춤식 SoC는 응용 분야에 맞게 완벽한 크기로 되어 있으며 특정 계산, 속도, 메모리, 전력 효율성에 최적화되어 낭비를 줄입니다.
컨트롤러에는 하드 드라이브 기능 제어에 최초로 사용된 RISC-V 프로세서인 Seagate 자체 고성능 RISC-V CPU와 같은 혁신 기술이 포함되어 있어 이전 솔루션 대비 최대 3배 뛰어난 성능을 자랑합니다. 이러한 성능 개선 덕분에 향상된 영역 밀도 구현에 도움이 되는 고급 알고리즘이 가능케 되었습니다.
기록 개선 기술에는 충격이 많은 데이터 복구 작업을 자동화하는 AMPR(Automated Multi-Rev Recovery), 자동화된 ATIC(Adjacent Track Interference Cancellation), LDPC 디코딩 수정 기능을 트랙 기반 ECC와 결합하는 개선된 IOC(Iterative Outer Code)를 포함합니다.
12Nm 통합 컨트롤러의 핵심 기능은 서보 코어로 더욱 정확하게 데이터 트랙을 표적으로 삼도록 설계되었습니다. 프로세서의 세련된 마이크로 아키텍처는 대상 지침별 대기 시간 단축과 함께 핵심 서보 작업 부하의 성능 개선을 지원합니다. 여기에는 교란 감지, 적응형 제어 기능, 피드 포워드 보상, 높은 샘플 속도 컴퓨팅 실시간 처리가 포함됩니다. 이전 프로세서에서 동일한 양을 처리할 때와 비교하여 절반가량 적은 시간이 소요됩니다. 상당히 좁은 데이터 트랙에 액추에이터를 유지할 수 있도록 서보를 실시간으로 신속하게 조정해야 하므로 이는 상당히 중요합니다.
오늘날 하드 드라이브에 인치당 백만 개가 넘는 트랙이 있으므로 주변 소리도 액추에이터의 정확도에 위협이 될 수 있습니다. 피코초 간격으로 작동하는 Seagate의 서보 프로세서는 1초에 최대 40억 비트를 처리하여 잠재적인 장애에 대응하고 드라이브 헤드의 3단계 액추에이터에 필요한 정확한 움직임에 영향을 주어 드라이브 트랙 정확도를 유지하기 위한 복잡한 알고리즘을 수행합니다.
Seagate의 컨트롤러에는 완전 맞춤형 읽기 채널 아날로그 프론트엔드가 포함되어 있어 4Ghz 이상의 샘플 속도를 달성함으로써 1/4나노초마다 새로운 샘플 하나를 만들어 냅니다. 이렇게 처리 능력이 개선되었다고 에너지 효율성이 저하되지 않습니다.
28nm 칩에서 12nm 칩으로의 변환은 또 하나의 진일보로 낮은 다이 비용과 에너지 소비 절감을 가능케 합니다. 이러한 프로세스 기술의 변화는 동일한 칩 공간에 더 많은 트랜지스터를 수용하는 데 꼭 필요하며, 더 나아가 전력 소비량을 낮추고 더 나은 전원 프로파일을 지원합니다.
RISC-V 아키텍처는 핵심적인 역할을 하며 시뮬레이션 및 머신 러닝 모델 학습 등 적용 분야별 컴퓨팅 작업을 촉진하도록 맞춤화됩니다. 더욱이 개방형 보안 아키텍처를 사용하여 더욱 안전하게 데이터를 이동할 수 있게 되었습니다. 이는 오늘날 데이터 중심 환경에서 꼭 필요한 항목입니다.
‘모드-홉’ 완화와 같은 Mozaic 3+ 수정은 드라이브의 신뢰성과 성능을 크게 개선하여 Seagate의 플래그십 엔터프라이즈 하드 드라이브가 고밀도 스토리지 솔루션 중에서 우위를 차지하도록 돕습니다.
이러한 기능을 제공하는 다른 하드 드라이브 제조업체와는 달리 설계에서부터 제작에 이르기까지 전체 스택을 집중화함으로써 Seagate는 실리콘 통합 및 성능을 직접 제어할 수 있도록 했습니다.
7세대 스핀트로닉 리더
쓴 데이터의 그레인이 작을수록 읽을 수 있을 때 유용합니다. 플라즈모닉 라이터의 하위 구성 요소와 통합되어 리더도 진화가 필요했습니다. 양자 기술을 적용하여 Mozaic 3+는 세계에서 가장 작고 민감한 자기장 읽기 센서인 7세대 스핀트로닉 리더를 포함합니다.
7세대 스핀트로닉 리더의 핵심 기능은 매우 좁은 트랙 폭에 있어 원하는 트랙에서 정확한 읽기를 수행하는 동시에 인접 트랙의 누화를 최소화합니다.
핵심을 보면 리더는 터널링 자기 저항에 의존합니다. 터널링 자기 저항은 절연 장벽으로 분리된 자성층의 상대적 방향에 따라 자기 터널 접합(MTJ)의 전기 저항이 변동하는 경우 양자역학적 현상입니다. 리더 디자인은 고해상도 자기 읽기를 가능케 하는 동시에 트랙 간 간섭을 최소화합니다. 이는 기존 하드 드라이브와 비교하여 Mozaic 3+ 드라이브에서 더 작고 집적도가 높은 비트를 정확하게 읽기 위해 매우 중요합니다.
리더에는 리더 헤드 조립에 통합된 복잡한 레이어 스택이 포함되어 있습니다. 이 스택은 다양한 자기 및 비자기 레이어를 구성하며, 각각은 읽기 프로세스에서 별개의 역할을 합니다. 레이어는 함께 작동하여 기록된 비트의 자기 신호를 전자 신호로 변환합니다. 변환된 전자 신호는 저장된 데이터를 가져오기 위해 처리되어 디코딩됩니다.
자기 스택 구성과 속성은 최적의 성능을 제공하기 위해 세심하게 엄선됩니다. 자기 레이어에는 기록된 데이터의 외부 자기장에 민감한 자유층(FL), 자기 방향이 안정적인 기준층(RL), 기준층의 자기 방향이 자유층에 영향을 미치지 않도록 하는 인위적 반자성체(SAF)가 포함됩니다.
Mozaic 3+ 기술을 위해 리더 스택을 준비하기 위해 소재와 레이어 두께는 쓰기 프로세스 중 열 변화를 견디도록 열 안정성을 고려해 선택됩니다. 터널 접합부의 산화마그네슘 장벽 레이어는 조절 산화를 통해 읽기 감도와 효율성을 조정합니다.
리더의 스택은 오염을 방지하기 위해 지속적인 진공 상태에서의 다중 챔버 증착을 통해 구성됩니다. 레이어 처리 중 필요한 정확도를 달성하기 위해서는 각 레이어의 두께를 정확하게 제어할 수 있어야 합니다. 그래야만 원하는 리더 성능을 구현할 수 있습니다.
Seagate의 혁신적인 스택 디자인은 감도와 신호 대 잡음비를 최적화하고, Seagate 초격자 백금 합금 미디어에서의 정확한 읽기를 가능케 하고, Mozaic 3+ 하드 드라이브에서의 높은 데이터 밀도를 실현합니다.
클라우드를 넘어: 모든 데이터 집약적인 응용 분야를 위한 미래
Seagate Mozaic 3+ 기술은 데이터 집약적인 응용 분야에서 계속해서 증가하는 수요를 충족하는 데 중요한 역할을 할 것입니다. 높은 영역 밀도 향한 열망은 기업에서 클라우드 데이터 센터에 이르기까지 여러 부분에서의 폭발적인 데이터 생성으로 더욱 효율적이고 비용 효율적인 데이터 스토리지 솔루션이 절실한 상황에 더욱 자극을 받았습니다
영역 밀도 개선의 덕을 보게 될 데이터 집약적인 응용 분야로는 학습을 위해 방대한 데이터 세트가 필요한 머신 러닝 모델, 4K 및 8K 콘텐츠를 저장하고 전송해야 하는 비디오 스트리밍 서비스, 대규모 게놈서열을 축적하는 의학 연구 데이터베이스 등이 있습니다.
Seagate Mozaic 3+ 플랫폼은 대규모 클라우드 데이터 센터뿐 아니라 다양한 스토리지 제품에 개선을 안겨줄 것으로 예상됩니다.
시간이 지남에 따라 기술이 IronWolf Pro, SkyHawk, Exos와 같은 Seagate의 다양한 하드 드라이브 제품군에 통함됨에 따라 이점은 멀티 클라우드, 하이브리드 클라우드 환경에서 대용량 중급 용량 스토리지 요구사항이 있는 분야에 이르기까지 다양한 응용 분야로 확산될 것으로 보입니다. 모든 종류의 데이터 집약적인 응용 분야는 Mozaic 3+만이 구현할 수 있는 효율적인 대용량 솔루션에 크게 의존할 것입니다.
Mozaic 3+는 단순한 기술적 진보를 넘어 디지털 환경의 끊임없는 성장을 지속하겠다는 Seagate의 약속입니다. 플랫폼의 영역 밀도 기술은 지속적인 데이터 집약적인 응용 분야의 성장을 지원하고 신규 서비스 개발 및 기존 서비스 확장을 뒷받침하는 토대가 될 것입니다.
미래를 생각하면 대용량 데이터 저장, 액세스, 활용 능력은 혁신 추진, 디지털 시대의 잠재력 백분 활용을 위한 필수 요소가 될 것입니다. Mozaic 3+ 출시를 통해 Seagate가 단순히 데이터 폭발 속도를 따라가는 것이 아니라 속도를 설정하고, 데이터 잠재력이 무한한 세상을 위해 스토리지 솔루션의 혁신을 촉진합니다.
