Czym jest Mozaic 3+, jak działa i co może zrobić dla mojego centrum danych?

Przedstawiamy Mozaic 3+

W związku z pojawieniem się przetwarzania w chmurze, sztucznej inteligencji oraz uczenia maszynowego prowadzących do niespotykanej wcześniej ilości generowanych danych musimy mierzyć się z wciąż niezaspokojonym i stale rosnącym zapotrzebowaniem na pamięć masową. Pojemna pamięć masowa ma większe znaczenie niż kiedykolwiek wcześniej, a firma Seagate o całe lata wyprzedza konkurentów w zapewnianiu najbardziej rentownego rozwiązania: przełomowej gęstości powierzchniowej na dysk, która pozwala na większą skalowalność, niższy całkowity koszt posiadania (TCO) oraz bardziej zrównoważony wpływ na naszą planetę.

Firma Seagate ostatnio wprowadziła nowoczesną platformę Mozaic 3+^™, która wykorzystuje bezprecedensowe wdrożenie technologii zapisu magnetycznego wspomaganego termicznie (HAMR). To rozwiązanie może poszczycić się niezrównanymi gęstościami powierzchniowymi na poziomie 3 TB+ na talerz – oraz planami, w ramach których osiągnie pojemność 4 TB+ i 5 TB+ na talerz w nadchodzących latach. Dyski twarde Seagate Exos 30 TB+ z platformą Mozaic 3+ będą dostarczane w pierwszym kwartale roku 2024 do czołowych klientów świadczących usługi w zakresie chmury.

Mozaic 3+ to osiągnięcie inżynierii atomowej. To efekt badań i rozwoju, odwagi i determinacji oraz inwestycji i wizji na przyszłość. Genialne rozwiązanie łączące optymalizację emisji ciepła, rozmiarów i rozmieszczenia bitów. Dzięki Mozaic 3+ dane są przechowywany na nośnikach o poziomach gęstości, które wcześniej były niewyobrażalne, a wszystko to przy wykorzystaniu takich samych zasobów materiałowych i w ramach takiej samej, 3,5-calowej obudowy, jak w przypadku dysków twardych Seagate. Dyski wyposażone w platformę Mozaic są w pełni kompatybilne z dzisiejszymi centrami danych, ponadto nawet wykraczając poza specyfikację klienta pod względem wydajności, niezawodności i trwałości.

Mozaic 3+ to odpowiedź na potrzeby stale rozwijającego się ekosystemu chmury oraz niezliczonych eksabajtów, które będą w nim generowane. Definiuje to sposób, w jaki operatorzy centrów danych będą w stanie przechowywać coraz więcej eksabajtów w ramach takiej samej obudowy, co przyniesie w sumie ogromne oszczędności pod względem TCO – z wliczeniem kosztów zakupu i kosztów operacyjnych. 

Mozaic 3+ to punkt zwrotny w branży pamięci masowej. To dowód na to, że przyszłość skupia się na skutecznym odczycie i zapisie danych.

Dlaczego gęstość powierzchniowa ma znaczenie dla przedsiębiorstw?

Odpowiedź jest prosta. Ilość danych rośnie szybciej niż możliwości ich przechowywania. W 2024 roku ludzie na całym świecie wygenerują 30 zettabajtów danych – jednak co roku produkowana jest pamięć masowa zdolna pomieścić tylko 2 zettabajty¹.

Kluczowe znaczenie ma zapewnienie przedsiębiorstwom narzędzi potrzebnych do wykorzystania rzeczywistej wartości dostępnych danych. A presja ta będzie tylko rosnąć. Tworzenie, obsługa i rozwijanie centrów danych stanowią największe wyzwania dla naszych klientów – jednocześnie stanowią również jedne z największych szans. Dwie siły stoją w stosunku do siebie w sprzeczności: ogromna ilość tworzonych danych oraz brak zasobów:

• ogromna ilość tworzonych danych oraz możliwość ich przechwytywania zapewniają klientom lepsze informacje oraz nowe możliwości czerpania zysków, prowadząc przez to do szybszego wykorzystania w produkcji sztucznej inteligencji, która wymaga dostępności tych wszystkich danych. Spodziewamy się, że w 2027 roku wygenerowanych zostanie 291 zettabajtów. 
• W międzyczasie, gdy koszt tworzenia centrum danych może wzrosnąć od 1 do 1,5 mld, firmy mierzą się z brakiem zasobów przestrzeni, elektryczności i zasobów finansowych.

W miarę rozwoju sztucznej inteligencji klienci zapewniający chmurę i centra danych zaczęli inwestować i dostarczać usługi oparte na AI w celu zaspokojenia potrzeb, początkowo skupiając się na budowaniu architektury obliczeniowej i architektury AI. Po utworzeniu tej infrastruktury wymagania w zakresie pamięci masowej gwałtownie wzrosną. Aby sprostać tym wyzwaniom, przedsiębiorstwa muszą szybko zwiększyć pojemność pamięci masowej. Aby to osiągnąć, będą poszukiwać sposobu obniżenia kosztu na TB oraz wpływu na zasoby. Zaawansowana technologia gęstości powierzchniowej zapewnia klientom możliwość sprostania tym wymaganiom.

Mozaic 3+ to architektura dysku twardego zaprojektowana z myślą o zapewnianiu znacząco większej pojemności bez wykorzystywania dodatkowego zasilania lub zasobów. Korzyści z gęstości powierzchniowej rozwiązania Seagate pozwalają nam zapewniać najprostsze i najbardziej eleganckie rozwiązanie, które umożliwia zwiększenie pojemności pamięci masowej. Umożliwia to pominięcie mniej wydajnych podejść do zwiększania pojemności, takich jak dodanie większej liczby talerzy, głowic oraz elektroniki, które zwykle skutkuje zwiększeniem kosztów materiałowych, kosztów operacyjnych, zużycia energii, zużycia zasobów oraz emisji gazów cieplarnianych.

Korzyści z platformy Mozaic 3+ dla centrów danych w chmurze i centrów klasy korporacyjnej

Skala, TCO oraz zrównoważony rozwój

Dyski z platformą Mozaic to najwydajniejsze dyski twarde zdolne do obniżenia kosztów zakupu oraz kosztów operacyjnych przy jednoczesnym zwiększeniu produktywności. Dzięki zwiększonej gęstości powierzchniowej zapewnianej przez platformę Mozaic klienci mogą przechowywać większą ilość danych bez zwiększania zużycia przestrzeni, energii oraz zasobów naturalnych.

Platforma Mozaic 3+ pojawiła się w idealnym momencie, aby zapewnić przedsiębiorstwom przestrzeń do zmiany skali dla pojawiających się aplikacji oraz gwałtownego wzrostu ilości danych. Klienci mogą teraz w prostszy sposób budować nową lub optymalizować istniejącą infrastrukturę, która maksymalizuje gęstość i wydajność pamięci masowej. Centra danych mogą w bardziej przystępny finansowo sposób przechowywać i wykorzystywać większą ilość danych do analityki, archiwizacji, zapewniania treści i odzyskiwania danych na wypadek awarii – oraz rozpocząć zasypywać ogromną obecnie lukę pomiędzy ilością tworzonych i przechowywanych danych.

Innowacje Seagate w zakresie gęstości powierzchniowej, które zwiększają liczbę bitów, jakie można przechowywać na talerzu dysku, stanowią odpowiedź na powszechne w branży problemy. Platforma Mozaic 3+ umożliwia klientom przechowywanie większej ilości danych w ramach takiej samej zajmowanej przestrzeni. Modernizacja rozwiązania z dysku o pojemności 16 TB (średnia pojemność w wielkoskalowych centrach danych) o konwencjonalnym, pionowym zapisie magnetycznym (PMR) do dysku Seagate Exos 30 TB wyposażonego w platformę Mozaic 3+ niemal podwaja pojemność w ramach rozwiązania zajmującego taką samą ilość miejsca.

TCO ma nadrzędne znaczenie dla operatorów centrum danych i pod tym względem Mozaic 3+ się wyróżnia. Dyski twarde Seagate oferują teraz największą w branży gęstość powierzchniową na poziomie 3 TB na dysk z perspektywą nawet 5 TB na dysk i więcej, aby w nadchodzących latach umożliwić wykorzystanie dysków 50 TB+.

Platforma korzysta z mniej więcej takich samych komponentów co dyski PMR, jednocześnie znaczącą zwiększając pojemność i umożliwiając centrom danych obniżenie kosztów związanych z zakupem pamięci masowej i kosztów operacyjnych – obniżając przy tym zużycie energii na terabajt o 40%. Typowy dysk CMR o pojemności 16 TB i gęstości powierzchniowej na poziomie 1,78 TB na dysk zużywa 0,59 W na TB. Dysk Seagate Exos 30 TB korzystający z technologii Mozaic 3+ o gęstości powierzchniowej wynoszącej 3 TB na dysk zużywa 0,35 W na TB – daje to oszczędność energii na TB na poziomie 40%².

Mozaic 3+ może również pomóc klientom osiągać cele związane ze zrównoważonym rozwojem – stanowiące jeden z priorytetów wielkoskalowych centrów danych – poprzez umożliwianie zmniejszenia o 55% śladu węglowego na terabajt³.

Sprawdzona kompatybilność i niezawodność

Dyski Mozaic 3+ bez problemów integrują się z istniejącymi ekosystemami centrum danych, dostosowując się do branżowych standardów w zakresie rozmiarów i interfejsów oraz pozwalając na proste wdrażanie poprzez łączność plug-and-play. Nie są potrzebne żadne modyfikacje sprzętu, oprogramowania lub hosta. Technologia Mozaic 3+ została sprawdzona we wszystkich standardowych testach benchmarkingowych, zapewniając 100% kompatybilność z istniejącymi systemami pamięci masowej oraz architekturą centrum danych. Ten poziom kompatybilności upraszcza wdrażanie dysków twardych wyposażonych w platformę Mozaic 3+, umożliwiając operatorom centrów danych wykorzystanie najnowszych osiągnięć bez zakłócania infrastruktury.

Stworzone z myślą o trwałości dyski wykorzystujące technologię Mozaic obejmują taką samą, 5-letnią gwarancję i charakteryzują się współczynnikiem średniego czasu bezawaryjnej pracy (MTBF) na poziomie 2,5 mln godzin, a także współczynnikiem obciążenia na poziomie 550 TB na rok, jaki oferuje cała linia dysków twardych Exos. Od 2016 roku platforma Mozaic 3+ przeszła rygorystyczne testy mające na celu potwierdzenie, że spełnia ona wysokie standardy dzisiejszych centrów danych. W szerokich testach dotyczących wstrząsów i drgań dyski Mozaic 3+ wykazały się odpornością wykraczającą poza branżowe normy, dzięki czemu zapewniają integralność danych nawet w fizycznie wymagających środowiskach. Głowice odczytu/zapisu Mozaic zdecydowanie przewyższyły branżowe standardy pod względem niezawodności i żywotności w zakresie możliwości transferu danych, spisując się lepiej, niż oczekiwali klienci, i lepiej, niż określono w standardowych specyfikacjach dysków o współczynniku wynoszącym 20.

Firma Seagate stworzyła do tej pory ponad pół miliona dysków o łącznym czasie działania wynoszącym dziesiątki milionów godzin. Kilka generacji dysków spełniło wszystkie wymagania w zakresie sposobu, w jaki dysk powinien zachowywać się w każdym testowanym elemencie – włączając w to testy wydajności energetycznej, narzędzia sg3_utils testujące komendy interfejsu, programy narzędziowe smartmontools oraz testy odczytu i zapisu, a także losowych, sekwencyjnych i mieszanych obciążeń roboczych. Dyski zostały kompleksowo sprawdzone w trakcie długoterminowego wykorzystania przez operatorów największych na świecie centrów danych – wiele tysięcy dysków wysłano do wielu CSP. 

Lata testów oraz ich rezultaty utwierdziły klientów w wierze w gotowość platformy do masowego wdrożenia w standardowych chmurach i środowiskach IT. Seagate doświadcza silnego zapotrzebowania ze strony klientów prowadzących centra danych na w pełni gotową platformę Mozaic 3+, w związku z czym firma przeszła do powszechnej dystrybucji rozwiązania. Czołowy dostawca usług w chmurze skupia się na zmianie wszystkich dostarczonych przez Seagate dysków na Mozaic 3+, co stanowi dowód na zaufanie tej technologii.

Z perspektywy przyszłości przewaga strategiczna z wdrożenia Mozaic 3+ jest jasna. Platforma stanowi nie tylko odpowiedź na obecne zapotrzebowanie, lecz także wybiegające w przyszłość rozwiązanie, które będzie zmieniało swoją skalę wraz z rosnącymi potrzebami centrów danych. Reprezentuje ona stałe zaangażowanie Seagate w zaspokajanie potrzeb ciągle rozwijającej się sfery danych, oferując centrom danych w chmurze i centrom danych klasy korporacyjnej niezawodne, skalowalne i wydajne pod względem kosztów rozwiązanie pamięci masowej. 

Jak działa platforma? 

Mozaic 3+ to efekt dwóch dekad pionierskich badań i prac rozwojowych firmy Seagate w zakresie technologii HAMR. Dzięki znaczącym postępom pod względem gęstości powierzchniowej platforma wyznacza wyraźną drogę do zapewniania wydajnej pod względem kosztów, wielkoskalowej pamięci masowej, która gwarantuje gęstość powierzchniową danych, pojemność, wydajność i oszczędność w zakresie TCO.

W samym sercu technologii Mozaic 3+ jest dążenie firmy Seagate do uporania się z wyzwaniami rejestracji w nanoskali. W sytuacji, gdy tradycyjne materiały nie były w stanie osiągnąć poziomów gęstości powierzchniowej wymaganych w przypadku pojemności przekraczającej 2,4 TB na talerz, platforma Mozaic 3+ wprowadziła strukturę nośnika sieciowego, która poprawia stabilność magnetyczną, umożliwiając dokładny zapis danych w ekstremalnych warunkach. Proces zapisu wykorzystuje laser nanofotoniczny oraz antenę kwantową, która przez moment, z chirurgiczną precyzją skupia ciepło, w nanosekundy zmieniając nośnik, na którym prowadzony jest zapis.

Platforma Mozaic 3+ musi również działać w skali atomowej, przewyższając konwencjonalne środki dla zapewniania precyzji w angstremach oraz pikosekundach. Na tym poziomie mamy do czynienia ze złożonym tańcem, którym kieruje czip zintegrowany w nanoskali. Platforma wykorzystuje skomplikowane algorytmy do zarządzania miliardami bitów, umożliwiając obsługę i rejestrację danych. Jej głowice zapisu-odczytu działają z nanorobotyczną finezją, mierzoną w angstremach na obracającym się dysku. W przypadku pozyskiwania danych czujniki magnetyczne platformy Mozaic wykorzystują nagrodzone nagrodą Nobla technologie, które pozwalają na odszyfrowanie gęsto zapisanych informacji.

„Seagate to teraz czołowy na świecie producent dysków, które dzięki swojej gęstości powierzchniowej są w stanie osiągać pojemność 3 TB na dysk, a w przyszłości nawet 5 TB na dysk” – powiedział David Mosley, CEO Seagate. „Jeśli chodzi o zrównoważony wpływ centrów danych na środowisko, wkroczyliśmy w erę, w które pojemność na talerz ma równie duże znaczenie, co pojemność na dysk. W ostatnich dwóch dekadach ponieśliśmy duże nakłady inwestycyjne na badania i rozwój, które sprawiły, że ten zrównoważony wpływ stał się rzeczywisty. Zainteresowanie naszych klientów korzyściami pod względem TCO z platformy Mozaic jest bardzo duże. Jasne jest, że stałe skupienie się firmy Seagate na wspieraniu ludzkości w wydobywaniu jak największej wartości z danych przynosi owoce”.

Odsłanianie sekretów technologii Mozaic 3+

Aby w pełni docenić wyjątkowe osiągnięcia platformy Mozaic 3+, musimy przyjrzeć się jej głównym komponentom, które wchodzą w skład nowoczesnej konstrukcji rozwiązania od Seagate. Konstrukcja ta reprezentuje konwergencję zaawansowanych obszarów, włączając w to nanotechnologię, nanofotonikę oraz plazmonikę i fizykę kwantową, z których każdy odgrywa kluczową rolę w podnoszeniu możliwości dysków HDD na nowe poziomy. 

W centrum platformy Mozaic 3+ znajduje się nośnik supersieciowy ze stopu platyny – przełomowy materiał, który umożliwia bardziej gęste przechowywanie danych niż kiedykolwiek wcześniej na talerzach dysku twardego. Unikatowa koercja magnetyczna tego rozwiązania zapobiega niestabilności magnetycznej w nanoskali, dzięki czemu dane można zapisywać przy znacznie większych gęstościach. Zapisane dane nigdy nie ulegają wahaniom – mogą być ponownie zapisane wyłącznie w połączeniu z wykorzystaniem zapisu plazmonicznego zapewnianego przez technologię Mozaic, stanowiącego kolejny ważny przełom.  

Plazmoniczny zapis stanowi cud miniaturyzacji i precyzyjnej inżynierii, umożliwiając zapis danych na nośniku supersieciowym o dużej koercji magnetycznej. Narzędzie do zapisu składa się z trzech podstawowych elementów, które razem na nowo definiują granice zapisu magnetycznego: 

• Laser nanofotoniczny: ten komponent emituje skupioną wiązkę światła, zapewniając precyzyjną energię potrzebną do podgrzania na moment nośnika, na którym prowadzony jest zapis.
• Lej fotoniczny: ukierunkowuje światło lasera ze źródła do anteny kwantowej.
  
• Antena kwantowa: jako przetwornik energii skupia energię fotoniczną lasera na niewiarygodnie małym punkcie na nośniku supersieciowym ze stopu platyny, z wyjątkową precyzją konwertując dane miejsce na stan plazmoniczny, który umożliwia proces nagrywania.

Czytnik spintroniczny 7. generacji stanowi przełomowe rozwiązanie w zakresie odczytu danych z gęsto zapisanych ścieżek uzyskiwanych dzięki Mozaic 3+. Czytnik jest zdolny do wykrywania minutowych zmian w magnetyzacji, dbając o to, aby nawet przy ultrawysokich gęstościach możliwy był dokładny i błyskawiczny odczyt danych.

Na koniec elementem który sprawia, że te komponenty działają razem, jest zintegrowany kontroler 12 nm stanowiący efekt przywództwa Seagate w integrowaniu złożonych systemów kontroli na dysku twardym. Ten kontroler stanowi mózg operacji, które oznaczają złożony zapis i odczyt danych z niezrównaną wydajnością i niezawodnością.

Zapis plazmoniczny to najważniejsza z funkcji Mozaic 3+, która wykorzystuje interakcje pomiędzy światłem i metalem w nanoskali dla zapewniania zapisu przy jeszcze większej gęstości. Wykorzystanie wbudowanego lasera i konwersji energii światła na plazmony pozwala na koncentrację energii wykraczającą poza to, co optyka może tradycyjnie osiągnąć, zapewniając precyzję i odpowiednio zlokalizowane podgrzewanie nośnika, które na moment zmniejsza jego koercję magnetyczną. Zapewnia to w efekcie precyzyjne dopasowanie magnetycznych bitów, dzięki czemu możliwe jest skuteczne przechwytywanie danych binarnych, tworzących najważniejszą część cyfrowej pamięci masowej. 

Te połączone, przełomowe rozwiązania będą napędzały nowe generacje technologii pamięci masowej w kolejnych latach, umacniając pozycję dysków Seagate jako podstawy świata opartego na danych. 

Teraz przyjrzyjmy się bliżej każdemu elementowi Mozaic 3+, aby zrozumieć, w jaki sposób przyczynia się on do urzeczywistniania przełomowego rozwiązania Seagate w zakresie gęstości powierzchniowej. 

 

Nośnik supersieciowy ze stopu platyny

W pogoni za większą gęstością powierzchniową nośnik supersieciowy ze stopu platyny od Seagate stanowi główny postęp w zakresie magnetycznego nośnika pamięci masowej. Ta przełomowa technologia pozwala radzić sobie z wyzwaniem braku stabilności magnetycznej w nanoskali poprzez sprawianie, że trudniej jest rozerwać magnetyczne bity, które reprezentują dane. Aby opracować „twardszą” warstwę pamięci masowej o wyższej koercji magnetycznej niż w konwencjonalnych dyskach twardych, inżynierowie Seagate stworzyli strukturę supersieciową, w której precyzyjne ułożenie każdego atomu odgrywa kluczową rolę. 

W przypadku platformy Mozaic, gdzie dane muszą być przechowywane w formie magnetycznych bitów położonych bliżej siebie niż jest to możliwe w konwencjonalnych dyskach twardych PMR, konieczne było opracowanie na nowo nośników rejestracyjnych. Zaawansowane materiały i struktury użyte w przypadku nośnika z platformą Mozaic 3+ umożliwiają zapis danych, który jest znacznie bardziej precyzyjny niż we wcześniej stosowanej technologii dysków twardych. Taki nośnik nie stanowi tylko pasywnego komponentu, lecz jest aktywnym uczestnikiem procesu przechowywania danych, zapewniając większą pamięć masową w ramach rozwiązania o takiej samej wielkości. 

Podstawą tej technologii jest wykorzystanie cząsteczek platyny (Pt) i żelaza (Fe), które składają się na nośnik rejestracyjny dysków twardych z platformą Seagate Mozaic 3+. Każda nanocząsteczka, mierząca tylko kilka nanometrów, zachowuje się jak niezależny bit danych. Osiągnięcie takiej szczegółowości przy zachowaniu fluktuacji magnetycznych pomiędzy bitami jest możliwe dzięki wysokiej anizotropii magnetycznej, która oznacza, że magnetyczna orientacja materiału nie podlega zmianom w czasie, dzięki czemu każdy bit pozostaje stabilny i nie zostaje zmieniony przez zapis sąsiadujących z nim danych. Ta innowacja pozwala dyskom twardym z platformą Mozaic 3+ na zapis danych z niesamowitą precyzją, jednocześnie zachowując integralność pobliskich danych. 

Wyspecjalizowane stopy magnetyczne, z których zbudowany jest nośnik, posiadają ustaloną orientację magnetyczną. Ta orientacja ma zasadnicze znaczenie dla stabilizacji stanu magnetycznego indywidualnych bitów, a co za tym idzie, zmniejszenia ich podatności na zmiany termiczne. Wybór przez Seagate chemicznie uporządkowanych stopów z żelaza i platyny (FePt) ma kluczowe znaczenie. Ich wysoka anizotropia magnetyczna zapewnia stabilność potrzebną zarejestrowanym bitom i umożliwiającą osiągnięcie rekordowej gęstości powierzchniowej.

Osiągnięcie wysokiego stopnia uporządkowania w ramach nośnika supersieciowego ze stopu platyny jest bardzo ważne dla technologii Mozaic 3+. Obejmuje to złożony proces produkcji, który wykorzystuje wzrost epitaksjalny deponujący cienkie folie żelazno-platynowe (FePt) na krystalicznych warstwach podkładowych na specjalnym szklanym podłożu. Warstwy podkładowe służą za szablon, określając orientację i uporządkowane rozmieszczenie cząstek FePt podczas procesu depozycji. Następujące po tym wyżarzanie w wysokich temperaturach pomaga w uporządkowaniu cząsteczek FePt, prowadząc do zmiany fazy z nastawieniem na poprawę właściwości magnetycznych nośnika oraz rozstawienie cząsteczek. 

Ten złożony i precyzyjnie kontrolowany proces sprawia, że nośnik supersieciowy ze stopu platyny dostarcza trwałą, stabilną platformę do pamięci masowej o dużej gęstości danych. Precyzyjne ustawienie atomów w strukturze supersieciowej jest tym, co pozwala nośnikowi Seagate na znaczące zwiększenie gęstości powierzchniowej dysków twardych z platformą Mozaic 3+, zapewniając znaczący postęp w obszarze technologii pamięci masowej danych. 

 

Plazmoniczny zapis

Ponieważ nośnik jest magnetycznie „twardszy”, zapobiegając niestabilności danych, jego konstrukcja wymaga rewolucyjnego rozwiązania do zapisu.

W centrum operacji zapisu znajduje się możliwość precyzyjnego podgrzewania nośnika supersieciowego ze stopu platyny, co jest możliwe po podniesieniu temperatury do ponad 800ºF (427ºC) w mniej niż dwie nanosekundy. Ten gwałtowny cykl termiczny ma kluczowe znaczenie dla skutecznego procesu zapisu platformy Mozaic. Złożoność tej operacji wymaga lasera, który jest precyzyjnie kontrolowany i ukierunkowany przez lej fotoniczny na antenę kwantową. Wspólnie te komponenty tworzą pole plazmoniczne, które podgrzewa dany obszar na dysku, przygotowując go do zapisu danych przez magnetyczną głowicę zapisu.

Konstrukcja magnetycznej głowicy zapisu wyewoluowała w kierunku płynnej integracji z technologią Mozaic 3+. Każde usprawnienie, począwszy od integracji lasera po odporność na zużycie, zostało dokładnie przemyślane w celu poprawy skuteczności platformy Mozaic 3+. 

 

Komponenty rozwiązania do plazmonicznego zapisu

Plazmoniczny zapis jest możliwy dzięki tradycyjnemu rdzeniowi magnetycznemu oraz trzem nowym elementom, z których każdy pełni określoną funkcję umożliwiającą zapis w ramach platformy Mozaic 3+: lasera nanofotonicznego, leja fotonicznego oraz anteny kwantowej. 

Przyjrzyjmy się bliżej każdemu z tych elementów: 

Laser nanofotoniczny:

Laser nanofotoniczny to produkt będący efektem innowacji Seagate, mających na celu zmianę technologii pamięci masowej danych.

Laser jest źródłem energii, która tymczasowo zmienia właściwości magnetyczne nośnika supersieciowego ze stopu platyny, przygotowując w ten sposób dany obszar do zapisu danych. Precyzja i krótkotrwałość efektu wywoływanego przez energię pozwalają na zwiększenie gęstości bitów, które mogą być przechowywane na dysku. Poprzez złożoną kontrolę w połączeniu z lejem fotonicznym oraz anteną kwantową laser podgrzewa tylko konieczne nanocząsteczki na nośniku, zmniejszając opór magnetyczny i umożliwiając zapis danych z mniejszą siłą pola magnetycznego, niż byłoby to wymagane w innym przypadku. Kontrolowane podgrzewanie sprawia, że proces ma wpływ tylko na podgrzewany bit, utrzymując stabilność i integralność otaczających danych.   

Firma Seagate zoptymalizowała pod względem kosztów proces, który integruje lasery za pomocą naszej zaawansowanej technologii głowicy rejestrującej, i zmieniła jego skalę. Przeprowadzono obszerną charakterystykę, która miała na celu zagwarantowanie, aby wewnętrzne produkowane lasery utrzymywały taki sam poziom spójności i jakości co rozwiązania od innych czołowych producentów, tworząc w ten sposób długoterminową elastyczność dostaw.

Konstrukcja lasera nanofotonicznego jest złożona i skupia się na takich czynnikach jak typ oraz długość fal, moc wyjściowa, jakość wiązki oraz kontrola modulacji. Każdy parametr został dostosowany w celu zapewniania skuteczności i precyzji lasera w trakcie procesu zapisu. Integracja w ramach głowicy zapisu to zadanie wymagające precyzji, w efekcie którego wiązka lasera dostarczana przez lej fotoniczny będzie dokładnie skupiona na nośniku za pośrednictwem anteny kwantowej.   

Zarządzanie techniczne stanowi kolejny kluczowy element konstrukcji lasera. Firma Seagate wprowadziła kolejne mechanizmy chłodzenia, które rozpraszają energię generowaną podczas procesu rejestracji, utrzymując stabilność i niezawodność. Optymalizacja konstrukcji nie sprowadza się tylko do osiągnięcia większych gęstości powierzchniowych; sprawia również, że platforma Mozaic 3+ umożliwia firmie Seagate utrzymywanie czołowej pozycji w zakresie zrównoważonych i pojemnych pamięci masowych. 

 

Lej fotoniczny: 

Lej fotoniczny to prowadnica, która ukierunkowuje światło lasera bezpośrednio na antenę kwantową z dużą precyzją. Jego struktura stanowi produkt osiągnięć w zakresie materiałoznawstwa i produkcji w nanoskali, a rozwiązanie zaprojektowano z myślą o ograniczeniu ścieżki lasera, tak aby w drodze do celu zachowana została integralność i moc laserowego strumienia. Wybór materiałów jest celowy i charakteryzuje się wysokim indeksem refrakcji, który jest kluczowy dla osiągnięcia efektywnej kontroli wiązki światła przy jej minimalnej dyspersji lub utracie. 

Przełom Seagate w technologii prowadnicy nie sprowadza się tylko do wyboru materiałów, lecz dotyczy również samej struktury. Geometria i wymiary leja fotonicznego zostały dokładnie obliczone z myślą o zapewnianiu skutecznego dopasowania trybu i osiągnięcia synergii pomiędzy światłem oraz anteną kwantową, która maksymalizuje transfer energii. Taka precyzja nie ogranicza się do kontroli światła, ale prowadzi do intensyfikacji potencjału pamięci masowej danych. Dostarczając skupioną wiązkę w celu precyzyjnego podgrzania nośnika w określonych punktach, lej odgrywa ważną rolę, umożliwiając Seagate zwiększenie gęstości powierzchniowej i przechowywanie większej ilości danych na takiej samej przestrzeni fizycznej na dysku twardym. 

Masowa produkcja tego komponentu wymagała od Seagate wprowadzenia innowacji wykraczających poza tradycyjne metody. Strategie zarządzania termicznego stanowią integralną część konstrukcji leja. Mechanizm chłodzenia Seagate dba o to, aby lej działał w optymalnym zakresie temperatur, utrzymując stabilność i wydłużając żywotność głowicy rejestrującej. 

 

Antena kwantowa:  

Antena kwantowa jest efektem pracy inżynierów Seagate i stanowi połączenie złożonych osiągnięć w zakresie fizyki kwantowej oraz inżynierii materiałowej, które poprawia możliwości platformy Mozaic w zakresie zapisu. 

Jej podstawową funkcją jest konwersja energii lasera na ciepło na niespotykanie precyzyjną skalę, umożliwiając zapis danych przy dużej gęstości. Realizuje to poprzez generowanie plazmonów powierzchniowych – oscylacji elektronów na poziomie kwantowym, wywoływanych przez światło na metalowej powierzchni. Ta konwersja jest wysoce zlokalizowana, działając wyłącznie na obszar, na którym zapisywane są dane.

Wdrożenie przez Seagate anteny kwantowej wymagało innowacji w kilku kluczowych obszarach. Sama antena stanowi efekt złożonej produkcji, wykonany z materiałów wybranych ze względu na ich właściwości absorpcji i możliwość uporania się z wymaganiami termicznymi w procesie rejestracji. Skupienie się na właściwościach plazmonicznych umożliwia antenie kwantowej skuteczne ograniczenie energii lasera, dzięki czemu ciepło skupia się z precyzją na jednym miejscu. 

Integracja anteny kwantowej w ramach głowicy zapisu stanowi kluczowy aspekt jej konstrukcji. Wymaga ona precyzji, która sprawia, że energia lasera jest skupiona dokładnie na nośniku, umożliwiając ukierunkowanie ciepła niezbędne do zapisu jednego bitu danych.

Antena kwantowa działa jak przetwornik, transformując światło lasera na intensywne pole elektromagnetyczne. Pole to jest następnie używane do lokalnego podgrzewania nośnika ponad jego temperaturę Curie, co zmniejsza koercję magnetyczną bitów i umożliwia zmianę ich ustawienia, a przez to zapis danych. Konstrukcja anteny kwantowej poprawia koordynację pomiędzy energią w polu z lasera oraz polem magnetycznym z głowicy odczytu dla zapewniania precyzji. 

Konstrukcja obejmuje również zaawansowane strategie zarządzania termicznego. Elementy te mają kluczowe znaczenie dla zapewniania gwałtownego podgrzewania i następnie chłodzenia z wymaganą precyzją, zabezpieczając integralność otaczających danych i utrzymując ogólną stabilność procesu zapisu w pamięci masowej. 

Antena kwantowa stanowi kluczowy czynnik w osiąganiu większych gęstości powierzchniowych na dyskach twardych. Reprezentuje ona znaczący krok do przodu w stosunku do tradycyjnych technologii rejestracji dzięki swojej zdolności do zmiany danych w nanoskali.

 

Usprawnienia w zakresie gęstości powierzchniowej 

Wspólne działanie tych komponentów w ramach plazmonicznego zapisu prowadzi do zwiększenia gęstości powierzchniowej. Poprzez uporanie się z wyzwaniami integracji diody lasera, precyzyjne kontrolowanie leja oraz optymalizację anteny kwantowej technologia Seagate Mozaic 3+ pozwala na zapis danych z większą gęstością niż kiedykolwiek wcześniej. Udało się to osiągnąć poprzez postępy w zakresie zarządzania termicznego, inżynierii materiałowej oraz miniaturyzacji komponentów, co odzwierciedla równowagę pomiędzy innowacjami oraz praktycznym wdrożeniem. 

 

Zintegrowany kontroler 12 nm

Rola zintegrowanego kontrolera 12 nm obejmuje wiele aspektów. Zapewnianie tego typu gęstości powierzchniowej w dużej skali oraz korzystnego TCO wymaga wyjątkowego podejścia do sterowania elektroniką na dysku twardym, począwszy od jego uruchamiania, aż po rejestrację i bezpieczeństwo. Wymaga to zintegrowanego kontrolera, systemu na czipie (SOC) opracowanego całkowicie wewnętrznie przez ekspertów Seagate w zakresie konstrukcji krzemowych.

Kontroler konsoliduje kanały odczytu, zarządzanie dyskiem oraz protokoły wymiany danych, stając się sercem operacji na dysku twardym. Kontroluje on prędkość obrotową, zarządza ruchami głowicy oraz wykonuje operacje odczytu, zapisu i kontroli ruchu z niezrównaną precyzją. Integracja wielu funkcji w ramach jednej krzemowej matrycy jest skomplikowana. To specjalnie dostosowane rozwiązanie SoC jest idealnie dopasowane do danego zastosowania i zoptymalizowane pod kątem określonych obliczeń, szybkości, pamięci i wydajności energetycznej, co pozwala na redukcję odpadów.

Kontroler obejmuje takie innowacje jak wydajny procesor RISC-V CPU od Seagate, pierwszy w historii procesor RISC-V używany do kontrolowania funkcji dysku twardego, zapewniający nawet trzy razy wyższą wydajność w porównaniu do poprzednich rozwiązań. Ten wzrost wydajności umożliwia zaawansowanym algorytmom zapewnianie większej gęstości powierzchniowej.

Usprawnienia w zakresie rejestracji obejmują takie rozwiązania jak Automated Multi-Rev Recovery (AMRR), automatyzujące operacje odzyskiwania danych o dużym wpływie, zautomatyzowane rozwiązanie Adjacent Track Interference Cancellation (ATIC) oraz poprawiony kod Iterative Outer Code (IOC) łączący moc korekcyjną dekodowania LDPC z opartym na ścieżkach ECC.

Mającą kluczowe znaczenie funkcją zintegrowanego kontrolera 12 nm jest jego serwomechanizm zaprojektowany z myślą o namierzaniu danych z większą precyzją. Ulepszona mikroarchitektura procesora, połączona z redukcją opóźnień zgodną z określonymi instrukcjami, zapewnia większą wydajność w kluczowych obciążeniach serwomechanizmu. Obejmuje to wykrywanie zakłóceń w czasie rzeczywistym, adaptacyjne sterowanie funkcjami i kompensację oraz pozwala na obliczenia przy wysokiej częstotliwości próbkowania. Procesor wymaga mniej niż połowy dotychczasowego czasu do wykonania takiej samej ilości pracy jak poprzednie procesory – a ma to znaczenie ze względu na potrzebę dokonywania natychmiastowych dostosowań w czasie rzeczywistym w serwomechanizmie w celu utrzymania siłownika na niewiarygodnie wąskiej ścieżce danych.

Ponieważ dyski twarde obejmują teraz ponad milion ścieżek na cal, dokładności siłownika mogą zagrozić nawet dźwięki z otoczenia. Serwo-procesor firmy Seagate, operujący w odstępach liczonych w pikosekundach, przetwarza do 4 miliardów bitów co sekundę, wykonując algorytmy przetwarzania, które przeciwdziałają potencjalnym zakłóceniom i utrzymują dokładność ścieżki danych poprzez wpływanie na dokładne ruchy wykonywane przez trójstopniowe siłowniki na dysku twardym.

Kontroler Seagate obejmuje w pełni kontrolowany analogowy kanał zapisu z przodu, przekraczając 4 GHz, co daje w efekcie nową próbkę w każdej ćwierci nanosekundy. Te usprawnienia w zakresie przetwarzania nie naruszają wydajności energetycznej.

Przejście z czipa 28 nm na czip 12 nm to kolejny krok naprzód pozwalający obniżyć koszty matrycy i zużycie energii. Zmiana w technologii procesu ma zasadnicze znaczenie do pomieszczenia większej liczby tranzystorów w ramach takiego samego obszaru czipa, zmniejszając wymagania w zakresie napięcia i oferując poprawiony profil zasilania.

Architektura RISC-V odgrywa kluczową rolę, oferując dopasowanie, które usprawnia specyficzne dla danego zastosowania zadania obliczeniowe, włączając w to symulację i szkolenie modelu uczenia maszynowego. Co więcej, wykorzystanie otwartej architektury bezpieczeństwa tworzy drogę dla bezpiecznego przemieszczania danych, co ma duże znaczenie w dzisiejszych środowiskach skupionych na danych.

Dodatkowo modyfikacje wprowadzane w platformie Mozaic 3+, takie jak łagodzenie „Mode-hop”, jeszcze bardziej poprawiają niezawodność i wydajność dysku, zapewniając flagowym dyskom twardym Seagate klasy korporacyjnej możliwość utrzymania przewagi wśród rozwiązań pamięci masowej o dużej gęstości.

Poprzez centralizację całego procesu, począwszy od projektu aż po produkcję, Seagate zapewnia sobie bezpośrednią kontrolę nad integracją i wydajnością swojego rozwiązania, stając się jedynym producentem dysków twardych o takich możliwościach.

 

Czytnik spintroniczny 7. generacji

Mniejsze cząsteczki zapisanych danych są przydatne tylko wtedy, gdy mogą być odczytane. Również czytnik, zintegrowany z podkomponentami rozwiązania do plazmonicznego zapisu, musi podlegać zmianom Wdrażając technologię kwantową, Mozaic 3+ obejmuje jedne z najmniejszych na świecie i najbardziej wrażliwych czujników odczytu pola magnetycznego – czytnik spintroniczny 7. generacji.

Kluczową cechą czytnika spintronicznego 7. generacji jest bardzo wąska ścieżka, która zapewnia precyzyjny odczyt, jednocześnie minimalizując wpływ sąsiednich ścieżek.  

W samym sercu rozwiązania czytnik polega na efekcie tunelowego mangetooporu – zjawiska z dziedziny mechaniki kwantowej, w którym opór magnetyczny w skrzyżowaniu tunelu magnetycznego (MTJ) zmienia się w zależności od względnej orientacji powłok magnetycznych oddzielonych przez barierę izolującą. Konstrukcja czytnika zapewnia odczyt magnetyczny w wysokiej rozdzielczości, minimalizując wpływ innych ścieżek, co ma duże znaczenie dla dokładnego odczytu mniejszych i bardziej gęsto zarejestrowanych bitów w dyskach Mozaic 3+ w porównaniu do tradycyjnych dysków twardych. 

Czytnik obejmuje złożony zestaw warstw zintegrowanych w ramach jednej głowicy zapisu. Składa się ona z różnych magnetycznych i niemagnetycznych warstw, z których każda odgrywa określoną rolę w procesie odczytu. Warstwy działają wspólnie w celu konwersji sygnałów magnetycznych z zarejestrowanych bitów na sygnały elektryczne, które następnie są przetwarzane i dekodowane, aby uzyskać przechowywane dane.  

Skład i właściwości magnetycznego zestawu są ostrożnie wybierane w celu zapewniania optymalnej wydajności. Warstwy magnetyczne obejmują wolną warstwę (FL), która jest czuła na zmiany zewnętrznego pola magnetycznego pod wpływem zapisanych danych, powłokę referencyjną (RL), która utrzymuje stabilną orientacją magnetyczną, oraz syntetyczny antyferromagnetyk (SAF), działający jak bufor, który zapobiega wpływaniu orientacji magnetycznej RL na FL. 

W celu przygotowania czytnika na technologię Mozaic 3+ materiały i grubość warstw są wybierane ze względu na ich stabilność termiczną, aby wytrzymywały wahania temperatury w czasie procesu zapisu. Warstwa barierowa skrzyżowania, złożona z tlenku magnezu (MgO), podlega kontrolowanej oksydacji, aby dostosować czułość i skuteczność czytnika. 

Stos czytnika jest tworzony przy użyciu procesu wielokomorowej depozycji w stałych warunkach próżni, aby zapobiegać zanieczyszczeniom. Precyzja wymagana w trakcie procesu warstwowania wymaga dokładnej kontroli grubości każdej warstwy, która ma kluczowe znaczenie dla wydajności czytnika. 

Innowacyjna konstrukcja przygotowana przez Seagate optymalizuje czułość i stosunek sygnał/szum, umożliwiając dokładny odczyt z nośnika supersieciowego ze stopu platyny oraz zapewniając większe gęstości danych w dyskach twardych z platformą Mozaic 3+. 

Poza chmurą: Przyszłość aplikacji wymagających dużych ilości danych

Technologia Seagate Mozaic 3+ będzie odgrywać przełomową rolę w zaspokajaniu rosnących potrzeb na aplikacje o dużej intensywności wykorzystania danych. Dążenie do większych gęstości powierzchniowych jest podsycane przez wykładnicze tworzenie danych w różnych sektorach, począwszy od rozwiązań korporacyjnych aż po centra danych w chmurze, co wymaga wydajniejszych i korzystniejszych pod względem kosztów rozwiązań pamięci masowej danych.

Aplikacje charakteryzujące się dużym zapotrzebowaniem na dane będą odnosiły korzyści z postępów w zakresie gęstości powierzchniowej, włączając w to modele uczenia maszynowego wymagające obszernych zestawów danych do szkolenia, usług przesyłania strumieniowego wideo, które wymagają przechowywania i dostarczania treści 4K oraz 8K, oraz baz danych w badaniach medycznych, które gromadzą duże sekwencje danych genetycznych. 

Platforma Mozaic 3+ od Seagate ma za zadanie zapewniać te korzyści, nie tylko w hiperskali i w centrach danych w chmurze, lecz także w szerokim spektrum produktów pamięci masowej.

W miarę jak technologia jest z czasem integrowana w ramach różnorodnej rodziny dysków twardych Seagate – takich jak rozwiązania IronWolf Pro, SkyHawk i Exos – korzyści będą rozprzestrzeniać się na różne zastosowania, począwszy od wielochmury i środowisk chmury hybrydowej aż po zaspokajanie potrzeb w zakresie pamięci masowej o dużej i średniej pojemności. Aplikacje wymagające dużych ilości danych różnego typu będą w coraz większym stopniu opierać się na wydajnych, pojemnych rozwiązaniach, które zapewnia wyłącznie platforma Mozaic 3+.

Ale platforma Mozaic 3+ to więcej niż nowe rozwiązanie technologiczne – to obietnica nadążania za nieuchronnym wzrostem cyfrowego uniwersum. Technologie zapewniające gęstość powierzchniową platformy będą miały fundamentalne znaczenie w utrzymywania i stałym rozwijaniu aplikacji o dużej intensywności wykorzystania danych, wspierając rozwój nowych i istniejących usług.  

W miarę jak spoglądamy w przyszłość, pojemność zapewniająca możliwość przechowywania dużych ilości danych, uzyskiwania do nich dostępu i wykorzystywania ich będzie integralną częścią innowacji i wykorzystywania pełnego potencjału ery cyfrowej. Dzięki wprowadzeniu Mozaic 3+ Seagate nie tylko jest w stanie nadążać za eksplozją danych, lecz także wyznacza tempo zmian, prowadząc dążenia w zakresie rozwoju pamięci masowej do punktu, w którym potencjał danych jest nieograniczony.