Neue Technologien in mechanischen Festplatten: Quo vadis, gute alte Harddisk ?

Seagate_Cold_StorageIm Wettlauf um die Gunst der Käufer haben es die herkömmlichen, mechanischen Festplatten zunehmend schwer. In Puncto Geschwindigkeit haben sie gegen SSDs keine Chance. Ihr größter Vorteil ist zur Zeit die von SSDs noch nicht erreichte Kapazität – und natürlich der günstigere Preis pro MB. Um diesen Vorteil weiter bewahren zu können, lassen sich die Hersteller von mechanischen Festplatten einiges einfallen und entwickeln neue Technologien.

Ausnutzen des Platzes

Der Platz in den Gehäusen wird gnadenlos ausgefüllt. Genau dies hat auch zu der veränderten Positionierung der Halterungsgewinde geführt (wir haben dieses Thema hier schon einmal angesprochen). Seagate schafft es dabei, die Anzahl der Scheiben auf 6 zu erhöhen und damit mehr Daten unterzubringen.

Helium statt Luft

HGST und WD entwickeln / liefern hermetisch abgeschlossene Festplatten, die statt mit Luft mit Helium gefüllt sind.

Luft war von Anfang an das Medium im Inneren aller Festplatten. Die Schreib-Lese-Köpfe schwebten auf einem kleinen Luftpolster über den Platten. Aber Luft erzeugt auch Reibung und Turbulenzen. In einer definierten Helium-Umgebung lassen sich die Gegebenheiten besser planen: die Reibung ist bedeutend geringer, die Platten laufen kühler. Die Moleküle von Helium haben eine definierte Ausdehnung, das Schwebepolster läßt sich optimieren. Weniger Turbulenzen benötigen weniger stabile Mechanik und ermöglichen dünnere Platten.

Durch die Heliumfüllung passen 8 Platten in die gleiche Bauhöhe. Damit sind Kapazitäten von 10 TB möglich.

SMR (Shingled Magnetic Recording)

Seagate kontert wiederum mit einer Technik, die auch in den aktuellen 8 TB Archive Platten schon verbaut ist: SMR oder Shingled Magnetic Recording.

Die Spuren auf den Platten sind hier das Arbeitsgebiet der Ingenieure: Der Abstand zwischen den Spuren ist ja verlorener Raum. Also wird der Abstand auf nahe Null verringert. Andererseits wird für die Datenspur eine gewisse Spurbreite benötigt; zum Schreiben übrigens mehr als zum Lesen der Daten. Die Breite einer solchen Datenspur beträgt nur etwa 75 Nanometer, sie ist also kleiner als so manches Bakterium.

Da das Lesen auch bei noch kleinerer Datenspur funktioniert, legt Seagate die Spuren zusätzlich noch überlappend übereinander – ähnlich wie Dachschindeln.

Eine solche Platte ist nicht für jeden Einsatz geeignet. Seagate selbst und auch die Tests benennen als Einsatzzweck ein sogenanntes „ColdStorage“: ein Archivmedium, das im Idealfall nur ein einziges Mal beschrieben wird. Danach erfolgen primär nur noch Lesezugriffe. Genau dabei fühlt sich diese Platte wohl, sie ist mit 190 MB/sec sehr schnell und günstig.

Wenn man sich die Arbeitsweise der überlappenden Spuren anschaut, wird klar, warum das so ist: Auf die halb verdeckte untere Spur kann ja nicht einfach wieder geschrieben werden. Wenn schon belegte Bereiche erneut beschrieben werden sollen, muß die Platte die Daten umlagern oder die überlappenden Spuren in der richtigen Reihenfolge erneut schreiben – zuerst die untere und dann die obere Spur. (Zur Erinnerung: Die Schreibspur ist breiter als die Lesespur.)

HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording)

Die nächste neue Technologie, die es ermöglicht, noch mehr Daten auf einer Festplatte unterzubringen, wird wahrscheinlich HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) sein.

Bei den bisher eingesetzten Techniken lassen sich die Größen der geschriebenen und gelesenen Bits nicht weiter verringern, da die magnetischen Informationen sonst instabil werden. Wenn man aber die Oberfläche (mit einem Laser) erhitzt, lassen sich magnetische Informationen auf viel kleinerem Raum stabil aufzeichnen. 450 Grad müssen da schon erreicht werden, und der Vorgang des Aufheizens, Beschreibens und Abkühlens muß in 20 Nanosekunden erledigt sein.

Damit (so hoffen die Hersteller) lassen sich 30 und mehr TeraByte in einem Standardgehäuse unterbringen. Auch von 20 TeraByte für 2,5“ Platten ist schon die Rede. Und bis 2025 sollen es für 3,5“ Platten dann 100 TeraByte sein. Die ersten Platten mit dieser Technologie sollen noch dieses Jahr an Pilotkunden ausgeliefert werden.

Ausblick

Für die Zukunft sind noch andere exotische Technologien angekündigt. Die große Frage aber ist, wie sich die rein digitale Speicherung auf SSDs weiterentwickeln wird. Keine uns bekannte mechanische Platte schafft Datenströme oberhalb von 200 MB/s. Eine SSD dagegen schafft über 2000 MB/s, wenn sie aus dem SATA–Anschluß befreit ist. Wenn der SSD-Preis pro MB durch neue Technologien deutlich sinkt und gleichzeitig die Adressierung durch das Betriebssystem optimiert wird, wäre das Ende der mechanischen Festplatten wohl besiegelt.

Aber wer weiß ? Vielleicht dauert es ja doch noch viel länger als wir denken, und auch in 20 Jahren übernehmen weiterhin halbmechanische Festplatten die Speicherung von Massendaten.

(b204/hr)

Artikel und Links zum Thema:
Vorsicht bei großen Festplatten: neue Gewindeposition !
Die 2,2 TeraByte-Grenze bei Festplatten: Geschichte, Technik und Hintergründe
Wie funktioniert eine SSD ? Über Lebenszyklen, Wear Leveling, Garbage Collection und den Trim-Befehl.
ExtremeTech: Seagate’s first shingled hard drives now shipping: 8TB for just $260
ExtremeTech: Seagate starts shipping 8TB hard drives, with 10TB and HAMR on the horizon
Wikipedia: SMR
Wikipedia: HAMR
  1. Markus Bischoff vor 2 Jahren

    Kurz und Knapp alle technisch relevanten Infos

    herzlichen Dank

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