儲存技術大未來

儲存容量35年以來提升160萬倍　希捷以SMR、氦氣填充、HAMR擴展儲存技術極限

作者：希捷科技技術長Mark Re

調研機構IDC預測2020年全球產生的資料總量將逼近44ZB (Zetabytes)。縱使許多人聲稱快閃儲存 (flash) 將是資料爆炸的最大受益者，但希捷認為HDD不僅會和SSD並存，兩者更將互補，就像磁帶在過去並沒有被HDD取代一樣，時至今日仍是非常可靠的儲存技術。然而，現今最普遍的垂直寫入技術技術(PMR)，雖然仍非常穩定和快速，卻已面臨其物理極限，無法追趕上不斷增長的儲存需求。因此，希捷持續開發新技術，除了提升儲存密度和容量之外，也力求輕薄的硬碟機身和低能耗。在新興的HDD技術中，能夠回應未來嚴苛的資料儲存需求的儲存技術包括疊瓦式磁記錄 (Shingled Magnetic Recording, SMR)、氦氣以及熱輔助磁記錄技術(Heat-Assisted Magnetic Recording, HAMR)。

SMR技術成就更高儲存密度，無需犧牲資料完整性和可靠性，
隨著被產出、使用和儲存的資料成指數型成長，今日高容量硬碟所普遍使用的PMR技術，最終將會因物理限制而在磁錄過程中面臨儲存容量不足的問題。提升硬碟技術的主要挑戰之一便是磁錄密度的增加，意即在一定範圍可以儲存的資料位元量，或者實務上一個裝置可以塞入的資料量。這也是為什麼希捷在部分產品已開始採用SMR技術，SMR技術能夠透過磁軌的互相堆疊來達到更高的磁錄密度，如同交疊的屋頂瓦片般，能夠在相同的空間內寫入更多的資料。由於硬碟磁頭的讀取元件比寫入還小，資料仍然可以從變窄的磁軌上讀取，且不會影響到資料的完整和可靠性。


希捷於2014年率先發表SMR技術，不到兩年的時間，便將SMR技術挺進資料中心，為全球許多頂尖企業提供服務。舉例來說，百度就採用希捷的Archive HDD來設計和開發機架式伺服器，透過SMR技術取得高容量和最低的每TB成本，成為百度的線上資料歸檔解決方案。由於此硬碟較其他企業級產品功耗更低，並產生更少熱能，因此其總持有成本也相對較低。


更輕薄的氦氣硬碟將容量極大化
到了2020年，預計EB(Exabyte)級雲端資料將佔據整個資料中心市場空間的百分之六十。隨著資料複雜度的提升，使用者的需求也變得更加多元。希捷觀察到，有些特定的雲端資料中心客戶已越來越重視如何在不損及效能的情況下，降低大型儲存容量的重量和能耗。而氦氣儲存成本雖然較高，但是卻能夠從節省下來的電力和重量開銷獲得補償，從而優化雲端資料中心的總持有成本。

希捷投入多項創新以確保氦氣硬碟能夠被完全密封，例如透過數位環境感應器測量裝置內的濕度、壓力和溫度，以提升產品的可靠性。此解決方案已獲得市場上包括華為和阿里巴巴等主要資料中心客戶的高度支持。

HAMR 將引領下一個儲存密度的突破
在SMR、氦氣和快閃技術竄起的同時，工程人員仍尚未窮盡HDD的所有潛力。HAMR技術將讓我們見識到每平方英吋達到5Tb儲存容量的威力。目前在HAMR技術的高階研發進度中，能夠將一個小小的雷射頭整合至HDD中，在寫入之前先加熱每一個資料位元，硬碟寫入的位元便會越小，每平方英吋1Tb的磁錄密度就可提升至5Tb。

希捷的HAMR技術不僅止於研發，產品問世已指日可待：

•         希捷於2015年初便已展示此技術可靠的儲存資料能力
•         希捷的原型HAMR硬碟的諸多零組件與現有的硬碟相同
•         寫入用的磁頭所採用的技術與現有HDD產品相同，只是稍加修改以納入光學元件
•         希捷預計於2018年推出第一台HAMR產品
  

此外，希捷亦持續投入大量心力同時研發HAMR和BPM (Bit Patterned Media) 技術。希捷認為這兩項技術有極高的重要性，且具有相輔相成的潛力，因此希捷正極盡所能地尋找結合兩者的方式，以開發我們稱之為熱點磁記錄 (heated-dot magnetic recording)的HDMR技術，以提升HDD的儲存容量至每平方英吋10Tb。而這些只是希捷持續探索儲存技術的幾項重要研究領域之一。