HAMR vs MAMR vs TDMR: ¿cuál es mejor para un disco duro de gran capacidad?

Los discos duros actuales están en guerra con los SSD, ya que, aunque los primeros se han visto superados en velocidad, siguen manteniendo la baza de la capacidad. Pero la persecución de los SSD está cerrando la brecha, por lo que los fabricantes de HDD se encuentran en un punto que solo pueden salvar tecnologías como HAMR, MAMR o TDMR. Pero ¿son realmente la solución o un simple paliativo?

Los discos duros deben aumentar no solo capacidad, sino prestaciones

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Es cierto que comparar tecnologías de discos duros mecánicos con NAND Flash es una tarea perdida, nunca podrán competir en cuanto a rendimiento por simples tiempos de ejecución y búsqueda. Pero donde si pueden competir y deben competir -al menos por un tiempo más- es en la capacidad.

De hecho, este 2019 se está consolidando como uno de los mejores años para los HDD desde el punto de vista tecnológico, ya que los fabricantes están implementando -por fin- sus nuevas tecnologías y desechando poco a poco las tradicionales.

Entre las tecnologías más importantes y las que al parecer se están imponiendo tenemos tres vertientes tan distintas como semejantes, con sus pros y sus contras: HAMR, MAMR y TDMR (en menor medida)

Pero antes de conocerlas debemos saber y comprender, aunque sea brevemente, desde donde partimos. Hasta ahora, la gran mayoría de discos duros han usado dos técnicas ya estandarizadas y rentabilizadas conocidas como SMR (Shingled magnetic recording) y PMR (Perpendicular Magnetic Recording), donde esta última era una evolución de LMR.

Hasta la salida de SMR y PMR la grabación de los datos se hacía de forma consecutiva en los platos, bit a bit, es decir, cada pista se situaba justamente al lado de otra, por lo que al grabar se desperdiciaba mucho espacio horizontal, lo que derivó en aumentar el número de platos de los HDD para obtener más capacidad y con ello el número de cabezales lectores.

Aunque la densidad de los platos se fue agrandando, el tamaño de los archivos cada vez era mayor y sobre todo crecía más rápido que la densidad en el desarrollo, donde el número de platos y cabezales llegó a su límite físico para el formato de 3.5 pulgadas.

SMR y PMR: tecnologías ya vetustas

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Tras años de trabajo e investigación se desarrolló SMR y PMR, donde la primera (SMR) lo que lograba era escribir pistas magnéticas escalonadas, las cuales se superponen sobre la contigua sin llegar a sobrescribir la anterior, lo cual reduce el espacio físico en cada plato en un gran porcentaje y permitía mayor densidad a mismo espacio físico.

El problema principal que sufrían era una menor velocidad de escritura, ya que era más compleja y requería un firmware y cachés de mayor tamaño.

En cambio, PMR se basa en la escritura magnética y vertical, por lo que ya de por sí mismo se reduce el tamaño de cada pista debido a la alineación de los polos que realiza. Alinear verticalmente los bits mientras que se escribe horizontalmente es una forma muy básica de «apilamiento» de información, el cual se produce por la inclusión de una o varias capas más en cada plato.

Las estimaciones principales que se hicieron con ambas tecnologías fueron muy alentadoras, pero la realidad ha mostrado que no se ha podido llegar a las tasas que se afirmaron en su día.

El problema es que el mercado no se detiene, las empresas y usuarios demandan más capacidad y mayor rendimiento a un precio igual o inferior a la generación anterior, de ahí la necesidad de nuevos medios de grabación.

Aunque las nuevas tecnologías no son la panacea como tal, si aportan una solución al problema, al menos de forma temporal hasta que la innovación vuelva a surgir.

HAMR vs MAMR vs TDMR

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Es difícil datar cuál de las tres fue desarrollada antes, pero lo que sí sabemos es que al mercado llegó antes TDMR (Two Dimensional Magnetic Recording), básicamente porque es más sencilla de implementar y representó un salto leve pero necesario para mantener el ritmo de crecimiento.

Seagate fue la que más invirtió en dicha tecnología, donde sus estimaciones máximas pasaban por aumentar la densidad del área en hasta un 10%. Esta tecnología no tiene nada que ver con PMR y SMR, ya que lo que se consiguió con TDMR es reducir dicha área gracias a la implementación de una serie de cabezales para leer varias pistas cercanas y al mismo tiempo.

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Por lo tanto, se mejoraba la precisión y se podía reducir el área y con ello mejorar la densidad a mismo rendimiento.

Esto es un leve avance que ya está en vistas de desuso, principalmente porque tiene como sucesores a HAMR y MAMR, donde TDMR ha sido usado durante apenas 5 años debido a sus pocas opciones de crecimiento.

Por lo tanto, se había llegado al límite de lectores, cabezales y platos a utilizar en el mismo espacio, donde reducir la distancia entre pista suponía un aumento de la temperatura muy alta por cm2, y profundizar en capas verticales requería materiales más duros y por lo tanto más resistentes a la escritura, por lo que se tenía que aumentar la frecuencia y con ello la temperatura.

Parecía que llegábamos a un callejón sin salida, pero entonces dos tecnologías paralelas entran en escena HAMR y MAMR.

HAMR

Heat-Assisted Magnetic Recording o grabación magnética termoasistida permite en cada disco usado que los bits de datos se vuelvan más pequeños y queden empaquetados de forma muy densa mientras se mantienen magnéticamente estables.

heat-assisted-magnetic-recording-vs-perpendicular-recording

Esto es posible gracias a un diodo láser (200 mW) conectado en cada cabezal de grabación, el cual calienta un punto minúsculo del disco (+-400ºC), lo que permite que el cabezal de grabación invierta la polaridad magnética de cada bit de forma mucho más precisa y estable, logrando escribir con ello los datos necesarios.

HAMR-Seagate

El principal impulsor de dicha tecnología es Seagate, los cuales han fijado una hoja de ruta afirmando que serán capaces de entregar este año más de 20 TB en un solo HDD, donde en 2023 afirman poder lograr hasta 40 TB.

MAMR

Microwave-Assisted Magnetic Recording o grabación magnética asistida por microondas, es una técnica totalmente diferente a HAMR, y se basa en usar frecuencias de 20 a 40 GHz para bombardear el plato con un campo de microondas circular en una especie de vórtice diminuto que reduce la coercitividad y permite con ello la escritura del bit.

Para lograr dicho vórtice de microondas se utiliza lo que Western Digital (principal impulsor) ha denominado Spin Torque Oscillator (STO).

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Este es el encargado de ofrecer las frecuencias mencionadas, lo que iguala la resonancia ferromagnética del material del plato logrando que se gire sobre su eje vertical, lo cual lógicamente voltea el campo magnético en la dirección que queramos.

Lo mejor de esta tecnología es que el STO puede cambiar la efectividad conforme cambia la resonancia, mejorando entre tres y cuatro veces el campo del plato con una centésima parte de la potencia necesaria para generar el campo de escritura.

STO

Lo mejor de esta tecnología es que es una simple actualización de lo que se vio con PMR, pero con una mejora tremenda en cuanto a la densidad.

Simplemente necesitará un cambio de cabezal a otro más complejo que porte el STO, con otro sistema eléctrico para el mismo y fabricando mediante damasceno.

Conclusión

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La batalla acaba de empezar, a priori MAMR tiene toda la ventaja frente a HAMR por su simplificación y compatibilidad con todas las partes que existen en los discos duros actuales, lo cual debe de repercutir en costos menores y con ello el precio por GB debería ser menor frente a HAMR.

Pero esto hasta el momento es teoría, ya que los primeros HDD están llegando al mercado con algunos meses de retraso y no hay una oferta fuerte como para empezar a comparar precios.

En cuanto a rendimiento, no parece haber grandes diferencias entre ambos, pero de nuevo la espera será necesaria para dar un vencedor claro, ya que esto es una carrera de fondo donde conforme los modelos inunden el mercado y vayan pasando por manos de los analistas podremos tener una idea más clara de lo que ofrecen unos y otros.