Así funciona la tecnología HAMR de los discos duros del futuro

Son muchos los fabricantes de dispositivos de almacenamiento los que están prometiéndonos que la tecnología HAMR será la que nos permita ver cubiertas las necesidades de almacenamiento del futuro, con discos duros mecánicos con capacidades de más de 20 TB por unidad pero con intención de sobrepasar los 100 TB en un futuro cercano. Mucho se habla pero, ¿sabes qué es y cómo funciona la tecnología HAMR? En este artículo te lo contamos.

La palabra HAMR viene de las siglas en inglés de Heat Assisted Magnetic Recording, o grabación magnética asistida por calor, y como su nombre indica se basa en el antiguo principio de grabación magnética que se lleva utilizando desde los años 70 en los dispositivos de almacenamiento tal y como los conocemos, pero sin embargo ahora promete que se aumentará notablemente la cantidad de datos que pueden ser almacenados en un dispositivo magnético; un disco duro «estándar» actual es capaz de almacenar unos 1,14 TB por cada pulgada cuadrada, mientras que con HAMR se aumenta esta densidad hasta 6 TB/in2, por lo que potencialmente podrían alcanzarse hasta 80 TB de capacidad con la tecnología actual.

Vamos a ver cómo funciona.

¿Cómo funciona la tecnología HAMR?

En la siguiente ilustración, cada región representa un bit donde las coloreadas pueden ser los 1 y las blancas los 0, ya que como sabéis este sistema funciona con un sistema binario de información. Normalmente, algunos de estas regiones se desordenan (orientación magnética) haciendo que quede espacio inútil que no se puede utilizar. Para mejorar la densidad de información, HAMR utiliza el calor para asistir la ordenación de estas regiones y reducir la anisotropía (esto es la dificultad requerida para cambiar la orientación magnética).

HAMR

El primer disco duro que existió utilizó grabación longitudinal (LR), que colocó la magnetización en el mismo plano que el disco. El campo con el que escribimos es el campo marginal, donde se filtra la profunda brecha de campo (ver ilustración).

Grabación longitudinal

A medida que aumentamos la densidad del área y reducimos el tamaño de las regiones o «granos» donde se escribe, se necesitaba aumentar la anisotropía de los medios y, sin embargo, cuando los medios se vuelven más estables la escritura se vuelve más difícil y se requiere un campo mayor para cambiar la dirección de manera confiable de los granos en el medio y registrar los datos. Durante 60 años, se ha estado aumentando el campo desde el cabezal de grabación magnético, pero finalmente se alcanzó su límite natural, ya no daba para más.

Límite discos duros

Para construir un dispositivo con tecnología HAMR, tuvieron que realizar las siguientes modificaciones:

  • Añadir un diodo láser al cabezal.
  • Desarrollar un camino óptico para dirigir la luz del láser al NFT.
  • Integrar el NFT en el cabezal de grabación.
  • Desarrollar nuevos medios compatibles con HAMR.
  • Modificar el firmware de la unidad.
  • Ajustar el proceso de fabricación.
  • Un millón de pequeños detalles en el que los ingenieros se pasaron incontables horas trabajando.

Cabezal HAMR

De PMR a SMR y finalmente, HAMR

Al utilizar grabación magnética perpendicular (PMR), se pudo agregar una capa base suave en los medios y poner los medios de comunicación en la «brecha» del cabezal, donde el campo es más grande y donde cada bit se asienta de manera perpendicular a los medios en lugar de a lo largo de toda la superficie. El siguiente paso evolutivo fue diseñar Shingled Magnetic Recording (SMR), que logra un mayor área y mayor densidad «apretando» las pistas de datos en lugar de reduciendo el tamaño del bit. Las pistas se superponen entre sí, como tejas en un tejado, lo que permite escribir más datos en el mismo espacio.

Debido a que el elemento lector del cabezal de la unidad es más pequeño que el escritor, todos los datos se pueden leer en la pista recortada sin problemas y sin comprometer la integridad de los datos. Además, SMR no requiere una inversión significativa para su desarrollo, lo que permite implementar discos duros con esta tecnología manteniendo un bajo coste de fabricación.

Por sí solo, SMR ya supuso con su introducción en 2014 una mejora del 25% en la capacidad de los discos duros, pero eso no era suficiente y además se encontraron con que PMR se acercaba a los límites de la tecnología de almacenamiento. Los medios de hierro-platino (FePt) de alta anisotropía permiten superar los problemas de estabilidad térmica con medios PRM tradicionales y altas densidades de área, pero con los medios de grabación convencionales en seguida se quedan sin campo en el que escribir.

Ahí es donde entra la tecnología HAMR, ya que permite sortear esta limitación literalmente calentando el medio. A temperatura ambiente los granos del medio son pequeños y térmicamente estables, justo lo que necesitamos, pero calentándolos se puede reducir temporalmente la coercitividad de los medios.

coercitividad HAMR

Así pues y en resumen, con HARM lo que se hace es que los datos se almacenan a temperatura ambiente, pero antes de escribir se calienta el medio para reducir su coercitividad y después se vuelve a enfriar, todo esto en menos de 1 nanosegundo. Según los fabricantes, la tecnología HARM permite ampliar la densidad de 1 a 5 TB por cada pulgada cuadrada de superficie.