Western Digital: MAMR überholt HAMR und ermöglicht 40‑TB‑HDDs

Um die Speicherkapazität von Festplatten (HDD) signifikant zu erhöhen, packt Western Digital die Sache im wahrsten Sinne des Wortes beim Kopf. Ein Spin-Torque-Oszillator in den Schreibköpfen erzeugt Mikrowellen. Die Technik nennt sich Microwave-Assisted Magnetic Recording (MAMR) und soll schon 2019 den Markt erreichen.

MAMR springt für problematisches HAMR ein

Aus Sicht von Western Digital ist die Zeit für das Heat-Assisted Magnetic Recording (HAMR) noch nicht gekommen. Die Technik, bei der die zu beschreibende Oberfläche mit einem Laser erhitzt wird, sei noch nicht reif. Zunächst gilt es noch einige Hürden in puncto Herstellung, Materialkosten und vor allem Zuverlässigkeit zu meistern. Gerade die Abnutzung durch die hohe Temperatur stelle noch ein Problem dar. Dieser Umstand wird dadurch bestätigt, dass sich die lange angekündigten HAMR-Festplatten immer weiter verspäten. Den zuletzt von Seagate angekündigten Prototypen gab es noch immer nicht zu sehen.

MAMR bietet Vorteile gegenüber HAMR

Die Ambitionen im Bereich HAMR will auch Western Digital parallel fortsetzen. Doch bis zur möglichen Marktreife soll nun MAMR einspringen. In einer Grafik erläutert Western Digital die Vorteile von MAMR gegenüber HAMR. Zusammenfassend punktet MAMR vor allem bei den Kosten, der Verlässlichkeit und der einfacheren Umsetzung. Eine Laserdiode wird nicht benötigt und auch auf hohe Temperaturen ausgelegtes Material wie teurere Glasplatter sind kein Muss. Stattdessen können weiterhin günstigere Aluminium-Platter verwendet werden. Die etablierte Aufnahmetechnik in Form des Perpendicular-Magnetic Recording (PMR) könne weitergenutzt werden und auch die Kosten sollen ähnlich zu bisherigen PMR-HDDs ausfallen. Zudem sollen die MAMR-Aufnahmeköpfe weitaus länger als HAMR-Köpfe halten.

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Erste MAMR-HDDs 2019, 40 TByte und mehr bis 2025

Schon jetzt existieren laut Hersteller funktionale MAMR-Festplatten zur Demonstration der Technik. Im kommenden Jahr sollen erste Muster für Unternehmenskunden zur Verfügung stehen. Die Serienproduktion und die Auslieferung an Rechenzentren wird für 2019 angepeilt. Die MAMR-Technik soll dem wachsenden Speicherbedarf für Big-Data-Anwendungen entgegen kommen. Für schnelle Datenverarbeitung sind dagegen SSDs besser geeignet.

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Studien sollen belegen, dass mit MAMR eine Steigerung der Datendichte auf 4 Terabit respektive 4.000 Gigabit pro Quadratzoll möglich ist. Derzeit würden SMR-HDDs rund 1.300 Gbit pro Quadratzoll erreichen, herkömmliche PMR-HDDs sogar nur 1.100 Gbit/in². Mit MAMR sollen bis 2025 somit Festplatten mit 40 Terabyte Speicherplatz und mehr möglich sein. Aktuell bieten PMR-HDDs mit SMR-Technik maximal 14 TByte, wie die erst jüngst vorgestellte HGST Ultrastar Hs14 von Western Digital. Wie viel Speicherplatz die ersten MAMR-HDDs im Jahr 2019 bieten sollen, verriet der Hersteller allerdings noch nicht. Die Rede ist nur von „ultra-high capacity MAMR HDDs“.

Die Technik von MAMR

Kernstück des Microwave-Assisted Magnetic Recording ist ein Spin-Torque-Oszillator (STO), der mittels Mikrowellen ein zusätzliches Magnetfeld am Schreibkopf erzeugt, somit bei der Magnetisierung der Datenscheiben Hilfe leistet und den Vorgang beschleunigt. Dadurch reicht für den Schreibvorgang ein schwächeres Magnetfeld aus. Diese Unterstützung ist nötig, denn die winzigen Speicherkörnchen (Grains) auf den Datenscheiben, deren Ausrichtung die Information als 0 oder 1 abbildet, werden bei MAMR-HDDs weiter verkleinert, um die Datendichte zu steigern. Dies erfordert im Gegenzug kleinere Köpfe mit mehr Präzision, aber schwächerem Magnetfeld.

Damascene-Prozess für feinere Köpfe

Die Basis für die Umsetzung der feineren MAMR-Köpfe bildet der sogenannte Damascene-Prozess, ein Herstellungsverfahren aus der Halbleitertechnik. Gegenüber dem zuvor genutzten Dry-Pole-Prozess ermöglicht das Verfahren eine deutliche Steigerung der Dichte der Datenspuren, die in Tracks pro Zoll (TPI) gemessen wird. Die Form der Köpfe kann durch den Damascene-Prozess feiner bestimmt werden und auch die Produktionsausbeute soll höher ausfallen. Interferenzen zwischen den Spuren werden verringert.

Multi-Stage Micro Actuator für präzise Ansteuerung

Damit die feineren Köpfe die weiter verkleinerten Bereiche auf den Magnetscheiben präzise ansteuern, ist auch bei der Antriebseinheit für die Arme, auf denen die Köpfe sitzen, dem sogenannten Aktor (englisch Actuator), Präzision gefragt. Hier setzt Western Digital auf einen sogenannten Multi-Stage Micro Actuator, der bereits bei der Ultrastar He10 sein Debüt gab. Auch die MAMR-HDDs sollen eine Helium-Füllung nutzen, die mehr Datenscheiben erlaubt und die Leistungsaufnahme senkt.