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希捷为HAMR推出做好准备:首款驱动器将于2017年年内亮相

简介:

市场对产品总量的需求有所下降,但存储容量却在不断提升。

 希捷为HAMR推出做好准备:首款驱动器将于2017年年内亮相

希捷公司正在削减其产品制造量,但同时亦专注于打造面向云环境与超大规模非结构化数据存储环境的高容量磁盘驱动器产品。这意味着其需要推出容量更高的驱动器,并配合新的读取-写入磁头技术。

这是一项纳米级高技术方案,需要采用无尘制造环境。作为驱动器读取-写入磁头技术,其需要支持垂直磁记录(简称PMR)机制、存储密度更高的叠瓦式磁记录(简称SMR)机制以及正在开发的HAMR(即热辅助磁记录)技术以利用激光加热元件完成相关操作。

PMR属于传统纵向磁记录技术,其中磁盘碟片的记录介质以平面方式排布在碟片表面。而随着磁盘驱动器容量的进一步提高,厂商需要将各记录区加以翻转并通过垂直存储方式降低表面积占用需求,这意味着只在介质表面提供可读取的提示信息,确认无误后再进行深入读取或写入。

在这种情况下,读取-写入磁头迎来了本质层面的变化,其可写入磁道更为狭窄但也更加深入,而读取磁头如今能够接触到的磁化颗粒表面积也要小得多。经过数代发展,如今的PMR技术一直在不断降低每bit数据所占用的表面积。

我们可以根据每平方英寸bit存储数量来理解驱动器的存储密度变化。2009年,希捷公司的产品每平方英寸可存储400 Gb数据,2011年这一数字提升至每平方英寸500 Gb,2013/14年则为每平方英寸650 Gb,2015/16年进一步增长至每平方英寸800 Gb。每一代升级周期约为18个月,工程技术人员需要充分利用这段时间突破原有物理及化学极限,从而拿出理想的升级换代方案。

不过几乎可以肯定,PMR的升级空间将很快被耗尽。

PMR每bit位的缩小空间已经极为有限,进一步缩小只会严重影响其稳定性,因为邻近位与随机位操作将引发随机变化。如果我们需要在一块标准尺寸的3.5英寸或者2.5英寸磁盘驱动器内提供更为可观的存储容量,则必须使用新的存储技术。

HAMR希望能够在每平方英寸面积内提供1.2到5 TB存储密度,这样的水平已经远高于2016年年内能够推出的PMR磁盘驱动器。然而,HAMR技术的开发极为复杂且投入巨大,希捷公司的北爱尔兰分部则一直在深入探索这方面可能性。

爱尔兰分部发展史

希捷公司于1992年建立了爱尔兰制造分部,其包含两座工厂,分别是位于伦敦德里春天郡的制造厂与科马瓦迪的磁盘驱动器碟片车间。其中科马瓦迪工厂于2007年10月关闭,经过十年经营之后,927名员工遭到裁撤。

春天郡的工厂专门负责生产半导体晶圆,员工总数为1400人。这些晶圆产品在制造过程中通过沉积方式附加薄膜,专门用于充当磁盘读写磁头芯片,并最终并发往希捷公司位于全球各地的工厂以组装为磁盘驱动器成品。

2010年,希捷公司投资6000万美元对春天郡的设施进行升级,旨在生产下一代读取-写入磁头。当时,该工厂的日生产能力为100万读取-写入磁头,而希捷全年驱动器制造总量约在2亿块。每块驱动器需要配备1到6块碟片,假定平均碟片数量为4块,则意味着希捷每年需要8亿个读取-写入磁头。

该工厂如果全负荷运转,那么其年磁头产量可达4亿个,意味着希捷只需要两座这样规模的工厂即可满足对读取-写入磁头生产能力的需求。

去年9月,希捷公司裁撤了该工厂的14位员工以实现成本节约,而此次裁员计划总计裁撤了希捷全球员工数量的2%。

去年10月,希捷方面表示其将投入3500万美元支持春天郡工厂进行HAMR研发并带来35个新岗位。Invest Northern Ireland则在融资当中提供780万美元。

希捷削减整体生产能力

最近,考虑到全球磁盘驱动器销售量下滑的态势,希捷公司决定削减其驱动器生产能力。公司董事长兼CEO Steve Luczo表示:“这已经成为我们优先考虑的战略定位,即调整生产设施与运营成本投入,旨在实现正常化的收益水平。我们预计相关工作将在未来几个季度内逐步推进。”

根据尼古拉斯公司总经理Aaron Rakers的说法,希捷公司将削减其总体磁盘驱动器生产能力的35%,意味着每季度可节约2000万美元成本。其目前单季度磁盘生产能力为4000万块,即每年2亿块——按照每驱动器3碟片的平均水平计算,其每年需要的读取-写入磁头总量为6亿个。

2014年年初,希捷公司的生产能力达到峰值,即每季度6600万块,按全年计算则为2.4亿块——这意味着其需要约7.2亿个读取-写入磁头。

将现有生产能力削减35%,意味着其全年驱动器生产最大值将在1.7亿块左右,那么按照每驱动器3块碟片的平均值来计算,读取-写入磁头的需求量为每年5.1亿个。也就是说,其年磁头需求量将降低约2.1亿个。

希捷公司仍然在遵循其制造规划,但我们的假设前提是由春天郡磁头工厂负责生产半数磁头,即每年 3亿个而非4亿个。当然,这仅仅只是猜测。

不过希捷方面希望其磁盘驱动器市场的全年需求总量在2020年能够达到10亿块,意味着单季度需求量为2.5亿块。按照希捷公司目前约40%的市场占有率来看,这意味着其每季度需要生产1亿块磁盘驱动器,远高于目前的每季度4000万块生产能力。希捷预计(或者说期盼着)数字化世界的全面降临能够提振数据存储需求,从而帮助其在新时代下迎来更为光明的发展前景。

氦气填充式驱动器

希捷公司已经开始推出氦气填充式驱动器,这主要是由于氦气的摩擦系数低于普通空气,因此能够在驱动器外壳内塞入更多存储碟片——具体来讲,目前的3.5英寸驱动器将能够容纳7块碟片,而非原先的4到5块。

但这会带来更为旺盛的读取-写入磁头需求。希捷公司计划在其全部企业级驱动器中采用氦气填充式技术,这样每驱动器平均磁头数量将提升至5个,意味着全年磁头需求量将增加至8.5亿个。在此基础上,春天郡工厂将需要提供更多磁头组件。

更为激进的HAMR技术

SMR仅仅算是一种过渡性技术,其将写入磁道彼此叠加以提升驱动器总体容量,而读取磁头则只能读取轨道当中未重叠的狭窄部分。实际上,读取轨道可以进一步缩小,但磁头却不行。其最大缺点在于,一旦要对数据进行改写,则必须对整体磁道进行重建,由此带来的时间消耗极大影响到了磁盘的写入性能。

如果能够进步缩小写入磁道以匹配读取磁道,那么结果自然是皆大欢喜——而这也正是HAMR的设计思路。这项技术将使用新的更为稳定的记录介质,其在室温条件下拥有相邻位值移效应不敏感的特性,这意味着其在狭窄磁道条件下的信息干扰性较低。

为了向其中写入数据并克服这种不敏感特性,记录介质必须在对应bit位置利用激光发生器进行加热,而后通过变更其磁性实现写入,随后通过碟片旋转继续其它位置的写入操作。

为了真正实现存储密度提升,读取-写入磁头必须能够适应这种更小的bit位操作空间。

这意味着加热用激光束需要以惊人的准确性定时实现目标位置加热,同时严格控制记录介质以保证加热效应与冷却过程的有效性。因此,我们需要对现有读取-写入磁头技术进行极大改进,并立足于化学及物理层面保证记录过程能够顺利完成。

这是一项规模庞大的研究与开发工作,涉及众多学科与技术。

HAMR研发

这项研究由Ansin、希捷、皇后大学、Belfast等多方共同参与协作,旨在开展存储材质及光学分析设备研发。该HAMR研究项目的目标在于设计出一款可见光范围内的半导体激光器。

希捷公司春天郡工厂中的约180名员工亦将参与到该HAMR项目当中。

我们预计首款HAMR驱动器将于2017年年内出现,其存储容量将在14 TB到16 TB之间,未来还将提升至20 TB。与采用3D TLC(即三层单元)NAND闪存驱动器相对应,只要能够超越其明年将要实现的单盘15 TB容量,希捷公司的高容量磁盘驱动器应该还将拥有理想的市场反响。

如果磁盘驱动器市场需求真的能够在2020年达到每年10亿块,那么春天郡工厂将成为希捷公司占领市场的重要基础——其HAMR磁头亦将在无数驱动器中负责数据的读取与写入操作。


原文发布时间为:2016年5月16日

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