Harde schijven halen in 2017 ‘plots’ nieuwe records aan opslagruimte. Jarenlange tech-ontwikkeling zit hierachter, met hitte, helium en dakpannen als voorname ingrediënten.
De vooruitgang in opslagtechnologie loopt al jaren uit de pas met de algehele prestatieverbeteringen van computerkracht. De zogeheten Wet van Moore, vernoemd naar één van Intels mede-oprichters, stipuleert dat het aantal transistors op een chip elke twee jaar verdubbelt. In de praktijk is dit vertaald naar een prestatieverdubbeling, wat echter niet een vast gegeven is. De wetmatigheid dreigt dan ook te vervallen.
Prijs/prestatie/capaciteit
Ondertussen gaapt de kloof steeds wijder tussen magnetische data-opslag (harde schijven) enerzijds en chips anderzijds (waaronder naast centrale processors ook geheugenchips en grafische processors). Het prestatieverschil met harde schijven (hdd’s) is in de loop der tijd wel gecompenseerd met steeds grotere cache-geheugens en andere vormen van databuffers die dan dus door chips gevormd worden.
De opkomst van chipgebaseerde ssd’s (solid state drives) geeft het opslagpresteren een flinke oppepper. Harde schijven hebben echter traditioneel het voordeel van veel grotere opslagruimte en daarmee een veel gunstigere prijs/capaciteitsverhouding. De kosten per gigabyte vallen nog altijd uit in het voordeel van hdd’s, maar de voorsprong slinkt. Terwijl ssd-capaciteit toeneemt, en door massaproductie plus de Wet van Moore prijsdalingen kent, zijn er grenzen in zicht gekomen voor de constante uitbreiding van de mogelijke hdd-capaciteit.
Kantelen voorbij de TB
De toenemende dichtheid van magnetische deeltjes op een hdd-schijf (platter) benaderde natuurkundige grenzen waardoor ongewenste beïnvloeding dreigde op te treden. De lading van het ene deeltje zou dan een naastgelegen deeltje kunnen aantasten, wat neerkomt op datacorruptie. Zo’n tien jaar geleden is een uitweg hiervoor op de markt gekomen: rechtopstaande plaatsing van de geladen deeltjes, die daardoor letterlijk smaller zijn en dus een hogere dichtheid halen.
Nu zijn weer capaciteitsgrenzen bereikt en is het tijd voor een volgende hdd-innovatieslag. Het zogeheten perpendicular recording bracht harde schijven voorbij de terabyte (TB), maar dat is in 2017 een relatief bescheiden opslagruimte. Jarenlange ontwikkeling en verfijning door hdd-fabrikanten levert capaciteiten op die voorbij de 10 TB gaan.
Leverancier Western Digital heeft deze week een nieuw topmodel hdd uitgebracht dat maar liefst 14 TB aan ruimte biedt. Deze Ultrastar Hs14 schijf voor servers is begin dit jaar al aangekondigd toen WD een 12 TB uitvoering introduceerde. Beide vallen onder het HGST-merk van het overgenomen Hitachi Global Storage Technologies en bevatten verschillende nieuwe technologieën die de ruimterecords mogelijk maken.
Gas en stapelen
Zo is de verzegelde behuizing waarin de ronddraaiende platters zitten gevuld met helium. Dat gas neemt de plaats in van gewone lucht en brengt als voordeel dat het minder frictie heeft. De platters met magnetische deeltjes halen hierdoor hogere snelheden, ondervinden daarbij minder trillingen, en kunnen ook nog eens dunner zijn. Door dat laatste vallen er weer meer platters in een enkele hdd-behuizing te plaatsen waardoor de totale opslagcapaciteit toeneemt.
Naast het gasgebruik heeft Western Digital nog smr-technologie (shingled magnetic recording) toegepast. Hierbij worden de magnetisch geladen deeltjes niet langer naast elkaar (en perpendicular) geplaatst, maar deels overlappend. Als shingles, dakpannen dus. Belangrijk voordeel is dat de dichtheid en daarmee de totale capaciteit toeneemt. Belangrijk nadeel is echter dat de overlap een letterlijke hindernis is voor random writes. Het uitlezen van data verloopt vlot, maar het schrijven en herschrijven van ‘dakpanherschikking’ gaat trager. Dit betekent een licht prestatieverlies.
WD-concurrenten Seagate en Toshiba gebruiken ook al smr in hun hdd’s, waarvan Seagate in mei dit jaar al het 35 miljoenste exemplaar heeft verscheept. Beide leveranciers werken ieder aan hdd’s van 14 TB en meer. Toshiba verwacht voor het einde van dit jaar 14 TB te brengen, en Seagate heeft begin dit jaar aangekondigd 16 TB in 2018 uit te brengen.
Laserverhitting
De nieuwe, grotere capaciteiten – tegen non-ssd prijsniveaus – zijn haalbaar dankzij technologieën als helium en smr maar ook door hamr (heat-assisted magnetic recording). Deze volgende innovatie voor hdd’s is al jaren in ontwikkeling, maar komt nu in zicht. Hamr voorziet harde schijven intern van een kleine laser die bij schrijfacties het specifieke deel van een platter lichtjes verhit.
De hitte vermindert de magnetische weerstand van het materiaal waardoor er materialen met hogere magnetische weerstand zijn te gebruiken voor de platters. Deze magnetisch ‘taaiere’ materialen beschermen tegen onderlinge beïnvloeding van deeltjes, terwijl de laserverhitting toch voor goede schrijfbaarheid zorgt. Deze combinatie maakt het mogelijk om weer een verkleiningsstap te maken voor de magnetische geladen deeltjes, wat dan neerkomt op een totale capaciteitsvergroting per platter.
Driefrontenrace
Ondertussen boeken chipmakers ieder ook vooruitgang qua opslagcapaciteit. Zo heeft Samsung vorig jaar al een ssd (met SAS-aansluiting) voor enterprise-gebruik uitgebracht die een capaciteit van 15 TB biedt. Het prijskaartje is navenant grootzakelijk: dit snelle opslagmonster kost zo’n tienduizend dollar. Varianten met minder terabytes kosten wat minder, maar zitten nog altijd op de duizenden dollars per stuk.
Verder heeft Samsung afgelopen zomer een ssd van een verbazingwekkende 128 TB onthuld. Dit opslagmonster is echter nog volop in ontwikkeling en vooralsnog geen concreet product dat binnen afzienbare tijd op de markt komt. Bovendien valt er ongetwijfeld een wel zeer exorbitant prijsniveau te verwachten. Hdd’s zijn dus nog steeds in de race om capaciteit, snelheid en vooral prijs.
