Introduzione

HGST, sussidiaria di WD, è stata la prima a introdurre gli hard disk con elio all’interno nel 2013, consegnando a partner selezionati l’Ultrastar He6 da 6 TB. Gli hard disk con l’elio, inizialmente, erano molto costosi ma la tecnologia ha rapidamente riscosso i favori del settore e i prezzi si sono abbassati.

HGST ha aggiornato costantemente la propria piattaforma arrivando a offrire soluzioni da 8 e 10 terabyte – Ultrastar He8 e Ultrastar He10. Seagate è arrivata sulla scena degli hard disk con l’elio in ritardo, ma si è presentata con un prodotto da 10 terabyte che l’azienda sta portando rapidamente sul mercato dei PC desktop.

L’agenzia di regolamentazione cinese MOFCOM ha ritardato la piena fusione di WD con HGST per diversi anni, quindi WD è stata al margine dello sviluppo delle soluzioni all’elio mentre la propria sussidiaria guidava il mercato. I cinesi, di recente, hanno rilassato le restrizioni e permettono a WD di usare la tecnologia HGST nei propri prodotti. Di conseguenza l’azienda statunitense ha potuto presentare il WD Gold da 8 terabyte, prodotto che si basa sulla migliore tecnologia all’elio di HGST e che rappresenta un modello di transizione verso i 10 terabyte.

Sia gli hard disk di Seagate che quelli di WD/HGST presenti in questo articolo offrono nuove implementazioni della cache per un incremento delle prestazioni con dati casuali. Le aziende hanno tuttavia preso strade diverse per ottenere risultati simili.

Gli SSD sono ancora costosi

La quantità di dati da archiviare è sempre maggiore, ma i soldi destinati ad affrontare il problema sono sempre gli stessi. In altre parole è necessario trovare dei modi per salvare più dati spendendo la stessa quantità di denaro, e il modo migliore per farlo è tramite un incremento di densità che riduce il costo sotto diversi aspetti.

Gli hard disk hanno rappresentato la spina dorsale dei datacenter per decenni, ma gli SSD basati su memoria flash stanno costringendo i principali produttori a concentrarsi sulle proposte ad alta capacità per sopravvivere. Gli SSD battono facilmente gli hard disk in molti parametri chiave come le prestazioni, i consumi e la densità, aspetti che hanno permesso loro di soppiantare gli HDD in molti compiti orientati alle prestazioni.

Fortunatamente per i produttori di hard disk gli SSD non possono competere sui costi; per le soluzioni client si va da 25 a 30 centesimi di dollaro al gigabyte e l’industria sta affrontando un calo della produzione di NAND che potrebbe far salire i prezzi. Gli SSD rimangono 5 volte più costosi, un livello insostenibile per applicazioni di archiviazione ad alto volume.

I produttori di hard disk godono di un ampio vantaggio sul fronte del prezzo per gigabyte, ma la memoria flash si è fatta più competitiva rispetto a diversi anni fa. I produttori di hard disk stanno lavorando su nuovi metodi di registrazione per incrementare la densità e ridurre i costi, ma solo alcune delle tecniche si è dimostrata efficace e adeguata alla produzione di massa. Sfortunatamente al momento non c’è un approccio che ha preso piede più di altri.

Tecnologie di registrazione

La soluzione più promettente nel breve periodo sembravano gli hard disk Shingled Magnetic Recording (SMR), una tecnologia che aumenta la densità sovrapponendo le tracce di registrazione. Questo metodo garantisce un prezzo inferiore a 0,03 dollari al gigabyte, ma è accompagnato da effetti collaterali che abbassano le prestazioni e necessita di architetture di calcolo specializzate per goderne appieno. Abbiamo visto alcuni prodotti SMR nel mercato consumer, ma una buona fetta dell’industria non sembra aver abbracciato SMR.

L’attuale Perpendicular Magnetic Recording (PMR) si sta rapidamente avvicinando ai propri limiti con circa ~1,25 Tb/in2, ma ci sono altre tecniche promettenti sul lungo termine. La Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR), che usa un laser da ~50nm per aumentare la densità di registrazione fino a 5 Tb/in2 e la Heated-Dot Magnetic Recording (HDMR), che usa una combinazione di nanolitografia bit-patterned e laser per portare la densità di registrazione a 10 Tb/in2.

Il futuro basato sul laser è incoraggiante ma per ora rimane, appunto, futuro. L’industria ha bisogno di soluzioni a breve termine per colmare il gap e i produttori di hard disk hanno iniziato a sperimentare con l’elio diversi decenni fa. Purtroppo l’elio ha presentato sfide produttive ed economiche che hanno limitato la sua implementazione, per non menzionare la sua preoccupante capacità di sfuggire al contenimento.

L’elio arriva sulla scena

Riempire un HDD di elio anziché aria è utile perché ha una densità che è un settimo quella dell’aria. La resistenza inferiore riduce la quantità di turbolenza e di conseguenza la vibrazione e il movimento della testina. L’ambiente interno più stabile consente ai produttori di hard disk di usare piatti più sottili e leggeri, e questo permette di aggiungerne un maggior numero per aumentare la densità.

Il trascinamento e il peso ridotto riducono anche la quantità d’impegno che il motore deve profondere per far girare i piatti, e questo migliora radicalmente i consumi senza sacrificare la velocità di rotazione.

I normali hard disk basati sull’aria richiedono un foro di sfiato per equalizzare la pressione, mentre gli hard disk all’elio sono sigillati, cosa che permette d’installarli in ambienti umidi o polverosi, con poco o nessun trattamento speciale. La resilienza superiore è ideale per i datacenter raffreddati ad aria e le ridotte vibrazioni e il case sigillato forniscono rating MTBF superiori a 2,5 milioni di ore. Gli HDD con l’elio generano anche meno calore, riducendo il raffreddamento ed estendendo la vita del disco.

HGST e WD usano un processo di saldatura laser che sigilla ermeticamente il case, mentre Seagate usa una differente tecnica di saldatura. Entrambe riducono la necessità di usare elementi di fissaggio e questo aspetto contribuisce anch’esso al peso inferiore degli HDD all’elio. Il peso di un hard disk potrebbe non sembrare una grande preoccupazione, ma molte installazioni server sono soggette a restrizioni di carico sul pavimento, in particolare quelle in edifici elevati o datacenter rialzati dal pavimento.

L’elio risolve tre delle principali preoccupazioni dei datacenter moderni riducendo consumi e raffreddamento, ma anche massimizzando lo spazio grazie all’aumento di densità. I produttori di HDD possono inoltre usare l’architettura all’elio alle altre tecniche di registrazione che saranno usabili in futuro, come TDMR (usa più testine di lettura per aumentare la leggibilità di tracce dati più sottili), SMR, HAMR e HDMR.

Toshiba rimane l’unico produttore di hard disk senza soluzioni all’elio, anche se dovrebbe unirsi al gruppo molto presto. In questo articolo diamo quindi un’occhiata alle proposte da 10 TB all’elio di HGST e Seagate e al WD Gold da 8 TB. Diamo uno sguardo da vicino ai prodotti e mettiamoli alla prova.