Met de lang verwachte HAMR-techniek (Heat Assisted Magnetic Recording) kan de informatiedichtheid van harde schijven aanzienlijk hoger worden. We spraken met Seagate over de introductie van hun Mozaic 3+-platform, waarmee HAMR nu daadwerkelijk beschikbaar is.
Ondanks alle aandacht voor ssd’s, staat het overgrote deel van de steeds maar groeiende hoeveelheid data wereldwijd op harde schijven. Het opslaan van die data, bijvoorbeeld voor AI-toepassingen, vereist ook fysiek veel ruimte. De informatiedichtheid van harde schijven is in de loop der tijden telkens verhoogd dankzij nieuwe technieken. We zijn eerder al eens ingegaan op HAMR (zie c’t 3/2018), maar die techniek was toen nog vooral een belofte.
Nu is de techniek werkelijkheid en wordt die uitgerold naar hyperscalers (grote aanbieders van cloud-infrastructuur) en andere klanten. We spraken met Vincent Oostlander, Director EMEA Solutions Sales van Seagate, en Jörg Andreas, Systems Solution Engineer van Seagate, over Mozaic 3+, HAMR en de uitdagingen en oplossingen voor onze groeiende hoeveelheid data.
Vincent Oostlander (links) en Jörg Andreas (rechts) van Seagate, in gesprek met c’t.
Technische (r)evolutie
Het 3,5-inch formaat voor harde schijven bestaat al sinds 1983 en is nog steeds het gangbare formaat in rackservers en andere apparaten. Zoals Jörg aangeeft: ‘We kunnen de 3,5-inch vormfactor niet laten vallen, die ligt nu eenmaal vast in de industrie’. Ondertussen is de informatiedichtheid wel steeds verder gegroeid. Soms ging dat met kleine stappen, soms met grotere. De hoogste capaciteit die Seagate met SMR-techniek aanbiedt is 20 TB, terwijl Seagates eerste HAMR-schijven 30 of 32 TB bieden.
Vincent: ‘We bouwen voort op bestaande techniek en voegen daar nu nieuwe technologie aan toe’. Het is dus enerzijds een evolutie maar tegelijkertijd is HAMR ook een grote stap voorwaarts en biedt het weer ruimte om de capaciteit van harde schijven (veel) verder te laten groeien. Vincent: ‘Soms lijkt het gewoon weer een nieuw persbericht, maar dat is het niet. Dit is het grootste nieuws in 20 jaar. Niet alleen voor ons, maar voor de harddisk-industrie’.
HAMR in detail
Bij de huidige technieken PMR en SMR lijken de grenzen bereikt te zijn omdat het verder verkleinen van de magnetische deeltjes ook een hogere stabiliteit (anisotropy) vereist en dat weer een hogere veldsterkte bij schrijven. Dankzij speciale media en verhitting met een laser kan de HAMR-techniek dit probleem oplossen. De toplaag (overcoat) van de platter moet daarbij bestand zijn tegen temperaturen van meer dan 400 ˚C. Zorgt dat niet voor extra warmte en energieverbruik?
Jörg: ‘We hebben het niet over een soort Star Wars-laser. Het gebied dat wordt opgewarmd is misschien maar 20 nm2 groot. Afkoelen gebeurt binnen een nanoseconde. Er komt niet veel hitte bij vrij zoals men misschien associeert met een laser’. Het energieverbruik is ook niet hoger, integendeel. ‘Terwijl een conventionele 20TB-drive tijdens sequentieel schrijven circa 10,5 watt verbruikt, is dat bij de 30 TB HAMR-drives 9,5 watt’.
Van buiten lijken de drives op gewone drives, maar van binnen is het design helemaal nieuw. Zo is er ook een nieuwe controller aan boord. Jörg: ‘Die is nodig vanwege de enorme hoeveelheid gigabit per vierkante inch. De oude controller zou dat niet aankunnen.’
Voor de overgang naar HAMR moesten veel andere hindernissen overwonnen worden, zoals het ontwikkelen van een Near-Field Transducer (NFT) om de laser nauwkeurig genoeg te kunnen focussen. Meer informatie en technische details daarover zijn te vinden op de website van Seagate over Mozaic3+.
Voordelen
De hogere informatiedichtheid zorgt ervoor dat er meer data op dezelfde oppervlakte past. Niet alleen op de schaal van een enkele platter of harde schijf, maar tevens als je naar de infrastructuur kijkt.
Vincent: ‘Het gaat ook om de benodigde ruimte. Je kunt aan datacenters niet zomaar meer vierkante meters toevoegen. Je haalt hier meer capaciteit uit hetzelfde rack mee en dat is voor datacenters absoluut een voordeel’.
Aangezien de producten nog niet via verkoopkanalen gaan, kon Vincent nog geen percentage geven voor het prijsverschil, maar wel aangeven dat de prijs per GB lager is. Vanaf maart worden grotere aantallen verscheept en later dit jaar, bij beschikbaarheid via verkoopkanalen, worden meer details bekend.
Van groot naar klein
In eerste instantie komen de Mozaic3+-producten terecht bij hyperscalers in datacenters. Dat is waar de grootste behoefte is, maar Seagate bedient ook andere klanten al.
Jörg: ‘Gisteren had ik een bijeenkomst met een Duitse universiteit die een eigen 10 petabyte-cluster wil implementeren. Dankzij HAMR-technologie kunnen we het aantal benodigde chassis van vijf naar vier verminderen. Ook voor klanten die aan een “kleinere” hoeveelheid opslag genoeg hebben kan dat al interessant zijn’.
Duurzaamheid
Voor Mozaic3+ claimt Seagate een CO2-besparing van 55% en een energiebesparing van 40%. Jörg: ‘Huidige 20TB-drives hebben een energieverbruik van 0,54 watt per TB, bij Mosaïc-drives met 30 TB is dat 0,32 watt per TB. Als je dat bekijkt voor ons Mozaic3+ Corvault-chassis met 2,5 petabytes versus het 1,5PB-Corvault-chassis met reguliere schijven, is het verbruik 17% lager voor het hele systeem’.
Het lagere energieverbruik zorgt er weer voor dat er ook minder koeling nodig is – met de bijbehorende energiebesparing. Gezien de (hoge) energiebehoeften van datacenters van Google, Amazon en anderen is dat erg welkom.
Prestaties en meer
Duurzaamheid en bijkomende besparingen zijn de voordelen van de nieuwe techniek, maar hoe zit het met andere aspecten zoals betrouwbaarheid en prestaties?
Vincent: ‘Zoals gezegd bouwen we voort op bestaande techniek. Die is al meer dan 20 jaar in ontwikkeling. Voordat we dit punt van de lancering bereiken, hebben we uitvoerige tests gedaan – intern en met partners. Een hyperscaler die zijn 16TB-drives gaat vervangen neemt geen enkel risico’. Jörg geeft daarbij aan dat er ook al meer dan 200.000 drives in gebruik zijn voor betrouwbaarheidscijfers uit de praktijk.
Behalve de genoemde voordelen zoals minder benodigde ruimte en een lager energieverbruik, zijn ook de prestaties van de schijven indrukwekkend. Het verhitten/afkoelen kost nauwelijks tijd, terwijl de schijven draaien met hetzelfde toerental maar veel meer bits per vierkante inch opslaan. Jörg: ‘Bij de eerste benchmarks in ons eigen lab hebben we snelheden gezien van bijna 300 MB/s’.
HAMR versus flashopslag
Flashopslag is veel sneller dan harde schijven, maar de prijs per TB ligt veel hoger. Volgens Jörg zullen de twee naast elkaar blijven bestaan: ‘Ssd’s als all-flash array voor metadata en het optimaliseren van de verwerkingssnelheid, zeker. Maar als je ergens een all-flash array aan het werk ziet, zie je eronder minstens 1, 2, 3 of meer arrays met harde schijven’.
Met HAMR kunnen harde schijven weer flink groeien qua capaciteit, waardoor ze ook op dat punt niet hoeven onder te doen. Weliswaar bestaan er ssd’s van 60 en 100 TB, maar die zijn extreem prijzig en beperkt beschikbaar.
Vooruitzichten
Het HAMR-tijdperk is nu echt begonnen en langzaamaan zal de technologie breder beschikbaar worden. De techniek zelf zal ook nog stappen maken.
Vincent: ‘De techniek komt eerst terecht bij klanten die er de grootste behoefte aan hebben, daarom zijn we begonnen met hyperscalers. Maar uiteindelijk zal dat ook terechtkomen bij bedrijven met lokale datacenters, in NAS-apparaten en bij video- en surveillancetoepassingen. Voor het jaar 2024 ligt de focus op hyperscalers en datacenters, voordat je het in een NAS-omgeving of bij imaging aantreft’.
De capaciteit kan de komende jaren nog verder toenemen. Vincent: ’30 of 32 TB is niet waar we stoppen. Op onze roadmap kijken we al naar 40 en 50 TB. We zullen verder groeien op basis van de Mozaic-technologie die we nu lanceren’.
Datacenters en bedrijven zullen zeker gaan profiteren van die ontwikkelingen en we zullen ze bij c’t met veel belangstelling blijven volgen.
