À la découverte de la prochaine génération de disques durs

L'enregistrement magnétique perpendiculaire (PMR), standard pour les disques durs depuis près de deux décennies, a atteint ses limites. Par conséquent, depuis un certain temps, les fabricants explorent de nouvelles technologies d'enregistrement pour améliorer la capacité de stockage de leurs disques. L'utilisation des micro-ondes et des faisceaux laser s'est révélée particulièrement prometteuse, réduisant l'intensité de l'énergie magnétique requise et permettant à un champ magnétique plus faible de magnétiser les bits. Cette innovation permet de réduire la taille de la tête d'écriture et d'augmenter la densité d'écriture des bits et des pistes de données. Ainsi, davantage de données peuvent être stockées sur les disques magnétiques, augmentant ainsi la capacité de stockage. Ces technologies sont connues sous le nom d'enregistrement magnétique assisté par micro-ondes (MAMR) ou d'enregistrement magnétique assisté par la chaleur (HAMR), selon que des micro-ondes ou des faisceaux laser sont utilisés.

MAMR : un premier pas

Les disques durs MAMR sont disponibles depuis 2022 et représentent actuellement la première étape de développement de la technologie, appelée FC-MAMR (Flux Control MAMR). Dans ce cas, les micro-ondes concentrent le flux magnétique au niveau de la tête d'écriture afin de mieux cibler l'énergie magnétique sur le disque magnétique. Lors de la prochaine étape de développement, la commutation assistée par micro-ondes MAMR (MAS-MAMR), les micro-ondes devraient également activer le matériau magnétique des disques, réduisant ainsi encore le besoin en énergie magnétique. Cette étape est techniquement plus complexe, car elle nécessite non seulement un nouveau revêtement réactif aux micro-ondes, mais aussi une commutation plus précise du générateur de micro-ondes. Avec le FC-MAMR, cette commutation peut en principe fonctionner en continu, tandis qu'avec le MAS-MAMR, elle doit être activée spécifiquement pour chaque bit afin de préparer précisément la zone de la surface magnétique pour l'écriture.

De plus, il a été démontré qu'un générateur micro-ondes à deux couches de génération de champ (FGL) produit moins de bruit qu'un générateur à une seule FGL, ce qui facilite l'écriture et la lecture des bits. Cependant, la technologie doit encore être testée et perfectionnée jusqu'à ce qu'elle soit suffisamment fiable et rentable pour une production en série. D'ici là, le FC-MAMR permet déjà des capacités de stockage de plus de 30 To par disque, grâce à la combinaison astucieuse de deux autres améliorations technologiques : une amélioration de l'enregistrement magnétique à bardeaux (SMR) et un onzième disque magnétique intégré au boîtier du disque dur. Toshiba a récemment présenté un prototype correspondant, d'une capacité de 31,24 To.

Améliorations des technologies existantes

Le SMR n'est pas une nouveauté : cette technologie d'enregistrement utilise des pistes de données superposées pour augmenter la densité de stockage. Lors de l'écrasement de données existantes, les pistes superposées doivent d'abord être lues et stockées temporairement avant d'être réécrites après l'écriture des nouvelles données. Les opérations de lecture et d'écriture supplémentaires peuvent entraîner des fluctuations des performances d'écriture, que les fabricants tentent de compenser par de meilleurs algorithmes de mise en cache et des caches plus volumineux. La nouveauté réside dans le fait que ces caches plus volumineux peuvent désormais être utilisés pour des opérations de lecture normales afin de lire davantage de données et d'utiliser des mécanismes de correction d'erreurs plus complexes. Ces algorithmes de filtrage numérique proviennent en partie de la technologie radio, où les signaux souhaités peuvent être filtrés même en présence de bruit important. Dans le secteur des disques durs, ils permettent de compenser un plus grand nombre d'erreurs de lecture, permettant ainsi un chevauchement plus important des pistes de données.

De plus, des disques magnétiques plus fins offrent une capacité accrue. Leur épaisseur est désormais de seulement 0,55 mm au lieu de 0,635 mm, ce qui signifie que onze disques au lieu de dix peuvent être logés dans un format standard de 3,5 pouces. Ensemble, les disques MAS-MAMR, SMR et les disques magnétiques plus fins devraient porter la capacité de stockage des disques durs à environ 40 To dans les prochaines années. Cependant, des disques sans SMR continueront d'être disponibles pour les entreprises, car de nombreuses applications professionnelles génèrent des charges d'écriture très élevées et dépendent de performances d'écriture constantes. Le SMR n'est pas idéal pour cela en raison des opérations d'écriture chronophages. Sans SMR, les disques durs d'entreprise auront des capacités légèrement inférieures.

L'avenir appartient au HAMR

Pour s'insérer dans l'espace d'écriture de la tête d'écriture, le générateur de micro-ondes utilisé dans le MAMR doit être très compact, ce qui limite ses performances et rend improbable une augmentation de capacité au-delà de 40 To. La technologie HAMR offre un potentiel plus important. Une diode laser est placée au-dessus de l'espace d'écriture, à travers laquelle le faisceau laser est guidé vers un transducteur de champ proche (NFT) via une fibre optique et concentré sur la surface magnétique. Là, il chauffe le matériau jusqu'au point de Curie, où il perd ses propriétés magnétiques, permettant ainsi l'alignement des bits avec une énergie magnétique très faible.

Alors que le MAMR augmente principalement la densité binaire linéaire sur les pistes de données, le HAMR tend à augmenter la densité des pistes. Comme le MAS-MAMR, le HAMR nécessite également un nouveau type de revêtement sur les disques magnétiques, capable de supporter un chauffage précis et permettant un alignement stable des bits. Le HAMR n'atteint pas encore la fiabilité du MAMR, et les processus de production doivent également être plus rentables. Après tout, l'exigence la plus importante pour le développement futur des disques durs est que les nouvelles technologies n'augmentent pas le prix par unité de capacité, sinon les entreprises se tourneraient vers des disques durs plus anciens et plus petits. Cependant, deux prototypes récemment présentés par Toshiba démontrent le fonctionnement de HAMR : l'un porte la capacité à 27 To avec dix disques magnétiques, l'autre, combiné à SMR (et dix disques magnétiques également), à 32 To.

Résumé

Ces dernières années, la capacité des disques durs d'entreprise a augmenté continuellement d'environ 2 To par an, tandis que les coûts sont restés stables, notamment grâce au FC-MAMR. MAS-MAMR et HAMR devront poursuivre cette évolution pour survivre sur le marché. Le MAS-MAMR est actuellement plus proche et les prochaines générations de disques durs jusqu'à 30 ou 40 To s'appuieront donc sur cette technologie. Le HAMR prendra ensuite progressivement le dessus.