PC Games Hardware Magazin Kühlung & Overclocking: Grafikkarten (Vorschau)

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Festplatten morgen | infrastruktur
Technologie hat ihren Ursprung in
der immer feineren Strukturgröße
auf den Magnetscheiben. Je kleiner
eine einzelne magnetisierbare Zelle
(ein sogenannter Weiss’scher Bezirk)
ist, desto eher passiert es bei
Schreibvorgängen, dass nicht nur
der Zielbezirk beschrieben wird,
sondern dass fälschlicherweise
auch die Magnetisierung der umliegenden
Zellen verändert wird.
Das ließe sich durch die Verwendung
von magnetisch sehr stabilen
Materialien umgehen. Allerdings
ist es unmöglich, solch ein stabiles
Material mit einem gewöhnlichen
Schreib-Lesekopf zu beschreiben:
Er erzeugt kein ausreichend starkes
Magnetfeld.
Einen Ausweg bieten magnetisch
ebenso stabile Materialen, die sich
aber unter bestimmten Umständen
einfach ummagnetisieren lassen.
Dazu gehört beispielsweise eine
Eisen-Platin-Legierung, die ab einer
Temperatur von 446 °C leicht
magnetisierbar wird (Curie-Temperatur).
Genau das nutzt das HAMR-
Verfahren aus. Die zu beschreibende
Speicherzelle wird mit einem
Laser für Sekundenbruchteile auf
eine Temperatur über die Curie-
Temperatur erhitzt und in dieser
kurzen Zeit beschrieben. So kann
der zu beschreibende Bereich viel
genauer angesprochen werden:
Seagate zeigte bereits funktionierende
Prototypen, die in Kombination
mit HAMR und Perpendicular
Recording eine Speicherdichte von
1 TBit/Quadratzoll erreichen, eine
Verdoppelung zu aktuell erhältlichen
Laufwerken. Die Ingenieure
von TDK erreichten durch spezielle
Nahfeld-Optiken eine Steigerung
auf 1,5 TBit/Quadratzoll. Die
Erwartungen an die Technik gehen
aber noch weit darüber hinaus: Bis
zu 60 TByte sollen sich mit HAMR
in ein 3,5-Zoll-Laufwerk pressen
lassen.
Forscher an den Oregon State
Universität arbeiten deshalb an
Materialien, die durch Ultraschall
beschreibbar gemacht werden.
Da sich Ultraschall im Gegensatz
zu Hitze nur auf einen begrenzten
Bereich auswirkt, sinkt das Risiko,
benachbarte Zellen zu überschreiben,
nochmals. Damit stellt AAMR
(„Acoustic Assisted Magnetic Recording“)
eine ernsthafte Alternative
zu HAMR dar. Da AAMR das
Problem der wandernden Hitze
ausschaltet, eignet sich die Technik
auch für extrem hohe Datendichten,
wie sie beispielsweise mit der
Nanolithografie möglich werden.
Jedem Bit seine Zelle
Bei aktuellen Festplatten auf Basis
von Perpendicular Recording
nutzt ein Bit zur Speicherung seiner
Information mehrere Hundert
kristalline Weiss’sche Bezirke. Deren
Anzahl pro Bit kann nicht beliebig
reduziert werden, da sonst
beim Schreiben das Datenverlustrisiko
bei benachbarten Bits stark
ansteigt. Einen Ausweg bieten
strukturierte Trägerflächen, die
mit einem Lithografie-Verfahren
behandelt wurden. Diese bieten
kleinere und gleichzeitig stabilere
Speicherbereiche für einzelne Bits.
Der Fachbegriff für diese Datenträger
lautet „Bit Patterned Media“.
Aktuelle Lithografie-Techniken mit
UV-Licht besitzen allerdings ein minimales
Auflösungsvermögen von
nur 20 nm. HGST hat mit der Nanolithografie
aber bereits ein Verfahren
entwickelt, das Strukturbreiten
von 10 nm ermöglicht. Theoretisch
sind so Kapazitäten von 20-23 TByte
möglich. Festplatten, die auf Bit
Patterned Media setzen, sollen laut
HGST ab 2020 erhältlich sein. Obwohl
die Technik an sich schon
funktioniert, muss sie für die Serienfertigung
noch möglichst kostengünstig
gemacht werden. (rs)
Das SMR-Aufzeichungsverfahren
Beim SMR-Verfahren überlappen sich die einzelnen Spuren auf dem Datenträger.
Das bringt zwar höhere Datendichten, hat aber auch Nachteile.
Gängige Festplatten zeichnen die Daten in benachbarten Spuren auf (Abb. 1).
Genauso ist es auch bei SMR, wobei sich die Spuren jedoch überlappen (Abb.
2). Die Datendichte ist so
beträchtlich höher. Problematisch
wird es jedoch,
wenn Daten auf einer
überlappten Spur neu geschrieben
werden müssen:
Die Daten der bedeckenden
Spur in diesem Bereich
müssen gesichert und
später wiederhergestellt
werden. Wird sie ebenfalls
überlappt, ist auch die
Sicherung und spätere Wiederherstellung
dieser Daten
notwendig. Dieser Vorgang
pflanzt sich so lange fort,
bis das Auftauchen einer
unbelegten Spur ihn unterbricht.
Um lange Kaskaden
zu verhindern, können
Spuren auch in sogenannte
Bänder zusammengefasst
werden (Abb. 3).
Abbildung 1: Normale Festplattentechnik
Rotationsrichtung
Spur n
Spur n+1
Spur n+2
Spurabstand
Spurbreite
Abbildung 2: SMR im Standardverfahren
Spur n
Spurab-
Spur n+1
stand
Spur n+2
Abbildung 3: SMR organisiert in Bändern
Spur n
Spur n+1
Spur n+2
Spur n+3
Spur n+4
Spur n+5
Der Aufbau eines Bit Patterned Media: Jeder Punkt kann zur Speicherung eines Bits
verwendet werden und hat einen Durchmesser von etwa 50 Atomen.
Schreibrichtungen
Schreibrichtung
Band A
Band B
Bild: HGST Bild: Tim Feldman, Garth Gibson
Aber auch HAMR ist nicht perfekt.
So ist beispielsweise die Hitzeausbreitung
nur ungenügend steuerbar,
sodass es zu unerwünschten
Streueffekten kommen kann. Außerdem
verdampft durch den Laser
die auf den Plattern aufgetragene
Schutzschicht nach und nach. Theoretische
Lösungen sehen ein Auffrischen
der Schutzschicht über
Nanoröhren vor, die Umsetzung
in die Praxis fehlt bislang noch.
Fazit
DAS HARDWARE-MAGAZIN FÜR PC-SPIELER
Speicher für die Zukunft
Auch wenn SSDs in Geschwindigkeit
und Leistung an ihren 3,5-Zoll-Ahnen
vorbeigezogen sind: Alleine an der
schieren Kapazität der HDDs werden
die Flash-Speicher noch eine Weile
zu knabbern haben. Dazu kommt die
hohe Zuverlässigkeit von Festplatten.
Der alte Magnetspeicher wird uns also
noch für einige Jahre begleiten.
Die Funktionsweise von HAMR: Während bei Perpendicular Recording eine normale
Magnetisierung erfolgt, wird das Bit bei HAMR zuvor mit einem Laser aufgeheizt.
Bild: Seagate
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