Гелиевая подушка: второе дыхание магнитных дисков

30 Янв 2016

Гелиевая подушка: второе дыхание магнитных дисков

Лет тридцать тому назад, рассуждая о конструкции жестких ди­сков, не­кто Патрик Басс в журнале Antic привел замечательное сра­в­не­ние по­лё­та го­ло­вок над поверхностью магнитных дисков с плани­ровани­ем Бо­ин­га на вы­со­те 15 см от поверхности земли. Соседнее фото прекрасно ил­лю­стри­ру­ет эту ситуацию. Глядя на него можно до­га­даться: почему ис­чер­па­ла себя «ста­рая» те­х­но­ло­гия магнитной записи. И почему бу­ду­щее — за на­ко­пи­те­ля­ми с гелием внутри. А те­перь давайте по­про­бу­ем разобраться, что имен­но стало по­след­ним вздохом «ат­мо­сфер­ных» ди­с­ков в по­ль­зу гелий-на­пол­нен­ных устройств.

Еще раз о преимуществах гелиевой технологии

Две недели назад Seagate анонсировала диски 10TB, наполненные гелием. HGST производит гелиевые диски вы­со­кой емкости уже два года. Получается, технология стала стандартом. Это объясняется тем, что плотность гелия составляет всего лишь 15% от плотности воздуха (0,178 кг/м³ против 1,225 кг/м³), что обеспечивает:

  • меньшее сопротивление вращению, а значит, позволяет применять более экономичные приводы шпин­де­ля меньшей мощности (пишут про 23% экономию на холостом ходу и аж 44% в пересчете на удельную емкость);
  • точность позиционирования магнитных головок, что обеспечивает высокую плотность записи.

Есть еще одна польза от инертного гелия: его теплопроводность равна 0,152. У воздуха перенос тепла оце­ни­ва­ет­ся в 0,022, у неона — 0,049, у аргона — 0,016. Последние два благородных газа при худшей плотности имеют со­по­ста­ви­мую с воздухом теплопроводность. Понятно, почему их использование об­су­ж­да­ет­ся только в контексте ка­мер и бескамерных покрышек автомобилей. А вот использование ге­лия позволяет существенно улучшить ути­ли­за­цию тепла от самого сложного компонента дисковой под­си­с­те­мы: читающих и пишущих головок.

Мы подошли к главной проблеме магнитной записи — технологии записи и чтения. Сразу отметим, что она ре­али­зу­ет­ся раздельными каналами: пишущие головки имеют значительно большие размеры по сра­вне­нию с чи­та­ю­щи­ми. Тем не менее, блок головок — это единое целое, которое парит над маг­нит­ным слоем. От него головки от­де­ле­ны газовой подушкой, размер которой в случае гелий-наполненной камеры уменьшен до предела.

Блок головок жесткого магнитного диска состоит из раздельных каналов записи и чтения
Рис 1. Блок головок жесткого магнитного диска состоит из раздельных каналов записи и чтения

Итак, благородный газ обеспечивает низкую высоту пролёта над магнитным слоем. Это в свою очередь снижает токовую нагрузку на головки, а возможный их нагрев, связанный с трением, компенсируется лучшей тепло­про­вод­но­стью. Ну, и расстояние между пластинами становится меньше — значит, их па­кет может содержать большее число рабочих дисков. Это открывает путь к забытому ныне форм­-фак­тору полноразмерных накопителей (Full-Height).

Запись требует гелиевую подушку!

Для дисков, наполненных гелием, разгерметизация камеры диска приводит к изменению аэро­ди­на­ми­че­ских ха­рак­теристик планирования блока магнитных головок. Изменение плотности атмосферы влияет на подъемную силу, в результате чего расстояние между записываемой поверхностью и го­лов­ка­ми увеличивается. Ги­по­те­ти­чески, это делает невозможным только запись на диск, но по-прежнему по­зво­ляет читать данных.

Блок головок парит над поверхностью магнитной пластины, защищенный гелиевой подушкой
Рис 2. Блок головок парит над поверхностью магнитной пластины, защищенный гелиевой подушкой

Причины для такого положения дел можно разделить на две группы. Первая обусловлена фун­да­мен­таль­ны­ми физическими принципами магнитной записи. Вторая группа причин связана с логикой ра­бо­ты накопителя и осо­бен­но­стями реакции на различные виды ошибок. Здесь хотелось бы ак­цен­ти­ро­вать внимание на двух моментах:

  1. Современные накопители не используют верификацию записи, так как эта операция существенно снижает производительность из-за необходимости повторного прохода по дорожке. Это означает, что ошибка за­пи­си не будет обнаружена сразу и даст о себе знать только при попытке чтения искаженных данных, когда уже будет поздно. Для читаемых данных устройство проверяет циклическую контрольную сумму и в случае сбоя выполняется повтор.
  2. Неудачное чтение не повреждает данные, если, конечно, головка не царапает диск физически и не про­ис­хо­дит несанкционированное включение тока записи из-за сбоя электроники. Результатом неудачной записи может быть искажение служебной информации и как вариант, полная неработоспособность накопителя.

Резюме

Фактор сохранности данных делает жесткий диск уникальным устройством с точки зрения теории на­­деж­но­сти. Потребителю интересна не только абстрактная интенсивность отказов, но и детальная их классификация с раз­де­ле­ни­ем на две группы: допускающие и не допускающие восстановление ин­фор­ма­ции. Вопрос о том, к какой из этих групп относится разгерметизация камеры, неизбежен для гелий-наполненных устройств.