Объемы данных в современных дата-центрах растут быстрее, чем когда-либо. Обучение моделей искусственного интеллекта, резервные копии облачных сервисов, архивы видео и телеметрии требуют хранилищ, измеряемых уже не терабайтами, а петабайтами и эксабайтами. При таких масштабах ключевую роль по-прежнему играют жесткие диски: пока SSD берут на себя быстрые рабочие данные, магнитные накопители остаются основой долгосрочного хранения. Поэтому каждая новая ступень роста емкости напрямую влияет на экономику дата-центров. Один из последних примеров — диски Seagate объемом 44 ТБ, анонсированные несколько дней назад. Давайте разберемся. 

Seagate уже начала отгружать заказчикам новые жесткие диски. Они построены на платформе Mozaic 4+ и используют технологию тепловой магнитной записи HAMR, которая позволила значительно увеличить плотность записи данных. Благодаря этому десять пластин в стандартном корпусе 3,5 дюйма дают суммарную емкость 44 ТБ. Речь идет не о прототипах, а о полностью серийных накопителях, прошедших промышленную квалификацию.

Такие технологии позволяют HDD и дальше наращивать емкость, несмотря на распространенные прогнозы о скором доминировании SSD. В задачах массового хранения магнитные диски по-прежнему выигрывают по стоимости терабайта и энергопотреблению. Поэтому новые модели ориентированы на облачные платформы и инфраструктуру для задач искусственного интеллекта, где объемы данных растут быстрее всего.

Как устроена запись с локальным нагревом

Обычная перпендикулярная магнитная технология уже давно столкнулась с бутылочным горлышком в виде физических ограничений. Чтобы записывать больше информации на ту же площадь, магнитные зерна на пластине приходится уменьшать, но при слишком малом размере они начинают терять стабильность даже от тепловых колебаний окружающей среды. Материал, который остается надежно намагниченным при комнатной температуре, становится слишком «упрямым» для обычной записывающей головки — ее магнитного поля уже недостаточно, чтобы перевернуть направление намагниченности.

Здесь используется технология HAMR. В записывающую головку встроены миниатюрный лазерный диод и элемент ближнего поля. Во время работы лазер разогревает микроскопическую область пластины до температуры, при которой материал значительно легче поддается перемагничиванию. В этот момент магнитное поле головки меняет направление намагниченности нужных зерен. Затем нагретая зона быстро остывает и закрепляет новое состояние. Все происходит настолько оперативно, что тепло не успевает распространиться на соседние области и не влияет на уже сохраненные данные.

Покрытие пластин тоже пришлось серьезно переработать. Теперь используются сплавы на основе железа и платины с очень высокой магнитной анизотропией. Такие материалы отлично держат намагниченность при обычных условиях. Но именно благодаря короткому импульсу нагрева позволяют записывать данные с плотностью, которая раньше была недоступна. В результате на одной пластине сегодня стабильно размещается больше четырех терабайт при классической записи без перекрытия дорожек.

Зачем понадобилось десять пластин и что дала платформа Mozaic 4+

Предыдущее поколение Mozaic 3+ уже использовало технологию HAMR и позволяло выпускать диски емкостью до 30 ТБ. Переход на Mozaic 4+ стал следующим шагом в увеличении плотности хранения данных. Теперь каждая из десяти пластин вмещает более четырех терабайт при обычной схеме размещения дорожек без перекрытия (CMR). В варианте с технологией SMR, где они частично накладываются друг на друга, суммарная емкость накопителя достигает 44 ТБ.

Инженерам пришлось переработать не только магнитный слой, но и всю механику. Пластины стали тоньше, допуски на биение и параллельность — жестче, подшипники и привод головок — точнее, а сами они — легче и динамичнее. Только такой комплекс изменений позволил разместить десять пластин в привычном 3,5-дюймовом корпусе, сохранив при этом высокую надежность и скорость вращения 7200 оборотов в минуту. Раньше такое количество пластин чаще встречалось в моделях меньшей емкости именно из-за ограничений по плотности записи.

Еще один положительный момент: новая платформа сохранила полную совместимость с существующей инфраструктурой. Те же контроллеры, те же кабели SAS или SATA, те же стойки и корзины. Облачные операторы могут просто заменять старые диски на новые и сразу получать прирост плотности без необходимости перестраивать целые кластеры.

Кому адресованы такие накопители и почему именно сейчас

Многие компании, которые разворачивают инфраструктуру под обучение и работу больших языковых моделей, сталкиваются с одной и той же задачей: нужно хранить сотни петабайт и даже эксабайты данных максимально дешево и с минимальными затратами на электроэнергию. Обучение моделей требует гигантских архивов, а потом эти данные еще долго лежат в «теплом» или «холодном» хранилище — доступны по запросу, но без необходимости мгновенного отклика.

Именно в таких сценариях 44 ТБ модели дают ощутимое преимущество. По оценкам Seagate, переход с 30-терабайтных дисков на новые позволяет почти на 45–50% повысить эффективность использования пространства и энергии в кластере. На каждый эксабайт хранимых данных экономится примерно 10 квадратных метров площади стоек и почти 800 тыс. киловатт-часов электроэнергии в год. Для крупного дата-центра это уже сотни тысяч долларов экономии ежегодно только на электричестве и системах охлаждения.

Скоростные характеристики остаются вполне достаточными для задач массового хранения и последовательной обработки больших объемов. Такие диски никто не собирается использовать под загрузку ОС или высоконагруженные БД с тысячами операций в секунду. Их участь — «холодные» и «теплые» данные, где стоимость терабайта выходит на первое место.

Почему HAMR помогает HDD оставаться актуальными рядом с SSD

Твердотельные накопители давно опередили жесткие диски по скорости произвольного доступа, задержкам и устойчивости к ударным нагрузкам, но по цене за единицу объема по-прежнему заметно уступают. Когда речь заходит о сотнях петабайт, даже небольшая разница в стоимости превращается в миллиарды долларов. Поэтому крупнейшие облачные провайдеры продолжают держать основную массу информации на HDD, оставляя SSD для горячих данных, кеширования и рабочих наборов.

Тепловая магнитная запись снимает одно из главных ограничений, которое долгое время сдерживало рост емкости жестких дисков. Благодаря технологии можно использовать более устойчивые магнитные материалы и при этом все равно записывать данные на очень маленьких участках поверхности. В результате плотность хранения продолжает расти. В дорожной карте Seagate уже фигурируют пластины емкостью около десяти терабайт, что открывает путь к накопителям на 100 ТБ и больше в ближайшие годы.

Вскоре такие накопители, вероятно, появятся в более широком ассортименте, а со временем могут добраться и до энтузиастов, собирающих домашние NAS и серверы. Пока же они используются прежде всего в крупных дата-центрах, где объемы информации измеряются уже не терабайтами, а петабайтами и эксабайтами. Именно там новые модели лучше всего показывают, что развитие классических дисков продолжается и их потенциал еще далеко не исчерпан.