Mehr Flächendichte pro Scheibe So revolutioniert HAMR die Speicherbranche

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BS Teh, Executive Vice President und Chief Commercial Officer bei Seagate, erklärt gegenüber Storage-Insider, wie die HAMR-Technologie die Festplattenbranche revolutionieren soll, welche Auswirkungen sie auf Datenspeicherung und -management hat und welche Herausforderungen bei der Herstellung und Entwicklung zu meistern sind.

Die HAMR-Technologie (Heat-Assisted Magnetic Recording) gilt in der Speicherbranche als eine mögliche Antwort auf die steigende Nachfrage nach dichteren Festplatten. Die sind nötig, weil auf ihnen mittlerweile mehr als 80 Prozent der weltweiten Unternehmensdaten in Rechenzentren und in der Cloud gespeichert werden. Tendenz explosiv. Die Geschwindigkeit, mit der die weltweite Datenmenge wächst – laut IDC werden im Jahr 2027 voraussichtlich 291 Zettabyte an Daten generiert –, macht Angst.

„Die Entwicklung von KI und ihren Anwendungen ist extrem datenintensiv. Das wird Rechenzentren und Unternehmen dazu zwingen, Festplattenspeicher mit hoher Dichte zu nutzen, um die für die KI notwendigen Unmengen an Daten effizient und kostengünstig zu speichern“, meint BS Teh, Executive Vice President und Chief Commercial Officer bei Seagate. „Das umfasst Rohdatensätze genauso wie durch KI- und Large-Language-Models-Verarbeitung (LLMs) gewonnene Erkenntnisse. Dieser Datenschatz muss zukunftssicher gespeichert werden.

Wie aber soll das gehen? Laut Teh besteht die effektivste Möglichkeit in einer Kapazitätssteigerung durch Erhöhung der Flächendichte (Areal Density) je Scheibe. HAMR sei dafür die Schlüsseltechnologie: „Um Daten auf die magnetische Scheibe zu schreiben, wird eine winzige Stelle kurz durch eine kleine am Schreibkopf befestigte Laserdiode erhitzt. Dadurch kann der Schreibkopf die magnetische Polarität einzelner Bits kurzzeitig ändern, so dass Daten geschrieben werden können. Das Erhitzen und Abkühlen jedes Bits dauert nur eine Nanosekunde – der HAMR-Laser hat also keine Auswirkungen auf die Laufwerkstemperatur oder auf die Temperatur, Stabilität und Zuverlässigkeit der gesamten Festplatte. Das garantiert die Zuverlässigkeit und Stabilität der Datenspeicherung.“

Seagate plane die Einführung von HAMR-Festplatten mit 3 Terabyte Speicherkapazität je Scheibe nun endlich für Anfang 2024. Sie sollen sich in CMR- oder SMR-Konfigurationen einsetzen lassen.

Herausforderung Hitze

Als eine der größten Herausforderungen der HAMR-Technologie galt der Umgang mit der extremen Hitze, die während des Schreibvorgangs auf der Scheibe entsteht. Das hat die Entwickler viel Zeit und Nerven gekostet. Was war schließlich die Lösung?

„Das Licht des Lasers, das die Hitze verursacht, wird in einen Plasma-Transducer geleitet“, erläutert Teh. „Diese dreidimensionale Nano-Struktur erzeugt ein elektrisches Feld auf der Scheibe und erhitzt einen Bereich, der nicht größer als ein einzelnes Bit ist. Die Hitze kühlt in weniger als zwei Nanosekunden sofort wieder ab. Der HAMR-Laser selbst hat keinen wesentlichen Einfluss auf die Temperatur, Stabilität oder Zuverlässigkeit der Festplatte.“

HAMR-Laufwerke könnten daher in der gleichen Umgebung wie bereits vorhandene Festplatten mit herkömmlicher Aufzeichnungstechnologie betrieben werden. In den letzten 20 Jahren habe Seagate das Verfahren gründlich erforscht und getestet, jetzt funktioniere es.

Langlebigkeit und Leistung

Welchen Betrag leistet die HAMR-Technologie aber hinsichtlich der Langlebigkeit und Leistung von Festplatten? Insbesondere in anspruchsvollen Umgebungen wie Rechenzentren? Teh berichtet, dass die Enterprise-Festplatten von Seagate eine mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (Mean Time Between Failures, MTBF) von bis zu 2,5 Millionen Stunden und eine maximalen Arbeitslast von 550 TB/Jahr aufweisen – das würde den anspruchsvollsten Anforderungen gerecht.

„Die hochkapazitiven HAMR-Festplatten ermöglichen es Hyperscalern und Betreibern von Rechenzentren, mehr Daten bei gleichbleibendem oder geringerem Platzbedarf zu speichern und so die Anzahl der für eine bestimmte Speicherkapazität erforderlichen Laufwerke zu reduzieren“, so der EVP. „Jedes Laufwerk muss strenge Qualitätstests bestehen, bevor es an Kunden ausgeliefert wird. Die Festplatten werden bei unseren Kunden qualifiziert. Dadurch wird sichergestellt, dass diese Laufwerke genauso gut funktionieren wie alle Vorgängermodelle.“

Definition

Was ist Heat-Assisted Magnetic Recording (HAMR)?

HAMR ist abwärtskompatibel

In den heutigen Rechenzentren gibt es viele ältere Speicherracks, in denen sich Festplatten mit geringer Kapazität befinden, etwa 4 TB, 8 TB oder 16 TB pro Laufwerk. Mit zunehmender Betriebs-dauer müssen die Laufwerke ausgetauscht werden. Um von herkömmlichen Festplatten auf HAMR-basierte Lösungen umzusteigen, seien keine zusätzlichen Investitionen erforderlich. „HAMR- Laufwerke können technisch und finanziell nahtlos in ein Rechenzentrum oder eine bestehende Speicherinfrastruktur integriert werden.“ Würde man eine 16-TB-Festplatte durch eine HAMR-Festplatte mit einer Speicherkapazität von 3 TB pro Scheibe, insgesamt also 30 TB Speicherkapazität, ersetzen, so könne man Stromkosten im Verhältnis von fast 2:1 einsparen.

Durch den zusätzliche Nutzung intelligenter Datenspeichersysteme wie des Exos Corvault 4U106 im Rahmen eines Software-Defined-Storage-Cloud-Datacenter-Deployment lassen sich laut Teh darüber hinaus bis zu 50 Prozent CPU, RAM und Netzwerkressourcen einsparen. Auch ließen sich so der CO₂-Fußabdruck des Rechenzentrums weiter verringern und der Gesamtstromverbrauch und Rechenzentrumsplatz senken.

„Die im Exos Corvault 4U106 integrierte Adapt- und ADR-Technologie hilft zudem, den Austausch von fehlerhaften Festplatten zu reduzieren“, erläutert der Manager gegenüber Storage-Insider. „Das wirkt sich wiederum positiv auf die Gesamtbetriebskosten und auch auf die Nachhaltigkeit des Rechenzentrums aus, da während des Betriebs und am Ende des Nutzungszyklus weniger Elektroschrott anfällt. Auch dadurch können sich die Gesamtbetriebskosten eines Rechenzentrums verringern.“

Kostenvorteil gegenüber All-Flash

Schließlich werde die HAMR-Technologie dafür sorgen, dass Festplatten auch weiterhin einen Kostenvorteil gegenüber All-Flash-Speichern haben. HAMR-Festplatten mit höherer Flächendichte und damit höherer Speicherkapazität böten Massendatenspeicherung zu weniger als einem Fünftel der Kosten vergleichbarer All-Flash-Lösungen pro Bit. Dieser Kostenvorteil wird sich seiner Ansicht nach im Rechenzentrumsbereich auch in den nächsten zehn Jahren nicht wesentlich ändern.

„Aktuelle Analysen von IDC, Trendfocus und Forward Insights bestätigen, dass Festplatten weiterhin die kostengünstigste Option für die meisten kapazitätsorientierten Speicheraufgaben sein werden“, so Teh. „Das exponentielle Datenwachstum wird die Nachfrage nach Festplatten mit großer Speicherkapazität ankurbeln, die in Synergie mit Flash-Speichern auch weiterhin moderne Workloads unterstützen werden.“

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