scotty
Well-Known Member
Đây là bài viết phân tích về một công nghệ mới hứa hẹn biến ổ cứng 2TB trở nên nhỏ xíu, do trang công nghệ TechRadar thực hiện.
Những tính năng vượt trội về tốc độ và kích thước của loại đĩa tinh thể rắn (SSD) xuất hiện trong 2 năm trở lại đây có thể khiến chúng ta nghĩ "quẩn" rằng, ổ cứng truyền thống (HDD) rồi sẽ trở thành lịch sử. Tất nhiên đó là đang nói đến tương lai, dù xa hay gần nhưng nói đến tương lai thì có lẽ là như thế. Vấn đề là, mặc dù sức chứa của ổ SSD ngày càng được nâng cao, giá thì ngày càng rẻ đi (dẫu giảm theo kiểu nhích tí chút tí chút), nhưng về mặt thiết kế cơ bản của SSD thì vẫn mang dáng dấp của ổ cứng IBM RAMAC "ông tổ" ra đời vào năm 1956, dẫu cho ổ SSD hiện nay được đóng gói trong một thể tích nhỏ hơn nhiều.
Nói thế thì tương lai của công nghệ lưu trữ không thể trông cậy vào những gì mang tính sơ khởi như thế hay sao? Vẫn còn đấy. Bởi theo trình độ kiến thức hiện nay thì vẫn chưa có gì sánh được HDD về khả năng lưu trữ lượng dữ liệu ngày càng gia tăng mà thế giới hiện đại mỗi ngày sản xuất ra.
Tuy rào cản trước mắt vẫn chính là công nghệ đĩa cứng đang dần đạt đến ngưỡng tỉ lệ bit cho phép chứa bên trong một inch vuông của platter (2.54 x 2.54 cm2 = 6.4516 cm2), nhưng sẽ không còn lâu nữa để chúng ta thấy ổ HDD 2TB có kích thước bằng một ổ đĩa mềm hiện diện trong đời sống.
Đó là nhờ vào một một phương pháp mới cho phép truy xuất thông tin từ trong ra ngoài một platter, có cái tên kỹ thuật rất là hứng khởi: trợ nhiệt.
Đặc tính công nghệ lưu trữ của HDD
Trước khi đi vào công nghệ mới, chúng ta cần nhắc một chút về đặc tính công nghệ của ổ HDD.
Về cơ bản, các platter (đĩa từ) trên HDD là nơi để chứa dữ liệu. Chúng có hình tròn và được làm từ hỗn hợp gồm gương và gốm, có khi trộn với nhôm. Mặt trên và mặt dưới của platter được phủ bằng một lớp vật liệu từ mỏng làm từ hỗn hợp hồm nhiều hợp chất như cô-ban, crôm, tantan, kền và bạch kim.
Về tốc độ vòng quay, đối với ổ HDD dành cho máy bàn thì mức cao nhất hiện nay vẫn là 7.200rpm (vòng/phút), và 5.400rpm là phổ biến đối với ổ đĩa laptop thông thường. Còn đối với ổ HDD dành cho máy chủ có hiệu năng cao thì mức đó phải nâng đến 15.000rpm. Tất cả đều biểu thị một mẫu số chung: khi ổ đĩa được sử dụng thì mép ngoài của platter sẽ đang quay khoảng 67mph (dặm/giờ), tương đương 29.952 mét/giây.
Vì cả 2 mặt của platter đều có thể dùng để ghi dữ liệu nên đối với những dòng HDD có sức chứa lớn thì các đầu đọc/ghi sẽ được xếp chồng nằm giữa các miếng platter, và một đầu sẽ hoạt động với một bề mặt của platter. Các đầu đọc/ghi này bao gồm 3 thành phần, trong đó có 2 lõi từ dùng để đọc và ghi dữ liệu lên platter, và một cái là trục đệm không khí có chức năng hỗ trợ đầu đọc/ghi luôn nằm cách bề mặt platter ở một khoảng cách cố định - chỉ vài nanometer.
Như chúng ta biết, dung lượng ổ cứng ngày càng tăng lên. Seagate cách đây mấy tháng cũng đã công bố một dòng HDD của mình có khả năng chứa đầy 1TB dữ liệu trên mỗi platter, tức là 625GB trên một inch vuông. Theo ước tính thì sức chứa của ổ cứng đã tăng gấp đôi theo chu kỳ 24 tháng/lần trong vòng 60 năm qua.
Hiện tại, các dòng ổ cứng HDD hoạt động dựa trên một kỹ thuật được gọi là PMR (perpendicular magnetic recording - ghi từ tính vuông góc). Lớp dùng để ghi dữ liệu lên bề mặt platter thì được pha trộn với các phân tử nhỏ bé được gọi là grain (hạt). Một bit dữ liệu đơn sẽ cần đến khoảng 100 hạt như vậy mới có thể lưu trữ một cách chắn chắn được, và bí quyết kỹ thuật ở đây chính là tăng dung lượng lên để có thể nhét các hạt này càng nhiều càng tốt vào trong một không gian nhỏ hơn.
Ở loại đĩa PMR, các hạt được sắp xếp nằm theo góc phải so với bề mặt platter để chúng luôn nằm được theo chiều thẳng đứng. Theo kỹ thuật longitudinal magnetic recording (ghi từ tính dọc) cũ thì các hạt được xếp nằm châu đầu theo chiều ngang. Do đó sử dụng công nghệ PMR mới hơn như hiện nay (hay đã được sử dụng phổ biến trong 5 năm qua) là điều hiển nhiên khi người ta muốn "căn" thêm chỗ chứa cho ổ cứng.
Giới hạn vật lý...
Vẫn là vấn đề luôn đeo bám các nhà sản xuất ổ cứng như đỉa đói. Giới hạn vật lý đó chính là số lượng các phân tử có thể nhét được vào trong một inch vuông, trước khi các hạt bắt đầu ngẫu hứng trở chứng và phá hỏng dữ liệu. Và công nghệ PMR hiện đã đạt đến ngưỡng giới hạn này rồi.
Công nghệ mới HAMR
Để có thể tiếp tục nâng cao dung lượng chứa trên nền tảng gốc đã định, một thứ gì đó hoàn toàn mới là điều cần thiết lúc này. Và thứ đang có khả năng đáp ứng cho điều đó có thể là công nghệ heat assisted magnetic recording (ghi từ tính hỗ trợ bằng nhiệt), hay viết ngắn gọn là HAMR.
HAMR là gì? Đây là công nghệ đã được các nhà nghiên cứu đã phát hiện cách đây vài năm rồi. Về cơ bản, nó sẽ làm nóng bề mặt từ lên trước khi ghi dữ liệu lên, nhờ đó có thể nâng cao được tính chính xác và hiệu suất của các đầu ghi gấp nhiều lần, trong khi làm nguội chúng sẽ cải thiện được khả năng truy xuất dữ liệu của đầu đọc.
Đầu đọc/ghi trong tương lai sẽ được tích hợp tia lade mỏng và có tính hội tụ cao, nhằm làm nóng bề mặt platter được ghi dữ liệu. Và mặt platter này sau đó sẽ nhanh chóng nguội lại lúc ổ đĩa quay, sẵn sàng cho các tác vụ đọc và lưu trữ lâu dài.
Vẫn còn đó một vài chi tiết cần được xử lý, như là liệu đầu bắn tia lade sẽ hoạt động tốt hơn ở khoảng cách 2 hay 10 nanometer. Nhưng cơ bản nhất chính là nó sẽ đẩy sức chứa của ổ đĩa nhiều đến mức "nhét" được dữ liệu gấp 10 lần vào cùng khoảng trống tương tự như hiện nay, nhưng với một chi phí phụ trội rất nhỏ.
Để tạo điều kiện phát triển công nghệ HAMR, một ban chỉ đạo có tên là Advanced Technology Consortium gần đây đã được thành lập bởi International Disc Drive Equipment and Materials Association (Hiệp hội quốc tế về thiết bị và vật liệu ổ đĩa IDEMA). Ban chỉ đạo sẽ bao gồm các đại diện đến từ tất cả các nhà sản xuất ổ đĩa cứng có trách nhiệm đề ra một lộ trình chung để dọn đường chuyển sang sử dụng công nghệ HAMR.
Sự kiện này là một tiền đề hết sức thuyết phục. Đó cũng là nhờ có sự chủ động tương tự như thời kỳ chuyển ổ cứng kỹ thuật lỗi thời 1 thập niên với việc chứa dữ liệu trên logical sector là 512 byte sang mức lớn hơn và hữu hiệu hơn - kỹ thuật 4kb. Sự chuyển đổi này thực sự mới hoàn tất vào năm 2011 này, và với tiền lệ như thế, hy vọng mục tiêu sắp tới cũng sẽ hoàn thành suôn sẻ.
Các thử nghiệm HAMR
Phóng viên TechRadar đã có cuộc trao đổi với Rich Rutledge, Phó chủ tịch Western Digital về công nghệ HAMR và hiện nó được triển khai ra sao.
"Tất cả chúng tôi (các nhà sản xuất ổ cứng) đã thực hiện vài cuộc thử nghiệm công nghệ này về chức năng đã giới thiệu (như trên), nhưng chúng tôi vẫn chưa bàn xong về mặt công nghệ." - ông Rich Rutledge cho biết.
Vậy là công nghệ đã thoát khỏi "bệ phóng", nhưng hiện tại vẫn chưa sẵn sàng áp dụng cho loại ổ cứng chuyên dụng để sao lưu các dữ liệu media tại gia.
"Chúng tôi đã có thể tận dụng công nghệ hiện tại với công nghệ trợ nhiệt. Vấn đề mà chúng tôi chưa xác định được là công nghệ mới sử dụng trợ nhiệt như thế nào." - ông Rutledge nói thêm.
Nhưng dù sao cũng hy vọng HAMR sẽ không phải là công nghệ xa vời. Và mong là các ổ đĩa đầu tiên trang bị các đầu ghi trợ nhiệt thực sự sẽ xuất hiện trong vòng 2 năm tới.
Những tính năng vượt trội về tốc độ và kích thước của loại đĩa tinh thể rắn (SSD) xuất hiện trong 2 năm trở lại đây có thể khiến chúng ta nghĩ "quẩn" rằng, ổ cứng truyền thống (HDD) rồi sẽ trở thành lịch sử. Tất nhiên đó là đang nói đến tương lai, dù xa hay gần nhưng nói đến tương lai thì có lẽ là như thế. Vấn đề là, mặc dù sức chứa của ổ SSD ngày càng được nâng cao, giá thì ngày càng rẻ đi (dẫu giảm theo kiểu nhích tí chút tí chút), nhưng về mặt thiết kế cơ bản của SSD thì vẫn mang dáng dấp của ổ cứng IBM RAMAC "ông tổ" ra đời vào năm 1956, dẫu cho ổ SSD hiện nay được đóng gói trong một thể tích nhỏ hơn nhiều.
Nói thế thì tương lai của công nghệ lưu trữ không thể trông cậy vào những gì mang tính sơ khởi như thế hay sao? Vẫn còn đấy. Bởi theo trình độ kiến thức hiện nay thì vẫn chưa có gì sánh được HDD về khả năng lưu trữ lượng dữ liệu ngày càng gia tăng mà thế giới hiện đại mỗi ngày sản xuất ra.
Tuy rào cản trước mắt vẫn chính là công nghệ đĩa cứng đang dần đạt đến ngưỡng tỉ lệ bit cho phép chứa bên trong một inch vuông của platter (2.54 x 2.54 cm2 = 6.4516 cm2), nhưng sẽ không còn lâu nữa để chúng ta thấy ổ HDD 2TB có kích thước bằng một ổ đĩa mềm hiện diện trong đời sống.
Đó là nhờ vào một một phương pháp mới cho phép truy xuất thông tin từ trong ra ngoài một platter, có cái tên kỹ thuật rất là hứng khởi: trợ nhiệt.
Đặc tính công nghệ lưu trữ của HDD
Trước khi đi vào công nghệ mới, chúng ta cần nhắc một chút về đặc tính công nghệ của ổ HDD.
Về cơ bản, các platter (đĩa từ) trên HDD là nơi để chứa dữ liệu. Chúng có hình tròn và được làm từ hỗn hợp gồm gương và gốm, có khi trộn với nhôm. Mặt trên và mặt dưới của platter được phủ bằng một lớp vật liệu từ mỏng làm từ hỗn hợp hồm nhiều hợp chất như cô-ban, crôm, tantan, kền và bạch kim.
Về tốc độ vòng quay, đối với ổ HDD dành cho máy bàn thì mức cao nhất hiện nay vẫn là 7.200rpm (vòng/phút), và 5.400rpm là phổ biến đối với ổ đĩa laptop thông thường. Còn đối với ổ HDD dành cho máy chủ có hiệu năng cao thì mức đó phải nâng đến 15.000rpm. Tất cả đều biểu thị một mẫu số chung: khi ổ đĩa được sử dụng thì mép ngoài của platter sẽ đang quay khoảng 67mph (dặm/giờ), tương đương 29.952 mét/giây.
Vì cả 2 mặt của platter đều có thể dùng để ghi dữ liệu nên đối với những dòng HDD có sức chứa lớn thì các đầu đọc/ghi sẽ được xếp chồng nằm giữa các miếng platter, và một đầu sẽ hoạt động với một bề mặt của platter. Các đầu đọc/ghi này bao gồm 3 thành phần, trong đó có 2 lõi từ dùng để đọc và ghi dữ liệu lên platter, và một cái là trục đệm không khí có chức năng hỗ trợ đầu đọc/ghi luôn nằm cách bề mặt platter ở một khoảng cách cố định - chỉ vài nanometer.
Như chúng ta biết, dung lượng ổ cứng ngày càng tăng lên. Seagate cách đây mấy tháng cũng đã công bố một dòng HDD của mình có khả năng chứa đầy 1TB dữ liệu trên mỗi platter, tức là 625GB trên một inch vuông. Theo ước tính thì sức chứa của ổ cứng đã tăng gấp đôi theo chu kỳ 24 tháng/lần trong vòng 60 năm qua.
Hiện tại, các dòng ổ cứng HDD hoạt động dựa trên một kỹ thuật được gọi là PMR (perpendicular magnetic recording - ghi từ tính vuông góc). Lớp dùng để ghi dữ liệu lên bề mặt platter thì được pha trộn với các phân tử nhỏ bé được gọi là grain (hạt). Một bit dữ liệu đơn sẽ cần đến khoảng 100 hạt như vậy mới có thể lưu trữ một cách chắn chắn được, và bí quyết kỹ thuật ở đây chính là tăng dung lượng lên để có thể nhét các hạt này càng nhiều càng tốt vào trong một không gian nhỏ hơn.
Ở loại đĩa PMR, các hạt được sắp xếp nằm theo góc phải so với bề mặt platter để chúng luôn nằm được theo chiều thẳng đứng. Theo kỹ thuật longitudinal magnetic recording (ghi từ tính dọc) cũ thì các hạt được xếp nằm châu đầu theo chiều ngang. Do đó sử dụng công nghệ PMR mới hơn như hiện nay (hay đã được sử dụng phổ biến trong 5 năm qua) là điều hiển nhiên khi người ta muốn "căn" thêm chỗ chứa cho ổ cứng.
Giới hạn vật lý...
Vẫn là vấn đề luôn đeo bám các nhà sản xuất ổ cứng như đỉa đói. Giới hạn vật lý đó chính là số lượng các phân tử có thể nhét được vào trong một inch vuông, trước khi các hạt bắt đầu ngẫu hứng trở chứng và phá hỏng dữ liệu. Và công nghệ PMR hiện đã đạt đến ngưỡng giới hạn này rồi.
Công nghệ mới HAMR
Để có thể tiếp tục nâng cao dung lượng chứa trên nền tảng gốc đã định, một thứ gì đó hoàn toàn mới là điều cần thiết lúc này. Và thứ đang có khả năng đáp ứng cho điều đó có thể là công nghệ heat assisted magnetic recording (ghi từ tính hỗ trợ bằng nhiệt), hay viết ngắn gọn là HAMR.
HAMR là gì? Đây là công nghệ đã được các nhà nghiên cứu đã phát hiện cách đây vài năm rồi. Về cơ bản, nó sẽ làm nóng bề mặt từ lên trước khi ghi dữ liệu lên, nhờ đó có thể nâng cao được tính chính xác và hiệu suất của các đầu ghi gấp nhiều lần, trong khi làm nguội chúng sẽ cải thiện được khả năng truy xuất dữ liệu của đầu đọc.
Đầu đọc/ghi trong tương lai sẽ được tích hợp tia lade mỏng và có tính hội tụ cao, nhằm làm nóng bề mặt platter được ghi dữ liệu. Và mặt platter này sau đó sẽ nhanh chóng nguội lại lúc ổ đĩa quay, sẵn sàng cho các tác vụ đọc và lưu trữ lâu dài.
Vẫn còn đó một vài chi tiết cần được xử lý, như là liệu đầu bắn tia lade sẽ hoạt động tốt hơn ở khoảng cách 2 hay 10 nanometer. Nhưng cơ bản nhất chính là nó sẽ đẩy sức chứa của ổ đĩa nhiều đến mức "nhét" được dữ liệu gấp 10 lần vào cùng khoảng trống tương tự như hiện nay, nhưng với một chi phí phụ trội rất nhỏ.
Để tạo điều kiện phát triển công nghệ HAMR, một ban chỉ đạo có tên là Advanced Technology Consortium gần đây đã được thành lập bởi International Disc Drive Equipment and Materials Association (Hiệp hội quốc tế về thiết bị và vật liệu ổ đĩa IDEMA). Ban chỉ đạo sẽ bao gồm các đại diện đến từ tất cả các nhà sản xuất ổ đĩa cứng có trách nhiệm đề ra một lộ trình chung để dọn đường chuyển sang sử dụng công nghệ HAMR.
Sự kiện này là một tiền đề hết sức thuyết phục. Đó cũng là nhờ có sự chủ động tương tự như thời kỳ chuyển ổ cứng kỹ thuật lỗi thời 1 thập niên với việc chứa dữ liệu trên logical sector là 512 byte sang mức lớn hơn và hữu hiệu hơn - kỹ thuật 4kb. Sự chuyển đổi này thực sự mới hoàn tất vào năm 2011 này, và với tiền lệ như thế, hy vọng mục tiêu sắp tới cũng sẽ hoàn thành suôn sẻ.
Các thử nghiệm HAMR
Phóng viên TechRadar đã có cuộc trao đổi với Rich Rutledge, Phó chủ tịch Western Digital về công nghệ HAMR và hiện nó được triển khai ra sao.
"Tất cả chúng tôi (các nhà sản xuất ổ cứng) đã thực hiện vài cuộc thử nghiệm công nghệ này về chức năng đã giới thiệu (như trên), nhưng chúng tôi vẫn chưa bàn xong về mặt công nghệ." - ông Rich Rutledge cho biết.
Vậy là công nghệ đã thoát khỏi "bệ phóng", nhưng hiện tại vẫn chưa sẵn sàng áp dụng cho loại ổ cứng chuyên dụng để sao lưu các dữ liệu media tại gia.
"Chúng tôi đã có thể tận dụng công nghệ hiện tại với công nghệ trợ nhiệt. Vấn đề mà chúng tôi chưa xác định được là công nghệ mới sử dụng trợ nhiệt như thế nào." - ông Rutledge nói thêm.
Nhưng dù sao cũng hy vọng HAMR sẽ không phải là công nghệ xa vời. Và mong là các ổ đĩa đầu tiên trang bị các đầu ghi trợ nhiệt thực sự sẽ xuất hiện trong vòng 2 năm tới.
Theo TechRadar
Chỉnh sửa lần cuối:
