Ahora, echemos un vistazo más profundo a cada elemento de Mozaic 3+ en detalle para entender cómo contribuye a hacer realidad la innovadora densidad de área de Seagate.
Superred de aleación de platino
En la búsqueda de una mayor densidad de área, la superred de aleación de platino de Seagate representa un avance importante en los medios de almacenamiento magnéticos. Esta innovadora tecnología combate el desafío de la inestabilidad magnética a nanoescala al hacer que sea más difícil voltear los bits magnéticos que representan los datos. Para desarrollar una capa de almacenamiento “más dura”, con mayor coercitividad magnética que la que se encuentra en las unidades convencionales, los ingenieros de Seagate han creado una estructura de superred donde la disposición precisa de cada átomo juega un papel fundamental.
En la plataforma Mozaic, donde los datos deben almacenarse en forma de bits magnéticos que están más juntos de lo que es posible con los discos duros PMR convencionales, los medios de grabación tuvieron que repensarse desde cero. Los materiales y estructuras avanzados usados en los medios Mozaic 3+ permiten una escritura de datos mucho más precisa que cualquier tecnología de disco duro anterior. Los medios no son simplemente un componente pasivo, sino un participante activo en el proceso de almacenamiento de datos, lo que permite un mayor almacenamiento de datos dentro del mismo espacio físico.
La esencia de esta tecnología reside en el uso de partículas de platino (Pt) y hierro (Fe), que componen el medio de grabación de las unidades de disco duro Seagate Mozaic 3+. Cada nanopartícula, de unos pocos nanómetros de tamaño, actúa como un bit de datos individual. La alta anisotropía magnética de los medios hace posible conseguir una granularidad tan fina a la vez que se evitan las fluctuaciones magnéticas entre los bits, lo que significa que la orientación magnética del material tiende a permanecer estable con el tiempo, y garantiza que cada bit permanezca estable e inalterado por la escritura de datos adyacentes. Esta innovación permite a las unidades de disco duro Mozaic 3+ escribir datos con una precisión notable a la vez que preserva la integridad de los datos circundantes.
Las aleaciones magnéticas únicas del medio de grabación favorecen una orientación magnética predeterminada. Esta orientación es clave para estabilizar el estado magnético de bits individuales, por lo que se reduce así su susceptibilidad a las fluctuaciones térmicas. La elección de Seagate de una aleación granular de hierro-platino (FePt) ordenada químicamente es fundamental. Su alta anisotropía magnética proporciona la estabilidad necesaria para que los bits grabados alcancen densidades de área de grabación.
Lograr un alto grado de orden dentro de la superred de aleación de platino es crucial para la tecnología de Mozaic 3+. Implica un proceso de fabricación sofisticado que usa el crecimiento epitaxial para depositar películas delgadas de FePt en capas subyacentes cristalinas en un sustrato de vidrio especial. Estas capas subyacentes sirven como plantilla, dictando la orientación y el orden de los granos de FePt durante el proceso de deposición. El recocido posterior a altas temperaturas promueve aún más el orden en los granos de FePt, lo que lleva a una transformación de fase que mejora las propiedades magnéticas del medio y la alineación de los granos.
Este proceso complejo y cuidadosamente controlado garantiza que la superred de aleación de platino proporcione una plataforma sólida y estable para el almacenamiento de datos de alta densidad. La disposición precisa de los átomos dentro de la estructura de la superred es lo que permite que los medios de Seagate contribuyan significativamente al aumento de la densidad de área de las unidades de disco duro Mozaic 3+, lo que marca una progresión sustancial en el campo de la tecnología de almacenamiento de datos.
El grabador plasmónico
Dado que los medios magnéticos son “más duros” para evitar la inestabilidad de los datos, el diseño requiere un grabador revolucionario.
En el centro del funcionamiento del grabador se encuentra la capacidad de calentar con precisión la superred de aleación de platino, una tarea que se consigue elevando la temperatura a más de 800° Fahrenheit en menos de dos nanosegundos. Este rápido ciclo térmico es fundamental para el proceso de grabación eficaz de Mozaic. Las complejidades de esta operación implican un láser que se controla y dirige con precisión a través de un embudo fotónico hacia una antena cuántica. Juntos, estos componentes crean un campo plasmónico que calienta un área enfocada en el disco, preparándola para que el cabezal de escritura del núcleo magnético pueda escribir los datos.
El diseño del cabezal de escritura con núcleo magnético ha evolucionado para integrarse sin problemas con la tecnología Mozaic 3+. Cada refinamiento, desde la integración láser hasta la resistencia al desgaste, se ha considerado cuidadosamente para mejorar la eficacia de Mozaic 3+.
Componentes del grabador plasmónico
El grabador plasmónico se compone de un núcleo magnético tradicional más tres elementos nuevos e innovadores, cada uno con una función específica para permitir la escritura dentro de la plataforma Mozaic 3+: el láser nanofotónico, el embudo fotónico y la antena cuántica.
Veamos cada nuevo elemento en detalle:
Láser nanofotónico:
El láser nanofotónico es un producto de la amplia innovación de Seagate para reformar el panorama de la tecnología de almacenamiento de datos.
El láser es la fuente de energía que altera temporalmente las propiedades magnéticas de la superred de aleación de platino, preparando así el área para la escritura de datos. La precisión y la fugacidad del efecto de la energía permiten aumentar la densidad de bits que se pueden almacenar por disco. A través de un control sofisticado junto con el embudo fotónico y la antena cuántica, el láser calienta solo las nanopartículas necesarias en el medio, lo que reduce su resistencia magnética y permite que los datos se escriban con menos intensidad de campo magnético de lo que se requeriría de otro modo. El calentamiento controlado garantiza que solo el bit que se está escribiendo se vea afectado, lo que mantiene la estabilidad y la integridad de los datos circundantes.
Seagate ha innovado un proceso escalable y de costo optimizado que integra los láseres con nuestra avanzada tecnología de cabezal de grabación. Se ha llevado a cabo una exhaustiva caracterización para garantizar que nuestros láseres fabricados internamente mantengan el mismo nivel de consistencia y calidad que los de otros fabricantes líderes, con lo que se crea una flexibilidad de suministro a largo plazo.
Las consideraciones de diseño para el láser nanofotónico son meticulosas y se centran en factores como el tipo y la longitud de la onda del láser, la salida de potencia, la calidad del haz y el control de la modulación. Cada parámetro se ajusta para garantizar la eficacia y precisión del láser durante el proceso de escritura. La integración en el cabezal de escritura es un esfuerzo de alineación preciso, lo que garantiza que el rayo láser, emitido a través del embudo fotónico, se enfoque con precisión en el medio de grabación a través de la antena cuántica.
La gestión térmica es otro aspecto fundamental del diseño del láser. Seagate ha incorporado mecanismos de enfriamiento eficientes para disipar la energía generada durante el proceso de grabación, lo que mantiene la estabilidad y la fiabilidad. Estas optimizaciones de diseño no solo se limitan a lograr densidades de área más altas; garantizan que la plataforma Mozaic 3+ continúe con el liderazgo de Seagate en el almacenamiento de datos de alta capacidad, sostenible y fiable.
Embudo fotónico:
El embudo fotónico es una guía de ondas que canaliza la luz láser directamente a la antena cuántica con una precisión rigurosa. Su estructura, producto de la ciencia de los materiales de vanguardia y la nanofabricación, está diseñada para limitar la ruta del láser, preservando la integridad y la potencia del rayo a medida que atraviesa su objetivo. La elección de los materiales es deliberada; un índice de refracción alto es fundamental para guiar la luz de manera eficiente, con una dispersión o pérdida mínima.
El gran avance de Seagate en la tecnología de guías de ondas no se produjo solo en la selección de materiales, sino también en su diseño estructural. La geometría y las dimensiones del embudo fotónico se calculan meticulosamente para garantizar una coincidencia de modo eficiente, una sinergia entre la luz y la antena cuántica que maximiza la transferencia de energía. Esta precisión no se trata simplemente de controlar la luz, sino de intensificar el potencial del almacenamiento de datos. Al emitir un haz enfocado para calentar el medio de grabación en puntos precisos, el embudo es fundamental para la capacidad de Seagate de aumentar la densidad del área, lo que permite almacenar más datos dentro del mismo espacio físico de una unidad de disco duro.
La producción de alto volumen de este componente ha obligado a Seagate a innovar más allá de los métodos tradicionales. Las estrategias de gestión térmica son parte integral del diseño del embudo. Los mecanismos de refrigeración de Seagate garantizan que el embudo opere dentro del rango de temperatura óptimo, lo que mantiene la estabilidad y extiende la longevidad del cabezal de grabación.
Antena cuántica:
La antena cuántica, una creación de los ingenieros de Seagate, es donde las profundas complejidades de la física cuántica y las ciencias de los materiales convergen para mejorar las capacidades de grabación de Mozaic.
Su función principal es convertir la energía láser en calor a una escala increíblemente precisa, lo que permite la escritura de datos de alta densidad de la plataforma. Lo hace a través de la generación de plasmones de superficie: oscilaciones de electrones de nivel cuántico inducidas por la luz en la superficie del metal. Esta conversión está altamente localizada y afecta solo al área donde se escriben los datos.
El desarrollo de Seagate de la antena cuántica requiere innovación en varias áreas clave. La antena en sí misma es un producto de una fabricación meticulosa, hecha de materiales seleccionados por sus propiedades de absorción óptica y capacidad para soportar los rigores térmicos del proceso de grabación. El enfoque en las propiedades plasmónicas permite que la antena cuántica confine de manera efectiva la energía del láser de modo que el calentamiento sea concentrado y preciso.
La integración de la antena cuántica dentro del conjunto del cabezal de escritura es un aspecto fundamental de su diseño. Necesita una alineación de precisión para garantizar que la energía del láser se enfoque con precisión en el medio de grabación, lo que permite el calentamiento preciso necesario para escribir datos de un bit a la vez.
La antena cuántica actúa como un transductor que transforma la luz láser incidente en un campo electromagnético de campo cercano de alta intensidad. Este campo se usa para calentar localmente el medio de grabación por encima de su temperatura de Curie, lo que reduce la coercitividad de los bits magnéticos y permite que se realineen, escribiendo así los datos. El diseño de la antena cuántica mejora la coordinación entre la energía de campo cercano del láser y el campo magnético del cabezal de escritura para garantizar la precisión.
El diseño también incorpora estrategias avanzadas de gestión térmica. Estas son esenciales para garantizar que el calentamiento rápido y el enfriamiento posterior se produzcan con la precisión requerida, preservando la integridad de los datos circundantes y manteniendo la estabilidad general del proceso de almacenamiento.
La antena cuántica es un factor clave para lograr mayores densidades de área en las unidades de disco duro. Representa un importante paso adelante con respecto a las tecnologías de grabación tradicionales, con su capacidad para manipular datos a nanoescala.
Mejoras en la densidad de área
El funcionamiento colectivo de estos componentes del escritor plasmónico conduce a un aumento sustancial de la densidad de área. Al abordar los desafíos de integrar un diodo láser, controlar con precisión el embudo y optimizar la antena cuántica, la tecnología Mozaic 3+ de Seagate puede codificar datos con mayor densidad que cualquier otra unidad de unidad de disco duro en la historia. Esto se ha logrado a través de avances en la gestión térmica, la ingeniería de materiales y la miniaturización de componentes, lo que refleja un equilibrio entre la innovación y la implementación práctica.
Controlador integrado de 12 nm
La función del controlador integrado de 12 nm es multifacética. Ofrecer esta densidad de área a gran escala y un TCO convincente requiere un enfoque único para que los componentes electrónicos controlen todo en la unidad de unidad de disco duro, desde la activación hasta la grabación y la seguridad. Esto requería un controlador integrado, un sistema en un chip (SOC), desarrollado completamente internamente por los expertos en diseño de silicio de Seagate.
El controlador consolida los canales de lectura, la gestión de discos y los protocolos de intercambio de datos, con lo que se convierte en el corazón operativo de la unidad de disco duro. Controla las velocidades de giro, gestiona los movimientos del cabezal y ejecuta el control de lectura, escritura y movimiento con una precisión sin precedentes. La integración de múltiples funciones en una sola matriz de silicio es un testimonio de su sofisticación. Este SoC personalizado tiene el tamaño perfecto para la aplicación y está optimizado para cálculos, velocidad, memoria y eficiencia energética específicos para reducir el desperdicio.
El controlador contiene innovaciones como la CPU RISC-V de alto rendimiento de Seagate, el primer procesador RISC-V usado para controlar las funciones de la unidad de disco duro, que ofrece hasta tres veces el rendimiento en comparación con las soluciones anteriores. Este salto en el rendimiento habilita los algoritmos avanzados que ayudan a ofrecer una mayor densidad de área.
Las mejoras de grabación incluyen la recuperación automatizada de varias revoluciones (AMRR), que automatiza las operaciones de recuperación de datos de alto impacto, la cancelación de interferencias de pistas adyacentes (ATIC) automatizada y el código externo iterativo (IOC) mejorado, que combina el poder de corrección de la decodificación LDPC con el ECC basado en pistas.
Una característica fundamental del controlador integrado de 12 nm es su servonúcleo, diseñado para orientar las pistas de datos con mayor precisión. La microarquitectura refinada del procesador, combinada con la reducción de la latencia específica de la instrucción, permite un rendimiento mejorado en cargas de trabajo de servo esenciales. Esto incluye el manejo en tiempo real de la detección de perturbaciones, las funciones de control adaptativo, la compensación de retroalimentación y el cálculo de alta velocidad de muestra. El procesador puede tardar menos de la mitad del tiempo en ejecutar la misma cantidad de trabajo que los procesadores anteriores, y eso es importante, debido a la necesidad de realizar ajustes rápidos en tiempo real al servo para mantener el accionador en la pista de datos increíblemente estrecha.
Como las unidades de disco duro ahora cuentan con más de un millón de pistas por pulgada, incluso los sonidos ambientales podrían poner en peligro la precisión del accionador. El servoprocesador de Seagate, que funciona a intervalos de picosegundos, procesa hasta 4.000 millones de bits por segundo y ejecuta algoritmos complejos para contrarrestar las posibles perturbaciones y mantener la precisión de seguimiento de la unidad al realizar los movimientos exactos necesarios para los accionadores de tres etapas de los cabezales de la unidad.
El controlador de Seagate incluye un frente analógico de canal de lectura totalmente personalizado que muestrea a velocidades que superan los 4 Ghz, lo que equivale a una nueva muestra cada cuarto de nanosegundo. Estas mejoras de procesamiento no comprometen la eficiencia energética.
La transición de un chip de 28 nm a un chip de 12 nm es otro salto adelante, lo que permite reducir los costos de la matriz y el consumo de energía. Este cambio en la tecnología de proceso es crucial para acomodar más transistores dentro de la misma área de chip, lo que reduce los requisitos de voltaje y ofrece un perfil de energía mejorado.
La arquitectura RISC-V desempeña un papel fundamental, ya que ofrece una personalización que facilita las tareas informáticas específicas de la aplicación, incluidas las simulaciones y el entrenamiento de modelos de aprendizaje automático. Además, el uso de arquitecturas de seguridad abiertas prepara el camino para el movimiento seguro de los datos, una consideración importante en el panorama actual centrado en los datos.
Adicionalmente, las modificaciones específicas de Mozaic 3+, como la mitigación del "salto de modo", refuerzan aún más la fiabilidad y el rendimiento de la unidad, lo que garantiza que las unidades de disco duro empresariales emblemáticas de Seagate conserven la ventaja entre las soluciones de almacenamiento de alta densidad.
Al centralizar toda la pila, desde el diseño hasta la fabricación, Seagate garantiza el control directo sobre la integración y el rendimiento de su silicio, lo que lo distingue como el único fabricante de unidades de disco duro con tales capacidades.
Lector espintrónico de 7.ª generación
Los granos más pequeños de datos escritos solo son útiles si se pueden leer. Integrado junto con los subcomponentes del escritor plasmónico, el lector también necesitaba evolucionar. Al incorporar tecnología cuántica, Mozaic 3+ incluye uno de los sensores de lectura de campo magnético más pequeños y sensibles del mundo, el lector espintrónico de 7.ª generación.
Una característica clave del lector espintrónico de 7.ª generación es su ancho de pista muy estrecho, que garantiza una lectura precisa de la pista prevista a la vez que minimiza la diafonía de las pistas vecinas.
En esencia, el lector confía en el efecto de magnetorresistencia de túnel, un fenómeno de mecánica cuántica en el que la resistencia eléctrica de una unión de túnel magnética (MTJ) cambia dependiendo de la orientación relativa de las capas magnéticas separadas por una barrera aislante. El diseño del lector garantiza una lectura magnética de alta resolución, lo que minimiza la interferencia entre pistas, lo cual es vital para leer con precisión los bits grabados más pequeños y más densos en las unidades Mozaic 3+ en comparación con las unidades de disco duro tradicionales.
El lector incluye una compleja pila de capas integradas en el conjunto del cabezal de lectura. Esta pila comprende varias capas magnéticas y no magnéticas, cada una de las cuales desempeña un papel específico en el proceso de lectura. Las capas trabajan en colaboración para convertir las señales magnéticas de los bits grabados en señales eléctricas, que luego se procesan y decodifican para recuperar los datos almacenados.
La composición y las propiedades de la pila magnética se seleccionan meticulosamente para ofrecer un rendimiento óptimo. Las capas magnéticas incluyen la capa libre (FL), que es sensible a los campos magnéticos externos de los datos grabados; la capa de referencia (RL), que mantiene una orientación magnética estable; y el antiferromagneto sintético (SAF), que actúa como un búfer para evitar que la orientación magnética del RL influya en el FL.
Para preparar la pila de lectores para la tecnología Mozaic 3+, los materiales y el grosor de las capas se seleccionan por su estabilidad térmica para soportar las fluctuaciones de temperatura durante el proceso de escritura. La capa de barrera de la unión del túnel, hecha de óxido de magnesio (MgO), se somete a una oxidación controlada para ajustar la sensibilidad y la eficacia del lector.
La pila del lector se construye mediante un proceso de deposición de múltiples cámaras en condiciones de vacío continuo para evitar la contaminación. La precisión requerida durante el proceso de capas exige controles exactos sobre el grosor de cada capa, lo cual es crucial para el rendimiento del lector.
El innovador diseño de la pila de Seagate optimiza la sensibilidad y la relación señal/ruido, lo que permite una lectura precisa de la superred de aleación de platino de Seagate y facilita las densidades de datos más altas en las unidades de disco duro Mozaic 3+.
Más allá de la nube: El futuro para todas las aplicaciones que consumen muchos datos
La tecnología Mozaic 3+ de Seagate desempeñará un papel fundamental a la hora de satisfacer las crecientes demandas de las aplicaciones de uso intensivo de datos. El impulso para una mayor densidad de área se ve alimentado por la creación exponencial de datos en múltiples sectores, desde los centros de datos empresariales hasta los centros de datos en la nube, lo que requiere soluciones de almacenamiento de datos más eficientes y rentables.
Las aplicaciones exigentes de datos que se beneficiarán de los avances en la densidad de área incluyen modelos de aprendizaje automático que requieren grandes conjuntos de datos para el entrenamiento, servicios de transmisión de video que necesitan almacenar y entregar contenido 4K y 8K, y bases de datos de investigación médica que acumulan secuencias genómicas a gran escala.
La plataforma Mozaic 3+ de Seagate está preparada para ofrecer estos avances no solo para los centros de datos de hiperescala y en la nube, sino también para una amplia gama de productos de almacenamiento.
A medida que la tecnología se integre con el tiempo en las diversas familias de unidades de disco duro de Seagate, como IronWolf Pro, SkyHawk y Exos, los beneficios se extenderán a través de varias aplicaciones, desde entornos de nubes híbridas y multinube hasta necesidades de almacenamiento de alta capacidad y capacidad de rango medio. Las aplicaciones con una gran cantidad de datos de todo tipo dependerán cada vez más de las soluciones eficientes y de alta capacidad que solo permite Mozaic 3+.
Pero Mozaic 3+ de Seagate es más que un avance tecnológico: es una promesa de sostener el crecimiento inexorable del universo digital. Las tecnologías de densidad de área de la plataforma serán fundamentales para mantener el crecimiento continuo de las aplicaciones de uso intensivo de datos, respaldando el desarrollo de nuevos servicios y la expansión de los existentes.
Al mirar hacia el futuro, la capacidad de almacenar, acceder y aprovechar grandes cantidades de datos será esencial para impulsar la innovación y aprovechar todo el potencial de la era digital. Con la introducción de Mozaic 3+, Seagate no solo mantiene el ritmo de la explosión de datos, sino que marca el ritmo, e impulsa el avance de las soluciones de almacenamiento hacia un horizonte donde el potencial de los datos es ilimitado.
