Disque dur, la densité surfacique n’a pas fini de progresser !


Disque dur, la densité surfacique n’a pas fini de progresser !

Technologies PMR, SMR, TDMR, MAMR, HAMR, BPMR, HDMR, Multiactuator des disques durs

Pour résister aux assauts de la mémoire Flash, les disques durs traditionnels innovent pour augmenter leur capacité de stockage. Si la majorité des modèles actuels reposent sur la technologie PMR, ceux de demain s’appuieront sur de nouvelles techniques en cours de développement pour augmenter la densité surfacique des plateaux et les débits.

Technologie PMR, la première révolution du stockage de données

La méthode d’enregistrement « originelle » des données sur un disque dur mécanique était la technologie LMR (Longitudinal Magnetic Recording) : l’enregistrement magnétique longitudinal. Le principe ? Les données sont déposées en cercles concentriques par la tête d’écriture à la surface du plateau, en suivant un axe parallèle à ce dernier. La magnétisation de l’information suit ainsi un alignement horizontal, mais c’était avant la révolution de la technologie PMR (Perpendicular Magnetic Recording) qui a introduit l’enregistrement magnétique perpendiculaire dans les disques durs sous l’impulsion de Western Digital en 2005. Cette fois-ci, les bits de données sont déposés verticalement, en suivant un axe perpendiculaire à la surface du disque. Un moyen d’augmenter la densité surfacique et d’atteindre ainsi 1 To de capacité de stockage par plateau.

Les technologies SMR et TDMR améliorent déjà les disques durs PMR

L’évolution technologique des disques durs traditionnels est la conséquence d’une bataille entre constructeurs : Seagate a répliqué en 2013 à WD en annonçant la technologie SMR (Shingled Magnetic Recording). L’enregistrement magnétique en bardeaux – puisque c’est de cela qu’il s’agit – prend le parti de faire se chevaucher les pistes, regroupées en une bande et ponctuées d’un sillon plus large pour l’écriture. Une innovation qui repose sur le principe que les pistes sont moins larges en lecture qu’en écriture : elles sont coupées ou couvertes au fur à et à mesure de l’inscription des informations, sans risque pour leur intégrité. En resserrant ainsi les pistes, la densité surfacique est augmentée de 25%. La méthode SMR peut par ailleurs être couplée à la technologie TDMR (Two Dimensional Magnetic Recording), autre innovation signée Seagate et introduite dans sa gamme à partir de 2017. En combinant plusieurs têtes de lecture pour lire une piste, l’enregistrement magnétique en deux dimensions apporte en effet 10% de densité surfacique en plus, en rapprochant les bits tout en évitant le bruit inter-piste. On parle alors de PMR+ lorsqu’on combine PMR et SMR ou TDMR.

MAMR vs HAMR : oscillateur contre faisceau laser

La miniaturisation des grains magnétiques est un défi pour les constructeurs qui souhaitent sans cesse augmenter la capacité de stockage des disques durs mécaniques, car l’enjeu est de préserver la fiabilité du stockage des données en maintenant leur stabilité. C’est la problématique qui se pose avec les technologies MAMR (Microwave-assisted magnetic recording) de Western Digital et HAMR (Heat Assisted Magnetic Recorded) de Seagate. La première – l’enregistrement magnétique assisté par micro-ondes – s’appuie sur un oscillateur à couple de spin près de la tête de lecture, pour produire un champ d’hyperfréquences plus faible. Cela a pour effet de resserrer les données inscrites et autoriser une densité de 4 térabits par pouce carré. La seconde – l’enregistrement magnétique assisté par la chaleur – chauffe l’emplacement de l’écriture sur le plateau via un faisceau laser pour le rendre plus « magnétisable ». Les bits sont rétrécis et la consommation d’énergie est réduite.

Vers des disques durs de 40 To

La technologie HAMR, annoncée dès 2004, devrait aboutir à des disques durs de 20 To commercialisés en 2019. Il existe toutefois des doutes sur sa fiabilité – en raison de la chaleur qu’elle génère (400 à 700° C) – et elle s’annonce par ailleurs plus coûteuse, en raison des nouveaux matériaux qu’elle exige. Défauts dont ne souffre pas la technologie MAMR, qui a nécessité un développement nettement plus rapide – son lancement commercial est aussi programmé pour 2019 – et promet même de réduire les coûts. WD vise la production de HDD MAMR de 40 To d’ici 2025, alors que Seagate pense atteindre cette capacité dès 2023 avec ses disques durs HAMR. Car ce dernier peut s’appuyer sur une autre innovation…

BPMR, la botte secrète de Seagate

La technologie HAMR a une alliée pour remporter la mise dans les prochaines années sur le marché des disques durs traditionnels : la méthode BPMR (Bit-Patterned Magnetic Recording). Attendu pour 2021, l’enregistrement magnétique à motifs binaires prévoit de réduire chaque bit à un unique grain magnétique, contre une vingtaine aujourd’hui. Ce processus lithographique nécessite de nouvelles surfaces magnétiques, mais préfigure une densité de 10 térabits par pouce carré ! On parlera alors de technologie HDMR (Heated-Dot Magnetic Recording). Seagate travaille également sur la technologie Multi Actuator pour doubler les débits, en donnant à un bras de positionnement à chaque tête de lecture afin d’exploiter plusieurs sections d’un disque en parallèle.