Antes de entrar en el tema, vamos a comentar un poco de la historia reciente de las tecnologías de almacenamiento, para poder imaginar qué nos depara el futuro a corto y mediano plazo, y por qué es importante para nosotros como especialistas en almacenamiento, respaldo, seguridad y recuperación de datos de discos duros y SSD.
IDEMA y ASTC
IDEMA (International Disk Drive Equipment and Materials Association) es la organización de comercio internacional que representa a la industria de los discos duros y SSD en el mundo.
ASTC (Advanced Storage Technology Consortium) es un foro de colaboración para investigación y desarrollo conformado actualmente por Seagate y Western Digital, las dos compañías en las que se ha consolidado el mercado de fabricación de discos duros.
Adicionalmente, participan proveedores de partes, universidades, clientes y laboratorios que trabajan para reducir el tiempo desde que se presenta una invención hasta su fabricación en masa.
MAPA DE DESARROLLO TECNOLÓGICO DE ASTC
En años pasados se publicó el roadmap de ASTC, para mostrar de manera gráfica el desarrollo de las distintas tecnologías en el tiempo, y de cómo se estaría logrando una mayor densidad de almacenamiento en los discos duros electromecánicos.
Como podemos ver, se habla de al menos 4 tecnologías principales: PMR, PMR+, HAMR y HDMR.
LAS TECNOLOGÍAS DE ALMACENAMIENTO ACTUALES
En los discos duros, la escritura de datos se realiza cambiando la orientación magnética de pequeños granos que se encuentran en capas de material especial, depositadas en platos de aluminio, cerámica o vidrio.
Antes de 2013, los discos duros usaban escritura longitudinal (Longitudinal Recording o LR), la cual permitía la magnetización del material en la superficie del disco.
Con el paso del tiempo se fueron mejorando las tecnologías que permitían escribir en pistas y sectores cada vez más pequeños, con menos energía y acercando cada vez más el cabezal de lectura a la superficie del plato en movimiento.
Sin embargo, se llegó por fin a límites físicos, en los que ya no era posible «comprimir» más la información.
Perpendicular Magnetic Recording o PMR
Usando PMR se ha logrado orientar cada bit de forma perpendicular en vez de a lo largo de la superficie.
Esto ha permitido usar tamaños de grano mas pequeños e incrementar la densidad de datos.
Shingled Magnetic Recording o SMR
SMR permite densidades más altas al comprimir las pistas entre sí, en vez de solo reducir su tamaño.
Las pistas se «enciman» parcialmente, de manera similar a las tejas de un tejado, permitiendo que más datos se escriban en el mismo espacio.
Como las cabezas de escritura son mayores que las de lectura, todos los datos pueden ser comprimidos de esta forma sin comprometer su integridad. Cada vez que se escriben nuevos datos, estos son «parcialmente encimados» (shingled).
PMR y SMR combinadas han permitido que actualmente se puedan escribir poco más de 1Tbpsi (1Tb por pulgada cuadrada), lo cual nuevamente se encuentra en los límites físicos posibles para estas tecnologías.
Esto es así porque ya no es posible cambiar el magnetismo del material sin que se vuelva inestable a temperatura ambiente.
NUEVAS TECNOLOGÍAS DE ALMACENAMIENTO
Discos llenos con helio (Helium filled drives)
El uso de helio (He) dentro de los discos duros ha sido siempre el santo grial del almacenamiento magnético rotatorio.
Las moléculas de helio son mucho más pequeñas que las del aire, por lo que al reemplazarlo en el interior del disco permiten un incremento en la densidad de escritura, pues es posible acercar aun más el cabezal al haber menos turbulencia y vibración.
Adicionalmente, se pueden instalar más platos, se reduce la cantidad de energía para hacerlos girar, y la temperatura baja debido a una conductividad térmica mayor.
A pesar de que se conocen estos beneficios del helio desde hace muchos años, hasta hace muy poco tiempo se logró el desarrollo de conectores, bases, tapas, válvulas y sellos que impiden la filtración del gas.
Double multi-actuator (Seagate MACH.2)
Aumentar la capacidad es solo parte de la solución. Por ello, Seagate desarrolló un sistema de doble cabezal (actuator), el cual permite que el flujo de datos se duplique.
Heat-Assisted Magnetic Recording o HAMR
HAMR nos permite incrementar la densidad de área de almacenamiento calentando temporalmente el material magnético con un pequeño láser mientras se escribe.
Todo el proceso de calentar-escribir-enfriar toma menos de un nanosegundo.
Para la implementación de HAMR se ha tenido que rediseñar el cabezal de lectoescritura, así como las capas y materiales en donde se grabarán los datos.
A más información, más energía y por lo tanto, más calor. Tan solo la superficie de protección de la capa de grabación debe sobrevivir a ser calentada a más de 400 grados centígrados y aun así mantenerse confiable entre los datos y la cabeza de escritura.
En 2017 se hizo una demostración (por WD), de la grabación usando HAMR, logrando hasta 1.97 Tbpsi (Terabytes por pulgada cuadrada), es decir, casi 2Tb de datos en un área poco mayor a la que ocupa una huella digital.
HARM podría llevar la densidad de datos hasta unos sorprendentes 5Tbpsi.
Seagate en 2019 presentó su línea de discos Exos, que combinan estas tecnologías para ofrecer capacidades de hasta 14Tb por unidad.
EL FUTURO DEL ALMACENAMIENTO EN DISCOS DUROS
HDMR (Heat pattern media recording) o Bit-patterned media recording o BPMR
En los discos duros actuales la grabación ocurre en granos magnéticos de unos 8nm de diámetro. Un bit de datos utiliza de 20 a 30 granos magnetizados en una sola dirección.
Debido al efecto conocido como superparamagnetismo, con la tecnología actual no es posible impedir el cambio espontáneo de orientación magnética a temperatura ambiente, al usar granos más pequeños.
BPMR permitirá crear «barreras» impresas con nanolitografía entre «islas» de granos cada vez menores, lo que permitirá densidades de 20 a 300Tbpsi en el futuro, probablemente hacia el año 2025.
ACERCA DE MAMR (Microwave assisted magnetic recording)
En 2018, durante la conferencia de la IEEE Magnetics Society se habló acerca de la tecnología avanzada para discos duros, especialmente acerca de HAMR, MAMR y otros tipos de MRAM (magnetic random-access memory).
MARM es una técnica diferente de HAMR pues en vez de láser, usa un Spin-Torque Oscillator (STO) para generar microondas.
Los electrones en el área magnetizada tienen un estado de spin, que tiende a estar en una dirección u otra. Al aplicar microondas en la frecuencia correcta, un efecto de resonancia puede alterar el spin y hacer más fácil al cabezal el cambio de la polaridad magnética de los granos.
Se piensa que se podrán alcanzar densidades de 4Tbpsi en poco tiempo, y WD ya ha lanzado discos de 18 y 20Tb usando MARM.
Existen muchas otras tecnologías muy interesantes, como brazos articulados (multi-stage actuation) y el Damascene Process, utilizado para la fabricación de nuevos cabezales de lectura y escritura.
La combinación de todas estas tecnologías permite proyectar discos duros por encima de los 100Tb alrededor del año 2032.
MAMR, HARM, HELIO, ALMACENAMIENTO, RESPALDO, SEGURIDAD Y LA RECUPERACIÓN DE DATOS
Como especialistas en estos temas, debemos mantenernos a la vanguardia de la industria para prevenir problemas y asegurar la permanencia, integridad y disponibilidad de la información.
Almacenamiento
Los discos con capacidades grandes siempre son adoptados primero por los grandes centros de datos.
Estos centros generalmente tienen redundancia, por lo que la falla de unos cuantos discos no supone un riesgo demasiado grande para la información.
Pero ya no es raro ver unidades NAS de bajo costo, con discos muy grandes, disponibles para el publico en general.
Por ello es importante dimensionar correctamente el espacio que será requerido para el almacenamiento de la información.
Respaldo
En esta era del Big Data, las empresas están generando cantidades ingentes de información importante, la cual requiere ser respaldada en algún lugar.
Esto nos obligará a duplicar o triplicar la necesidad de espacio disponible en poco tiempo, y a implementar sistemas de respaldo redundantes y confiables.
Plan de recuperación de desastres
Cada vez hay más amenazas contra la seguridad de la información, por lo que mantener dos o tres respaldos no es suficiente para asegurar la sobrevivencia de los negocios ante una eventual pérdida de datos.
Es vital tener un plan de recuperacion de desastres que incluya prevención, mantenimiento, respaldo, protección y procedimientos que permitan la vuelta a la operatividad en el menor tiempo posible.
Recuperación de datos
Aun las mejores tecnologías fallan de vez en cuando, y también están expuestas a accidentes y otros daños.
El reto para los laboratorios de recuperacion de datos es encontrar los métodos y procedimientos que nos permitan hacer reparaciones de emergencia para recuperar la información, aun en los casos de tecnologías que en primera instancia no son reparables o para las que no existen refacciones o herramientas disponibles.
PALABRAS FINALES
Intencionalmente hemos mantenido el tono lo menos técnico posible, para poder acercar esta información al publico en general, pero en realidad hay mucho más que decir al respecto.
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