В жестком диске несколько металлических намагниченных пластин, которые вращаются вместе на одной оси. Над каждой такой пластиной на расстоянии нескольких нанометров от поверхности, парит головка чтения/записи. Зазор между головкой и поверхностью меньше диаметра вируса гриппа. Именно в этот зазор помещается все: и точность, и емкость, и принципиальное ограничение технологии.
Воздух мешает головке
При скорости 7200 об/мин воздух внутри корпуса перестает быть спокойной средой. Молекулы азота и кислорода образуют турбулентные вихри, которые бьют по рычагу головки. Рычаг — тонкая полоска металла длиной около сантиметра — начинает вибрировать. А дорожки на пластинах разделены промежутком в сотни нанометров: это в тысячу раз тоньше человеческого волоса. Вибрация сбивает головку с курса — диск переспрашивает данные и исправляет ошибки, тратя на это время и энергию.
Производители борются с этим через жесткость рычагов и алгоритмы коррекции позиции. Но чем плотнее упакованы дорожки, тем точнее нужно попадать — и физика воздуха рано или поздно упирается в потолок.
Гелий в семь раз легче
Плотность воздуха — 1,2 кг/м³, гелия — 0,164 кг/м³: разница примерно в 7,3 раза. В менее плотной среде вихри слабее, и сила, с которой среда бьет по рычагу головки, многократно меньше. Это означает более точное позиционирование на той же конструкции.
Помимо этого, мотору не нужно продираться через сопротивление воздуха — он тратит меньше энергии. HGST (сегодня часть Western Digital) зафиксировала снижение энергопотребления на 23% по сравнению с сопоставимым воздушным диском при той же емкости. Плюс диск работает на четыре градуса Цельсия холоднее — для серверной стойки, где стоят десятки дисков, это ощутимая экономия на охлаждении.
Больше пластин в том же корпусе
Но главное следствие — не экономия энергии, а рост емкости. В воздушном диске нельзя просто добавить лишнюю пластину: каждая следующая усиливает турбулентность, и рычаги начинают вибрировать сильнее. Конструктивный потолок для воздуха — шесть пластин в стандартном 3,5-дюймовом корпусе. Седьмой туда не помещается не по габаритам, а по физике потока.
Гелий убирает это ограничение. HGST продемонстрировала конструкцию HDD из 7 пластин еще в сентябре 2012 года. С тех пор инженеры наращивали количество пластин по мере того, как совершенствовалась герметизация корпуса. Seagate Exos X24 вмещает 10 пластин и хранит 24 ТБ. Western Digital Gold 26 ТБ — 11 пластин в том же стандартном корпусе. Ни одна из этих конфигураций в воздухе физически невозможна.
Почему гелий не вытекает
Атом гелия — один из самых маленьких в природе, значительно меньше молекул азота и кислорода. Он проскальзывает через зазоры, которые для воздуха непроницаемы. Стандартный корпус жесткого диска для удержания гелия не годится.
Поэтому гелиевые диски герметично запаяны — все стыки проклеены, соединения запечатаны. HGST вела разработку технологии герметизации около шести лет до первого публичного показа в 2012 году. Именно решение задачи надежного уплотнения превратило гелиевый диск из лабораторного прототипа в серийный продукт. Цена ошибки здесь высока: по данным сервисных компаний, занимающихся восстановлением данных, нарушение уплотнения — наиболее распространенная причина отказа гелиевых накопителей. Когда газ выходит, диск теряет защиту от турбулентности и начинает деградировать.
Десятилетие роста на одном газе
Рост емкости жестких дисков за последние десять лет — это не только история о более плотной записи битов на поверхности. Значительная ее часть достигнута за счет того, что инженеры смогли упаковать больше пластин в один корпус. Гелий дал для этого физическую возможность, а многолетняя работа над герметизацией — производственную.
В быту гелиевые диски встречаются реже, чем в серверных стойках: основные покупатели таких объемов — дата-центры и сетевые хранилища. Но если вы возьмете в руки внешний диск на 20 ТБ — внутри него почти наверняка запаян гелий, заблокированный там на весь срок службы устройства. Тот газ, которым наполняют воздушные шарики, позволил жестким дискам не сдаться под натиском SSD. Пока твердотельные накопители продолжают дорожать, HDD остается единственным способом хранить терабайты дешево — и гелий здесь несущая конструкция, а не побочная деталь.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
