Heat-Assisted Magnetic Recording
Durch die dadurch erreichbare Verringerung der Magnetfeldstärke ist es möglich, dass die einzelnen Speichereinheiten noch enger zueinander angeordnet werden können; ohne dass die Problematik des Superparamagnetismus auftritt. Anhand eines in dem Schreib-/Lesekopf implementierten Lasers wird die jeweilige Speichereinheit punktuell auf die erforderliche Temperatur gebracht und anschließend durch den Schreibkopf magnetisiert.
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Seagate kündigt 16 TB HAMR-Festplatte an

Im Rahmen der stetigen Erhöhung der Datendichte setzt Festplattenhersteller Seagate auf die HAMR Technolgie („wärmegestützte Magnetaufzeichnung“). Die Technologie macht sich die physikalische Besonderheit magnetisierbarer Materialien zunutze. Dieser Effekt ermöglicht es magnetische Stoffe mit der Erhitzung - weit über einen bestimmten Temperaturwert hinaus - mit einer wesentlich geringeren Feldstärke zu magnetisieren.

Hamburg, Stellingen - 05. Dezember 2018 - Sebastian Evers


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Heat-Assisted Magnetic Recording bereits 2002 angekündigt

Als Datenretter oder Mitarbeiter eines Datenrettungsunternehmens wie Attingo ist es erforderlich, dass man möglichst up-to-date bleibt – insbesondere dann, wenn das next big thing angekündigt wird. Am Montag bin ich bei heise über die Ankündigung des Herstellers Seagate gestolpert, welcher im kommenden Jahr das erste Festplattenlaufwerk mit der eigens entwickelten HAMR-Technologie auf den Markt bringen will.

HAMR Entwicklung und Ankündigung bei Seagate

Schon 2002 hat Seagate Heat-Assisted-Magnetic-Recording unter Laborbedingungen präsentiert. Im Jahr 2007 fabulierte Seagate bereits davon, dass wir schon 2010 Festplatten mit knapp 40 TeraByte erreichen würden. In der Ankündigung HAMR-fähiger Serienfestplatten von vor knapp fünf Jahren senkte Seagate die Prognosen auf knapp 20 TeraByte in den nächsten sieben Jahren.

Und jetzt – fünf Jahre später, folgen die ersten "marktreifen" HAMR-Festplatten. Das Marktreif setze ich bewusst in Anführungszeichen, weil Seagate bei diesen Laufwerken selbst von einem Pre-Release spricht, bei dem – so mutmaße ich – die Leistung und Funktion der Datenträger außerhalb der Laborbedingungen und unter branchenüblicher Last in Serverfarmen getestet werden sollen.

Wie funktioniert die wärmegestützte Magnetaufzeichnung?

HAMR verwendet eine vollkommen neue Art magnetischer Medientechnologie, wodurch Datenbits komprimierter und dichter aneinander gesetzt werden können, als es mit bisheriger Technik möglich ist. Dabei bleibt die magnetische Stabilität der Bits durchweg erhalten. An jedem Schreibkopf der Schreib-/Leseeinheiten befindet sich eine leistungsfähige Laserdiode.

Der Laser nutzt einem Hitzeimpuls, um einen kleinen Teil der Festplatte zu erwärmen bzw. erhitzen. Der für die Datenaufzeichnung verantwortliche Schreibkopf kann die Polarität eines jeden stabilisierten Bits umkehren, sodass das Schreiben von Daten möglich ist. Dadurch lassen sich im klassischen Formfaktor der Festplatten höhere Kapazitäten auf regulären Festplatten unterbringen.

Dabei passt sich die Intensität des Hitzeimpulses bzw. des Lasers der zeitweiligen Flughöhe der Schreib-/Leseköpfe an, sodass bei höher fliegenden Schreib-/Leseköpfen ein stärkerer und bei niedrig fliegenderen ein geringerer Impuls erforderlich ist – laut Seagate sind auch noch andere Faktoren von Relevanz.

Die große Besonderheit von HAMR ist, dass das für einen Schreibvorgang erforderliche Magnetfeld sehr klein gehalten werden kann. Die bisherige Problematik lag darin, dass bei stetiger Verkleinerung der magnetischen Bereiche für die Speicherung eines Bits eine Instabilisierung zu erwarten war. Für die dauerhafte Magnetisierung durch Wärme- und Hitzeimpulse kann die ferromangetische Magnetisierung dem superparamagnetischen Effekt unterliegen und dadurch an Stabilität einbüßen.

Kompensieren lässt sich dieser Umstand durch ein höheres Koerzitivfeld bzw. eine höhere Koerzitivfeldstärke. Denn je höher die Feldstärke, desto eher behält das Bit seine Ausrichtung, ohne vom Wärmeimpuls benachbarter Bits betroffen zu sein.

Das bedeutet im Umkehrschluss, dass die Feldstärke die zur vollständigen Entmagnetisierung erforderlich ist, ebenfalls höher sein muss, so dass die Speicherbereiche durchweg remanent bleiben. Unter Remanenz versteht man das Grundkonzept magnetischer Speichermedien, welches darauf aufbaut, dass die Magnetisierung auch nach Entfernung des vorigen Magnetfelds erhalten bleibt.

Eine Steigerung der Magnetfeldstärke war beim Verfahren der Senkrechtaufzeichnung über das Jahr 2013 hinaus mehr oder weniger ausgereizt, sodass eine weitere Verkleinerung eher hinderlich als vorteilhaft gewesen wäre. Unter Einsatz der HAMR Erwärmung kann diese „Grenze“ unterschritten und eine weitere Verkleinerung vorgenommen werden.

Geringere Festplatten-Haltbarkeit durch HAMR?

Als ich das erste Mal von Seagates HAMR gehört habe, stellte ich mir eine Frage: Welche Auswirkung hat das stetige Erhitzen und Abkühlen der wärmegestützten Magentaufzeichnung auf die Haltbarkeit des Materials? Die thermische Expansion und Kontraktion sowie damit einhergehenden Dichteänderung könnten sich - meiner persönlichen Einschätzung nach - negativ auf die Lebensdauer der beschrieben Bereiche auswirken, wodurch auch die die Haltbarkeit der Festplatte sinken müsste.

Meine Mutmaßung bezieht sich darauf, dass es auf lange Sicht zu Materialermüdung kommen muss, sodass eine HAMR-Festplatte - ähnlich einer SSD - nur eine bestimmte Anzahl an Schreibzyklen pro Bit verkraften kann, bevor der Speicherbereich fehlerhaft bzw. defekt ist. Demnach müsste vom Festplatten-Controller dafür gesorgt werden, dass entsprechende Bereiche in ausgeglichener Art und Weise genutzt werden – nicht unähnlich zum Wear-Leveling bei einer SSD.

Aufgrund der Arbeits- und Funktionsweise der Festplatte würden sich dadurch Schreib- und Lesevorgänge erheblich verzögern - das wiederum würde zu Performance-Einbußen führen, wodurch die ganze Technologie quasi wieder obsolet wäre. Mehr Speicher je Laufwerk ist sinnvoll, aber welchen Mehrwert hätte das Ganze, wenn die erheblichen Datenmengen langsamer gelesen und geschrieben werden? Demnach bleibe ich vorerst gespannt, wie sich die HAMR-Technik zukünftig unter Realbedingungen schlagen wird und ob Backblaze wieder eine Ausfallstatistik - dieses Mal zu den Seagate Exos HDDs - veröffentlichen muss.

Erste Datenrettung von HAMR Festplatte

Wie bei allen Neuankündigungen und Neuentwicklungen beobachtet Attingo in "stay tuned"-Manier den Markt sehr genau. Sobald sich uns die Möglichkeit bietet die ersten Modelle der Seagate Exos (ST16000NM009) auf dem freien Markt zu erwerben oder anderweitig daran zu gelangen, werden wir diese in unsere Labore holen, um einige exemplarische Datenrettungen durchzuführen und gegebenenfalls erforderliche Werkzeuge zu entwickeln.

DI (FH) Markus Häfele
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