Алекс Блеквелл, главный инженер WD по EMEA, рассказывает о малоизвестных и удивительных технологиях, которые применяются в HDD сегодня, и о том, какие странные и неожиданные решения позволят наращивать емкость в будущем. Бонус: подробности о грядущем гибридном приводе от WD

Жесткий диск — один из самых удивительных компонентов современного компьютера. Только представьте себе, что мы все еще храним данные с помощью магнитно-механической технологии, которая существует с 50-х годов ХХ века и успела повидать ламповую электронику и грампластинки. Представьте, что мы живем в альтернативной Вселенной, где жесткий диск никогда не был изобретен и все данные записываются на Flash-память или другие твердотельные носители. Тогда что вы скажете на предложение сохранять информацию в виде намагниченных участков на вращающемся диске, где записывающая головка сможет точно позиционироваться на дорожках, расстояние между которыми сопоставимо по размеру с транзисторами, создаваемыми в интегральных схемах с помощью фотолитографии? Это невозможно, слишком сложно, ненадежно и недолговечно? Нет, это реальность, которую мы принимаем как нечто само собой разумеющееся. Пример технологии, доведенной до изначально непредсказуемого, даже абсурдного уровня.

Хотя в основе технологии HDD лежат простые принципы, для того чтобы она достигла таких высот, потребовались десятки лет разработки и научных исследований, огромное количество сложных, нетривиальных, подчас остроумных и невероятных решений, о которых немного известно за пределами круга людей, по профессии связанных с производством жестких дисков. Мы побеседовали именно с таким человеком — ему можно задать все вопросы, приходящие в голову по поводу технологий жестких дисков, которые применяются сейчас и будут внедряться в будущем. Знакомьтесь: Алекс Блеквелл (Alex Blackwell), главный инженер компании Western Digital в регионе EMEA.

Блеквелл часто общается с компьютерной прессой, но это явно не тот случай, к которому подошло бы казенное «по долгу службы часто приходится общаться». Чувствуется, что ему действительно нравится рассказывать людям о технологиях. Алекс говорит так увлеченно и ярко, что двухчасовое интервью с ним пролетело на одном дыхании. Это, в общем-то, и было мало похоже на интервью. У Алекса не пришлось ничего «выспрашивать», и на один вопрос он выдавал гораздо больше интереснейшей информации, чем мы изначально рассчитывали получить. Получилась фактически полноформатная лекция об интересных и неочевидных фактах, касающихся жестких дисков.

Составляя список вопросов, мы постарались сократить банальности из разряда «как у WD дела сейчас и каковы планы на будущее?» и узнать больше о жестких дисках в целом, не боясь в чем-то показаться наивными и невежественными. Алекс с удовольствием позволяет собеседнику быть жадным до знаний «почемучкой».

А еще у Блэквелла очень яркая речь, насыщенная метафорами и юмором. Попытаемся передать это в тексте, сделав его максимально близким к «непричесанной» стенограмме. Тем не менее, поскольку разговор постоянно крутился вокруг одних и тех же вопросов, мы именно так его и скомпонуем — в виде конспекта нескольких главных тем. Никакого единого сюжета, просто сборник увлекательных историй про жесткие диски. Вся речь идет от лица Алекса Блеквелла, вопросы и комментарии автора — курсивом.

О парковке головок и встроенном электрогенераторе

3DNews: Мы не так давно узнали, что жесткий диск использует электрический генератор, чтобы можно было завершить запись сектора в случае аварийного отключения. Можно рассказать об этом поподробнее?

Алекс Блеквелл: Когда внезапно пропадает электропитание, первое и самое важное для безопасности привода — запарковать головки. Потому что если они приземлятся на магнитный носитель, то они просто прилипнут, и больше не смогут подняться (в работе головка фактически летит над поверхностью за счет потока воздуха. — прим. автора). Это конец. Настолько гладкие у них поверхности. Представьте себе два абсолютно гладких листа стекла, прижатые друг к другу. Сколько силы нужно, чтобы разорвать их! Если вы включите привод после того как головки прилипли к диску, то вращение шпинделя просто оторвет кончик актуатора. Поэтому для парковки мы поднимаем головки и относим их на отдельную пластиковую площадку. Вернее, опускаем актуатор, а сами головки на кончике висят в воздухе.

На парковку головок при обрыве питания у нас всегда есть немного свободного времени. Эта операция осуществляется с помощью электрического генератора. Но генератора как отдельного устройства в жестком диске нет. Двигатель просто используется в «реверсе», что можно сделать с любым электрическим мотором.

Так обстоят дела в течение последних 15–20 лет. Диски более старых типов парковали головки прямо на поверхность диска, у внутреннего края. Там был магнитный замок, который удерживал актуатор на месте. Если вы помните, то, выключая такой старый привод, вы слышали щелчок. Это актуатор приближался к магниту и защелкивался там. Для Western Digital производство таких дисков закончилось в 2005–2006-м, может, даже в 2007 году.

Парковать головки прямо на диске можно было потому, что изначально поверхность была не столь гладкой и головки были крупнее. Вообще, тогда все было проще. Потом поверхность потребовалось сделать очень гладкой, чтобы головка летала очень близко (сейчас зазор между головкой и поверхностью диска составляет единицы нанометров. — прим. автора). И однажды она стала слишком гладкой, чтобы можно было взлететь с нее после парковки. Тогда мы начали использовать лазер, чтобы создать текстуру на поверхности диска в парковочной зоне. Теперь, с 2007 года, парковочная зона находится вне поверхности диска, на пластиковой площадке. То есть принцип парковки головок пережил всего три этапа развития, но, несмотря на это, в данной области задействовано очень много тонких технологий.

Однако вернемся к ситуации обрыва питания. Помимо того, чтобы запарковать головки, вторая задача — спасти настолько много пользовательских данных, насколько возможно. Нужно передать на носитель фрагмент информации, который записывается в данный момент, завершить запись текущего сектора. Для этого мы просто используем остаточное вращение носителя.

Некоторые впечатляющие цифры и двухступенчатый актуатор

Первый жесткий диск появился в 1956 году. Вспомните другие технологии из 1950-х. Например, радиолампы. С тех пор у нас появились транзисторы, затем первые интегральные схемы, а затем — LSI (Large Scale Integration, микросхемы с сотнями тысяч транзисторов). Или возьмем аудиозапись. Большую часть времени мы использовали пластинки со скоростью вращения 78 об/мин. Сначала с пластиковыми иглами, потом с алмазными, потом появилась магнитная лента, CD, MP3. Некоторые технологии просто прыгнули вперед, но дисковые приводы все еще работают так же, как встарь. Есть вращающийся диск и актуатор, движущийся вдоль него, магнитная поверхность с индуктивным принципом записи и чтения. Разве что автомобили остались такими же, как в то время.

Но представьте себе первый жесткий диск от IBM. Допустим, размер одного бита на этом диске 50-х годов сопоставим со стадионом «Спартак». Насколько же тогда велик бит на современном диске? Размером с этот стол? Размером с эту комнату? Размером с мой большой палец? Правильно, именно палец! Площади, занимаемые одним битом сейчас и тогда, соотносятся в масштабе 108. То есть 104 в каждом направлении.

Геометрия жесткого диска постоянно сжимается. Сейчас дорожки на носителе находятся на расстоянии 50–60 нм друг от друга. А теперь вспомните микропроцессоры Intel, которые для производства по норме 28 нм используют фотолитографию, фабрики с гигантским оборудованием. А у нас в то же время есть вращающийся диск, и мы можем позиционировать головку в центре одной из дорожек, которые разделяют всего 60 нм, с точностью около 10 нм. Это настоящий хай-тек.

Вы знаете, что такое двухступенчатый актуатор (Dual Stage Actuator)? Представьте, что моя рука — это акутатор с головками на конце. Вот поворотная точка в плечевом суставе. И если вам требуется улучшить позиционирование руки, то можно обратить внимание на сустав пальца. На двухступенчатом актуаторе есть своего рода дополнительный маленький актуатор, который может перемещаться всего на несколько дорожек влево и вправо. За счет этого мы можем повысить точность позиционирования. Мы используем эту технологию уже около двух лет в корпоративных продуктах (серия RE3), а в 2012 году внедрили в некоторых потребительских моделях. В терабайтном диске серии Green, нескольких Blue, всей линейке Red, а теперь и в Black.

WD Black и терабайтные пластины

3DNews: Расскажите, почему диски серии WD Black показывают такую впечатляющую производительность, в особенности — в тестах произвольного доступа?

Алекс Блеквелл: Одна из основ высокой производительности — скорость вращения шпинделя. Вторая основа — быстрый актуатор, за счет которого уменьшается время поиска дорожки. В дисках серии WD Black и RE в двигателе актуатора используются два больших магнита. Более сильный магнит позволяет быстрее двигать головки. В других сериях, Blue и Green, устанавливают более компактный одинарный магнит, поэтому Black опережает Blue по скорости произвольного доступа, хотя последние тоже работают на 7200 об/мин.

3DNews: А когда же появятся диски WD Black с пластинами объемом 1 Тбайт?

Алекс Блеквелл: Это вопрос приоритетов. Нет технологической причины, по которой мы не можем этого сделать. Терабайтные пластины уже применяются в «зеленой» серии при объеме 1–3 Тбайт, в «синей». Понимаете, когда ты проектируешь жесткий диск и хочешь продать его с прибылью, то нужно сочетать много параметров: производительность, объем, выход годных компонентов при производстве и множество других. Важно сочетание факторов, а не просто обладание определенной технологией. Я полагаю, что для WD Black терабайтные пластины просто еще не пришли в зону оптимального сочетания характеристик.

Как устроены головки

3DNews: Что собой представляют головки типа GPP / GMR (Perpendicular to Plane / Giant Magnetoresistance), которые сегодня используются в жестких дисках? Как они работают?

Алекс Блеквелл: Оригинальный жесткий диск IBM и все последующие диски вплоть до 1996–1997 годов имели единые головки чтения/записи. Такая головка представляет собой разорванное кольцо с проволокой, накрученной сверху. Когда на проволоку подается ток, возникает магнитное поле, которое «вытекает» через разрыв в кольце. Если поднести разрыв к чему-то, что может быть намагничено, оно намагничивается. Что и происходит с поверхностью пластины в жестком диске: возникают участки, имеющие магнитные полюса — северный и южный. В то же время, если не подавать на головку напряжение, а просто провести вдоль намагниченного участка, в ней возникает ток.

Со временем стало очевидно, что единое устройство представляет собой компромисс. Что хорошо для записи, может быть неоптимальным для чтения. Тогда нашла применение идея магниторезистивности. В качестве считывающей головки стали использовать резистор, который меняет сопротивление в присутствии магнитного поля. А в качестве записывающей головки — отдельную индуктивную часть. И больше никакого компромисса. Позже появилось второе поколение этой технологии — GMR (Giant Magnetoresistance), где Giant указывает на величину напряжения, которое позволяет развить резистивный элемент. Он просто стал более чувствительным. А на будущее после GMR у нас есть вот какая штука: TuMR — Tunneling Magnetoresistance, которая еще больше повысит эффективность головки.

Теперь о записи. Катушка с разрывом в середине, о которой я говорил изначально, используется для так называемой продольной магнитной записи. Намагниченные участки на пластине образуются в продольной ориентации. Подобно тому, как машины паркуются на улице.

Но теперь мы берем и устанавливаем эти магнитики вертикально. Получается перпендикулярная запись. Не зная технологии, трудно себе представить, как это делается. На самом деле, нужно добавить к магнитной пластине еще один слой, который как бы отражает один из полюсов катушки и создает слабый магнитный эффект, распределенный по большой площади. Вот как работает перпендикулярная запись. Для машин также было бы лучше, чтобы они парковались вертикально, особенно в Москве. Главное — не забыть убрать кофе из подстаканника.

Технологии будущего: Shingled Recording, Heat-Assisted Recording, Bit-Patterned Media

3DNews: В новостях уже мелькают технологии под названиями Shingled Recording, Heat-Assisted Recording, Bit-Patterned Media, которые позволят плотности записи на HDD расти в будущем. В чем их сущность и как скоро можно ожидать появления коммерческих продуктов, в которых они будут внедрены?

Алекс Блеквелл: Shingled Recording — это такая странная технология, которая заимствует кое-что у SSD. Идея в том, чтобы, как и сейчас, записывать данные последовательно на магнитную пластину, только вместо одной дорожки здесь и одной там с промежутком между ними мы будем накладывать дорожки одна на другую. Но нам придется быть очень осторожными в том, как применять эту технологию. Потому что Shingled Recording повлияет на то, как хост-контроллер будет использовать привод. И в конце концов она может оказаться всего лишь нишевым решением для конкретного рынка, который будет в ней заинтересован.

Прим. автора: коль скоро дорожки накладываются друг на друга, при необходимости записать фрагмент данных на одной дорожке придется сначала прочитать и сохранить все данные из пересекающихся дорожек, а затем записать все это обратно на диск. Другой вариант — стараться производить запись на свободные участки, что приведет к сильной фрагментации файлов. Все это действительно очень похоже на то, как работает SSD с NAND-памятью, которая также позволяет освобождать ячейки для перезаписи только в виде крупных блоков (скажем, по 128 Кбайт). Поскольку у жестких дисков и так плохи дела с произвольным доступом, то похоже, что дискам с Shingled Recording уготована судьба хранилищ больших объемов данных с преимущественно последовательной записью.

Cледующая технология — Heat-Assisted Recording. Возьмем кусок масла. Вы достаете его из холодильника и кладете на стол в теплый день. Тогда оно становится очень мягким, и в нем можно проделать дырку пальцем. Но чтобы сделать дырку в куске сразу из холодильника, нужно что-то очень острое. Точно так же удобно представить свойство магнитного носителя — coercivity.

Коэрцитивная сила — такое размагничивающее внешнее магнитное поле напряженностью H, которое необходимо приложить к ферромагнетику, предварительно намагниченному до насыщения, чтобы довести до нуля его намагниченность I или индукцию магнитного поля B внутри (Wikipedia).

Для диска с малой плотностью записи подходит мягкое масло (низкое coercivity) и толстый палец (большое расстояние между головкой и носителем). Для диска с большой плотностью записи, чтобы удерживать намагниченные участки, нужно твердое масло (высокое coercivity), а чтобы производить запись — очень, очень острый «палец»: большая напряженность магнитного поля и меньший зазор между записывающей головкой и носителем.

Возьмем жесткий диск IBM из 1950-х. Можно было разглядеть провода, накрученные на головке, и расстояние до носителя. Теперь головки изготавливаются как интегральные схемы, из тонкопленочных материалов. Но я, вероятно, буду вынужден вас убить, если расскажу о головках слишком много. Головки — это технология, которая держит нас в бизнесе.

Итак, мы можем развить только ограниченную напряженность магнитного поля. И приблизить головку к носителю тоже уже не можем. Но мы можем сделать намагниченный носитель «тверже». Нам нужен небольшой лазер, чтобы сделать масло мягким, проделать в нем дырку и положить обратно в холодильник. Вы можете ожидать, что эта технология станет коммерчески доступной в течение двух-трех лет. Но сначала — Shingled Recording, которая может как сочетаться с Heat-Assisted Recording, так и применяться отдельно.

Другая технология, которая значится в нашем технологическом roadmap’е после HAMR, — это Bit-Patterned Media. HAMR, как и сейчас, все еще подразумевает использование непрерывного носителя, хотя и из экзотических материалов. А Bit-Patterned Media означает запись индивидуальных битов данных, окруженных пустотой. Тогда намагниченные участки смогут располагаться очень близко друг к другу, не вызывая интерференции. Проблема в том, чтобы создать структуры такого размера. Существующая литография не дает нам даже той плотности записи, которую мы имеем с непрерывным носителем. Должны произойти большие улучшения в литографии, чтобы за счет Bit-Patterned Media произошло увеличение плотности записи.

«Нативная» поддержка секторов 4 Кбайт

3DNews: Ну когда уже?

Алекс Блеквелл: Мы хотели бы увидеть «нативную» поддержку секторов 4 Кбайт. Они уже дали нам преимущество на уровне самого накопителя: форматирование стало на 10% эффективнее, коррекция ошибок — проще. Но только представьте, столько денег уже вложено в инфраструктуру, построенную вокруг секторов 512 бит…

Я бы показал вам диск WD с «нативной» поддержкой секторов 4 Кбайт прямо сейчас (нужно только сначала заказать из США). А как только рынок будет к этому готов, мы тут же можем начать их продавать. Достаточно одного-двух месяцев на подготовку.

Жесткие диски с гелием. До семи пластин в корпусе

3DNews: HGST не так давно продемонстрировала жесткий диск, вместо воздуха заполненный гелием. Будут ли за счет этого действительно коммерчески производиться жесткие диски с семью магнитными пластинами?

Алекс Блеквелл: Гелий хорош тем, что он менее плотный по сравнению с воздухом. Из-за меньшей плотности можно сделать магнитные пластины тоньше и легче, можно поместить больше пластин в корпус, вплоть до семи. Подумайте о компаниях, которые хотят получить максимальную плотность данных на квадратный метр. Вот им понравятся такие диски.

3DNews: А нельзя ли было с таким же успехом просто разрядить воздух внутри корпуса?

Алекс Блеквелл: Мы все используем аэродинамическую технику, чтобы контролировать расстояние от головки до поверхности носителя. И я не знаю, какова будет физика при использовании разряженного воздуха. Я также думал об использовании водорода вместо гелия. И об этом я также не могу ничего сказать. Водород легче получить, чем гелий, — путем электролиза воды. А вот ресурс гелия ограничен, и, чтобы получить больше, нам нужен токамак — установка для термоядерного синтеза. Хотя если гелия хватает для наполнения шариков, то, предполагаю, будет достаточно и для жестких дисков.

На самом деле, мы сейчас уже используем гелий в процессе производства. Привод заполняется гелием на стадии, которая требует большой точности позиционирования головок. Сложность при внедрении гелия в коммерческих продуктах состоит в том, чтобы удержать его внутри по меньшей мере в течение гарантийного срока. Молекула газа очень маленькая, поэтому легко выходит через мельчайшие поры. Я не знаю подробностей о том, как это сделала HGST, но если вы посмотрите на конструкцию жесткого диска, то увидите элементы, на которые для этого нужно обратить особое внимание.

Первая вещь — нужно заблокировать воздушный фильтр. Привод превратится в сосуд под давлением. Вторая — нужно убедиться, что прокладка между крышкой и корпусом не является пористой для гелия. Это задача по части материалов.

3DNews: Появятся ли когда-нибудь диски с гелием под брендом WD?

Алекс Блеквелл: Я никогда не говорю «никогда». Мы уже используем гелий в производстве и знаем, какие технологии для этого нужны. Кроме того, преимущество в нашей индустрии часто измеряется в месяцах, а не в годах.

Про надежность, долговечность и статистику

3DNews: Каков расчетный срок жизни отдельно взятого привода? Возьмем жесткий диск с MTBF (mean time between failures, «среднее время наработки на отказ») на уровне 1 млн часов. В пересчете на годы это даст совершенно нереальный срок жизни в 114 лет. Похоже, что так просто MTBF в срок жизни не переводится…

Алекс Блеквелл: На самом деле MTBF не является утверждением о долговечности отдельно взятого диска. Это статистическое утверждение о популяции дисков. Миллион часов MTBF говорит мне, что я, будучи менеджером дата-центра с сотней тысяч дисков, могу ожидать, что один из них будет отказывать каждые 10 часов. Что даст мне возможность понять, сколько запасных приводов нужно иметь на руках.

MTBF вычисляется с помощью такого теста. Если вам нужно получить MTBF 2 млн часов, вы должны сгенерировать больше 2 млн часов работы. Наполняете стойки тысячей дисков и гоняете в течение тысячи часов (шесть недель). Так и получается миллион часов. А еще мы можем повысить температуру тестового стенда, ускоряя в четыре раза амортизацию дисков. Вот уже 4 млн часов работы. Если за это время два диска отказали, то и получается MTBF 2 млн часов. На самом деле мы начали удалять MTBF из наших документов на устройства, ибо люди зачастую неправильно понимают, что означают эти числа.

И все же, какова сервисная жизнь отдельно взятого диска? По консервативной оценке, она составляет не меньше 5 лет. Вы сами вряд ли знаете кого-то, кто использовал бы компьютер старше этого срока. Проживет ли диск дольше — зависит эксплуатации. Это как машина. Если каждый день ездишь по сотне километров, то она износится быстрее, чем машина, которая выходит из гаража только в выходные.

Более точную оценку продолжительности жизни дать трудно, так как сейчас в ходу мало дисков десятилетнего возраста. Диск такой давности имеет объем всего 10-40 Гбайт, большинство из них находятся в снятых с гарантии и более неиспользуемых компьютерах. Нет данных. Все, что у нас есть на этот счет, — это частные, иногда анекдотические свидетельства. Например, один из моих клиентов недавно списал массив дисков WD, которые были куплены пять лет назад, и все до единого еще работали. А это был дата-центр с режимом работы 24/7.

Корпоративные жесткие диски изначально проектируются с упором на надежность. Это и подбор компонентов, и конструкция. Например, в дисках форм-фактора 2,5 дюйма на 15 000 об/мин используются пластины емкостью 300 Гбайт. В то время как высшая на сегодня емкость пластины этого размера — 500 Гбайт. Надежность — серьезная дисциплина. У нас в Western Digital этим занимаются множество людей со степенью PhD.

Важный фактор, который вносит вклад в надежность жесткого диска, — это температура. Чем она выше, тем чаще они ломаются. Температура — это все. У нас есть модель связи количества отказов и так называемой эффективной активационной энергии, в которую вносит свой вклад и температура. Похожие модели есть и у Seagate, HGST, Toshiba. Они очень точные, все это легко измерить и проверить. Для владельцев дата-центров мой совет: держите жесткие диски в диапазоне 40–50 °C.

Балансировка магнитных пластин

3DNews: Одна из технологий, которые отличают недавно вышедшие диски серии WD Red, как и корпоративные винчестеры WD, — 3D Active Balance Plus. Что это значит?

Алекс Блеквелл: Как на колесо машины, на блок магнитных пластин на шпинделе действуют дисбалансирующие силы в двух направлениях: одна трясет (вектор в плоскости пластин), другая качает (вектор перпендикулярный). Чтобы компенсировать силу типа «трясет», мы помещаем кусочек проволоки в виде круга с разрывом в узел мотора. Чтобы справиться с той, которая «качает», мы помещаем «пробку» в одно из отверстий на шпинделе. Такой мелкий цветной кусочек пластика.

О судьбе бывшей Hitachi GST

3DNews: Несколько месяцев назад Western Digital приобрела HGST (ранее — Hitachi GST). Что WD собирается делать с этими активами? Продолжатся ли продажи устройств HGST под отдельной маркой? И наконец, что для WD более ценно в это сделке: производственные мощности HGST или ее интеллектуальная собственность?

Алекс Блеквелл: Ответ на вопрос, что мы будем делать с Hitachi: мы не будем делать с ней ничего. Таково правило, которое для нас установило китайское министерство торговли. Мы должны сохранить две полностью независимые конкурирующие компании в течение, по меньшей мере, двух лет. Есть главная компания WD Corporation и есть две полностью независимые дочерние компании — WD и HGST. Нам в WD не позволено говорить с HGST ни о технологиях, ни о ценах, ни о чем вообще! Если бы вы работали в Hitachi, мне сейчас пришлось бы встать и уйти.

Когда два года пройдут, можно задуматься о нескольких сценариях дальнейших событий. Может оказаться, что две компании, работающие в конкуренции, — это хороший вариант. Можно объединить их, использовать лучшее от одной и лучшее от другой. Но я инженер и не участвую в принятии решений, которыми занимается топ-менеджмент. Я могу только спекулировать на эту тему.

Об R&D и конкурентном преимуществе

3DNews: Насколько важно иметь преимущество в R&D, чтобы успешно конкурировать на рынке жестких дисков? Или, может быть, жесткие диски от разных компаний в целом одинаковы и невозможно сделать нечто инновационное, чтобы этого одновременно не сделал конкурент?

Алекс Блеквелл: Это интересный вопрос. Вот, скажем, Microsoft и ее конкуренты. Вы не можете взять одну ОС и напрямую заменить ее другой. Или Intel, AMD и ARM: и их продукция тоже не является прямой заменой друг другу. С HDD все по-другому, потому что у нас есть база стандартов, которую устанавливает ATA Committee, чтобы диски были взаимозаменяемы. И это порождает острую конкуренцию. Вы правы, диски на 95% одинаковы и только на 5% различаются. И, может, даже 5% — это слишком большая оценка. Может, это всего 2%.

Но я должен сказать, что это прекрасно — быть в конкурентном бизнесе, потому что конкуренция держит тебя в форме, заставляет развивать продукты для потребителя. Мы продолжаем гонку для достижения новой удельной плотности записи, нового уровня емкости, новых технологий. Случается, что одна компания первой внедряет определенную комбинацию качеств, например продукт с интерфейсом SAS объемом 4 Тбайт, в чем WD сейчас имеет небольшое преимущество. Но это лидерство не продержится долго, лишь 3—6 месяцев. Такое конкурентное преимущество работает, когда людям нужен именно конкретный продукт. Важно выпустить продукт в нужное время при нужных рыночных условиях. В общем, преимущество может быть небольшим, но здесь малое значит много.

Как открыть производство HDD под Москвой

3DNews: А вообще, трудно было бы сейчас взять и создать нового производителя жестких дисков?

Алекс Блеквелл: Если мы вернемся назад на 30 лет, то обнаружим около 70 компаний, выпускающих HDD. Теперь их три или пять, в зависимости от того, как считать. Эти компании вобрали ресурсы всех семидесяти предшественников. В конце 1990-х Seagate купила Conner Periferals, в начале 2000-х Maxtor купила Quantum. Дисковое подразделение IBM, оригинальный изобретатель HDD, было куплено HGST, которая недавно была куплена WD. Ну а Seagate купила Maxtor. То есть, например, Seagate сегодня — это конгломерат Maxtor, Quantum, Conner, Samsung и других.

Главное здесь — интеллектуальная собственность, потому что те компании, которые остались на рынке HDD, собрали всю IP, необходимую для производства жестких дисков. Есть соглашения о том, чтобы разделить между компаниями некоторые технологии, без которых невозможно сделать жесткий диск. Но это не такая же ситуация, в которой находятся Intel и AMD. Последнюю я бы охарактеризовал как более искусственную.

Если вы и я выиграем в лотерею миллион евро и решим «эй, я хочу основать производство HDD», несмотря на все наши деньги, мы не сможем этого сделать, поскольку у нас не будет прав на технологию. Seagate, WD и Toshiba преследовали бы нас в суде, и наша фирма пошла бы вниз. Как свинцовый дирижабль!

С точки зрения производства наверняка несложно начать делать диски плохо. Мы с вами смогли бы создать рудиментарный жесткий диск из компонентов с радиорынка. Но делать это хорошо, с последними технологиями, с минимальным размером компонентов, максимальной плотностью записи — вот это сложно. Мы обладаем годами, десятилетиями опыта. Каждый день на фабрике внедряется какая-нибудь инициатива, чтобы что-то улучшить. В этом бизнесе очень крутая кривая обучения, высокий барьер для входа.

Как, жесткие диски еще не умерли?

3DNews: Что WD думает об угрозе со стороны SSD — в короткой и долговременной перспективе? Выживут ли жесткие диски в течение десяти-двадцати лет или будут полностью вытеснены твердотельными накопителями?

Алекс Блеквелл: Раз в несколько лет кто-то говорит: жесткий диск умер, и другая технология заменит его. Это очень устойчивая тенденция. Но позвольте провести мысленный эксперимент. Еще раз представьте, что жесткие диски никогда не изобретали. И вот мы сидим здесь за столом, и я говорю: у меня есть 128 Гбайт объема на SSD в ноутбуке и мне нужно больше. Кто из нас подумал бы, что можно сделать вращающийся магнитный диск и записывающая головка будет лететь в двух нанометрах над его поверхностью? Мы бы даже не поверили, что это возможно. И тем не менее это есть у нас сейчас!

Важный аспект: темпы роста удельной емкости на доллар для SSD и HDD параллельны. Каждый шаг вверх у жесткого диска отзеркаливается SSD, но кривые остаются параллельными.

Кроме того, есть одна проблема, которая представляет вызов для производителей SSD, и для WD в том числе, потому что у нас тоже есть отделение SSD. Допустимо ограниченное количество операций записи — потом привод станет бесполезным. Может, это 100 тысяч. Может, 10 тысяч. Но по мере того как уменьшается размер компонента SSD, его время жизни становится короче. С одной стороны, ты увеличиваешь емкость, а с другой — сокращаешь срок жизни. Жесткие диски не теряют способности записывать и считывать. Можно также записывать и считывать через пять лет, как в самом начале. У нас нет таких ограничений.

3DNews: Но рано или поздно мы упремся в минимальный размер ячейки в NAND-памяти…

Алекс Блеквелл: Если подумать о теоретическом минимальном размере ячейки в NAND-памяти, это будет один электрон, движущийся из субстрата в плавающий затвор и обратно. Идеальное хранилище одного бита. Возможные проблемы с надежностью решаются с помощью избыточности, коррекции ошибок.

3DNews: А каков теоретический предел емкости жесткого диска?

В середине 1990-х был разговор о максимальной емкости жесткого диска в 100 Гбит/кв.дюйм — так называемый суперпарамагнитный предел. Сверх этого невозможно намагнитить нечто таким образом, чтобы оно осталось намагниченным. Сейчас мы производим продукты с плотностью записи 720 Гбит/кв.дюйм — надежно и в больших количествах. Те, кто говорили, что суперпарамагнитный предел ограничивает плотность 100 Гбит/кв.дюйм, оказались неправы. Каков предел сейчас? Я даже не знаю. Может быть, это единственный электрон, спином которого мы будем манипулировать.

В течение нескольких десятилетий жесткий диск все еще будет с нами. Наши технологические планы уже простираются до 2020 года. SSD и HDD могут отлично сосуществовать в структуре многоуровневого хранилища. Возьмем шире: у нас есть статическая память в кеше процессоров на самом верху — очень дорогая, очень быстрая. Потом DRAM, потом SSD, жесткие диски, лента. Образуется континуум «производительность vs цена».

Гибридный HDD от Western Digital

А еще сюда проникают гибриды между SSD и HDD, которые пытаются сочетать преимущества обеих технологий. Мы уже анонсировали гибридный накопитель толщиной 5 мм, который предназначен для рынка ультрабуков. Нам нравится идея внедрить жесткие диски туда, где раньше использовались только SSD. Гибрид позволит получить 500 Гбайт объема с производительностью почти как у SSD и с ценой почти как у жесткого диска.

По сравнению с Momentus XT от Seagate он работает немного по-другому. Используется драйвер — это интеллект, который позволяет определить, куда пойдут данные внутри накопителя: на SSD, на жесткий диск или и туда и туда. Он определяет подходящее место для каждого кусочка данных на основании истории обращений, статистики операций. Устройство имеет стандартный интерфейс SATA, а твердотельный и дисковый компоненты внутри соединены «мостом». Таким образом, для операционной системы привод выглядит как обыкновенный жесткий диск, но драйвер знает о существовании моста и может к нему обращаться без ведома ОС.

3DNews: Momentus XT, напротив, работает в неведении относительно того, что происходит выше блочного уровня. Этот подход хуже вашего?

Алекс Блеквелл: Преимущества есть и у него. Это просто, и не нужно устанавливать драйвер. Особенно когда для конкретной ОС просто нет драйвера.

В качестве NAND-памяти используется MLC. В прототипах мы пробовали и SLC-память, но оказалось, что MLC вполне подходит для этого продукта и впридачу имеет преимущество по цене перед SLC.

Посмотрите, как плотно упакована электроника в нашем диске. А вот коннектор в компактном форм-факторе. Он стандартизован (прим. автора: SFF-8038). Корпус тонкий, поэтому важно, чтобы середину нельзя было продавить. Для этого шпиндель зафиксирован винтами с двух сторон, как колесо велосипеда. В обычных жестких дисках это устроено как колесо автомобиля. Скорость вращения — 5400 об/мин. 7200 об/мин — это был бы перебор, так как производительность наращивается за счет Flash-памяти.

3DNews: Собирается ли WD выпустить гибридный привод в форм-факторе 3,5 дюйма?

Алекс Блеквелл: Сейчас в планах значится версия этого диска толщиной 7 мм с двумя пластинами и таким же методом компоновки электроники. Что касается гибридов в форм-факторе 3,5 дюйма, то таких продуктов мы пока не анонсируем, но этого можно ожидать. Вопрос таков: а где убедительный спрос на такую технологию? Сейчас есть потребность в чем-то тонком, что подходит для ультрабуков.

Одна из моих специализаций — потребительская электроника. Покупатели хотят гибридный привод. Я спрашиваю, зачем он им нужен. Тогда они смотрят на ноги, начинают изучать свои ногти — и выясняется, что они не знают, зачем они его хотят!

3DNews: После того, что вы рассказали, нам кажется, что жесткий диск — это нечто вроде швейцарских часов. Такая сложная и утонченная, в своем роде «старомодная» технология…

Алекс Блеквелл: Неплохо. Но часы — это грубое и неуклюжее изделие в сравнении с дисковым приводом. Мы оперируем в масштабе нанометров. Жесткий диск на 3–4 порядка сложнее часов. Это просто оскорбление: он сравнил нас со швейцарскими часами!