市场观察|硬盘扩容进入技术变革期
物联网时代，数据的指数级增长为存储带来新的挑战。
国际数据公司(IDC)最新发布的《数据时代2025》报告显示：到2025年，全球数据圈将增至175ZB。其中大部分增长数据来自呈指数级增长的冷数据和温数据。IDC还表示，这些数据的大部分都将存储在机械硬盘上。
面对递进式的数据存储压力，机械硬盘的扩容开始提上日程。从希捷、西部数据、东芝等几大领先存储厂商近年公布的硬盘路线图来看，机械硬盘将在2025年前突破20TB、30TB大关。现阶段，采用传统垂直磁记录技术的机械硬盘，其容量极限最多达到16TB左右，再往上，PMR很难获得更多的硬盘容量提升，新的磁记录技术正在成为几大存储厂商积极探索的方向。
为了增加硬盘容量，工程师试图让每个磁盘片容纳更多的数据位或“颗粒”，如此能提高每平方英寸表面空间的位密度，磁盘上拥有更多位，代表存储的数据量越大。
不过，现阶段一个很现实的问题是，在定量的物理空间里，任何增加HDD记录密度的尝试都必须调和三个相互矛盾的目标：使记录介质上的磁性颗粒小型化；实现热稳定的磁性颗粒；并确保足够的记录性能。
这三个目标的矛盾之处在于，记录介质涂有一层精细的磁性颗粒，这些磁性颗粒根据其磁化方向保留信息。虽然可以通过使记录介质上的记录位小型化来提高记录密度，但这需要更小的磁性颗粒，而这会降低其磁化的热稳定性，失去热稳定性可能会导致数据丢失。
对此，多家存储厂商提到，在增加记录密度时增加热稳定性需要具有更高“矫顽力”的材料，以保持磁化强度。然而，较高的“矫顽力”使得记录头难以产生足够的磁场用于记录，克服这一点需要采用新一代磁记录技术,即通过外部施加能量的方式进行辅助记录。为了突破三难障碍,各大厂商都在研发新一代磁记录技术。
在西部数据、希捷两大存储企业的引领之下，MAMR(微波辅助磁记录)、HAMR(Heat Assisted Magnetic Recording，热磁辅助记录)这两大能量辅助磁记录技术近年来备受关注。
HAMR和MAMR技术，图片来源：西部数据
2017年，西部数据首次宣布MAMR“微波辅助磁记录”(microwave-assisted magnetic recording) 技术。MAMR技术主要利用由自旋力矩震荡器(STO)产生的微波场来提供能量辅助，根据这种方法，自旋力矩震荡器位于磁头的写入磁极旁边，可产生电磁场，从而在较弱的磁场中将数据写入到介质中。微型自旋力矩震荡器嵌入在磁头内部，不仅在磁头组件设计方面取得突破，还可大幅增加容量并提升可靠性。
同时期，希捷也展开了在HAMR技术上的研究。HAMR技术原理主要是将一个激光二极管直接置于写入磁头组件的前方，然后迅速地加热高矫顽磁性的介质，这种介质只有经过加热才能写入数据。随着激光二极管产生的高热量减少，介质逐渐冷却下来，介质的矫顽磁性增加，这样就可以更密集地布置这些介质而不必担心靠得太紧的磁性介质相互磁化了，自然也就增加了单位磁盘面积上的数据量。
HAMR和MAMR是为了实现同一目标而走的两种技术路线，目的都是为了在盘片上换用更稳定(更不容易改写)的磁性介质，以实现硬盘扩容，并最大程度保障数据存储的可靠性。
过去五年，我们看到希捷、西部数据、东芝等存储大佬都在积极推进新一代磁记录技术的研究与应用，业内也比较关注采用HAMR和MAMR技术的大容量硬盘上市、量产进程。
2019年1月，西数宣布其16TB 微波辅助技术(MAMR)硬盘已出样，并于2019年底推出了两款MAMR新技术硬盘，容量从18TB到20TB。不过据了解，18TB 硬盘采用的是MAMR及PMR垂直磁道磁记录技术，20T硬盘则是结合MAMR及SMR叠瓦式磁记录技术。
东芝在硬盘扩容技术路线上也选择了微波辅助磁记录(MAMR)技术，并于2021年推出了18TB容量的硬盘产品，该产品采用的是“磁能量控制型-微波辅助记录技术FC-MAMR™，自旋扭矩振荡元件的辅助记录技术。今年1月，东芝宣布成功验证了新一代磁记录技术——共振型微波辅助记录技术(MAS-MAMR)，并验证MAS-MAMR将超越FC- MAMR™的记录密度。还表示将利用MAS-MAMR技术实现超30TB大容量近线硬盘的商用化。
HAMR硬盘方面，希捷在2020年年底向其主要客户送样并供应了20TB HAMR硬盘，也是希捷第一代HAMR硬盘，使用9盘片设计，记录面密度约每平方英尺1.116Tb。同时希捷也宣言
正在研制第二代HAMR硬盘，容量大约在30TB。
目前来看，HAMR和MAMR硬盘都已成功面市，且成功突破20TB大关。不过，值得注意的是，对比早期存储厂商对于超20T大容量硬盘的路线规划，现阶段采用HAMR、MAMR技术的硬盘在容量升级以及量产目标方面较预期还是有一些距离。
东芝硬盘产品路线图，来源：东芝官网
希捷大容量硬盘规划来源：希捷官网
有业内人士表示主要是因为技术过于复杂，尤其是HAMR技术，需要包括激光波束、玻璃碟片、铁铂涂层在内的新材料，从供应链到生产线都得重来，可靠性也是个问题，成本自然居高不下。
相对而言，MAMR技术硬盘成本和传统垂直记录类似，复杂性、可靠性也都更可控(99.99%的MAMR磁头写入寿命HAMR磁头高出几个数量级)，生态方面也不需要更换新的主机管理损耗均衡。
但从厂商现阶段的产品推出情况来看，MAMR技术似乎更多只是过渡，无论是西部数据还是东芝，都是在MAMR技术基础之上叠加了其他的技术方式完成的扩容。
西部数据此前也曾透露，一旦HAMR技术成熟了，尤其是克服50TB+的硬盘技术需要之后，也会选择HAMR技术。
希捷一直专注于HAMR技术的研究和应用，并对HAMR技术抱有强烈的信心。据此前希捷公布的产品和技术路线图，HAMR热辅助磁记录技术可以使希捷能够以20%的年复合增长率提高磁盘密度。目前容量都是以1TB或2TB的幅度来提升的，将来会以4TB、6TB甚至10TB的幅度递进。希捷预计到2025年，将会有50TB的HAMR硬盘产品面市。
待硬盘容量达到30TB级别，HAMR技术或将成为后续机械硬盘扩容的唯一技术选择。
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