Examinons maintenant en détail chaque élément de Mozaic 3+ pour comprendre comment cette technologie contribue à faire de la densité surfacique révolutionnaire de Seagate une réalité.
Support en alliage de platine en super-réseau
Dans le but d'accroître la densité surfacique, les supports en alliage de platine en super-réseau de Seagate représentent une avancée majeure dans le domaine des supports de stockage magnétiques. Cette technologie révolutionnaire permet de relever le défi de l'instabilité magnétique à l'échelle nanométrique en rendant plus difficile l'inversion des bits magnétiques qui représentent des données. Pour développer une couche de stockage « plus dure » dotée d'une coercivité magnétique supérieure à celle des disques traditionnels, les ingénieurs de Seagate ont conçu une structure en super-réseau où la disposition précise de chaque atome joue un rôle essentiel.
Pour mettre en œuvre la plate-forme Mozaic, où les données doivent être stockées sous forme de bits magnétiques plus rapprochés que ne le permettent les disques durs PMR conventionnels, le support d'enregistrement a dû être repensé en profondeur. Les structures et matériaux avancés utilisés dans les supports Mozaic 3+™ de Seagate permettent une écriture des données bien plus précise que toutes les technologies de disque précédentes. Le support n'est pas simplement un composant passif, mais un participant actif dans le processus de stockage des données, permettant de stocker davantage de données dans le même espace physique.
L'essence de cette technologie réside dans l'utilisation de particules de platine (Pt) et de fer (Fe), qui composent le support d'enregistrement des disques durs Seagate Mozaic 3+. Chaque nanoparticule, d'une taille de quelques nanomètres seulement, agit comme un bit de données individuel. L'obtention d'une granularité aussi fine tout en évitant les fluctuations magnétiques entre les bits est rendue possible par la forte anisotropie magnétique du support, ce qui signifie que l'orientation magnétique du matériau tend à rester constante au fil du temps, garantissant que chaque bit reste stable et non modifié par l'écriture des données adjacentes. Cette innovation permet aux disques durs Mozaic 3+ d'écrire des données avec une précision remarquable tout en préservant l'intégrité des données environnantes.
Les alliages magnétiques spécialisés du support d'enregistrement favorisent une orientation magnétique prédéterminée. Ceci est essentiel pour stabiliser l'état magnétique des bits individuels, réduisant ainsi leur sensibilité aux fluctuations thermiques. Le choix de Seagate d'un alliage fer-platine (FePt) granulaire chimiquement ordonné est essentiel. Son anisotropie magnétique élevée fournit la stabilité nécessaire pour que les bits enregistrés atteignent des densités surfaciques record.
Il est essentiel pour la technologie Mozaic 3+ de parvenir à un haut degré d'ordre dans le support en alliage de platine en super-réseau. Il s'agit d'un processus de fabrication sophistiqué qui utilise la croissance épitaxiale pour déposer des couches minces de FePt sur des sous-couches cristallines sur un substrat de verre spécial. Ces sous-couches servent de modèle, dictant l'orientation et l'ordre des grains de FePt pendant le processus de dépôt. Un recuit ultérieur à des températures élevées favorise l'organisation des grains de FePt, ce qui entraîne une transformation de phase qui améliore les propriétés magnétiques du support et l'alignement des grains.
Ce processus complexe et soigneusement contrôlé garantit que le support en alliage de platine en super-réseau offre une plate-forme robuste et stable pour le stockage de données haute densité. C'est grâce à l'agencement précis des atomes au sein de la structure en super-réseau que les supports de Seagate contribuent de manière significative à l'augmentation de la densité surfacique des disques durs Mozaic 3+, marquant ainsi une avancée considérable dans le domaine des technologies de stockage des données.
Le graveur plasmonique
Le support étant rendu magnétiquement « plus dur » pour éviter l'instabilité des données, sa conception nécessite un graveur révolutionnaire.
La capacité de chauffer avec précision le support en alliage de platine en super-réseau est au cœur du fonctionnement de ce graveur, tâche accomplie en portant la température à plus de 425 °C en moins de deux nanosecondes. Ce cycle thermique rapide est essentiel à l'efficacité du processus d'enregistrement de Mozaic. La complexité de cette opération implique un laser qui est contrôlé avec précision et dirigé à travers un entonnoir photonique vers une antenne quantique. Ensemble, ces composants créent un champ plasmonique qui chauffe une zone focalisée du disque, la préparant ainsi à l'écriture des données par la tête d'écriture à noyau magnétique.
La conception de la tête d'écriture à noyau magnétique a évolué pour s'intégrer parfaitement à la technologie Mozaic 3+. Chaque amélioration, de l'intégration du laser à la résistance à l'usure, a été soigneusement étudiée pour améliorer l'efficacité de Mozaic 3+.
Composants du graveur plasmonique
Le graveur plasmonique est composé d'un noyau magnétique traditionnel et de trois nouveaux éléments révolutionnaires, chacun doté d'une fonction spécifique permettant l'écriture au sein de la plate-forme Mozaic 3+ : le laser nanophotonique, l'entonnoir photonique et l'antenne quantique.
Examinons chaque nouvel élément en détail :
Laser nanophotonique :
le laser nanophotonique est le fruit d'une innovation poussée de Seagate visant à remodeler le paysage de la technologie de stockage des données.
Le laser est la source de l'énergie qui modifie temporairement les propriétés magnétiques du support en alliage de platine en super-réseau, préparant ainsi la zone pour l'écriture des données. La précision et le caractère éphémère de l’effet de l’énergie permettent d’augmenter la densité de bits pouvant être stockés par plateau. Grâce à un contrôle sophistiqué associé à l'entonnoir photonique et à l'antenne quantique, le laser ne chauffe que les nanoparticules nécessaires sur le support, ce qui réduit leur résistance magnétique et permet d'écrire les données avec une intensité de champ magnétique inférieure à celle qui serait normalement nécessaire. Le chauffage contrôlé garantit que seul le bit en cours d'écriture est affecté, ce qui préserve la stabilité et l'intégrité des données environnantes.
Seagate a mis au point un processus évolutif et économique qui intègre les lasers à sa technologie de pointe en matière de têtes d'enregistrement. Une étude approfondie a été menée pour garantir que nos lasers fabriqués en interne conservent le même niveau de cohérence et de qualité que ceux des autres grands fabricants, créant ainsi une flexibilité d'approvisionnement à long terme.
Les considérations de conception du laser nanophotonique sont méticuleuses et se concentrent sur des facteurs tels que le type et la longueur d'onde du laser, la puissance de sortie, la qualité du faisceau et le contrôle de la modulation. Chaque paramètre est ajusté pour garantir l'efficacité et la précision du laser pendant le processus d'écriture. L'intégration dans la tête d'écriture est un effort d'alignement précis, qui garantit que le faisceau laser, transmis par l'entonnoir photonique, est focalisé avec précision sur le support d'enregistrement via l'antenne quantique.
La gestion thermique est un autre aspect essentiel de la conception du laser. Seagate a intégré des mécanismes de refroidissement efficaces pour dissiper l'énergie générée pendant le processus d'enregistrement, garantissant ainsi stabilité et fiabilité. Ces optimisations de conception ne visent pas uniquement à obtenir des densités surfaciques plus élevées ; elles garantissent que la plate-forme Mozaic 3+ perpétue le leadership de Seagate en matière de stockage de données de haute capacité durable et fiable.
Entonnoir photonique :
l'entonnoir photonique est un guide d'ondes qui canalise la lumière laser directement vers l'antenne quantique avec une grande précision. Sa structure, fruit de la science des matériaux et de la nanofabrication de pointe, est conçue pour limiter la trajectoire du laser afin de préserver l'intégrité et la puissance du faisceau lorsqu'il se dirige vers sa cible. Le choix des matériaux est délibéré ; un indice de réfraction élevé est essentiel pour guider efficacement la lumière, avec une dispersion ou une perte minimale.
La percée de Seagate dans la technologie des guides d'ondes ne s'est pas limitée à la sélection des matériaux, mais s'est également étendue à la conception de la structure. La géométrie et les dimensions de l'entonnoir photonique sont méticuleusement calculées pour garantir une correspondance efficace des modes, une synergie entre la lumière et l'antenne quantique qui optimise le transfert d'énergie. Cette précision ne consiste pas seulement à contrôler la lumière, mais aussi à intensifier le potentiel de stockage des données. En fournissant un faisceau focalisé qui chauffe le support d'enregistrement à des points précis, l'entonnoir joue un rôle essentiel dans la capacité de Seagate à augmenter la densité surfacique, permettant ainsi de stocker davantage de données dans le même espace physique d'un disque dur.
La production en grand volume de ce composant a obligé Seagate à innover au-delà des méthodes traditionnelles. Les stratégies de gestion thermique font partie intégrante de la conception de l'entonnoir. Les mécanismes de refroidissement de Seagate garantissent que l'entonnoir fonctionne dans la plage de températures optimale, ce qui préserve la stabilité et prolonge la durée de vie de la tête d'enregistrement.
Antenne quantique :
l'antenne quantique, conçue par les ingénieurs de Seagate, est le point où les complexités profondes de la physique quantique et des sciences des matériaux convergent pour améliorer les capacités d'enregistrement de Mozaic.
Sa fonction principale est de convertir l'énergie laser en chaleur à une échelle incroyablement précise, permettant l'écriture des données haute densité de la plate-forme. Pour ce faire, elle génère des plasmons de surface, c'est-à-dire des oscillations d'électrons au niveau quantique induites par la lumière à la surface du métal. Cette conversion est très localisée et n'affecte que la zone où les données sont écrites.
Le développement de l'antenne quantique par Seagate a nécessité des innovations dans plusieurs domaines clés. L'antenne est le fruit d'une fabrication méticuleuse, à partir de matériaux sélectionnés pour leurs propriétés d'absorption optique et leur capacité à résister aux rigueurs thermiques du processus d'enregistrement. L'accent mis sur les propriétés plasmoniques permet à l'antenne quantique de confiner efficacement l'énergie du laser, de sorte que le chauffage est concentré et précis.
L'intégration de l'antenne quantique dans la tête d'écriture est un aspect essentiel de sa conception. Elle nécessite un alignement précis pour garantir que l'énergie du laser est focalisée avec précision sur le support d'enregistrement, permettant ainsi le chauffage précis nécessaire à l'écriture des données bit par bit.
L'antenne quantique agit comme un transducteur, transformant la lumière laser incidente en un champ électromagnétique de haute intensité en champ proche. Ce champ est ensuite utilisé pour chauffer localement le support d'enregistrement au-dessus de sa température de Curie, ce qui réduit la coercivité des bits magnétiques et permet de les réaligner, et donc d'écrire des données. La conception de l'antenne quantique améliore la coordination entre l'énergie en champ proche du laser et le champ magnétique de la tête d'écriture pour garantir la précision.
La conception intègre également des stratégies avancées en termes de gestion thermique. Ces éléments sont essentiels pour garantir que le chauffage et le refroidissement rapides s'effectuent avec la précision requise, afin de préserver l'intégrité des données environnantes et de maintenir la stabilité globale du processus de stockage.
L'antenne quantique est un facteur clé pour obtenir de meilleures densités surfaciques dans les disques durs. Elle représente une avancée significative par rapport aux technologies d'enregistrement traditionnelles, grâce à sa capacité à manipuler les données à l'échelle nanométrique.
Améliorations de la densité surfacique
Le fonctionnement collectif de ces graveurs plasmoniques entraîne une augmentation considérable de la densité surfacique. En relevant les défis posés par l'intégration d'une diode laser et grâce au contrôle précis de l'entonnoir et à l'optimisation de l'antenne quantique, la technologie Mozaic 3+ de Seagate peut encoder les données de manière plus dense que n'importe quel autre disque disque. Ce résultat a été obtenu grâce à des avancées dans la gestion thermique, l'ingénierie des matériaux et la miniaturisation des composants, reflétant un équilibre entre innovation et mise en œuvre pratique.
Contrôleur intégré en 12 nm
Le rôle du contrôleur intégré en 12 nm est multiple. L'obtention de cette densité surfacique à grande échelle et d'un coût total de possession attractif nécessite une approche unique de l'électronique qui contrôle tout ce qui se trouve sur le disque dur, de l'activation à l'enregistrement, en passant par la sécurité. Il fallait pour cela un contrôleur intégré, un système sur puce (SOC), entièrement développé en interne par les experts en conception de silicium de Seagate.
Le contrôleur regroupe les canaux de lecture, la gestion des disques et les protocoles d'échange de données, devenant ainsi le cœur opérationnel du disque dur. Il contrôle les vitesses de rotation, gère les mouvements de la tête et exécute les opérations de lecture, d'écriture et de contrôle de mouvement avec une précision inégalée. L'intégration de plusieurs fonctions sur une seule puce en silicium témoigne de sa sophistication. Ce SoC sur mesure est parfaitement dimensionné pour l'application et est optimisé pour des calculs spécifiques, la vitesse, la mémoire et l'efficacité énergétique afin de réduire le gaspillage.
Le contrôleur intègre des innovations telles que le processeur RISC-V haute performance de Seagate, le premier processeur RISC-V jamais utilisé pour contrôler les fonctions du disque dur, offrant des performances jusqu'à trois fois supérieures à celles des solutions précédentes. Ce bond en avant permet d'utiliser des algorithmes avancés qui contribuent à augmenter la densité surfacique.
Les améliorations en matière d'enregistrement comprennent la récupération multirévolution automatisée (AMRR), qui automatise les opérations de récupération des données à fort impact, l'annulation automatisée des interférences de la piste adjacente (ATIC) et le code extérieur itératif amélioré (IOC), associant la puissance de correction du décodage LDPC avec l'ECC basé sur la piste.
L'une des caractéristiques essentielles du contrôleur intégré en 12 nm est son cœur d'asservissement, conçu pour cibler les pistes de données avec une plus grande précision. La microarchitecture affinée du processeur, associée à une réduction ciblée de la latence spécifique aux instructions, permet d'améliorer les performances dans les charges de travail d'asservissement essentielles. Cela inclut un traitement en temps réel de la détection des perturbations, des fonctions de contrôle adaptatif, une compensation par anticipation et un calcul à haute fréquence d'échantillonnage. Le processeur peut prendre deux fois moins de temps pour exécuter la même quantité de travail que les processeurs précédents, et cela est important, car il est nécessaire d'effectuer des ajustements rapides en temps réel sur le système d'asservissement pour maintenir l'actionneur sur la piste de données incroyablement étroite.
Les disques durs comptant aujourd'hui plus d'un million de pistes par pouce, même les bruits ambiants peuvent compromettre la précision de l'actionneur. Le processeur d'asservissement de Seagate, qui fonctionne à intervalles de picosecondes, traite jusqu'à 4 milliards de bits par seconde, exécutant des algorithmes complexes pour contrer les perturbations potentielles et maintenir la précision de suivi du disque en effectuant les mouvements exacts requis pour les actionneurs à trois étages des têtes de disque.
Le contrôleur de Seagate comprend un frontal analogique à canal de lecture entièrement personnalisé qui échantillonne à des fréquences supérieures à 4 GHz, soit l'équivalent d'un nouvel échantillon tous les quarts de nanoseconde. Ces améliorations de traitement ne compromettent pas l'efficacité énergétique.
Le passage d'une puce de 28 nm à une puce de 12 nm est un autre pas en avant, qui permet de réduire son coût et la consommation d'énergie. Cette évolution de la technologie des procédés est cruciale pour l'intégration d'un plus grand nombre de transistors dans la même surface de puce, la réduction des exigences en matière de tension et l'amélioration du profil de consommation d'énergie.
L'architecture RISC-V joue un rôle central en offrant une personnalisation qui facilite les tâches de calcul spécifiques aux applications, y compris les simulations et l'entraînement sur les modèles d'apprentissage automatique. En outre, l'utilisation d'architectures de sécurité ouvertes ouvre la voie à la circulation sécurisée des données, considération importante dans le paysage actuel centré sur les données.
De plus, des modifications propres à Mozaic 3+, telles que l'atténuation des « sauts de mode », renforcent la fiabilité et les performances du disque, garantissant que les disques durs d'entreprise phares de Seagate conservent leur avantage parmi les solutions de stockage haute densité.
En centralisant l'ensemble du processus, de la conception à la fabrication, Seagate s'assure un contrôle direct sur l'intégration et la performance de son silicium, ce qui fait d'elle le seul fabricant de disques durs à disposer de telles capacités.
Lecteur spintronique de 7ème génération
Les grains de données écrites plus petits ne sont utiles que s'ils peuvent être lus. Intégré avec les sous-composants du graveur plasmonique, le lecteur devait également évoluer. Intégrant la technologie quantique, Mozaic 3+ inclut l'un des capteurs de lecture de champ magnétique les plus petits et les plus sensibles au monde, le lecteur spintronique de 7e génération.
L'une des principales caractéristiques du lecteur spintronique de 7e génération est sa largeur de piste très étroite, qui garantit une lecture précise à partir de la piste concernée tout en réduisant la diaphonie sur les pistes avoisinantes.
À la base, le lecteur s'appuie sur la magnétorésistance à effet tunnel, phénomène de mécanique quantique au cours duquel la résistance électrique d'une jonction tunnel magnétique (MTJ) change en fonction de l'orientation relative des couches magnétiques séparées par une barrière isolante. La conception du lecteur assure une lecture magnétique haute résolution, réduisant les interférences entre les pistes, ce qui est essentiel pour lire avec précision les bits enregistrés plus petits et plus denses dans les disques Mozaic 3+ par rapport aux disques durs traditionnels.
Le lecteur comprend une pile complexe de couches intégrées dans l'ensemble tête de lecture. Cette pile comprend différentes couches magnétiques et non magnétiques, chacune jouant un rôle spécifique dans le processus de lecture. Les couches travaillent en collaboration pour convertir les signaux magnétiques des bits enregistrés en signaux électriques, qui sont ensuite traités et décodés pour récupérer les données stockées.
La composition et les propriétés de la pile magnétique ont été méticuleusement sélectionnées pour offrir des performances optimales. Les couches magnétiques comprennent la couche libre (FL), qui est sensible aux champs magnétiques externes provenant des données enregistrées, la couche de référence (RL) qui conserve une orientation magnétique stable et la couche antiferromagnétique synthétique (SAF) qui agit comme un tampon pour empêcher l'orientation magnétique de la couche RL d'influencer la couche FL.
Pour préparer la pile du lecteur à la technologie Mozaic 3+, les matériaux et l'épaisseur des couches sont sélectionnés en fonction de leur stabilité thermique et de leur résistance aux fluctuations de température pendant le processus d'écriture. La couche barrière de la jonction tunnel, constituée d'oxyde de magnésium (MgO), est soumise à une oxydation contrôlée afin d'ajuster la sensibilité et l'efficacité du lecteur.
La pile du lecteur est construite à l'aide d'un procédé de dépôt à chambres multiples dans des conditions de vide continu pour éviter toute contamination. La précision requise lors du processus de superposition des couches exige un contrôle précis de l'épaisseur de chaque couche, ce qui est crucial pour les performances du lecteur.
La conception innovante de la pile Seagate optimise la sensibilité et le rapport signal/bruit, ce qui permet une lecture précise des supports en alliage de platine en super-réseau de Seagate et facilite l'obtention de densités de données plus élevées dans les disques durs Mozaic 3+.
Au-delà du cloud : l'avenir des applications gourmandes en données
La technologie Mozaic 3+ de Seagate jouera un rôle essentiel pour répondre aux exigences croissantes des applications gourmandes en données. Les efforts pour augmenter la densité surfacique sont motivés par la création exponentielle de données dans de multiples secteurs, des centres de données d'entreprise aux centres de données cloud, ce qui nécessite des solutions de stockage de données plus efficaces et plus rentables.
Les applications gourmandes en données qui bénéficieront des avancées en matière de densité surfacique comprennent les modèles d'apprentissage automatique qui nécessitent de vastes ensembles de données pour la formation, les services de flux vidéo qui doivent stocker et diffuser du contenu 4K et 8K, et les bases de données de recherche médicale qui accumulent des séquences génomiques à grande échelle.
La plate-forme Mozaic 3+ de Seagate est prête à offrir ces avancées non seulement pour les centres de données ultra-évolutifs et cloud, mais également pour toute une gamme de produits de stockage.
Au fur et à mesure de l'intégration de cette technologie dans les diverses gammes de disques durs Seagate, telles que IronWolf Pro, SkyHawk et Exos, ses avantages se répercuteront sur diverses applications, des environnements multicloud et cloud hybrides aux besoins de stockage de capacité élevée et moyenne. Les applications gourmandes en données de toutes sortes s'appuieront de plus en plus sur des solutions haute capacité efficaces que seule la technologie Mozaic 3+ permet.
Mozaic 3+ de Seagate est plus qu'une avancée technologique, c'est la promesse de soutenir la croissance inexorable de l'univers numérique. Les technologies de densité surfacique de la plate-forme seront essentielles pour soutenir la croissance continue des applications à forte intensité de données, en favorisant le développement de nouveaux services et l'expansion des services existants.
À l'avenir, la capacité à stocker, consulter et exploiter de grandes quantités de données sera essentielle pour stimuler l'innovation et exploiter tout le potentiel de l'ère numérique. Avec le lancement de Mozaic 3+, Seagate ne se contente pas de suivre le rythme de l'explosion des données, elle donne le ton en faisant progresser les solutions de stockage vers un horizon où le potentiel des données est sans limite.
