¿Entonces crees que los discos duros son aburridos? Es hora de volverse real

James McKenzieexplica por qué el magnetismo es tan importante para las empresas basadas en la física

En 2022 me presenté a las elecciones para el grupo de magnetismo del Instituto de Física (IOP), porque siempre pienso que la mejor manera de involucrarse en cualquier cosa es simplemente quedarse atrapado. Solo me uní al grupo el año anterior después de comenzar a Trabajar en una empresa especializada en materiales magnéticos permanentes. A pesar de no saber mucho sobre el grupo, para mi sorpresa, fui elegido.

El grupo de magnetismo es uno de los grupos de intereses especiales más grandes del IOP y, entre otras cosas, organiza una conferencia anual exitosa y muy concurrida, que este año se celebró en Manchester en abril. La reunión cubrió temas que iban desde la espintrónica, la física 2D, las paredes de dominio y la dinámica hasta los vórtices, skyrmions, la física topológica y la computación inteligente. También abarcó una amplia gama de materiales, desde sistemas biológicos y orgánicos hasta hielos giratorios, superconductores y magnetocalóricos.

Pero el grupo de magnetismo del IOP no es el único grupo del Reino Unido involucrado en este campo: también está la Sociedad de Magnética del Reino Unido (UKMagSoc), de la cual la empresa para la que trabajo es miembro corporativo. Las actividades de UKMagSoc se superponen hasta cierto punto con las del IOP, pero la sociedad se centra más en la aplicación y comercialización de imanes, como máquinas eléctricas, instrumentos y discos duros. Sin embargo, la sociedad también tiene miembros individuales; de hecho, en junio asistí a un evento conjunto IOP/MagSoc en la sede del IOP en Londres, donde los oradores explicaron detalladamente los desafíos de los próximos cinco o diez años en una variedad de formatos magnéticos. materiales y dispositivos.

Para un recién llegado como yo, la reunión fue una visión general muy útil del magnetismo y finalmente descubrí, gracias a una charla de Thorsten Hesjedal de la Universidad de Oxford, qué es realmente un skyrmion. Es un defecto topológico giratorio de tamaño nanométrico en una delgada película magnética que podría proporcionar una nueva forma de memoria de computadora. Aprendí que los Skyrmions podrían ser particularmente útiles en el espacio, donde la radiación cósmica puede corromper fácilmente la memoria de las computadoras convencionales.

También hubo excelentes charlas de interés directo para mi trabajo diario sobre diversos aspectos del diseño de motores y máquinas eléctricas por parte de John Reeve del fabricante de variadores FluxSys Ltd, Dean Evans de la firma de motores y generadores NEMA y Juliette Soulard del Warwick Manufacturing Group. . Particularmente interesante para mí fue una conferencia de Robert Hicken, un físico de materia condensada de la Universidad de Exeter. Examinó los desafíos de mantenerse al día con la demanda cada vez mayor de almacenamiento de datos, un tema sobre el que informé en diciembre de 2020.

Seguro que has oído hablar de la ley de Moore, que, como mencioné en otro artículo reciente, establece que el número de transistores en un microchip se duplica aproximadamente cada dos meses. Lleva el nombre del fallecido Gordon Moore, el cofundador de Intel a quien se le ocurrió el concepto en 1965. Sin embargo, Hicken introdujo un concepto relacionado que era nuevo para mí, que es que la densidad del almacenamiento de datos en medios magnéticos (como los discos duros) debería aumentar a un ritmo de alrededor del 40% anual.

Sin duda, la demanda de almacenamiento de datos aumentará a largo plazo y empresas como Seagate, Toshiba y Western Digital harán todo lo posible para satisfacer la enorme demanda.

Conocida como “ley de Kryder”, lleva el nombre de Mark Kryder, ex director de tecnología del fabricante de unidades de disco Seagate. Kryder, que tiene un doctorado en física, mencionó por primera vez la noción en un artículo de Scientific American en 2005. Lamentablemente, la ley de Kryder ha tenido bastante menos éxito que la ley de Moore porque el crecimiento de la densidad de almacenamiento de materiales magnéticos aumentó sólo un 15% en el cinco años que finalizarán en 2014.

Incluso si la audaz predicción de Kryder no se cumpliera, la demanda de almacenamiento de datos ciertamente aumentará a largo plazo y empresas como Seagate, Toshiba y Western Digital, que juntas fabrican el 80% de todas las unidades de disco duro (HDD) del mundo. – harán todo lo posible para satisfacer la enorme demanda. Con un valor de 35.000 millones de dólares al año en 2021, según un informe de Future Market Insights, el mercado de almacenamiento de datos crecerá hasta los 80.000 millones de dólares en 2029.

En 2021 se enviaron la asombrosa cifra de 259 millones de HDD, la mayoría de los cuales se destinó a centros de datos. Con el 44% del mercado, Seagate es actualmente el mayor fabricante de discos duros; de hecho, sus instalaciones tecnológicas en Irlanda del Norte generan por sí solas casi el 30% del suministro mundial de cabezales de lectura/escritura. La empresa también parece estar liderando la carrera por la densidad de almacenamiento gracias a su trabajo en la “grabación magnética asistida por calor” (HAMR). Ha permitido a Seagate aumentar la densidad de almacenamiento de sus discos duros a más de 2 x 1012 bytes (2 TB) por pulgada cuadrada, con los bits escritos mediante un láser y un transductor plasmónico de campo cercano integrado en el cabezal de lectura/escritura.

Unos 21 años después de que se concibiera la idea, los primeros discos duros HAMR comenzaron a distribuirse recientemente con una enorme capacidad de 32 TB (10 platos de 3,2 TB cada uno). La hoja de ruta de Seagate sugiere que terminaremos con unidades de 120 TB con esta tecnología HAMR para finales de la década, con más de 10 TB de almacenamiento de datos por disco. Esto se deberá principalmente a importantes mejoras en los medios magnéticos y la tecnología de crecimiento, además de los desafíos de alineación asociados.

Hoy en día, cada pista del disco duro (de las cuales hay alrededor de un millón por pulgada) contiene fragmentos de información grabados en áreas diminutas de sólo 42 nm de ancho (aproximadamente de seis a ocho granos magnéticos) y 10 nm de largo (apenas dos o tres granos). Pero si queremos alcanzar los objetivos de crecimiento, estas vías tendrán que ser mucho, mucho más pequeñas. Se necesitarán medios magnéticos con patrón de un solo bit para lograr el objetivo final de más de 8 TB de datos por pulgada cuadrada utilizando una tecnología llamada grabación magnética de puntos calentados (HDMR).

Buen momento para los discos duros: por qué la tecnología de grabación magnética sigue siendo fuerte

Como continuó explicando Hicken, aumentar las densidades de almacenamiento no es tan simple como hacer que los bits sean lo más pequeños posible: también hay que asegurarse de que los datos se puedan escribir en las unidades con la suficiente rapidez y que también sean térmicamente estables. En otras palabras, las empresas se enfrentan a un trilema de requisitos contradictorios que son un desafío de resolver. Afortunadamente, tienen otras soluciones bajo la manga. Las técnicas ópticas en particular podrían llevar a los HDD más allá de los límites actuales con escritura y conmutación de discos “totalmente ópticas”.

Entonces, si pensaba que los discos duros eran objetos aburridos encerrados en centros de datos similares a cobertizos, es hora de pensarlo de nuevo. Ocultan una enorme cantidad de física e ingeniería de vanguardia y podemos esperar muchos más desarrollos interesantes si queremos alcanzar los 120 TB por disco duro y mantenernos al día con la demanda de almacenamiento en la “nube”. Si hay otro evento conjunto IOP/UKMagSoc el próximo año, les recomiendo encarecidamente que asistan.