Зачем винчестерам гелий?
Компания HGST (Hitachi Global Storage Technologies), ранее принадлежавшая Hitachi, а ныне входящая в состав Western Digital, объявила о проведении работ по созданию жёстких дисков с гелиевым наполнителем. Данные устройства более экономно расходуют электроэнергию и позволяют создавать накопители повышенной ёмкости.
Как известно, конструкция винчестеров не является герметичной. Она предусматривает наличие специальных канальцев, позволяющих поддерживать баланс давления внутри устройства и за его пределами. Присутствующий в корпусе HDD воздух вызывает эффект турбулентности в момент вращения магнитных пластин на скорости, зачастую превышающей 7000 оборотов в минуту. Для решения данной проблемы инженеры GHST предлагают использовать герметичный корпус, заполненный гелием. По заявлению компании, нововведение позволит добиться не только повышения энергоэффективности на 23%, но и возможности добавлять в состав HDD форм-фактора 3.5” ещё 2 магнитных диска, вследствие чего ёмкость накопителя может достичь порядка 6 ТБ. Вместе с тем даже 4 ТБ HDD сегодня не так-то просто найти.
Однако создание подобного рода устройства вызывает определённые сложности. Специальные канальцы в конструкции обычных HDD, как отмечалось выше, позволяют компенсировать перепад давления внутри и снаружи корпуса. Отказ от таких канальцев в случае с заполненным гелием герметичным корпусом означает необходимость применения крепежной рамки усиленной конструкции, препятствующей изменению внутреннего давления в зависимости от внешнего. Кроме того, необходимость доработки конструкции корпуса также объясняется получившей печальную известность повышенной диффузионной активностью этого газа.
И последний момент, имеющий, скорее, умозрительный характер: реализация всех упомянутых моментов должна осуществляться в пределах, обеспечивающих конкурентоспособность готового продукта. Разумеется, с учётом непревзойдённой ёмкости новинок о конкуренции особо говорить не приходится, по крайней мере, имея в ввиду однодисковые конфигурации. Однако любой RAID-массив на основе более доступных по цене HDD может сохранить гораздо больше 6 Тб, причём готовая конфигурация может обойтись значительно дешевле. Итак, непревзойдённым преимуществом 6-Тб винчестеров, помимо большей энергоэффективности и более комфортных температурных режимов, является возможность хранить огромный массив данных на одном HDD.
По заявлению HGST, винчестеры нового типа, на создание которых, судя по всему, ушло 6 лет, появятся в следующем году. Хотя о цене пока ничего не сообщается, есть основания полагать, что новые HDD в среднем будут чуть дороже обычных – как минимум по причине затрат на использование гелия и прочих производственных издержек, связанных с изготовлением этих уникальных накопителей.
Western Digital заменит воздух в жестком диске на гелий для повышения производительности
Большинство современных жестких дисков внутри корпуса содержат воздух, который ограничивает возможности работы системы. Воздух создает определенное сопротивление движущимся элементам, в результате чего скорость чтения/записи ограничены. Компания Western Digital собирается заменить воздух внутри жесткого диска на гелий, что, по мнению разработчиков, увеличит цену производительность жесткого диска.
Все дело в том, что плотность гелия раз в семь ниже, чем плотность обычного воздуха. И замена воздуха на гелий позволяет весьма значительно увеличить производительность диска. Понятно, что в данном случае корпус винчестера будет герметичен. Вот некоторые выгоды от такой замены:
— диски пакета винчестера будут тоньше. Это означает увеличение количества пластин, а это, в свою очередь, повысит емкость диска примерно на 26%. При этом вес «гелиевого» жесткого диска с семью пластинами будет равен весу жесткого диска с воздухом внутри и пятью пластинами;
— легкие диски пакета винчестера позволят экономить энергию на обеспечение работы системы. Так, специалисты оценивают экономию примерно в 23%. При бездействии обычный диск с пятью пластинами потребляет около 7 Ватт. Такой же жесткий диск с гелием и семью пластинами будет потреблять всего пять Ватт;
— «гелиевые» диски будут стоить дешевле обычных винчестеров;
Как видите, на выходе мы будем иметь новые жесткие диски, которые быстрее, дешевле, легче, производительнее старых жестких дисков. При этом компания заявляет, что работает над «гелиевыми» жесткими дисками последние десять лет. И выпуск первых таких моделей состоится уже в следующем году. Вначале такие диски будут предназначены для дата-центров и «облачных» систем. Но планируется и выпуск таких дисков для обычных пользователей.
Причины, которые заставляют сомневаться в надежности HDD с гелием в гермоблоке вместо воздуха
Для увеличения емкости жестких магнитных дисков (HDD) производители идут на различные технические ухищрения. Одним из них является использование внутри гермоблока HDD вместо обычного воздуха, газа гелия. Как это новшество способно повлиять на надежность и долговечность HDD в статье.
Для успешной конкуренции жестких магнитных дисков (HDD) со стремительно развивающимися твердотельными накопителями (SSD) они должны также быстро эволюционировать. Направление их развития состоит в наращивании максимальной емкости за как можно минимальную цену. Но в определенный момент технология изготовления HDD с использованием обычного воздуха в гермоблоке достигла своего технического предела. И дальнейшее увеличение емкости стало очень трудновыполнимым.
реклама
Здесь и пришла на помощь технология «HelioSeal» изготовления HDD с заполнением объема гермоблока гелием место воздуха. И да, она объективно дает много преимуществ и открывает новые возможности для дальнейшего увеличения емкости.
Применение гелия, ввиду его малой плотности, которая меньше чем у воздуха в 7 раз, позволило снизить силу трения между поверхностями магнитных пластин и газовой средой, а также снизить их нагрев. Благодаря этому появилась возможность дополнительно увеличить общую площадь магнитных пластин путем увеличения их количества, «безболезненно» уменьшая их толщину и размещая, ближе друг к другу для умещения в прежних габаритах гермоблока.
реклама
Уменьшение толщины магнитных пластин снизило их вес и привело к уменьшению вибрации. Это, вместе с уменьшением турбулентности гелия позволило увеличить точность позиционирования головок и уменьшить зазор между ними и магнитными пластинами. Чем удалось достичь увеличения плотности записи в среднем на 21%. Также в целях уменьшения вибрации успешно применена технология двухстороннего крепления шпинделя «StableTrac» и точная балансировка магнитных пластин.
Суммарный вес более тонких магнитных пластин, несмотря на их большее количество, стал меньше. Раскручивать двигателю их стало легче и потребление электроэнергии снизилось. Нагрев всего HDD в среднем снизился на 4 – 5 градусов.
Изменение эксплуатационных характеристик HDD при переходе на технологию HelioSeal
реклама
Теперь пришло время добавить во все это «благополучие» ложку, а вернее даже две ложки дегтя.
И первой оной будет неминуемая утечка гелия из объема гермоблока, как бы производители не пытались этого избежать. И следуемая из этого, сложность изготовления гермоблоков высокой герметичности для минимизации потери гелия. Причиной утечки гелия является его высокая диффундирующая способность, то есть высокая способность атомов гелия проникать между молекулами или атомами других веществ. Это и приводит к постепенной утечке гелия из гермоблока HDD.
Каким же образом она происходит, ведь наука говорит, что диффузия гелия не происходит через металлы, например через алюминий, который применяется для гермоблоков. Да, действительно, если бы гермоблок был полностью цельной конструкцией, то утечки гелия не происходило бы, естественно при условии, что он не имел бы микротрещин, микропор или каких-либо других микродеффектов. Получить надлежащее качество корпуса гермоблока позволяют современные технологии многоэтапной ковки алюминия с последующей механической обработкой. Но «дырки» в корпусе гермоблока все же неизбежны, и ими являются проходные контакты, которых два. Через первый подается питание на двигатель в гермоблоке, а через второй, сигналы чтения/записи и управления блока головок. Слабым звеном в предотвращении утечки гелия являются именно проходные контакты.
реклама
В гелиевых накопителях HGST проходные контакты имеют конструкцию в виде стеклянного изолятора, герметично припаянного к корпусу гермоблока, сквозь который проходят электрические проводники, соединяющие функциональные элементы накопителя находящиеся в гермоблоке с внешней платой. Компания Seagate использует проходные контакты, изготовленные по технологии LTCC (низкотемпературной совместно обжигаемой керамики) с фиксацией эпоксидной смолой. По заявлению производителей данные технологии обеспечивают высокую герметичность даже для гелия, при частых перепадах температур в широких пределах.
Но на самом деле невозможно добиться идеальной герметичности в местах соединения изолятора проходных контактов с металлическим корпусом гермоблока и изолятора с проходящими через него контактами (проводниками). Ведь никто не отменял разницу температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) этих материалов при перепадах температур.
И если в новых гелиевых накопителях все же достигается приемлемая герметизация проходных контактов для недопущения утечки гелия. То со временем, по мере накопления количества перепадов температур происходят микроскопические разрушения в местах соединения материалов с различными коэффициентами расширения. Это снижает герметичность и открывает дорогу на свободу атомам гелия из заключения в объеме гермоблока. Даже не смотря на то, что для минимизации утечки гелия давление оного в гермоблоке создается меньшим атмосферного, все равно из-за высокой диффундирующей способности гелия будет происходить его постепенная утечка. Которая будет увеличиваться по мере эксплуатации, а давление гелия будет уменьшаться. А там уже будет недалеко и до попадания через эти дефекты боле крупных молекул воздуха извне в объем гермоблока. Уменьшение объема гелия в накопителе рано или поздно приведет к его полной неработоспособности.
Ввиду относительно недолгого использования гелиевых накопителей достоверная статистика причин выхода их из строя еще не накоплена в достаточной мере.
Второй ложкой дегтя является невозможность восстановления данных с гелиевых дисков при их выходе из строя, путем замены блока головок или других процедур требующих вскрытия гермоблока. Имеющееся оборудование в центрах восстановления данных пока предназначено только для работы с «атмосферными» накопителями.
Попытка восстановления данных с гелиевых накопителей на таком оборудовании приведет к потере гелия и замещения его воздухом. Из-за этого, при включении накопителя усилится вибрация магнитных пластин, так же многократно увеличится зазор между пластинами и головками, и считывание данных станет невозможным. Для считывания данных необходимо будет поместить разобранный накопитель в контейнер заполненный гелием, или закачать гелий в накопитель и временно восстановить его герметичность.
Надеюсь, моя статья была для вас полезна. Пишите в комментариях, имели ли вы опыт использования гелиевых накопителей, и что вы думаете об их надежности.
Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен или telegram-канал @overclockers_news — это удобные способы следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.
Источник https://www.nix.ru/computer_hardware_news/hardware_news_viewer.html?id=173270
Источник https://habr.com/ru/post/151524/
Источник https://overclockers.ru/blog/remont_accumulyatora_noutbuka/show/61543/prichiny-kotorye-zastavlyajut-somnevatsya-v-nadezhnosti-hdd-s-geliem-v-germobloke-vmesto-vozduha