WDは、新たなHDD記録技術としてMAMR（マイクロ波アシスト磁気記録）を選択しました。同社は、この技術により2025年までに最大40TBのHDDを実現できると主張しています。WDのMAMRへの急速な移行はやや意外ですが、この技術は10年近く開発が進められてきました。これは、Seagateがレーザーアシスト方式のHAMR（熱アシスト磁気記録）をより高いストレージ密度の実現手段として採用する計画とは明らかに対照的です。
MAMRハードディスクはデータセンターで初めて採用され、最終的にはNASやビデオ監視用HDDにも採用される見込みですが、残念ながらWDはコンシューマー市場への投入は見込んでいないと発表しています。WDはサンディスクの買収によりSSD市場でも大きな存在感を示しており、この戦略はある程度理にかなっています。
クライアント市場ではHDDの置き換えが急速に進んでいます。例えば、デスクトップPC、ノートパソコン、その他のデバイスなど、世界中で保存されているデータを含めると、WDは2020年にはHDDに保存されるデータは全体の70%にとどまると予測しています。いずれにせよ、WDがデスクトップ向けに大容量のMAMRドライブを導入する計画がないのは驚きです。WDは、既存の低性能なSMR（Shingled Magnetic Recording：瓦記録方式）を活用して、クライアント市場におけるHDDの密度向上を図ると予想されます。
背景
HDDは過去60年間、ストレージ密度を高めるために物理的な部品のサイズを縮小してきたことで、より小型のデバイスへと進化してきました。ディスク、ヘッド、ケースなどの部品の縮小は大きな進歩をもたらしましたが、最終的に機械部品のサイズ縮小の現実的な限界に達しました。
彼らが努力しなかったわけではありません。HDD業界は、1インチHDD（1999年に登場）の開発に多大な時間と資金を費やし、当時構想段階にあったスマートフォンなどのモバイル製品に、この小さなスピンドルが採用されることを予見していました。幸いなことに、これはうまくいかず、モバイル業界はそうした用途のためにフラッシュメモリに移行しました。その間も、HDDベンダーは記録技術の改良を続けました。
HDD は、プラッター上に整列した小さなビットを磁化してトラックにすることでデータを保存し、TPI (1 インチあたりのトラック数) と BPI (1 インチあたりのビット数) を縮小することで密度が向上します。
Tom's Hardware の最高のニュースと詳細なレビューをあなたの受信箱に直接お届けします。
かつて、ハードディスクにデータを記録する方法としては、長手方向記録が主流でした。長手方向記録では、各磁気素子（ビット）の磁極が水平に並んでいました。
ビットを小型化するには、より小さな体積内に磁荷を保持できる「より強力な」（より高い保磁力を持つ）材料が必要でした。保磁力の高い材料は熱安定性が高く、これは超常磁性限界が存在する上で重要です。この限界は、ビットの磁性領域が小さすぎる場合、局所的な熱変動によってビットが自発的に消磁され、データ損失につながる可能性があることを意味します。
しかし、当時の書き込みヘッドでは、周囲のビットを乱すことなく、より小さく強力なビットに十分なエネルギーを注入することができませんでした。PMR（垂直磁気記録）方式では、磁極を垂直に並べることで、磁束を追加の層に通すことで、ヘッドはより方向性のあるエネルギーを材料に注入することができます（図を参照）。これにより、より強力な材料の使用が可能になりました。
前進への道
画像
1
の
2
現在のビット（グレインとも呼ばれます）は約7nmですが、さらに微細化するには、より強力な材料が必要です。現在のヘッド技術では、ビットを「反転」させるのに十分なエネルギーを、特に高精度で、より強力な材料に注入することができません。そのため、メディアにデータを正常に書き込むには、エネルギーアシスト技術が必要です。
画像
1
の
5
WD は、材料の保磁力を低減し、ヘッドがビットに十分なエネルギーを与えて磁気状態を反転できるようにするスピントルク発振器 (STO) を開発しました。
STOは記録ヘッドの中心に位置し、磁性材料と非磁性材料からなる10nmの多層膜で構成されている。ヘッドはSTOに直流電流を流すことで電子スピンを生成する。この回転によってマイクロ波周波数（20～40GHz）の電磁場が生成され、保磁力が低下することでビットに十分なエネルギーを注入し、磁荷を反転させることができる。これにより、技術の進歩に伴い、同社は最終的に4.5nmの粒子を使用できるようになる。
この新しい書き込み技術は、PMRやHAMR技術よりも明確なデータパターンを書き込むことで、メディアとトラックの密度を向上させます。PMRの最大記録密度は現在約1.1 Gbit/inch²と予測されていますが、SMR（Shingled Magnetic Recording）などの他の新しい技術と組み合わせることで、記録密度は最大1.4 Gbit/inch²まで向上する可能性があります。
WDは、MAMRにより最大4.5Tビット/平方インチの記録容量を実現できると予測しています。これにより、40TB以上のハードディスクドライブへの道が開かれます。
画像
1
の
3
もちろん、MAMRだけが唯一の選択肢ではありません。WDとSeagateはどちらもHAMR（熱アシスト磁気記録）を徹底的に研究しており、Seagateは将来の製品にこの技術を採用する予定です。WDはイベントで実際に動作するHAMRデモドライブを展示していましたが、この技術ははるかに特殊なものです。
HAMRは、小型レーザーを用いてプラッタのごく一部（20nm未満）を400～700℃に加熱します。これにより保磁力が低下し、材料が磁化されます。急速な加熱と冷却のサイクルは大きな課題となり、プラッタとヘッドの新しい材料が必要になるため、コストが増加します。また、プラッタの摩耗を均一にするためにウェアレベリングも必要となり、ソフトウェアの変更かドライブへのインテリジェンス組み込みが必要になります。一方、WDはMAMRは既存の技術と材料を最小限の変更で活用し、プラグアンドプレイのソリューションを実現すると主張しています。
画像
1
の
3
さらに期待されるのは、MAMRがWDの他の高密度化技術（ダマシンヘッド、ヘリウム、SMR記録など）と相互運用可能であることです。WDは業界におけるヘリウムドライブへの移行を先導しており、その利点は広く知られています。
同社はまた、高精度な書き込み性能によりTPIを向上させるダマシンヘッド技術のパイオニアでもあります。ヘッドの製造は、他の部品と同様に歩留まりの問題に直面します。現在、他のHDDベンダーが採用しているドライポールヘッドは、主に材料を堆積させた後、大規模な多段階ミリング工程を経て、材料の塊からヘッドを削り出すことで製造されます。ドライポールヘッドの製造には、約1,300工程の工程が必要です。
一方、ダマシンヘッドは、ヘッドを作製した後、電気めっきプロセスで充填することで製造されます。これにより、より精密に定義された形状を実現し、性能を向上させることができ、プロセスにはわずか300ステップしか追加されません。一方、WD社によると、HAMR対応の書き込みヘッドを製造するにはさらに600ステップが必要となり、歩留まりが低下するとのことです。MAMRヘッドの歩留まり向上は、コスト抑制において最も重要な要素の一つです。ウェーハファブでヘッドを製造するには約3ヶ月かかります。また、HAMR書き込みヘッドには、レーザーなどの特殊な新機能も必要となり、コスト増加と信頼性の低下を招きます。
WDはまた、ダマシンヘッドを、エネルギーをターゲットに集中させる素材で包み込み、隣接するトラックやビットへの干渉を低減しています。WDは独自のMAMRヘッドを製造可能であり、ヘッド技術も所有していますが、サードパーティのサプライヤーも活用するかどうかについてはコメントを控えています。
WDはヘッド位置決め技術も改良しました。トラック幅が狭くなるにつれて、ヘッド位置決めのより精密な制御が極めて重要になります。業界では、アクチュエータをアームの先端または中央に配置するなど、精度向上のために様々な技術が開発されてきました。WDの新しいマイクロアクチュエータは、ヘッド自体に位置決め機能を追加することで、精度を向上させます。WDは、複数の読み取りヘッドを使用してより細いデータトラックの読み取り性能を向上させるTDMRなど、他の有望な技術とヘッドを併用することも可能です。WDの現在のアプローチでは複数のヘッドは必要ありませんが、将来的にこの技術がさらに小さなトラックに拡張されるにつれて、このアプローチは有用となる可能性があります。
WDは、MAMRはPMRに比べて4倍の密度向上をもたらすと主張しています。WDのMAMRは、SeagateのHAMR方式に比べてコストと市場投入までの期間の面で優位性を発揮する可能性がありますが、その優位性はSeagateの生産能力に大きく依存しています。SeagateはHAMRドライブのリリースを約束していますが、そのスケジュールは一貫して先送りされています。
最後に
WDのMAMRテクノロジーは、密度の向上によるわずかな改善はあるものの、一般的なPMRドライブと同等のパフォーマンスを実現することを約束しています。また、ハードウェアやソフトウェアを含む既存のストレージ階層への変更や、サプライチェーンの問題を引き起こすような革新的な新素材の導入も必要ありません。最も重要なのは、同社によると、MAMRは通常の動作条件下で年間550TBのワークロード耐性と250万時間のMTBFなど、一般的なPMRドライブと同等の信頼性特性を備えており、実績のある自社技術を複数活用している点です。
画像
1
の
3
しかし、信頼性と同じくらい重要なのはコストです。WDは、MAMRドライブのTBあたりの価格はPMR HDDとほぼ同じになり、技術が成熟するにつれてコストは低下すると主張しています。これは、大容量データセンター／ハイパースケールをターゲットとする市場にとってMAMRドライブが受け入れられるための重要な要素であるだけでなく、超低価格のQLC NANDテクノロジーが登場したとしても、HDDが当面の間SSDに対してコスト競争力を維持できることを保証するものでもあります。
これらのドライブは2019年まで市場に投入されませんが、WDの新しいデータセンタードライブはすべてこの技術を搭載します。つまり、同社は新しい大容量データセンタードライブにおいて、事実上PMRを廃止することになります。これは、同社がMAMRとその生産スケーラビリティにどれほど自信を持っているかを物語っています。WDは、従来の段階的な展開ではなく、発売直後から大量生産を開始すると主張しています。主要モデルの出荷容量については明らかにしていませんが、この新技術の性能を考えると、WDは競合他社との差を急速に広げることができるでしょう。
ポール・アルコーンはTom's Hardware USの編集長です。CPU、ストレージ、エンタープライズハードウェアに関するニュースやレビューも執筆しています。
