HDDが新たな記録技術によって飛躍的に進化したことは周知の事実ですが、次世代のハードドライブは、市場に出回っているどのドライブよりも2倍高速になるかもしれません。Seagateは、マルチアクチュエータ技術によって将来のHDDの性能を2倍に高める計画を発表しました。
HDDの密度は向上し続けていますが、新世代ごとにわずかに向上しているパフォーマンスは、主に最新技術ではなく、密度の向上によるものです。そのため、SSDがパフォーマンス向上の主役となり、HDDは大容量化の領域へと後退しました。WDとSeagateがそれぞれ新しい記録技術を発表するにつれ、爆発的な容量増加が目前に迫っています。両社とも、将来のHDDの容量は40TBを超えると予測しており、パフォーマンスの停滞が最大の課題の一つとなるでしょう。
Seagateのマルチアクチュエータ技術の仕組み
Seagateのマルチアクチュエータ技術はシンプルなコンセプトであり、そのアイデア自体は決して新しいものではありません。実際、同社は過去にも複数のアクチュエータを搭載したドライブを開発していましたが、部品コストの高騰により経済的に実現可能ではありませんでした。
ほとんどのHDDは複数のプラッター間でデータの読み書きを行います。例えば、Seagateの大型ドライブは最大8枚のプラッターと16個のヘッドを搭載しています。アクチュエータアームアセンブリの先端に接続されたヘッドは、各プラッターの両面からデータの読み書きを行います。
残念ながら、これら16個のヘッドはすべて同じアームに整列しており、つまり同時に動きます。プラッタ上のデータトラックは非常に細いため、すべてのヘッドをすべてのプラッタに同時に整列させることは不可能です。そのため、常にアクティブなデータの読み書きは1つのヘッドのみに限られます。そのため、ランダムアクセスされたデータに対する読み書きスループットとパフォーマンスが制限されます。
Seagateの新しい設計では、独立して動作する2組のアクチュエータアームを採用しています。各アームには8つのヘッドが搭載されています。つまり、異なるアクチュエータアームに接続されている2つのヘッドから同時に読み書きできます。ドライブは2つのコマンドに並行して応答でき、一方のヘッドが読み取り中にもう一方のヘッドが書き込みを行うことも、両方のヘッドが同時に読み書きを行うこともできます。
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Seagateのアニメーションでは、VCM（ボイスコイルマグネット）アセンブリを操作してアームを動かし、ヘッドの位置を決める追加のアクチュエータマグネット（画像左端）が描かれているように見えます。この追加のアクチュエータマグネットによって、少なくともいくらかのコストが増加する可能性があります。しかし、両方のアクチュエータアームアセンブリは同じピボットポイントで動作するため、完全に独立したアセンブリを使用するよりもコスト効率が高くなります。これは、同社が初期のマルチアクチュエータモデルで直面したコスト課題を回避するための鍵の一つです。また、単一のピボットポイントは、冗長なコンポーネントの削減にも役立ちます。
ヘッドはプラッターに埋め込まれたサーボトラックからデータを読み取り、アクチュエータマグネットがヘッドの位置を動的に調整します。現在のモデルでは、Seagateは各ヘッドの近くにPZTマイクロアクチュエータを搭載しており、これによりさらにきめ細かな位置決めが可能になります。ヘッドの位置決め、データの読み書き、エラー訂正などのタスクを管理するには、ドライブに搭載された専用のプロセッサ（コントローラ）が必要です。以前は、個別のヘッドセットを管理することによる追加の処理オーバーヘッドのために、追加のコントローラが必要となり、コスト、消費電力、複雑さが増していました。今日では、消費電力が多少高くなる可能性があるものの、最新のドライブコントローラ1つでこのタスクを処理できる可能性があります。
アクチュエータマグネット/VCMアセンブリの追加により、ドライブの重量と消費電力はある程度増加する可能性があります。Seagateは、これは管理可能なオーバーヘッドであり、TBあたりのコストが全体的に低下することで製造コストの増加を相殺できると考えているようです。
しかし、通常のドライブと同じように動作するのでしょうか?
Seagate 社は、新しいマルチアクチュエータ ドライブが 3.5 インチ フォーム ファクタの標準寸法に準拠するかどうかについては確認していませんが、既存のインフラストラクチャとの幅広い互換性が保証されるため、準拠する可能性が高いと思われます。
Seagate のブログ投稿では、このプロセスについて次のように説明しています。
ホストコンピューターは、1台のデュアルアクチュエータドライブを2台の独立したドライブとして扱うことができます。つまり、ホストコンピューターは1台の大容量ドライブに2つの異なるデータ要求を同時に取得させることができ、シングルアクチュエータドライブと比較して最大2倍の速度でデータを転送できます。
さらに詳細を説明するために問い合わせたところ、同社は次のように回答しました。
このデバイスは、ユーザーにとって単一のワールドワイドネームとして認識され、通信に利用可能なアクセスストリームは2つあります。ドライブは1つのボリュームですが、ユーザーが通信できる空間は2つに分割されています。将来、例えばクアッドアクチュエータが実装されれば、ユーザーにとって単一のワールドワイドネームとして認識され、通信に利用可能なアクセスストリームは4つになります。
Seagate 社によれば、ドライブは SAS、SATA、または NVMe インターフェイスを使用できるが、同社は顧客のニーズに応えて最終的なソリューションを開発する予定だという。
例えば、定評のあるSASインターフェースはデュアルポート接続を備えており、1台のドライブに2つの独立したパスウェイを提供します。この追加のパスウェイは、マルチパスやフェイルオーバーに使用できます。また、これらのパスウェイをデュアルポート接続に統合することで、Seagateの最先端のエンタープライズSSDの一部に見られるように、1台のドライブから最大2倍のパフォーマンスを実現することも可能です。NVMeプロトコルも同様の機能をサポートしています。
Seagate は、特定のモデルが市場に投入されるにつれて、さらなる技術的詳細を共有する予定です。
考え
今年、予想外の展開を見せたように、ありふれたHDDに新たな道が開かれました。Seagateは、微小レーザーを用いてストレージ密度を高めるHAMR（熱アシスト磁気記録）技術の開発を進めています。同社は2019年に20TB超、2023年までに40TB超のモデルを発売する予定です。
しかし、WDは現状に留まっているわけではない。同社はMAMR（マイクロ波補助磁気記録）技術の採用を計画しており、同社によれば2025年までに最大40TBのHDDを実現できるという。
2 つの異なる記録技術への変更は大きな転換を意味します。業界では 10 年以上にわたって主に PMR (垂直磁気記録) が使用されてきました。
2つの新技術は市場で激しい競争を繰り広げることになるだろう。シーゲイトのマルチアクチュエータ技術は、WDや東芝の競合ドライブに対して優位性をもたらす可能性があるが、その優位性はドライブをコスト効率よく大量生産できるかどうかに大きく左右される。速度は魅力的だが、HDDは安価で高密度なストレージが求められるため、シーゲイトにとって成功の鍵は価格設定にある。可動部品の追加は故障率の上昇を招く可能性もあるが、シーゲイトの設計は冗長性を可能な限り排除しているようだ。同社は新型ドライブを現行モデルと同等の信頼性で提供しようと努力するだろうと推測されるが、詳細はドライブが市場に出るまで分からない。東芝の計画や、WDが独自のパフォーマンス向上技術を開発しているかどうかについては、まだ不明である。
SSDは、パフォーマンスが重視される多くのワークロードにおいてハードドライブに取って代わったかもしれませんが、今後も長年にわたり、大容量ストレージの役割を担い続けるでしょう。HDDのパフォーマンス向上は、SSDと同等、あるいはそれに近づくことさえありませんが、次世代の記録技術で発生するであろうTBあたりのIOPSの課題に対処することができます。
Seagateは、HAMR技術とマルチアクチュエータ技術を組み合わせることで、最終的に既存のHDDの4倍の容量と2倍の性能を実現するという計画を掲げており、これは有望な見通しです。確かに、古いHDDにはまだまだ十分な燃料が残っているようです。
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。
