Khí Helium có thể là bước tiến mới cho HDD

HGST (Hitachi Global Storage Technologies), một bộ phận vừa được Western Digital (WD) mua lại cách đây không lâu, cho biết họ sẽ ứng dụng khí helium (He) vào nền tảng HDD mới của mình. Ban đầu HGST dự kiến sẽ áp dụng tính năng này cho dòng sản phẩm dành cho doanh nghiệp, vì chúng sẽ hạ thấp đáng kể chi phí đầu tư & sử dụng (TCO) cho đối tượng khách hàng này.
- Tốc độ HDD hiện nay bị hạn chế bởi vận tốc quay của phiến dĩa.
- Phiến dĩa quay càng nhanh độ rung càng cao.
- Độ rung của phiến dĩa có phần lớn bị ảnh hưởng bởi khối lượng không khí.
- Helium là một giải pháp được đặt ra nhằm giảm độ rung của phiến dĩa.

Một HDD có 4 phiến dĩa & đầu đọc.

Trong nhiều năm qua, thiết kế chủ yếu của HDD là các phiến dĩa (platter) từ (magnetic) quay quanh trục và được "ghi/đọc" bởi các đầu (head) từ. Tốc độ vận hành của HDD được quyết định chủ yếu nằm ở vận tốc quay của các phiến dĩa (HDD phổ thông hiện nay có tốc độ từ 5.400 - 7.200 vòng/phút). Nhưng do quay ở tốc độ cao như thế, HDD có một nhược điểm là đầu đọc của chúng có thể "va quẹt" với phiến dĩa và gây ra hậu quả nghiêm trọng.
Thực tế thì các đầu đọc không nằm đè trên các phiến dĩa và "trôi lềnh bềnh" ở trên và dùng hiệu ứng từ trường để thay đổi giá trị bit trên các sector vật lý của phiến dĩa. Vấn đề là khoảng cách nằm giữa đầu đọc cũng như phiến dĩa nên là bao nhiêu để quá trình vận hành này suôn sẻ?
Nếu khoảng cách quá lớn, hiệu ứng từ trường không "sâu sát" và độ chính xác của việc đọc/ghi sẽ không cao (hình dung như bạn dùng Google Earth, nhìn từ độ cao 1.000 km sẽ thấy được ít chi tiết hơn ở độ cao 10 km). Nhưng nếu quá gần, phiến dĩa khi quay sẽ có độ rung nhất định mà đầu đọc có thể va chạm vào chúng. Tốc độ quay càng cao thì độ rung này càng lớn.

Cách đầu đọc đọc/ghi dữ liệu lên bề mặt từ.

Để cân bằng giữa vấn đề mật độ bit (dung lượng HDD), tốc độ đọc/ghi cũng như tính an toàn, phần lớn NSX HDD chọn tốc độ dưới 10.000 vòng/phút với một khoảng cách . Nhưng liệu chăng có cách nào khác để cải thiện các chướng ngại này của HDD không?
Có. Và chi tiết thú vị là cách này lại không dựa vào phiến dĩa hay chiếc đầu đọc. Mà là... môi trường không khí nằm giữa chúng! Hiện nay các HDD vận hành trong một môi trường không khí được lọc sạch nhờ một màng "thở" carbon hoạt tính. Màng này giúp loại bỏ bớt bụi bẩn trong không khí khi xâm nhập vào trong HDD.
Cách thức vận hành trên không có gì để "chê". Vấn đề chỉ là không khí thông thường là một hỗn hợp gồm nhiều loại khí với khối lượng mole vào khoảng 29 gram. Khi HDD vận hành, dòng khí này bị cuốn theo các phiến dĩa, ma sát với chúng và là một yếu tố đóng góp vào độ rung của phiến dĩa. Tuỳ theo điều kiện, không khí càng đặc thì áp lực này càng cao và làm phiến dĩa rung mạnh hơn. Do vậy nếu muốn giảm độ rung của phiến dĩa, cách tốt hơn là giảm mật độ (hoặc áp lực) không khí lên trên chúng. Helium được chọn làm ứng cử viên.
Về mặt hoá học, Helium là chất khí trơ, không tương tác hoá học với hầu như các chất, khối lượng mole chỉ 4 gram nên áp lực cơ học mà nó gây cho các phiến dĩa thấp hơn nhiều lần so với không khí thông thường. Bạn có thể đang thắc mắc: sao không chọn Hydrogen vì khối lượng mole thấp hơn? Lý do là Hydrogen có tương tác hoá học mạnh, đặc biệt có thể gây cháy nổ khi tiếp xúc với Oxygen trong không khí khi gặp điều kiện phù hợp.
Như vậy về mục đích, Helium được HGST chọn dùng vì nó làm giảm độ rung của phiến dĩa. Và lợi ích? Khá nhiều.

• Độ rung giảm giúp cho việc "nhét" được nhiều hơn phiến dĩa & đầu đọc vào cùng một thể tích. HGST cho hay có thể "nhét" được 7 phiến dĩa vào một HDD 3,5-inch trong khi trước đây chỉ "nhét" được 5 phiến. Nhiều phiến dĩa hơn đồng nghĩa với dung lượng cao hơn.
• Độ ồn thấp hơn vì năng lượng sóng âm chuyển từ cơ năng cũng giảm đi.
• Tốc độ có thể tăng lên do phiến dĩa có thể vận hành ở tốc độ cao hơn mà độ rung vẫn ở phạm vi cho phép.
• Dung lượng từng phiến dĩa có thể tăng lên nếu tốc độ xoay vẫn như cũ song đầu đọc nằm gần phiến dĩa hơn. Khoảng cách gần hơn làm cho mật độ bit cao hơn.
• Năng lượng vận hành có thể giảm do mật độ bit cao hơn và đầu đọc ít phải di chuyển hơn.

Nghe rất hứa hẹn, song trước mắt HGST chỉ nhắm dòng sản phẩm mới cho đối tượng doanh nghiệp (server, datacenter) vì Helium về căn bản là một chất hiếm trên Trái Đất (nó khá phổ biến trên... các ngôi sao vài triệu độ). Do kích thước phân tử nhỏ nên Helium dễ thất thoát ra ngoài, nên đòi hỏi một cơ chế "đóng gói" phải cực kỳ kín. Điều này dẫn đến các HDD dùng Helium sẽ có giá thành cực cao và không thích hợp với đối tượng người dùng cá nhân.
Trong một demo của mình, HGST cho hay HDD dùng Helium tiêu thụ ít điện hơn HDD thường 23%. Kết hợp với dung lượng lưu trữ tăng từ 5 lên 7 phiến dĩa, HGST kết luận sản phẩm mới tiết kiệm điện tính theo dung lượng (watt/TB) tới 45%. Đây có thể không quan trọng với người dùng cá nhân, song với datacenter dùng hàng trăm HDD cùng lúc, con số này cực kỳ ấn tượng.
HGST dự kiến sẽ ra mắt dòng HDD mới này trong 2013, các chi tiết kỹ thuật sẽ được công bố sau.
Tổng hợp