Sciencemag.cz
Doporučujeme
Inspirace ve vesmírné technologii. Při výrobě satelitů se mikrovlnná zařízení někdy musí hermeticky svařovat pomocí laseru. A co z toho vyplývá pro pevné disky?
Na první pohled se pevné disky HelioSeal společnosti Western Digital nijak neliší od běžných pevných disků. Z technologického hlediska se však jedná o mistrovské dílo a tržní prvenství, které poskytuje dokonalý základ pro velká data a umělou inteligenci v datovém centru. A to díky heliu hermeticky uzavřenému v plášti disku.
Potřeba rychlosti
Pamětníci v oboru IT si jistě vybaví, že ještě před několika lety byla práce s daty úplně jiná. Před nástupem analytiky velkých dat a využívání umělé inteligence stačilo mít online pouze část dostupných dat. Mnohem větší část dat ležela nevyužívaná v offline archivech sestávajících z vyměnitelných médií, jako jsou pásky. To se nyní zásadně změnilo poté, co byla rozpoznána hodnota historických dat pro analytiku a jejich použití jako výchozího materiálu pro strojové učení. V datových centrech došlo k zásadní změně přístupu, protože už nestačí zapisovat archivovaná data na nejlevnější možná offline média, k nimž se přistupovalo jen zřídka. Dnes jsou archivy „aktivní“ a online data se v datových skladech a datových jezerech neustále čtou a zapisují. S velkými daty však vzrostla nejen potřeba větších kapacit. Trumfovým esem je nyní mít obrovské množství dat online: Má-li umělá inteligence poskytovat předpovědi v reálném čase, je nutné umět data přístupná online také co nejrychleji načítat. A právě tady vstupuje do hry prvek helium.
Proč používat helium v pevných discích?
Prvek helium si asi většina lidí pamatuje z hodin fyziky ve škole. Je to druhý nejrozšířenější a druhý nejlehčí prvek ve vesmíru. Slunce každou sekundu přemění 600 milionů tun vodíku na helium. A právě vlastnosti tohoto prvku vedly k revoluční myšlence uzavřít helium v pevném disku namísto vzduchu.
Helium má sedmkrát nižší hustotu než vzduch. Tím se zásadně mění vlastnosti pevného disku. Je to proto, že nízká hustota snižuje turbulence vznikající při otáčení ploten pevných disků. Ve srovnání s běžnou technologií se tak snižuje spotřeba energie a lze používat tenčí plotny disků. Při stejném rozměrovém formátu se jejich kapacita zvyšuje až o 16 procent. Spotřeba energie v klidovém režimu se snižuje dokonce o 60 procent.
To ale není vše: helium vyžaduje menší chlazení, protože tyto disky jsou ve srovnání s disky plněnými vzduchem o 4 až 5 °C chladnější. To pomáhá firmám snižovat náklady na energii na provoz a chlazení. Nižší teploty mají rovněž pozitivní vliv na celkovou spolehlivost. Kromě toho jsou tyto disky také výrazně lehčí a tišší, což má příznivý dopad na architekturu datového centra.
Helium v pevném disku: Nejvyšší technické umění
Uživatelé pevných disků HelioSeal oceňují jejich vysoce výkonnou a nákladově i energeticky úspornou technologii. Cesta k nim však byla dlouhá a bylo třeba vyřešit dlouhý seznam problémů. Spolehlivé uzavření helia do pláště disku a jeho bezproblémové začlenění do obvyklého prostředí datového centra vyžadovalo značné technické dovednosti. Důvodem je, že trvalé a bezpečné uložení helia v uzavřeném prostoru vůbec není jednoduché.
První úvahy o výhodách, které by mohlo helium v plášti pevného disku přinést, se objevily již koncem 90. let. Výzvou je tento plyn trvale a bezpečně uzavřít, aniž by to vyžadovalo dramatické změny výrobního postupu a rozměrového formátu.
Než se podařilo cíle dosáhnout, bylo zapotřebí určité experimentování a také selhání. Nejprve šlo o další zvýšení těsnosti pláště pevného disku. Když začaly první experimenty, plášť pevného disku měl v průměru deset otvorů na různých místech. Každý z nich představuje potenciální únik. Zpočátku se je pokoušeli nejrůznějšími materiály utěsnit. Průlom však přinesl až krok, kdy byly všechny otvory umístěny centrálně na jedné straně: Jako druhý centrální kryt byla vyvinuta tenká kovová fólie.
Byl nalezen správný materiál a jeho umístění. Vyvstal však další problém. Utěsnění pláště bylo posledním krokem výroby. Bylo třeba najít techniku svařování, která by nepoškodila citlivé součásti uvnitř pláště. Společnost Western Digital našla to, co hledala, ve vesmírné technologii. Při výrobě satelitů se mikrovlnná zařízení někdy musí hermeticky svařovat pomocí laseru. Nyní už bylo jasné, jak se musí skříň zkonstruovat a jak se musí provést utěsnění.
Dalším krokem bylo najít způsob, jak do pláště umístit datové a napájecí vedení, aniž by se narušilo utěsnění a vytvořily nové otvory. Řešení se překvapivě skrývalo v položce, která nemusí nutně patřit do kategorie „high-tech“: chladničky. K tomuto účelu se používají průchodky sklo-kov, které byly levné a daly se vyrábět v milionech kusů.
Koncepce tedy byla hotová, nicméně ještě nějakou dobu trvalo, než byly promyšleny všechny výrobní kroky, navrženy stroje a připraveny k zahájení sériové výroby. Ukazuje to, že pevné disky HelioSeal® jsou dílem nejvyšších technických dovedností, od plánování přes návrh až po výrobu.
Společnost Western Digital má s používáním této technologie bohaté zkušenosti. Od roku 2013 se používá v 8. generaci vysokokapacitních pevných disků pro podnikové aplikace – s nejvyššími kapacitami až 22 TB (CMR) a 26 TB (SMR), které jsou v současnosti na trhu k dispozici.
Uwe Kemmer, ředitel EMEA Field Engineering, Western Digital Corporation
