Tìm hiểu những ưu điểm của ổ cứng dùng khí Heli

Ngày nay khi mà internet đã trở nên rất phổ biến, nhu cầu lưu trữ dữ liệu trên ổ cứng máy tính không còn lớn như trước nữa, mức độ quan tâm của các sản phẩm ổ cứng cũng đã giảm đi rất nhiều. Tuy nhiên, một công nghệ ổ cứng mà HGST (một công ty thuộc WD) mới công bố gần đây có thể sẽ khiến bạn cảm thấy trầm trồ: Công nghệ HelioSeal trên ổ HDD.

Hơn 1 năm trời sau khi HGST (Hitachi Global Storage Technologies) lần đầu tiên công bố các nghiên cứu của mình, chúng ta sắp được tiếp cận những chiếc ổ cứng sử dụng khí Heli đầu tiên trên thế giới. Được đưa vào nghiên cứu từ rất lâu trước khi HGST được Western Digital mua lại, HelioSeal - một trong những bước đột phá lớn nhất của kỹ nghệ sản xuất HDD rốt cuộc đã được các kỹ sư của đơn vị này hoàn thành. Từ nay mức trần dung lượng cho các ổ cứng HDD sẽ chính thức đạt mức 6TB – tăng hẳn 50% so với mức trần 4TB cũ đúng như các dự định đã công bố trước đó. Được biết mẫu ổ cứng mang dung lượng 6TB đầu tiên này sẽ mang tên Ultrastar He6, ổ cứng với dung lượng lưu trữ lớn nhất thế giới thời điểm hiện tại.

 

Trên thực tế, các ổ cứng hiện tại không được đóng kín hoàn toàn như chúng ta vẫn nghĩ. Các bộ lọc – hay màng carbon hoạt tính được trang bị kèm theo sẽ giúp các loại tạp chất không mong muốn, đặc biệt là bụi lọt vào trong khoang chứa các phiến đĩa, nhưng vùng không gian bên trong đó về cơ bản vẫn chứa không khí bình thường mà ta vẫn thích thở. Tuy vậy bản thân không khí vốn đã là một hỗn hợp khá đặc, có phần khá bất ổn và – do thành phần oxy trong đó – có tính bào mòn đáng kể nếu xét trên các tiêu chí cần thiết để bảo quản các phiến đĩa quay. Tuỳ theo điều kiện, không khí càng đặc thì lực cản cũng như khả năng gây rung lắc, bào mòn cho các phiến đĩa càng nhiều. Đây là vấn đề rất lớn khi mà ta có một chồng các phiến đĩa với tốc độ quay hàng ngàn RPM (vòng/phút) đặt cách nhau chỉ vài milimet. Cả giới hạn về số lượng phiến đĩa lẫn tốc độ quay, trên thực tế đều chủ yếu xuất phát từ lực cản môi trường này.

Luôn có một lớp lọc - air filter kèm theo các ổ cứng hiện nay

Khí Heli, với độ đặc chỉ bằng 1/7 không khí thường thấy trong các khoang đĩa, giảm thiểu đáng kể lực cản và sự bào mòn chống lại chuyển động quay của các phiến đĩa. Về mặt hoá học, Heli là chất khí trơ, không tương tác hoá học với hầu như các chất (cũng là lí do khiến Hydro bị loại – hoạt tính quá cao, lại có khả năng gây cháy nổ). Các tiềm năng thu được từ việc sử dụng Heli sẽ bao gồm việc tăng số lượng phiến đĩa, tăng mật độ dữ liệu trên từng phiến đĩa, tăng tốc độ quay, giảm nhiệt độ hoạt động, giảm mức tiêu thụ năng lượng. Fang Zhang, một chuyên viên phân tích tại tập đoàn phân tích thị trường IHS từng cho biết “Việc sử dụng khí Heli, nghe chừng đơn giản, nhưng lại là một trong những đột phá lớn nhất của ngành công nghiệp đĩa cứng nói riêng và lưu trữ nói chung”.

Tuyên ngôn "ấn tượng" của HGST phần nào thể hiện mức độ khó khăn của công việc nghiên cứu các kỹ thuật lưu trữ.

Nhưng về thực tế kĩ thuật, việc thay thế hoàn toàn không khí trong các ổ cứng bằng khí Heli không hề đơn giản. Trong giới nghiên cứu, người ta đã vật lộn với ý tưởng tạo ra ổ cứng các ổ cứng sử dụng khí Heli hơn 30 năm nay. Vấn đề đầu tiên là tạo ra một kỹ thuật để đóng kín tuyệt đối các khoang đĩa nhằm tránh thất thoát khí Heli trong suốt quá trình sử dụng. Nhưng bước khó nhất là tạo ra một kỹ thuật như vậy với khả năng ứng dụng vào các dây chuyền sản xuất hàng loạt. Tuy các dự định về việc cho ra mắt loại ổ cứng này chỉ mới được HSGT công bố năm ngoái sau khi được WD mua lại, nhưng đằng sau cánh gà, các kỹ sư của đơn vị này đã tốn hơn một thập kỉ chỉ để hoàn thiện kỹ thuật mang tên HelioSeal của mình. Và kết quả thu được có vẻ thực sự xứng đáng với lượng công sức họ đã bỏ ra.

 

Mức dung lượng trần được tăng tới 50% có lẽ là con số ấn tượng nhất đối với người dùng cuối, nhưng với các công ty vốn cần số lượng lớn ổ đĩa cứng cho các datacenter của mình, có những cải tiến thậm chí còn đáng giá hơn thế. Quan trọng nhất trong số đó là sự cải thiện đáng kể về mức điện năng tiêu thụ - do lực cản môi trường đã được giảm đi rất nhiều. HSGT cho biết các ổ Ultrastar trung bình tiêu thụ ít hơn tới 23% năng lượng – tức gần ¼ so với các ổ sử dụng không khí trước kia. Mức tiêu thụ tính theo dung lượng (watt/TB) thậm chí còn giảm tới 49%. Nhiệt độ vận hành thấp hơn khoảng 4-5 độ cũng như việc đóng kín khoang đĩa sẽ ngăn hoàn toàn sự xâm nhập của tạp chất cũng là những điểm cộng đáng kể. Tiếc là chưa có thông tin gì về việc cải thiện tốc độ quay của phiến đĩa, con số vẫn là 7200 RPM như các ổ không khí trước kia.

 

 

Netflix, một trong những tập đoàn với nhu cầu lưu trữ lớn nhất – hiện đang cung cấp hàng tỉ giờ video qua dịch vụ streaming của mình cho hơn 40 triệu người dùng là một trong những khách hàng thân cận nhất và háo hức nhất trước những cải tiến về mặt lưu trữ của WD. David Fullagar – giám đốc kiến trúc CDN (Content Delivery Network) của Netflix phát biểu “Một trong những ưu tiên hàng đầu của Netflix khi không ngừng cải tiến hệ sinh thái dịch vụ của mình là việc tối ưu các ứng dụng streaming. Khả năng lưu trữ lớn và mức tiêu thụ năng lượng thấp trên các ổ cứng như Ultrastar He6 là một trong những thành tố quan trọng nhất giúp chúng tôi đạt được mục tiêu này, đem đến những trải nghiệm tốt nhất cho người dùng”.

 

Người phát ngôn của HGST cho biết đơn vị này vẫn đang không ngừng hợp tác với các hãng sản xuất phần cứng cũng như các đơn vị nghiên cứu khác nhau trên khắp thế giới, bao gồm HP, Huawei Unified Storage, Green Revolution Cooling, Code42, CERN và cả các hãng thông tấn, dịch vụ tìm kiếm lớn để quảng bá, cũng như đặt các chứng chỉ lên sản phẩm mới của mình..

“Lượng dữ liệu mà chúng ta sản sinh và thu thập được vẫn đang liên tục tăng theo cấp số nhất. Khi mà các ứng dụng, dịch vụ lớn ngày nay thậm chí có thể đang phải làm việc với hàng chục, thậm chí hàng trăm petabyte, mọi kỹ thuật giúp tăng mật độ lưu trữ đều đáng được biểu dương nhiệt liệt”. Jimmy Daley, giám đốc đơn vị nghiên cứu Smart Storage của HP phát biểu. Đơn vị của Daley hiện đang thử nghiệm với các ổ He6 đầu tiên lắp đặt trong các máy chủ SL4500 của HP. “Trong các thử nghiệm của chúng tôi, mức tiêu thụ năng lượng trên các sản phẩm này cũng giảm khoảng 2-watt cho các yêu cầu truy xuất ngẫu nhiên khi so sánh với các ổ không khí 4TB mà chúng tôi đang sử dụng, tương đương với khả năng tiết kiệm khoảng 20% điện năng.” . Với kết quả thu được, họ dự định thử nghiệm diện rộng – thay thế hàng trăm ổ đĩa cũ bằng các ổ He6 trên các máy chủ này. Mỗi máy chủ SL4500 trước kia – với khả năng vận hành 60 ổ đĩa cùng lúc – có dung lượng tổng khoảng 250TB (tức ¼ petabyte) giờ đây sẽ được nâng lên mức 1/3 petabyte, hay khoảng 333TB khi ứng dụng He6.

 

 

Hơn thế nữa, đứng trên lập trường của các kỹ sư thiết kế datacenter, việc tăng mật độ dữ liệu không chỉ dừng lại ở các cải thiện kể trên. Khả năng lưu trữ lớn hơn trên cùng một đơn vị ổ cứng còn đem lại các cải thiện khác về số lượng, cân nặng máy chủ và cáp dữ liệu cần sử dụng. Từ đó giảm đáng kể các rắc rối trong việc cân đối quy mô, giá thành và công sức.

Một ý tưởng thú vị khác là – nhờ khoang đĩa được phong kín tuyệt đối, các ổ cứng sử dụng Heli này giờ đây có thể được nhúng trong chất lỏng. Trong môi trường datacenter, tiềm năng ứng dụng tản nhiệt lỏng ngay trên các ổ HDD này chắc chắn sẽ làm “mát lòng” không ít khách hàng của WD.

 

Tuy vậy, vẫn có hai vấn đề đáng lưu ý về các ổ cứng Heli này. Thứ nhất là với tình trạng giá Heli đang tăng dần như hiện nay, sẽ không có gì bất ngờ nếu như các dự đoán về việc giá của loại ổ này cao hơn đáng kể so với ổ cứng không khí truyền thống trở thành hiện thực. Tuy WD chưa đưa ra công bố chính thức về giá của Ultrastar He6, nhưng kể cả nếu các mẫu ổ này có được đưa ra khỏi phân khúc doanh nghiệp đến với các kênh bán lẻ, có lẽ người dùng cuối sẽ chỉ có cơ hội chiêm ngưỡng chúng nếu đủ khả năng tài chính để vươn tới phân khúc sản phẩm cao cấp nhất.

 

Thứ hai là mức tăng đột phá 50% dung lượng nhờ vào việc tăng số lượng phiến đĩa tối đa từ 5 lên 7 tuy là bước nhảy vọt rất lớn, nhưng thực ra cũng lại chính là giới hạn cuối cùng của hướng cải tiến “thay đổi môi trường vận hành đĩa” này. Các cải tiến tiếp theo về dung lượng đĩa cứng sẽ phụ thuộc vào các kỹ thuật và hướng tiếp cận hoàn toàn khác, trong đó bao gồm HAMR (heat-assisted magnetic recording - công nghệ ghi từ tính nhờ nhiệt độ), BPM (bit patterned recoding), SMR (Shingled Magnetic Recording - ghi từ tính xếp lớp) mà genk đã có lần giới thiệu. Hiện tại SMR đã được Seagate bắt đầu sử dụng, còn HGST đang dự định ứng dụng HAMR để tiếp tục cải tiến sản phẩm của mình.