Was ist eine EAMR-Festplatte und wie funktioniert sie?

Festplattenlaufwerke ähneln Druckern in Bezug auf ihre Reife und etablierte Technologie. Es gibt selten bahnbrechende Innovationen in diesem Bereich. Ist unsere heutige Aufmerksamkeit nicht hauptsächlich auf NVMe- und SATA-SSDs gerichtet?

Mechanische Festplatten: Immer noch ein bedeutender Markt

Obwohl Konsumenten sich weitgehend von mechanischen Festplatten abgewandt haben, besteht in Rechenzentren weiterhin ein starker Bedarf an Laufwerken mit hoher Speicherkapazität. Dies hat Western Digital (WD) dazu veranlasst, neue Enterprise-Laufwerke mit der sogenannten „ePMR“ (Energy-Assisted Vertical Magnetic Recording) Technologie zu entwickeln. Wir werden der Einfachheit halber bei der Bezeichnung energieunterstützte Magnetaufzeichnung (EAMR) bleiben.

Im Juli 2020 stellte Western Digital seine neuen Laufwerke vor, darunter 16- und 18-TB-Gold-Enterprise-Laufwerke sowie ein Ultrastar EAMR-Laufwerk mit einer beeindruckenden Kapazität von 20 TB, das bald erhältlich sein wird.

Diese Speichergrößen sind beeindruckend und die Möglichkeit, so viel Kapazität auf einem einzigen Laufwerk zu haben, ist sehr verlockend. Allerdings werden diese 3,5-Zoll-Riesenlaufwerke wohl noch nicht in naher Zukunft in Heim-PCs verbaut werden. Der Fokus liegt derzeit klar auf dem Enterprise-Sektor.

Für PC-Enthusiasten ist es jedoch lohnenswert, diese Entwicklung im Auge zu behalten.

Die Herausforderungen für Festplattenhersteller

Jede Computerkomponente bietet Ingenieuren Verbesserungspotenzial. Bei Prozessoren liegt der Schwerpunkt auf der Miniaturisierung und der Erhöhung der Taktraten. Bei Festplatten hingegen ist das Ziel, mehr Daten auf derselben Plattengröße zu speichern.

Eine Festplatte mit einem Lese-/Schreibkopf darüber.

Festplatten bestehen aus mehreren Komponenten, aber die wichtigsten sind die Datenträger (oder Platten), auf denen die Daten gespeichert sind, und der Kopf, der die Daten liest und schreibt.

Festplatten speichern Daten binär, wie zu erwarten ist. Der Schreibkopf bewegt sich über die rotierende Platte und verwendet ein Magnetfeld, um Daten in Form von Nullen und Einsen zu schreiben.

Festplatten werden oft mit Schallplattenspielern verglichen. Die Schallplatte enthält Audiodaten, und die Nadel folgt einer bestimmten Rille, um diese abzurufen. Auf einer LP kann man die Rillen zählen, um die Nadel auf die richtige Spur zu positionieren. Die Daten auf einer Festplatte sind jedoch so klein, dass der Kopf nicht manuell an eine bestimmte Stelle bewegt werden kann, was die Nutzung von Computersteuerung erfordert.

Im Gegensatz zu einer Nadel auf einer Schallplatte liest der Kopf auf einer Festplatte die Daten nicht nur, sondern schreibt sie auch. Das Problem ist, dass Schreibvorgänge auf Nicht-EAMR-Laufwerken nicht so präzise sind, was die Packungsdichte der Bits einschränkt.

EAMR versucht dies zu lösen, indem es ermöglicht, Bits viel dichter auf der Platte zu schreiben. Bei den WD-Laufwerken wird während des Betriebs ein elektrischer Strom an den Hauptpol des Schreibkopfs angelegt. Dadurch wird ein zusätzliches Magnetfeld erzeugt, das ein gleichmäßigeres Schreibsignal ermöglicht. Dies führt zu einer präziseren Datenspeicherung auf dem Laufwerk.

Eine präzisere Datenspeicherung ermöglicht es, mehr Bits pro Zoll (BPI) auf derselben Fläche unterzubringen. Aus diesem Grund ist EAMR ein wichtiger Fortschritt für Festplatten: Es erhöht die Datendichte durch präzisere Schreibvorgänge.

EAMR allein ist jedoch nicht der einzige Fortschritt. Es ist nur eine von mehreren Technologien, die zusammenarbeiten, um die Kapazität einer Festplatte zu erhöhen. Ein weiterer wichtiger Fortschritt bei den neuen WD Gold-Laufwerken ist der Triple-State-Aktuator (TSA). Diese mechanische Lösung positioniert den Kopf genauer über dem Datenträger. Auch hier helfen genauere Schreibvorgänge, die Speicherkapazität einer Platte zu erhöhen.

Im Laufe der Jahre haben Laufwerkshersteller weitere Fortschritte erzielt, um die Kapazität zu erhöhen. Zu einem bestimmten Zeitpunkt wurden dünnere Platten verwendet, um mehr Datenträger in ein Laufwerk gleicher Größe einzubauen.

Als dieser Ansatz an seine Grenzen stieß, führten Unternehmen wie WD Helium-gefüllte Gehäuse für die Platten ein. Dadurch werden die innere Reibung und Wärmeentwicklung reduziert, was zu energieeffizienteren Laufwerken führt.

Dies ermöglichte den Einbau von mehr Platten in ein Laufwerk. WD hat diesen Prozess ebenfalls verbessert und die Anzahl der Platten von sieben im Jahr 2013 auf neun erhöht.

Obwohl dies ein bedeutender Fortschritt ist, arbeitet EAMR in Verbindung mit anderen Technologien, um Laufwerke mit höheren Kapazitäten zu erreichen.

Vorläufig nur für den Enterprise-Bereich

Festplatten mit enormer Kapazität sind zwar eine verlockende Perspektive für Heimanwender, aber derzeit noch nicht zugänglich. Dies könnte sich jedoch in einigen Jahren ändern. Helium-gefüllte Laufwerke waren anfangs auch nur für den Enterprise-Bereich gedacht, wurden aber etwa drei Jahre später auch in Consumer-Geräten verwendet. Heutzutage findet man diese in Laufwerken ab 12 TB, wie z. B. einigen externen Festplatten von WD.

Wir fragten WD nach der Möglichkeit, EAMR und TSA eines Tages in Festplatten für Verbraucher zu sehen und erhielten folgende Antwort:

„Obwohl wir keine zukünftigen Pläne bekannt geben, bewerten wir kontinuierlich die Kundenbedürfnisse in Bezug auf Kapazität und erkennen, dass die Anforderungen an die Datenspeicherung in vielen Marktsegmenten, einschließlich der Verbraucher, steigen.“

Desktop-Computer verfügen bereits über eine recht hohe Speicherkapazität auf ihren Festplatten, ohne auf NAS-Laufwerke zurückgreifen zu müssen. Noch vor wenigen Jahren waren 1- oder 2-TB-Laufwerke ein großer Fortschritt. Jetzt sind 6- oder 8-TB-Laufwerke für Heim-PCs erhältlich. In Kombination mit mehreren NVMe- und SSD-Laufwerken lässt sich so einiges an Speicher in einen einzigen Tower packen.

Dennoch bleibt die Vorstellung, 16 TB oder mehr auf einem einzigen Laufwerk zu haben, sehr attraktiv. Es scheint, dass die Zukunft der Festplatten trotz der beeindruckenden Leistung von NVMe- und SATA-SSDs noch nicht vorbei ist.