Il y a quelques jours, l’Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) publiait sa feuille de route pour les années à venir dans le petit monde du stockage, avec des disques durs de 100 To à l’horizon 2037.

Après la théorie, la pratique en 2024 avec Western Digital qui annonce une première mondiale : l’expédition des premiers disques durs avec 11 plateaux, alors que la limite semblait être à 10. Deux gammes en profitent : les Ultrastar DC HC590 et Ultrastar DC HC690.

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Jusqu’à 26 To en CMR

Commençons par les Ultrastar DC HC590 avec une capacité de 24 ou 26 To, disponibles avec une interface SAS ou S-ATA. Avec 11 plateaux, cela nous donne une densité de 2,36 To par plateau sur le modèle de 26 To. Ils tournent à 7 200 tpm et le fabricant annonce des taux de transfert jusqu’à 302 Mo/s.

Le disque dur utilise la technologie ePMR (Energy-assisted PMR) du constructeur, avec PMR qui signifie Perpendicular Magnetic Recording. Les pistes de cet HDD sont en CMR (Conventional Magnetic Recording) et fonctionnent donc comme la grande majorité des disques durs actuels. La fiche technique donne plus de détails.

Jusqu’à 32 To en SMR

Ce n’est pas le cas des Ultrastar DC HC690 qui sont pour leur part en SMR (Shingled Magnetic Recording). Nous avons déjà longuement détaillé cette technologie qui permet de superposer en partie les pistes afin d'augmenter la densité des plateaux. Cela peut par contre provoquer une baisse des performances en écriture à cause d’un phénomène d’amplification. En lecture, rien ne change.

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La densité est plus élevée avec des disques durs de 30 et 32 To, toujours en SAS ou S-ATA. Là encore, il y a 11 plateaux, soit une densité qui s’approche des 3 To par plateaux (2,9 précisément). La vitesse de rotation est toujours de 7 200 tpm, avec un débit maximum moins important que sur la gamme HC590 : 260 Mo/s « seulement ». La fiche technique se trouve par ici.

11 plateaux dans 26,1 mm de hauteur

Dans les deux cas, la technologie HelioSeal est de la partie. Elle consiste à remplacer l'air entre les plateaux par de l'hélium, pour réduire la consommation et l'échauffement, particulièrement lorsque les plateaux sont serrés comme des sardines, ce qui est d’autant plus le cas avec l’augmentation du nombre de plateaux. Rien de neuf pour autant, cette manière de faire est utilisée depuis des années par les fabricants.

Arriver à placer 11 plateaux dans un disque dur de 3,5" relève de l’assemblage de précision tant l’espace est contraint. Les mensurations des deux séries de Western Digital sont de 146,7 x 101,6 x 26,1 mm. Il faut donc caser la carcasse du boîtier, les 11 plateaux et les 22 têtes de lecture/écriture dans seulement 26,1 mm de hauteur.

Quand intégrer 10 plateaux semblait déjà difficile

Preuve que les temps changent, placer 11 plateaux dans un HDD semblait inaccessible il y a encore quelques années. En novembre 2019, nous avions en effet discuté avec un technicien de Seagate qui nous expliquait être « au bout » (ou presque) de la technologie telle qu’elle était alors utilisée : « En hélium, on arrive à 9 plateaux, mais à mon avis 10 plateaux, je ne suis pas sûr que ça se fasse […] Il n'y a plus beaucoup de matière en haut et en bas, on est très proches des bords et il faut quand même garder une certaine rigidité » de l’ensemble.

Non seulement les fabricants ont intégré dix plateaux depuis maintenant quelques années, mais Western Digital passe donc à onze. Et pas seulement sur des prototypes puisque les expéditions ont débuté affirme le constructeur.

Économiser « quelques microns » ici et là

Ce dernier explique dans un billet de blog que les travaux sur l’intégration d’un onzième plateau ont débutés en 2022, avec une évaluation des options disponibles. Augmenter l’épaisseur des disques durs n’était pas envisageable, car les racks des datacenters (la principale cible des HDD avec une telle densité) sont standards, impossible donc d’en déroger pour toucher ce marché.

Cela ne laisse que trois options, comme l’indique Takaaki Deguchi (responsable de cette évolution chez WD) : « Vous devez soit réduire l’espacement entre les plateaux, soit l’épaisseur des plateaux, soit celle d’autres pièces comme le bas ou le haut du boîtier ». Jusqu’à présent, ajoute Western Digital, la technique utilisée était un mélange des deux premières options.

Pour son passage à 11 plateaux, la société s’est concentrée sur la réduction de l’espace entre les plateaux, visiblement sans toucher aux plateaux en eux-mêmes. Cela passe donc par des changements au niveau des bras avec les têtes de lecture et écriture afin de les rapprocher davantage des plateaux.

Ce n’était pas suffisant puisqu'il a aussi fallu diminuer l’épaisseur de la partie basse du châssis (une pièce moulée), sans rogner sur la rigidité pour ne pas fragiliser l’ensemble. Le PCB (avec les composants électroniques) a aussi été modifié « pour éviter tout chevauchement avec la pile des plateaux ».

Western Digital résume la situation : « Ce n’est pas un ou deux changements qui ont permis cela, mais plutôt un examen minutieux et une optimisation d’une multitude d’éléments. Il s’agissait littéralement d’économiser quelques microns d’espace dans des zones ciblées qui, collectivement, ont abouti à quelque chose d’assez important » pour installer un onzième plateau. Une manière de dire qu’on arrive au bout du bout des optimisations ? L’avenir nous le dira.

La relève est déjà là avec HAMR, MAMR, HDMR…

Quoi qu'il en soit, il existe bien d’autres moyens d’augmenter la densité sans ajouter de plateaux, notamment avec les technologies BPMR, HAMR, MAMR et autre HDMR. Et tous les fabricants s’y intéressent, avec plus ou moins d’affinités suivant les technologies. Les disques durs MAMR et HAMR sont déjà une réalité avec des versions de plus de 30 To et des modèles de 36 et 40 To à venir.

Ces technologies sont d’une certaine manière une cassure par rapport aux CMR et SMR actuels (dont on arrive à bout des optimisations) afin d’augmenter la densité des plateaux avec des lasers ou des micro-ondes. Elles commencent seulement à montrer leur potentiel, mais c’est grâce à elles (et leurs évolutions) que l’on pourrait atteindre les 100 To annoncés par l’IEEE. Bien sûr, si les fabricants arrivent à passer de 10 à 11 plateaux en HAMR/MAMR, cela permettra aussi de gagner 10 % de capacité à moindre coût.