As unidades de disco rígido são tudo menos retro

Quando a primeira unidade de disco rígido chegou ao mercado, em 1956, foi uma revolução. Até então, os dados eram, na sua maioria, armazenados em cartões perfurados, extremamente dispendiosos e cuja organização exigia muito tempo. E eis que surge um único dispositivo capaz de armazenar dados de 64 000 cartões perfurados e que, graças a discos magnéticos rotativos e a braços móveis com cabeças de leitura/escrita, permitia o acesso quase de imediato.

Todavia, a primeira unidade de disco rígido era gigantesca. Com os seus 50 discos de 24 polegadas, pesava cerca de uma tonelada e tinha enormes dimensões. Só no final da década de 1980 é que surgiram os suportes HDD de 3,5 polegadas que hoje conhecemos, baseados no tamanho das disquetes para permitir a instalação nos mesmos compartimentos. Este formato acabou por se tornar padrão nos servidores e sistemas de armazenamento.

Entretanto, os suportes HDD de 3,5 polegadas desapareceram dos computadores mais comuns ou são utilizados apenas como um dispositivo de armazenamento em massa barato, juntamente com um SSD. As unidades HDD de 2,5 polegadas, inicialmente desenvolvidas para portáteis, também foram amplamente substituídas por unidades SSD e encontram-se agora, essencialmente, em unidades USB externas. 

Um ano recorde para a unidade de disco rígido Computadores e alguns dispositivos eletrónicos (ex: câmaras, smartphones), estão agora equipados com memória flash. Todavia, ainda que o fim do HDD tenha sido muitas vezes previsto, continua a ser impossível imaginar muitos dispositivos e infraestruturas de TI sem este dispositivo de armazenamento clássico. Os sistemas NAS e os gravadores de videovigilância são quase exclusivamente equipados com HDD. As unidades HDD também suportam o grosso do armazenamento de dados das empresas e dos centros de dados dos fornecedores de serviços em nuvem e continuarão a fazê-lo no futuro previsível. As unidades SSD são, simplesmente, demasiado caras e, devido ao seu complicado processo de fabrico em ambiente controlado, não podem ser fabricadas em qualquer local, em quantidades suficientes para suportar a enchente de dados da era da informação. 

Para além do avanço da digitalização nas empresas, na investigação e na administração pública, as inúmeras máquinas, dispositivos e sensores com ligação à rede da IdC estão a impulsionar o aumento dos dados. É verdade que muitos dos dados da IdC são processados diretamente no local, porque os veículos autónomos ou as instalações de produção confiam numa avaliação rápida para reagir a eventos em tempo real. Não obstante, para armazenamento a longo prazo, análise mais aprofundada e correlação com dados de outras fontes, os dados são, normalmente, transferidos para centros de dados, onde acabam por ser armazenados em HDD.

O aumento significativo de dados nos principais centros de dados e na nuvem também se reflete no mercado de HDD, com 259 milhões de unidades vendidas em 2021, de acordo com os investigadores de mercado da Trendfocus. Atingem uma capacidade de armazenamento de 1338 zetabytes, 31 por cento mais do que em 2020, e um novo recorde. Uma capacidade de armazenamento inédita em HDD. 

Capacidades e desempenho em constante crescimento

O segredo para o sucesso dos HDD está na sua elevada capacidade de armazenamento a baixos preços. A capacidade das unidades Enterprise aumentou continuamente em cerca de dois terabytes por ano nos últimos anos, enquanto os custos permaneceram constantes. Isto tornou-se possível graças às constantes melhorias nas tecnologias HDD, ainda que o conceito original se mantenha inalterado — magnetização sem contacto e leitura de setores em discos rotativos com um revestimento magnético.

Ao mudar para o enchimento de hélio, por exemplo, há alguns anos, foi possível aumentar a capacidade de armazenamento dos HDD empresariais de 3,5 polegadas de 10 para 14 terabytes. O hélio é um gás mais leve e homogéneo do que o ar, pelo que causa menos turbulência quando as unidades de disco rígido estão em rotação, o que permite a utilização de discos mais finos. Por conseguinte, é possível integrar mais discos na caixa. Por outro lado, as cabeças de leitura/escrita permitiram uma maior densidade de escrita de bits e um aumento da capacidade para os 16 terabytes.

Contudo, impulsionados pelos serviços em nuvem e pelas aplicações da IdC, os requisitos de desempenho das unidades de disco rígido também foram alterados. A otimização para escrita e leitura sequencial já não é suficiente, uma vez que o acesso regular aos dados em armazéns online ativos nos centros de dados exige um elevado desempenho no caso de acessos aleatórios. Isto foi alcançado com otimizações do firmware, o que permite que os HDD empresariais atinjam atualmente mais de 400 IOPS, dependendo do modelo. Não é muito comparado com um único SSD, mas algumas dezenas destas unidades de disco rígido num sistema de armazenamento podem proporcionar dezenas de milhares de IOPS, o que se traduz, simultaneamente, num elevado desempenho e numa grande capacidade de armazenamento a baixo custo.

Novos métodos de gravação para a próxima geração de HDD

A gravação magnética perpendicular (PMR), que tem sido utilizada como uma tecnologia de gravação na última década e meia, está a atingir os seus limites a 16 terabytes por unidade. Com a gravação magnética em setores sobrepostos (SMR) e a gravação magnética assistida por micro-ondas (MAMR), desenvolveram-se novos métodos para registar mais dados na mesma superfície magnética. A SMR escreve as faixas de dados em sobreposição, que são depois dispostas de forma semelhante às telhas no telhado de uma casa. As unidades de disco rígido com SMR estão disponíveis desde há vários anos e encontram-se em computadores, sistemas de videovigilância e unidades USB externas, entre outros.

Por outro lado, a MAMR utiliza micro-ondas para controlar e juntar o fluxo magnético na cabeça de escrita. O recurso a micro-ondas significa que é necessário menos energia magnética para gravar os bits no suporte, pelo que as cabeças de escrita são mais pequenas e conseguem escrever dados de forma mais densa. As unidades HDD MAMR com nove discos magnéticos suportam 18 terabytes e foram lançados no mercado no ano passado, através do modelo Toshiba MG09. As futuras unidades com dez discos magnéticos terão, em breve, uma capacidade de 20 terabytes.

O potencial da MAMR está assim longe de estar esgotado. As versões futuras vão também utilizar micro-ondas para ativação de material nos discos magnéticos, requerendo ainda menos energia magnética. Isto permitirá uma maior redução no tamanho das cabeças de escrita. Inicialmente, esta tecnologia de gravação magnética assistida por micro-ondas vai aumentar a capacidade das unidades HDD de 3,5 polegadas para 22 terabytes, mas os especialistas acreditam que os 50 terabytes são uma meta realista dentro de poucos anos.

Este desenvolvimento contínuo tem garantido a sobrevivência do HDD como suporte de armazenamento, que continua a ser procurado hoje em dia. As tecnologias modernas, como SMR e MAMR, mas também os atuadores duplos, estão a preparar os HDD para os próximos anos, com um aumento crescente dos requisitos de capacidade e desempenho.

Conteúdo co-produzido pela MediaNext e pela Toshiba