HARDWARE

Grafeno+gravação por calor = HDs com 100x mais capacidade

O material promissor, somado à uma técnica inovadora possibilitará novos horizontes no armazenamento de dados

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Em maio deste ano, um grupo de pesquisadores¹ divulgOU um estudo sobre o uso do grafeno como lubrificante e protetor de pratos de HDs, trazendo resultados promissores e que possibilita que novas tecnologias de gravação possam ser implementadas de forma mais estável e abrindo novos horizontes para o crescimento do armazenamento de dados neste tipo de mídia.

Contexto atual

O estudo chega em um momento oportuno, uma vez que é crescente a demanda por mais armazenamento, pois a produção de dados promete chegar a centenas de Zetabytes (1 ZB = 1 trilhão de Gigabytes ou 1 bilhão de Terabytes) por ano em breve, e os HDs são os que apresentam o menor custo por capacidade. Parte desta demanda se deu graças ao aumento de conteúdo produzido para as redes sociais e aumento da resolução dos arquivos.

É importante ressaltar que com a crescente demanda de dados, veio a procura crescente por backups, uma vez que também houve o crescimento de ataques ransomware (sequestro de dados), leis de proteção de dados (que requerem uma atenção ainda maior para os dados dos usuários e clientes armazenados por empresas, sites e prestadores de serviços), e maior consciência dos usuários sobre seus arquivos e a importância de fazer uma cópia de segurança (seja em nuvem ou em seu próprio dispositivo).

Embora nos últimos anos o custo por capacidade dos armazenamentos baseados em memória flash (principalmente SSDs e cartões de memória) se reduziram significativamente (principalmente pelas novas técnicas de gravação), a pandemia provou que este é um mercado sensível. Isso ocorreu porque a memória flash é composta basicamente por transistores, que por sua vez são construídos com semicondutores, que durante a pandemia ficaram escassos e até estiveram em falta, devido às paralisações nas principais fabricantes (maior parte se encontra na Ásia, uma das primeiras regiões afetadas pela pandemia) e pela elevada demanda repentina provocada pelo home office, EAD e isolamento social; que foi agravada com o aumento de mineração de criptomoedas (algumas permitem minerar com SSDs). Desta forma, o custo dos HDs tiveram uma vantagem ainda maior durante a pandemia.

Como é feito atualmente?

O armazenamento em discos rígidos (HDs) ocorre por meio de gravação magnética, sendo composto majoritariamente por pratos (semelhantes a discos de DVDs, porém com 2 faces graváveis e legíveis simultaneamente de forma magnética ao invés de óptica), cabeças magnéticas (semelhante aos leitores de DVDs, porém muito mais preciso e magnético) e uma controladora. Para evitar o atrito, desgaste, corrosão e danos acidentais, os pratos são revestidos por uma camada de carbono, que protege e lubrifica.

Tal camada é cada vez mais importante, uma vez que a maioria das técnicas para aumento de densidade de armazenamento neste tipo de mídia é baseada em acomodar mais bits em um mesmo espaço, o que requer mais precisão e redução da distância entre a cabeça magnética e os discos, além de outros procedimentos.

Analogia com o papel

Guardadas as devidas diferenças (especialmente por que o HD é escrito e lido de forma magnética), é semelhante à escrita em um papel: se deseja escrever mais informações em um mesmo espaço, será necessário reduzir o tamanho da letra; e se deseja escrever nesta proporção de forma rápida, é necessário o controle preciso do contato com o papel, um lápis capaz de escrever nestas medidas e um leitor para ler nestas proporções.

Imagine que para evitar rasgar o papel e para escrever melhor nesta velocidade haja uma camada protetora e lubrificante lisa e fina. Ao mesmo tempo que se busca escrever mais no mesmo espaço, também se busca escrever e ler mais rápido; e para isso há novos processos de escrita, é como se trocasse o lápis por uma lapiseira com uma ponta mais fina, e o leitor por outro ainda mais preciso. Esta troca de técnica pouco fará efeito se a proteção e lubrificação comprometer o contato com o papel, assim ela deve ser reelaborada para ser mais resistente a um contato mais forte, próximo e preciso.

Onde entra o grafeno na história?

A novidade aqui é que a camada de carbono será substituída por um grafite composto por grafeno, aumentando a resistência, reduzindo pela metade o atrito e diminuindo em 2,5 vezes a susceptibilidade à corrosão. Com um material tão resistente e protetor, é possível reduzir a espessura desta camada, aproximando a cabeça magnética dos pratos e tornando o processo ainda mais preciso.

A resistência do grafeno e redução da distância entre cabeça magnética e pratos possibilita implementar a Gravação Magnética Assistida por Calor (HAMR - Heat-Assisted Magnetic Recording, desenvolvida pela Seagate). A técnica consiste em usar um laser para aquecer por aproximadamente 1 nanosegundo (1 segundo dividido por 1 bilhão) e reduzir a coercividade magnética (resistência à desmagnetização - processo necessário para a escrita magnética).

A técnica é uma boa alternativa caso aumente a densidade de dados, pois quanto mais informações em um mesmo espaço, maior a chance de interferência de um bit no outro, especialmente durante a gravação; assim, o calor “destaca” o bit para gravação, reduzindo a carga magnética necessária e diminuindo as chances de alterar bits próximos.

Infelizmente há ainda algumas contrapartidas que ainda estão sendo estudadas, principalmente em relação à HAMR e seus possíveis efeitos na durabilidade dos pratos, uma vez que a aplicação de calor pode desgastar mais rapidamente e reduzir a vida útil dos HDs.

Em síntese

Com o uso do grafeno na camada protetora dos pratos, será possível reduzir a espessura desta camada, possibilitando o processo de Gravação Magnética Assistida por Calor, dando mais precisão na gravação e leitura e oportunizando o aumento da densidade de área do disco.

Por consequência, com uma densidade maior, a capacidade do disco também aumenta. Assim, a mudança de carbono simples por um grafite arranjado composto por grafeno possibilita o aumento de até 100x na capacidade de armazenamento.