가열 자기 기록
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1. 개요
가열 자기 기록(HAMR)은 하드 디스크 드라이브의 저장 용량을 늘리기 위해 개발된 기술이다. 1954년 특허 출원 이후, 자기-광학 드라이브 및 미니디스크 등에서 열을 이용한 자기 기록 기술이 사용되었다. 씨게이트는 1990년대 후반부터 HAMR 기술 개발을 시작하여, 2020년 20TB, 2023년 32TB 드라이브를 출시했으며, 2024년에는 대량 생산을 앞두고 있다. HAMR은 레이저로 플래터를 가열하여 자기 기록의 딜레마를 해결하고, 더 높은 면밀도를 가능하게 한다. 열자기 패턴 형성(Thermomagnetic Patterning)은 HAMR과 유사한 기술로, 레이저 빔을 사용하여 자기화 방향을 반전시켜 다양한 패턴을 생성한다.
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| 가열 자기 기록 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 유형 | 자기 기록 |
| 상태 | 개발 중 |
| 개발자 | 씨게이트 테크놀로지 웨스턴 디지털 |
| 상세 정보 | |
| 밀도 | 1 제곱인치당 1 테라비트 이상 |
| 작동 원리 | 자기 입자를 가열하여 쓰기 용이하게 함 |
| 장점 | 더 높은 저장 밀도, 더 큰 저장 용량 |
| 단점 | 추가적인 하드웨어 필요 더 높은 비용 잠재적인 신뢰성 문제 |
| 추가 정보 | |
| 다른 이름 | HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording) |
| 관련 기술 | 자기 기록 수직 자기 기록 (PMR) 이중 자기 기록 (DMR) |
| 참고 자료 | |
2. 역사
HAMR 기술의 역사는 1954년 RCA 소속 PL 코퍼레이션 엔지니어들이 자기장과 열을 이용한 데이터 기록 원리에 대한 특허를 출원하면서 시작되었다.[15] 이후 테이프 스토리지를 중심으로 관련 기술 연구가 이어졌다. 1980년대에는 유사한 원리를 사용하는 자기-광학 드라이브가 상업적으로 등장했으며,[16] 1992년에는 소니(Sony)가 미니디스크(MiniDisc)를 출시하며 열 보조 자기 기록 방식을 활용했다.[17]
본격적인 하드 디스크 드라이브(HDD) 적용을 위한 연구는 1990년대 후반 씨게이트 테크놀로지(Seagate Technology)가 주도하기 시작했다.[11] 2006년 후지쯔(Fujitsu)가 HAMR 기술을 시연했고,[18] 씨게이트는 2007년부터 HAMR 기술을 통한 초고용량 HDD 개발 가능성을 제시했다.[19] 2009년 씨게이트는 평방 인치당 250 기가비트(Gb) 밀도를 달성했으며,[21] 2012년에는 업계 최초로 평방 인치당 1 테라비트(Tb) 밀도를 돌파했다.[24] 같은 해 TDK는 1.5 Tb/in² 밀도를 발표하며 기술 경쟁에 불을 지폈다.[25]
2010년대 중반, 씨게이트와 웨스턴 디지털(Western Digital) 등 주요 업체들은 HAMR 기술 시연과 함께 상용화 계획을 발표했지만,[27][28][30] 실제 출시는 기술적 과제와 테스트 등으로 인해 예상보다 지연되었다. 씨게이트는 2015년 Intermag 컨퍼런스에서 1.4 Tb/in² 이상의 밀도를 달성한 결과를 발표하고,[31] 2017년에는 2018년 말 상업 출시 목표를 구체적으로 제시했다.[33]
2017년 말, 씨게이트는 고객 대상 파일럿 테스트 진행과 함께 대량 생산 준비를 발표하며 2019년 20 테라바이트(TB) 이상 용량의 드라이브 출시 계획을 밝혔다.[12][13] 이후 씨게이트는 16 TB HAMR 드라이브의 최종 테스트를 거쳐[35][36] 2019년 소비자 가전 전시회(CES)에서 실제 작동을 시연했다. 2020년 말, 씨게이트는 COVID-19 팬데믹 상황 속에서도 20 TB HAMR 드라이브 출하를 시작했으며,[40][41] 2023년에는 32 TB HAMR 드라이브를 출시하고 40 TB 및 50 TB 드라이브 로드맵을 발표하며[42] HAMR 기술이 차세대 HDD 기술의 핵심으로 자리 잡았음을 알렸다. 2024년 초에는 HAMR 드라이브의 대량 생산이 임박했음을 시사했다.[43]
2. 1. 초기 연구 및 개발
1954년, RCA를 위해 일하던 PL 코퍼레이션 소속 엔지니어들은 자기장과 함께 열을 사용하여 데이터를 기록하는 기본 원리를 설명하는 특허를 출원했다.[15] 이는 테이프 저장 장치를 중심으로 해당 분야에서 여러 다른 특허 출원으로 이어졌다.1980년대에는 자기-광학 드라이브라는 대용량 저장 장치가 상업적으로 출시되었는데, 이는 디스크에 데이터를 기록하는 데 있어 HAMR과 본질적으로 유사한 기술을 사용했다. 당시 자기-광학 기록 방식은 순수 자기 저장 방식에 비해, 기록되는 비트의 크기가 자기장이 아닌 집속된 레이저 스폿의 크기에 의해 결정된다는 장점을 가졌다. 1988년 기준으로 5.25인치 자기-광학 디스크는 650 메가바이트(MB)의 데이터를 저장할 수 있었으며, 수 기가바이트(GB) 용량으로 발전할 가능성을 보였다. 같은 시기 5.25인치 자기 디스크 하나의 용량은 약 100 MB 수준이었다.[16]
1992년 말, 소니(Sony)는 콤팩트 카세트를 대체할 음악 녹음 및 재생 매체로 미니디스크(MiniDisc)를 출시했다. 녹음 가능한 미니디스크는 쓰기 과정에서 열 보조 자기 기록 방식을 사용했지만, 디스크의 데이터는 커 효과를 통해 광학적으로 판독되었다.[17]
1990년대 후반에 들어서는 씨게이트 테크놀로지(Seagate Technology)가 현대적인 HAMR 드라이브 관련 연구 개발을 시작하며 기술 발전을 이끌었다.[11]
2. 2. 씨게이트의 HAMR 개발
1990년대 후반, 씨게이트 테크놀로지(Seagate Technology)는 현대적인 HAMR 드라이브 개발과 관련된 연구를 시작했다.[11] 경쟁사인 후지쯔(Fujitsu)가 2006년에 HAMR 기술을 시연한 이후,[18] 씨게이트는 2007년에 HAMR 기술을 통해 최대 300 테라비트(Tb) (37.5 테라바이트, TB) 용량의 하드 디스크 드라이브(HDD) 생산이 가능할 것이라고 발표했다.[19] 그러나 일부 언론에서 씨게이트가 2010년까지 300 TB HDD를 출시할 것이라고 보도한 것은 사실과 달랐다. 씨게이트는 평방 인치당 50 테라비트 밀도 달성은 2010년 이후의 목표이며, 이는 비트 패턴 미디어 기술과의 결합을 통해 이루어질 수 있다고 해명했다.[20]2009년 초, 씨게이트는 HAMR 기술로 평방 인치당 250 기가비트(Gb)의 기록 밀도를 달성했는데, 이는 당시 수직 자기 기록(PMR) 기술로 달성한 밀도의 절반 수준이었다.[21] 이후 기술 개발에 박차를 가하여 2012년 3월, 씨게이트는 업계 최초로 HAMR 기술을 이용해 평방 인치당 1 테라비트(Tb)의 기록 밀도를 돌파했다고 발표했다.[24] 같은 해 10월에는 TDK가 평방 인치당 1.5 테라비트 밀도를 달성했다고 발표하며 경쟁이 심화되었다.[25]
2013년 11월, 웨스턴 디지털(Western Digital)이 작동하는 HAMR 드라이브를 시연했지만, 씨게이트는 2016년경 HAMR 기반 드라이브 판매 시작을 예상한다고 밝혔다.[27] 2014년 5월, 씨게이트는 가까운 미래에 6~10 TB 용량의 HDD를 소량 생산할 계획이라고 밝혔으나, HAMR 기술 적용 여부는 명확히 하지 않았다.[28] 같은 해 7월 출시된 8 TB 드라이브는 슁글 자기 기록(SMR) 기술을 사용한 것으로 추정되었다.[29]
2015년 5월, 씨게이트는 중국 베이징에서 열린 Intermag 2015 컨퍼런스에서 플라즈몬 근접장 변환기와 고 이방성 입상 FePt 미디어를 사용하여 평방 인치당 1.402 테라비트의 면적 밀도를 달성한 HAMR 기록 결과를 보고했다.[31] 부품 공급사인 TDK는 2014년 10월, 자사의 HAMR 헤드를 장착한 씨게이트의 10,000 rpm 프로토타입 드라이브가 기업 고객이 요구하는 5년 내구성을 만족시킬 수 있음을 시사하며, 15 TB급 HAMR 드라이브가 2016년경 출시될 것으로 예측했다.[32]
2017년 5월, 씨게이트는 2018년 말 HAMR 드라이브의 상업적 출시를 목표로 한다고 공식 확인했다. 당시 전문가들은 약 16 TB 용량이 될 것으로 예상했다.[33] 같은 해 12월, 씨게이트는 2017년 동안 주요 고객사를 대상으로 HAMR 드라이브의 사전 파일럿 테스트를 진행했으며, 이미 4만 개 이상의 HAMR 드라이브와 수백만 개의 HAMR 읽기/쓰기 헤드를 생산했다고 발표했다. 또한 2018년 파일럿 물량 공급을 거쳐 2019년에는 20 TB 이상의 HAMR 드라이브를 본격적으로 출시할 제조 역량을 갖추었다고 밝혔다.[12][13] 이 발표에서 씨게이트는 HAMR 기술 개발을 통해 평방 인치당 2 테라비트의 면적 밀도(향후 9년간 연 30% 성장, 단기 목표 평방 인치당 10 테라비트), 헤드당 2 페타바이트(PB) 이상의 신뢰성(12 TB 드라이브 기준 5년 수명 동안 35 PB 이상), 그리고 200mW 미만의 레이저 전력 소모(HDD 모터 및 헤드 어셈블리 전력 8W 이상의 2.5% 미만)를 달성했다고 덧붙였다.[12] 일부 전문가들은 이 발표와 비슷한 시기에 논의된 다중 액추에이터 기술 도입 가능성을 연관 지어 추측하기도 했다.[13][14]
2018년 11월, 씨게이트의 업데이트된 로드맵은 16 TB 드라이브가 파트너 전용으로 먼저 제공되고, 20 TB 드라이브의 대량 생산은 2020년에 이루어질 수 있음을 시사했다.[34] 그러나 같은 달 27일, 씨게이트는 생산된 드라이브가 이미 출하되어 핵심 고객 테스트를 통과했으며, 공급망도 준비되어 2019년 20 TB 드라이브 개발, 2023년 40 TB 드라이브 출시를 목표로 한다고 발표했다. 12월 4일에는 16 TB HAMR 드라이브의 최종 테스트와 벤치마크 (컴퓨팅)를 진행 중이며, 고객 검증 후 일반 출시할 예정이라고 밝혔다. 이 테스트는 전력 소모, 읽기/쓰기 성능, SCSI 및 SATA 명령어 응답 등을 포함하며, 당시 드라이브는 기대치를 충족하고 있었다.[35][36]
2019년 1월 소비자 가전 전시회(CES)에서 씨게이트는 작동 중인 헤드를 볼 수 있는 투명 창이 있는 "Exos" 드라이브를 통해 HAMR 기술의 성공적인 읽기/쓰기 작업을 시연했다. 같은 해 2월, IT 매체 ''AnandTech''는 씨게이트의 상세한 출시 계획을 보도했다. 16 TB 단일 액추에이터 HAMR 드라이브는 2019년 상반기 상업 출시 예정이며, 성능은 250 MB/s 이상, 약 80 IOPS, 온라인 스토리지의 중요 지표인 TB당 IOPS는 5 IOPS/TB 수준으로 명시되었다. 헤드 수명은 4 페타바이트(PB), 사용 전력은 12W 미만으로 기존 엔터프라이즈 HDD와 유사했다.[37] 20 TB 단일 액추에이터 및 첫 듀얼 액추에이터 HAMR 드라이브는 2020년 출시가 예상되었다. (듀얼 액추에이터 드라이브는 2019년 하반기 PMR 버전으로 먼저 출시될 가능성이 높았으며, 14 TB PMR 듀얼 액추에이터 모델은 480 MB/s, 169 IOPS, 11 IOPS/TB 성능이 예상되었다.)[37] 씨게이트는 또한 HAMR 로드맵으로 최대 24 TB를 지원하는 차세대 기술을 내부 테스트 중이며, 평방 인치당 2.381 테라비트(플래터당 3 TB) 밀도를 달성한 작동 플래터와 실험실 수준의 평방 인치당 10 테라비트 플래터가 있다고 밝혔다.[37] 3세대 생산 목표는 2023년까지 평방 인치당 5 테라비트 (40 TB 드라이브) 달성이었다.[38]
그러나 2019년 10월, 일부 분석가들은 HAMR의 상업적 출시가 2022년까지 지연될 수 있으며, 그 사이 10개의 플래터를 사용한 PMR 드라이브(이후 SMR 적용 예상)가 임시방편으로 사용될 것으로 예측했다.[39]
2020년 4월, COVID-19 팬데믹 상황 속에서 씨게이트 CEO 데이비드 모슬리는 투자자 실적 발표에서 수요 증가를 언급하며 2020년 말까지 20 TB HAMR 드라이브를 출하할 것으로 예상한다고 밝혔다.[40] 같은 해 10월, 씨게이트는 2020년 12월에 20 TB HAMR 드라이브 출하를 시작하고, 2026년까지 50 TB 용량 달성을 목표로 한다고 재확인했다.[41]
2023년 6월, 씨게이트는 2023년 3분기에 32 TB HAMR 드라이브를 출시하고, 40 TB 드라이브도 곧 출시될 예정이며, 50 TB 드라이브는 실험실 단계에 있다고 발표했다. 또한 24 TB PMR 드라이브와 28 TB SMR 드라이브가 해당 기술의 마지막 세대가 될 것이라고 언급하며 HAMR로의 전환을 시사했다.[42] 2024년 1월, 씨게이트는 HAMR 드라이브의 대량 생산이 임박했음을 알렸다.[43]
2. 3. 기술적 진보와 상용화
1954년, RCA 소속 PL Corporation의 엔지니어들은 자기장과 열을 함께 사용하여 데이터를 기록하는 기본 원리에 대한 특허를 출원했다.[15] 이는 주로 테이프 스토리지 분야에서 여러 관련 특허로 이어졌다.1980년대에는 자기-광학 드라이브가 상업적으로 출시되었는데, 이는 디스크에 데이터를 쓰는 데 HAMR과 본질적으로 동일한 기술을 사용했다. 당시 자기-광학 기록은 순수 자기 스토리지보다 비트 크기가 레이저 스폿 크기에 의해 결정된다는 장점이 있었다. 1988년, 5.25인치 자기-광학 디스크는 650MB를 저장할 수 있었고, 기가바이트(GB) 단위 용량으로 발전할 가능성을 보였다. 같은 시기 5.25인치 자기 디스크의 용량은 약 100MB 수준이었다.[16]
1992년 말, 소니(Sony)는 콤팩트 카세트를 대체할 음악 형식으로 미니디스크(MiniDisc)를 출시했다. 녹음 가능한 미니디스크는 HAMR 기술을 사용했지만, 데이터는 커 효과를 통해 광학적으로 읽혔다.[17]
1990년대 후반, 씨게이트 테크놀로지(Seagate Technology)는 현대적인 HAMR 드라이브 개발을 위한 연구를 시작했다.[11] 2006년에는 후지쯔(Fujitsu)가 HAMR 기술을 시연했다.[18] 2007년 씨게이트는 HAMR 기술로 300 테라비트(Tb) (37.5TB) 용량의 하드 디스크 드라이브(HDD) 생산 가능성을 언급했으나,[19] 일부 언론의 2010년 300 TB HDD 출시 보도는 사실이 아니라고 해명했다. 씨게이트는 평방 인치당 50 테라비트의 밀도 달성은 2010년 이후의 목표이며, 비트 패턴 미디어 기술과의 결합이 필요할 수 있다고 밝혔다.[20]
2009년 초, 씨게이트는 HAMR을 사용하여 평방 인치당 250 기가비트(Gb)를 달성했는데, 이는 당시 수직 자기 기록(PMR) 기술로 달성된 밀도의 절반 수준이었다.[21] 하드 디스크 기술은 빠르게 발전하여 2012년 1월에는 일반적인 데스크톱 HDD 용량이 500GB에서 2000GB에 달했고, 최대 용량은 4TB였다.[22] 2000년대 초부터 기존 HDD 기술의 한계가 인식되면서 HAMR이 저장 용량 확장의 주요 대안으로 떠올랐다.[23]
2012년 3월, 씨게이트는 HAMR 기술을 사용하여 평방 인치당 1 테라비트(Tb/in²)의 저장 밀도를 달성한 최초의 HDD 제조업체가 되었다.[24] 같은 해 10월, TDK는 HAMR 기술로 1.5 Tb/in² 밀도를 달성했다고 발표했으며, 이는 3.5인치 드라이브에서 플래터당 2TB 용량에 해당한다.[25]
2013년 11월, 웨스턴 디지털(Western Digital)은 작동하는 HAMR 드라이브를 시연했지만 상용화 준비는 되지 않았다고 밝혔다. 당시 씨게이트는 2016년경 HAMR 기반 드라이브 판매를 시작할 것으로 예상했다.[27] 2014년 5월, 씨게이트는 "가까운 미래"에 6TB~10TB 용량 HDD를 소량 생산할 계획이라고 밝혔으나, 기술적, 테스트 투자가 많이 필요하다고 언급했다. 씨게이트는 해당 드라이브에 HAMR 기술이 사용되는지 명확히 밝히지 않았지만, 일부 매체는 HAMR 사용을 추측했다.[28] 씨게이트는 2014년 7월 8TB 드라이브를 출시했지만, 기술 방식은 공개하지 않았고, 슁글 자기 기록(SMR) 기술이 사용되었을 것이라는 추측이 나왔다.[29] 2014년 10월, TDK는 HAMR HDD가 2015년에 상업적으로 출시될 수 있다고 예측했지만 실현되지 않았고,[30] 약 15TB 용량의 HAMR 드라이브가 2016년경부터 사용 가능할 것이며, TDK HAMR 헤드를 장착한 씨게이트의 10,000 분당 회전수(rpm) 프로토타입 HDD가 기업(enterprise) 고객 요구 수준인 5년 내구성을 달성할 수 있음을 시사한다고 밝혔다.[32]
2015년 5월, 중국 베이징에서 열린 Intermag 2015 컨퍼런스에서 씨게이트는 플라즈몬 근접장 변환기와 고 이방성 입상 FePt 미디어를 사용하여 1.402 Tb/in2의 면적 밀도로 HAMR 기록을 시연했다고 보고했다.[31]
2017년 5월, 씨게이트는 HAMR 드라이브를 "2018년 말"에 상업적으로 출시할 것으로 예상한다고 확인했으며, 이는 씨게이트가 HAMR 드라이브 출시에 대해 구체적인 시기를 처음으로 약속한 것으로 평가되었다. 당시 전문가들은 출시 시 용량이 약 16TB가 될 것으로 예상했다.[33] 같은 해 12월, 씨게이트는 2017년 동안 고객사에서 HAMR 드라이브의 사전 파일럿 테스트를 진행했으며, 이미 40,000개 이상의 HAMR 드라이브와 "수백만 개"의 HAMR 읽기/쓰기 헤드를 제작했다고 발표했다. 또한 2018년에 파일럿 물량을 공급하고, 2019년에는 "20TB 이상" 용량의 HAMR 드라이브를 본격적으로 출시할 제조 능력을 갖추었다고 밝혔다.[12][13] 씨게이트는 HAMR 개발을 통해 면적 밀도 2 Tb/in² (향후 9년간 연 30% 성장, 단기 목표 10 Tb/in²), 헤드당 "2 페타바이트(PB)" 이상의 헤드 신뢰성 (12TB 드라이브 기준 5년 수명 동안 "35 PB 이상"으로 일반적인 사용량 초과), 필요한 가열 레이저 전력 "200mW 미만" (0.2W, HDD 모터 및 헤드 어셈블리 전력 8W 이상의 2.5% 미만)을 달성했다고 덧붙였다.[12] 일부 논평가들은 이 발표에 대해 HAMR 드라이브가 하드 드라이브에 여러 개의 액추에이터를 도입할 수 있다고 추측했는데, 이 개발도 비슷한 시기에 다루어졌고, 비슷한 기간에 예상된다고 밝혔기 때문이다.[13][14]
2018년 11월, 씨게이트의 업데이트된 로드맵은 2018년의 16TB 드라이브는 파트너 전용일 수 있으며, 2020년에 20TB 드라이브와 관련된 대량 생산이 있을 수 있음을 시사하는 것으로 보고되었다.[34] 그러나 같은 달 27일, 씨게이트는 생산 드라이브가 이미 출하되어 "핵심 고객" 테스트를 통과했으며, 2019년에 20TB 드라이브 개발, 2023년에 40TB 드라이브 출시를 목표로 대량 생산을 위한 공급망이 존재한다고 밝혔다. 이 발표 직후인 2018년 12월 4일, 씨게이트는 또한 상업 출시를 위해 16TB HAMR 드라이브의 최종 테스트 및 벤치마크를 진행하고 있으며, 고객 검증 후 일반 출시할 예정이며, 2020년에 20TB 드라이브를 출시할 계획이라고 발표했다. 씨게이트는 "이는 고객이 모든 새 드라이브를 검증하는 데 사용하는 것과 동일한 테스트"이며, 전력 사용량, 읽기 및 쓰기 성능, SCSI 및 SATA 명령에 대한 정확한 응답 및 기타 테스트를 포함한다고 언급했다.[35] 2018년 12월 초 현재, 드라이브는 기대치를 충족하고 있었다.[36]
2019년 1월 소비자 가전 전시회(CES)에서 씨게이트는 HAMR 기술을 선보였으며, 드라이브 헤드가 작동하는 것을 보여주는 투명한 창이 있는 "Exos" 드라이브를 사용하여 성공적인 읽기/쓰기 작업을 시연했다. 같은 해 2월, ''AnandTech''는 HAMR에 대한 업데이트를 게시하여 상세한 제품 출시 계획을 밝혔다.[37] 씨게이트에 따르면 16TB 단일 액추에이터 HAMR 드라이브는 2019년 상반기에 상업적으로 출시될 것으로 예상되었다. 이 드라이브는 "250MB/s 이상, 초당 약 80 IOPS, TB당 5 IOPS"로 명시되었으며 ''(IOPS/TB는 온라인(nearline) 데이터 스토어의 중요한 지표임)'', 헤드 수명은 4 페타바이트(PB)이고 사용 중 전력은 12W 미만으로 기존의 고성능 엔터프라이즈 HDD와 유사했다.[37] 또한 20TB 단일 액추에이터 HAMR 드라이브와 회사의 첫 번째 듀얼 액추에이터 HAMR 드라이브가 2020년에 출시될 것으로 예상되었다. (듀얼 액추에이터 드라이브는 2019년 하반기에 출시될 것으로 예상되었지만, 처음에는 HAMR 대신 기존 수직 자기 기록(PMR)을 사용할 가능성이 높았으며, 2019년 듀얼 액추에이터 PMR 드라이브는 단일 액추에이터보다 약 두 배의 데이터 전송 속도와 IOPS에 도달할 것으로 예상되었다. 14TB PMR 드라이브의 경우 480MB/s, 169 IOPS, 11 IOPS/TB).[37] 씨게이트는 또한 출시 이후 HAMR의 로드맵을 자세히 설명했다. HAMR 드라이브를 최대 24TB까지 지원하는 차세대 기술이 내부적으로 테스트되었으며, 2.381 Tb/in2 (플래터당 3TB)와 실험실에서 10 Tb/in2을 달성하는 작동 플래터가 있었으며,[37] 세 번째 생산 장치 세대는 2023년까지 5 Tb/in2 (40TB 드라이브)를 목표로 하고 있다.[38]
그러나 2019년 10월, 분석가들은 HAMR의 상업적 출시가 2022년까지 지연될 것으로 예상했으며, 수직 기록을 사용하는 10개의 플래터 HDD가 (SMR (슁글 자기 기록)이 이어서 사용될 것으로 예상됨) 임시방편 솔루션으로 사용될 것이라고 예상했다.[39]
2020년 4월 투자자 실적 발표(earnings call)에서 씨게이트의 CEO 데이비드 모슬리는 2020년 코로나바이러스 팬데믹으로 인해 수요가 증가하고 있으며, 2020년 말까지 20TB HAMR 드라이브를 출하할 것으로 예상한다고 밝혔다.[40] 같은 해 10월 씨게이트는 2020년 12월에 20TB HAMR 드라이브 출하를 시작하고 2026년까지 50TB를 목표로 할 의사를 확인했다.[41]
2023년 6월, 씨게이트는 2023년 3분기에 32TB HAMR 드라이브를, 40TB 드라이브는 곧 출시될 예정이며, 50TB 드라이브는 실험실에 있다고 발표했다. 또한 24TB PMR 드라이브와 28TB SMR 드라이브가 마지막 종류가 될 것이라고 주장했다.[42]
2024년 1월, 씨게이트는 HAMR 드라이브의 "임박한" 대량 생산을 나타냈다.[43]
3. 작동 원리
가열 자기 기록(HAMR) 기술은 하드 디스크 드라이브의 저장 용량을 획기적으로 늘리기 위해 개발된 기술이다. 기존의 자기 기록 방식은 면밀도(단위 면적당 저장할 수 있는 데이터 양)를 높이는 데 물리적인 한계에 부딪혔다. 이는 매우 작은 데이터 비트에 정보를 안정적으로 저장하기 위해 높은 보자력(자화 상태를 유지하려는 힘)을 가진 재료를 사용해야 하는데, 현재 기술로는 이 높은 보자력을 이겨내고 데이터를 기록할 만큼 강한 자기장을 쓰기 헤드로 만들기 어렵기 때문이다. 이를 자기 기록의 딜레마라고 부른다.[11][4]
HAMR은 이러한 한계를 극복하기 위해 열을 이용한다. 많은 자성 재료는 특정 온도, 즉 큐리 온도 이상으로 가열되면 일시적으로 보자력이 크게 낮아지는 특성을 가진다. HAMR 기술은 이 원리를 활용하여, 하드 디스크 드라이브의 쓰기 헤드에 내장된 작은 레이저를 사용해 데이터를 기록할 디스크 표면의 미세한 영역을 순간적으로 큐리 온도 이상으로 가열한다(스폿 가열).[11]
이렇게 일시적으로 보자력이 낮아진 영역에 자기 헤드가 상대적으로 약한 자기장으로도 쉽게 데이터를 기록한다.[11][4] 데이터가 기록된 직후, 가열되었던 부분은 1 나노초 미만의 극히 짧은 시간 안에 빠르게 냉각되어[4] 원래의 높은 보자력을 회복한다. 이 과정을 통해 기록된 데이터는 안정적으로 유지될 수 있다. 디스크의 극히 작은 부분만 가열하기 때문에 전체 드라이브에 미치는 열 영향은 적고, 레이저에 필요한 전력 소모량도 상대적으로 낮다(200mW 미만[12]).
이 기술을 구현하기 위해서는 레이저 빛을 매우 작은 영역에 정확히 집중시키는 기술과 급격한 온도 변화를 견딜 수 있는 새로운 디스크 재료 개발이 필수적이었다.[4] 씨게이트 테크놀로지 등의 기업은 나노 스케일[11] 표면 플라즈몬 기술을 이용해 빛을 정밀하게 유도하고,[4] 철-백금 합금과 특수 유리 플래터를 사용하는 등[5][6][7][8] 관련 기술적 과제들을 해결해 나가고 있다.
3. 1. 자기 기록의 딜레마
전통적인 자기 기록 방식과 수직 자기 기록(PMR) 방식은 저장 용량을 늘리는 데 있어 근본적인 한계에 부딪혔다. 이는 읽기 성능, 쓰기 성능, 그리고 데이터 안정성 사이의 상충 관계 때문인데, 이를 자기 기록의 딜레마라고 부른다.[11]하드 디스크 드라이브의 면밀도, 즉 주어진 면적에 얼마나 많은 데이터를 저장할 수 있는지를 높이려면, 개별 데이터 비트가 차지하는 물리적 크기가 매우 작아져야 한다. 그런데 이렇게 작은 비트에 데이터를 안정적으로 저장하고 외부 자기장의 영향으로부터 보호하려면, 디스크 표면을 이루는 자기 매체가 매우 높은 보자력(자화 상태를 유지하고 원치 않는 외부 자기적 영향에 견디는 능력)을 가진 재료로 만들어져야 한다.[11]
문제는 데이터를 기록(쓰기)할 때 발생한다. 쓰기 헤드는 자기장을 발생시켜 디스크 매체의 자화 방향을 바꾸어야 하는데, 보자력이 높은 매체일수록 더 강한 자기장이 필요하다.[11][4] 하지만 기술이 발전해도 면밀도가 계속 증가하면, 비트 크기는 점점 더 작아진다. 결국 현재 기술로 만들 수 있는 쓰기 헤드의 자기장 세기로는 이 높은 보자력을 이겨내고 데이터를 기록하는 것이 불가능해지는 지점에 도달하게 된다.[11] 즉, 매우 작은 영역에 필요한 만큼 강한 자기장을 만드는 것이 물리적으로 어렵기 때문이다.[11] 이러한 이유로 기존의 자기 기록 방식만으로는 하드 디스크 드라이브의 용량을 무한정 늘리는 데 한계가 있었다.[11]
3. 2. 큐리 온도와 보자력
자기 기록 기술은 데이터를 안정적으로 저장하기 위해 높은 보자력을 가진 재료를 사용해야 하는 과제를 안고 있다. 보자력은 자기 비트(bit)가 외부 자기장의 영향에도 자화 상태를 유지하게 하는 힘이다.[11] 하지만 면밀도가 높아져 데이터 비트의 크기가 매우 작아지면, 현재 기술로는 이 높은 보자력을 극복하고 데이터를 기록할 만큼 강한 자기장을 생성하기 어렵다. 이는 매우 작은 영역에 강한 자기장을 집중시키는 것이 물리적으로 어렵기 때문이다.[11] 이러한 문제를 '자기 기록의 딜레마'라고 부른다.[11][4]가열 자기 기록(HAMR) 기술은 이러한 한계를 극복하기 위해 재료의 자기적 특성이 온도에 따라 변하는 현상을 이용한다. 많은 자성 재료는 특정 온도, 즉 큐리 온도 이상으로 가열되면 보자력이 급격히 감소하는 특징을 가진다. 예를 들어, 자화된 바늘을 불꽃으로 가열하면 큐리 온도 이상으로 온도가 올라가면서 자성을 잃고, 식으면 다시 자화되지 않는 것을 관찰할 수 있다.
HAMR은 이 원리를 활용하여 하드 디스크 드라이브의 쓰기 헤드에 장착된 작은 레이저를 사용한다. 레이저는 데이터를 기록할 디스크 표면의 미세한 영역을 순간적으로 큐리 온도 이상으로 가열한다(스폿 가열). 이렇게 가열된 영역은 일시적으로 보자력이 크게 낮아져, 상대적으로 약한 자기장으로도 쉽게 데이터를 기록할 수 있게 된다.[11][4] 데이터가 기록된 직후 해당 영역은 매우 빠르게(약 1 나노초 미만[4]) 냉각되어 원래의 높은 보자력을 회복한다. 높아진 보자력은 기록된 데이터가 외부 자기 간섭에 의해 쉽게 변형되는 것을 막아 안정성을 확보한다. 디스크의 극히 일부만 순간적으로 가열되기 때문에 전체 드라이브의 온도 상승은 미미하며, 상대적으로 적은 전력만으로도 작동이 가능하다.
3. 3. 레이저를 이용한 국소 가열
HAMR 기술은 자기 재료의 온도에 따라 보자력이 변하는 특성을 활용한다. 특정 온도, 즉 큐리 온도 이상으로 가열된 자성 물질은 일시적으로 보자력이 크게 낮아지고 냉각되면 다시 원래 상태로 돌아온다. HAMR 하드 디스크 드라이브는 내부에 장착된 작은 레이저를 사용하여 데이터를 기록할 디스크 표면의 미세한 영역을 순간적으로 가열한다. 이 과정을 통해 해당 영역의 디스크 재료는 보자력이 일시적으로 크게 낮아지는 온도에 도달하게 된다.[11]보자력이 낮아진 상태에서 드라이브의 자기 헤드는 기존 방식으로는 쓰기 어려웠던 매우 작은 영역에 데이터를 기록한다.[11][4] 기록 직후, 가열되었던 영역은 1 나노초 미만의 매우 짧은 시간 안에 빠르게 냉각되어 원래의 높은 보자력을 회복한다.[4] 이 빠른 냉각과 보자력 회복 덕분에 기록된 데이터는 안정적으로 유지되며, 다시 가열되기 전까지는 쉽게 변경되지 않는다. 디스크의 극히 일부 영역만 가열하므로 냉각이 빠르고, 레이저에 필요한 전력도 상대적으로 적다.
하지만 레이저를 이용한 가열 방식에는 기술적인 어려움이 따랐다. 가장 큰 문제는 빛의 회절 현상 때문에 일반적인 레이저 빛을 HAMR 기술이 요구하는 극도로 작은 영역(자기 도메인 크기)에 정확히 집중시키기 어렵다는 점이었다.[4] 또한, 기존의 스퍼터 증착 방식으로 만들어진 자기 플래터는 HAMR 공정의 급격한 온도 변화와 열 전도 특성 문제로 인해 사용하기에 적합하지 않았다.[4] 따라서 씨게이트 테크놀로지(Seagate Technology)와 쇼와 덴코(Showa Denko) 같은 기업들은 HAMR 드라이브용으로 유리 플래터 위에 철-백금 합금을 사용하는 등 새로운 재료와 기술 개발에 힘써야 했다.[5][6][7][8] 이 외에도 레이저를 쓰기 헤드에 정밀하게 부착하고 정렬하는 문제, 열을 효율적으로 전달하기 위한 근접장 광학 기술의 대규모 적용 등[9] 여러 기술적 과제를 해결해야 했다.
씨게이트 테크놀로지는 나노 스케일[11] 표면 플라즈몬 기술을 개발하여 레이저 초점 문제를 해결했다고 밝혔다.[4] 이 기술은 도파관의 원리를 응용하여, 레이저 빛이 특정 물질의 표면을 따라 이동하며 원하는 지점에 정확하게 열을 집중시킬 수 있게 한다. 회절 현상의 영향을 받지 않으므로 매우 작은 영역에 정밀한 가열이 가능하다.[4] 또한, 플래터 자체도 특수하게 설계된 "HAMR 유리"를 사용하여, 400°C 이상의 급격한 온도 변화를 견디면서도 가열된 영역의 열이 주변으로 퍼져나가 인접한 데이터에 영향을 주거나 불필요한 전력 소모를 유발하는 것을 방지하도록 열 이동을 정밀하게 제어한다.[4] 사용되는 레이저의 전력 소모량은 초기에 수십 밀리와트(mW) 수준으로 알려졌고[9], 이후 200mW 미만(0.2 W)으로 구체화되었다.[12] 이는 일반적인 3.5인치 하드 드라이브가 사용하는 7~12W의 2.5% 미만에 불과하여, HAMR 기술이 드라이브의 전체 운영 비용에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 예상된다.
4. 기술적 과제 및 해결
HAMR 기술은 기존 하드 디스크 드라이브의 면밀도 한계를 극복하기 위해 개발되었지만, 초기에는 여러 기술적 과제에 부딪혔다. 기존 PMR 방식 등은 데이터 밀도가 높아질수록 기록 헤드의 자기장만으로는 높은 보자력을 가진 기록 매체에 데이터를 쓰기 어려워지는 자기 기록의 딜레마에 직면한다.[11][4]
HAMR은 레이저로 기록 매체의 특정 지점을 큐리 온도 이상으로 순간 가열하여 보자력을 일시적으로 낮춘 뒤 데이터를 쓰는 방식으로 이 문제를 해결하려 했다. 그러나 이 과정에서 새로운 기술적 난관이 발생했다. 주요 과제는 약 1 나노초라는 극히 짧은 시간 안에[4] 매우 작은 영역에 정밀하게 열을 집중시키는 것이었다. 일반 레이저 빛은 회절 현상 때문에 필요한 만큼 작은 초점을 만들기 어렵기 때문이다.[4]
또한, 기존의 자기 플래터는 HAMR 공정의 급격한 온도 변화(약 400°C 이상[4])와 열 제어 요구 조건을 충족하기 어려워 새로운 소재 개발이 필수적이었다.[4] 이 외에도 레이저를 쓰기 헤드에 정밀하게 통합하는 문제, 근접장 광학 기술을 안정적으로 구현하는 문제 등[9] 다양한 기술 및 제어 문제를 해결해야 했다.[4]
이러한 기술적 어려움으로 인해, 2013년 IDC와 같은 업계 관측자들은 HAMR 기술의 상용화 가능성에 대해 회의적인 시각을 보이며 2017년 이전 출시는 어려울 것으로 전망하기도 했다.[9]
하지만 씨게이트를 비롯한 개발사들은 이러한 문제 해결에 집중했다. 열 집중 문제를 해결하기 위해 표면 플라즈몬 기술을 활용하고[11][4], 플래터 재료로는 철-백금 합금과 특수 'HAMR 유리'를 사용하는 등[5][6][7][8][4] 새로운 기술과 재료를 개발했다. 이러한 노력 덕분에 씨게이트는 2015년 작동 프로토타입 시연[10] 이후 2018년부터 초기 생산 물량을 공급하며[11] 상용화 단계에 들어섰다. 가열용 레이저의 전력 소모는 200mW (0.2 W) 미만으로[12] 비교적 적어, 드라이브 전체 전력 소모에 큰 영향을 주지 않을 것으로 예상된다.
4. 1. 열 집중 문제
HAMR 기술 구현에는 레이저를 이용한 가열 과정에서 주요 기술적 난제가 존재했다. 데이터를 기록할 매우 작은 영역에 정밀하게 열을 집중시키는 것이 어려웠기 때문이다.[4] 가열, 쓰기, 냉각 과정은 약 1 나노초라는 극히 짧은 시간 안에 이루어져야 하므로 레이저 사용이 필수적이지만, 빛의 회절 현상 때문에 일반적인 파장의 레이저 빛으로는 HAMR이 자기 도메인에 필요한 작은 영역으로 초점을 맞추기 어렵다.[4]기존의 스퍼터 증착 방식으로 만들어진 자기 플래터 역시 열 전도 특성상 HAMR 기술에 적합하지 않아, 새로운 소재 개발이 필요했다.[4] 이에 씨게이트 테크놀로지와 쇼와 덴코 등은 유리 플래터 위에 철-백금 합금을 사용하는 방식을 개발했다.[5][6][7][8]
이러한 열 집중 문제를 해결하기 위해 씨게이트는 나노 스케일의 표면 플라즈몬을 이용하는 기술을 개발했다고 밝혔다.[11][4] 이는 도파관의 아이디어를 기반으로 한 것으로, 레이저는 가이드 재료의 표면을 따라 이동하며, 가열될 (쓰여질) 영역으로 빔을 유도하도록 모양과 위치가 지정된다. 근접장 광학을 구현하여 열을 전달하는 방식으로, 회절은 이러한 종류의 도파관 기반 초점에 부정적인 영향을 미치지 않으므로 가열 효과를 필요한 작은 영역에 집중시킬 수 있다.[4]
또한, 기록 매체 자체도 가혹한 조건을 견뎌야 한다. 기록 헤드와 플래터 사이의 접촉에 영향을 미치거나 플래터 및 자기 코팅의 신뢰성에 영향을 미치지 않으면서, 작은 영역에서 400°C 이상으로 급격한 스폿 가열을 견딜 수 있어야 한다.[4] 이를 위해 플래터는 가열된 영역에 도달하면 열이 플래터 내에서 이동하는 방식을 정확하게 제어하는 특수 "HAMR 유리"로 만들어진다. 이는 전력 낭비 및 인접한 데이터 영역의 원치 않는 가열 또는 지우기를 방지하는 데 중요하다.[4]
한편, 가열에 사용되는 레이저의 전력 소모는 비교적 적은 수준이다. 2013년 초기에는 수십 밀리와트 수준으로 설명되었고,[9] 2017년에는 "200mW 미만"(0.2 와트)으로 설명되었다.[12] 이는 일반적인 3.5인치 하드 디스크 드라이브에서 사용되는 7~12 와트의 2.5% 미만이므로, HAMR 기술 도입으로 인한 운영 비용 증가는 크지 않을 것으로 예상된다.
4. 2. 재료 개발
기존의 스퍼터 증착 방식으로 만들어진 자기 플래터는 열 전도 특성 때문에 HAMR 기술에 바로 적용하기에는 적합하지 않았다.[4] 따라서 HAMR 기술 구현을 위해서는 새로운 드라이브 재료의 개발이 필수적이었다.[4]씨게이트 테크놀로지와 쇼와 덴코는 이러한 문제를 해결하기 위해 유리로 된 플래터 위에 철-백금 합금을 사용하는 방식을 채택했다.[5][6][7][8] HAMR 공정에서는 매우 작은 영역을 400°C 이상으로 급격하게 가열해야 하므로, 플래터 매체는 이러한 극한의 온도 변화를 견디면서도 기록 헤드와 플래터 사이의 접촉이나 자기 코팅의 신뢰성에 문제가 생기지 않아야 한다.[4]
이를 위해 플래터 자체도 특수한 "HAMR 유리"로 제작된다. 이 특수 유리는 가열된 지점의 열이 플래터 내부에서 퍼져나가는 방식을 정밀하게 제어하는 역할을 한다. 이는 불필요한 전력 소모를 줄이고, 가열 지점 주변에 이미 기록된 데이터가 열로 인해 손상되는 것을 방지하는 데 매우 중요하다.[4]
4. 3. 표면 플라즈몬 기술
HAMR 기술 구현의 주요 과제 중 하나는 데이터를 기록할 플래터 위의 매우 작은 영역에 필요한 열을 정밀하게 집중시키는 것이었다. 기존의 레이저 기술로는 빛의 회절 현상 때문에 필요한 만큼 작은 점으로 빛을 모으기 어려웠다.[4]이 문제를 해결하기 위해 씨게이트는 직접 레이저를 사용하는 대신 나노 스케일[11] 표면 플라즈몬 기술을 개발했다.[4] 이 기술은 도파관의 원리를 응용한 것으로, 레이저 빛이 특수하게 설계된 가이드 물질의 표면을 따라 이동하며 목표 지점(데이터를 기록할 영역)으로 정확하게 유도되어 초점을 맞추게 된다. 표면 플라즈몬을 이용하면 회절 현상의 영향을 받지 않고 빛 에너지를 매우 작은 영역에 집중시킬 수 있다.[4]
이 가열 방식은 기록 헤드와 플래터 사이의 접촉이나 플래터 자체의 신뢰성에 영향을 주지 않으면서, 특정 지점을 400°C 이상으로 급격히 가열했다가 빠르게 식힐 수 있는 특수한 매체를 필요로 한다.[4] 이를 위해 씨게이트는 플래터 재료로 열이 퍼져나가는 방식을 정밀하게 제어할 수 있는 특수 "HAMR 유리"를 사용한다. 이는 불필요한 전력 소모를 막고 인접한 데이터 영역이 의도치 않게 가열되거나 지워지는 것을 방지하는 데 중요하다.[4] 사용되는 레이저의 전력 소모는 비교적 적은 편으로, 초기에는 수십 밀리와트[9], 이후에는 200mW (0.2 W) 미만으로 보고되었다.[12] 이는 일반적인 3.5인치 하드 디스크 드라이브가 소모하는 전력(7~12W)의 2.5% 미만에 해당하므로, HAMR 기술이 적용된 드라이브의 운영 비용이 기존 드라이브와 크게 다르지 않을 것으로 예상된다.
4. 4. HAMR 유리
가열 자기 기록(HAMR) 기술은 하드 디스크 드라이브의 플래터 표면을 레이저로 순간적으로 가열하여 보자력을 낮춘 뒤 데이터를 기록하는 방식이다. 이 과정에서 발생하는 급격한 온도 변화와 정밀한 열 제어는 플래터 소재에 특별한 요구 사항을 제시한다. 기존의 스퍼터 증착 방식으로 만들어진 자기 플래터는 HAMR 공정에서 발생하는 높은 열을 효과적으로 관리하기 어려운 열 전도 특성을 가지고 있어 HAMR 기술에 적용하기에는 부적합하다.[4]이러한 문제를 해결하기 위해 HAMR 드라이브에는 특수하게 설계된 유리 플래터가 사용된다. 이 플래터는 기록 지점을 400°C 이상으로 매우 빠르게 가열했다가 식히는 과정을 견뎌야 하며, 동시에 기록 헤드와의 접촉이나 자기 코팅의 신뢰성에 문제가 생기지 않아야 한다.[4] 씨게이트 테크놀로지(Seagate Technology)와 쇼와 덴코(Showa Denko) 같은 기업들은 HAMR 드라이브용으로 유리 플래터 위에 철-백금 합금과 같은 새로운 자기 기록 매체를 증착하는 방식을 개발했다.[5][6][7][8]
특히 HAMR 기술에 사용되는 플래터는 'HAMR 유리'라고 불리는 특수 소재로 만들어진다. 이 유리는 레이저로 가열된 열이 플래터 내부에서 어떻게 퍼져나갈지를 정밀하게 제어하도록 설계되었다.[4] 열이 필요한 영역에만 집중되고 주변으로 불필요하게 확산되는 것을 막아, 기록하려는 비트 외에 인접한 다른 데이터 영역이 의도치 않게 가열되거나 손상되는 것을 방지한다. 또한, 열 제어를 통해 에너지 효율을 높여 불필요한 전력 소모를 줄이는 역할도 한다.[4] 이러한 정밀한 열 관리는 HAMR 기술이 안정적으로 높은 면밀도를 달성하는 데 핵심적인 요소이다.
5. 장점 및 단점
가열 자기 기록(HAMR) 기술은 기존 하드 디스크 드라이브 기술이 가진 저장 용량 증대의 한계를 극복하기 위해 개발되었다. 수직 자기 기록(PMR)이나 타일 자기 기록(SMR)과 같은 기술들이 면밀도(단위 면적당 저장 용량) 향상에 물리적인 제약에 직면하면서, HAMR은 이를 돌파할 새로운 가능성으로 주목받았다.
HAMR의 핵심 장점은 이론적으로 훨씬 높은 면밀도를 달성할 수 있다는 점이다. 이는 데이터를 기록할 때 디스크 표면의 미세한 영역을 레이저로 순간적으로 가열하여 보자력(자화 상태를 유지하려는 성질)을 일시적으로 낮추는 원리를 이용한다. 보자력이 낮아진 동안 자기 헤드는 더 작은 공간에 데이터를 기록할 수 있게 되고, 이후 빠르게 냉각되어 데이터 안정성을 확보한다.[11][4] 이 방식을 통해 기존 기술의 '자기 기록의 딜레마'(안정성과 기록 용이성 간의 상충 관계)를 해결하고 저장 용량을 획기적으로 늘릴 수 있다.
하지만 HAMR 기술은 구현 과정에서 여러 단점과 기술적 과제를 안고 있었다. 나노미터 수준의 정밀한 가열 제어[4], 고온을 견디고 빠른 냉각이 가능한 새로운 플래터 소재 개발[4][5][6][7][8], 그리고 레이저와 근접장 광학 기술을 HDD 헤드에 안정적으로 통합하는 문제[9] 등이 대표적인 난제였다. 이러한 기술적 복잡성으로 인해 개발 초기에는 상용화 가능성에 대한 회의적인 시각도 존재했으며[9], 장기간 사용 시 고온 반복에 따른 부품의 내구성 및 신뢰성에 대한 우려도 제기되었다.[4]
씨게이트 테크놀로지와 같은 주요 개발사들은 표면 플라즈몬 기술 도입 등[4][11] 지속적인 연구 개발을 통해 이러한 기술적 과제들을 상당 부분 해결했으며, 신뢰성 테스트를 통해 상용화 가능성을 입증하고 고용량 HAMR 드라이브를 출시하고 있다.[11][12]
5. 1. 장점
HAMR 기술은 기존 하드 디스크 드라이브 기술이 가진 저장 용량의 한계를 극복하기 위해 개발되었다. 수직 자기 기록, 헬륨 충전 드라이브, 타일 자기 기록과 같은 이전 기술들은 면밀도(일정 면적에 저장할 수 있는 데이터 양)를 높이는 데 물리적인 제약에 부딪혔지만, HAMR은 이러한 한계를 넘어설 가능성을 제시한다.- 높은 저장 밀도: 전통적인 자기 기록 방식에서는 데이터 비트의 크기가 매우 작아지면 안정적인 저장을 위해 보자력(자화 상태를 유지하려는 성질)이 높은 재료를 사용해야 한다. 하지만 보자력이 너무 높으면 자기 헤드가 데이터를 기록하기 어려워지는 '자기 기록의 딜레마'가 발생한다.[11][4] HAMR 기술은 작은 레이저를 이용해 데이터를 기록할 디스크 표면의 특정 지점을 순간적으로 큐리 온도 이상으로 가열한다. 온도가 올라가면 해당 지점의 보자력은 일시적으로 크게 낮아져 자기 헤드가 더 작은 영역에도 쉽게 데이터를 기록할 수 있게 된다. 기록된 부분은 1 나노초 미만의 매우 짧은 시간 안에 빠르게 냉각되어[4] 보자력을 회복하고 데이터의 안정성을 확보한다. 이 방식을 통해 HAMR은 기존 기술보다 훨씬 높은 면밀도를 달성할 수 있다. 씨게이트는 HAMR 기술을 적용한 프로토타입 드라이브에서 1제곱인치당 2Tb의 면밀도를 구현했다고 발표한 바 있다.[12]
- 낮은 전력 소비: HAMR 기술에서 사용되는 레이저는 디스크 표면의 극히 작은 영역만을 목표로 하여 순간적으로 가열하기 때문에, 필요한 총 에너지는 상대적으로 적다. 씨게이트에 따르면, HAMR 구동에 필요한 레이저 전력은 "200mW 미만"(0.2 W) 수준이다.[12] 이는 일반적인 3.5인치 하드 드라이브가 모터 및 헤드 구동에 사용하는 전력(통상 7~12W)의 약 2.5%에 불과하다. 따라서 HAMR 기술이 적용된 드라이브의 전체 전력 소비량은 기존 드라이브와 비교하여 크게 증가하지 않아 운영 비용 면에서도 효율적이다.
- 장기적인 발전 가능성: HAMR 기술은 하드 디스크 드라이브의 저장 용량을 지속적으로 확장할 수 있는 핵심 기술로 평가받는다. 씨게이트는 이 기술을 기반으로 2019년에 이미 20TB 이상의 고용량 드라이브를 시장에 선보였으며[12][13], 향후 2023년까지 40TB 하드 드라이브, 2030년경에는 100TB 드라이브 출시를 목표로 하고 있다.[11][4] 이는 급증하는 데이터 저장 수요에 대응하여 하드 디스크 드라이브가 계속해서 중요한 저장 매체로 남을 수 있게 하는 기술적 토대를 마련한다는 점에서 의미가 크다.
5. 2. 단점
HAMR 기술은 면밀도를 획기적으로 높일 잠재력을 가졌지만, 상용화 초기에는 몇 가지 기술적 과제와 단점이 지적되었다.'''기술적 복잡성'''
HAMR은 기존의 자기 기록 방식과 달리 레이저를 이용해 디스크 표면의 특정 지점을 나노초 단위로 정밀하게 가열하고 냉각하는 복잡한 과정을 포함한다.[4] 이 때문에 기술 구현 난이도가 상당히 높았다. 특히 다음과 같은 점들이 주요 과제로 꼽혔다.
- '''정밀한 가열 제어:''' 회절 한계로 인해 일반적인 레이저 빛을 나노미터 수준의 미세 영역에 집중시키기 어려웠다.[4] 씨게이트 테크놀로지는 이를 해결하기 위해 표면 플라즈몬 기술을 개발하여 가열될 영역으로 빔을 유도하는 방식을 사용했다고 밝혔다.[4][11]
- '''새로운 매체 개발:''' 고온(약 400°C 이상) 가열과 급속 냉각을 반복해도 손상되지 않는 새로운 자기 매체와 플래터 재료(예: 철-백금 합금, 특수 유리) 개발이 필수적이었다.[4][5][6][7][8] 기존 플래터는 열 전도 특성상 HAMR에 적합하지 않았으며,[4] 열이 플래터 내에서 이동하는 방식을 정밀하게 제어하는 특수 설계가 필요했다.[4]
- '''광학계 통합:''' 소형 레이저 다이오드를 HDD의 읽기/쓰기 헤드에 정밀하게 부착하고 정렬하는 것, 그리고 근접장 광학 기술을 안정적으로 구현하는 것이 난제였다.[9]
이러한 기술적 어려움 때문에 2013년 IDC와 같은 시장 분석 기관에서는 HAMR 기술의 상용화 가능성에 대해 회의적인 시각을 보이기도 했으며, 2017년 이전 출시는 어려울 것으로 전망했다.[9]
'''초기 비용'''
새로운 기술 도입, 특수 재료 개발, 정밀한 제조 공정 등이 요구되어, HAMR 드라이브는 개발 초기 및 양산 초기 단계에서 기존 하드 디스크 드라이브 대비 높은 생산 비용이 예상되었다.
'''신뢰성 문제'''
데이터 기록 시 디스크 표면을 큐리 온도 이상으로 가열했다가 빠르게 냉각시키는 과정이 반복되므로, 장기간 사용 시 플래터와 자기 코팅, 읽기/쓰기 헤드의 내구성과 신뢰성에 대한 우려가 제기되었다.[4] 특히 고온으로 인한 부품의 마모나 변형 가능성이 잠재적인 문제점으로 지적되었다.
다만, 주요 개발사인 씨게이트 테크놀로지는 2017년 발표를 통해 자사의 HAMR 기술이 엄격한 테스트를 통과했으며, 단일 헤드당 2 PB 이상의 데이터 쓰기 수명을 보장하는 등 기존 드라이브와 동등하거나 더 높은 수준의 신뢰성을 확보했다고 주장했다.[11][12] 또한 레이저 구동에 필요한 전력은 200mW 미만으로, 전체 드라이브 전력 소모(일반적으로 7~12W)에 미치는 영향은 미미(약 2.5% 미만)하다고 밝혔다.[12]
6. 열자기 패턴 형성 (Thermomagnetic Patterning)
열 보조 자기 기록과 유사한 기술로, 자기 기록 외에도 주류로 사용되는 기술이다. 자기 보자력은 온도에 크게 영향을 받는데, 이 성질을 이용하는 것이 핵심 원리이다. 영구 자석 필름에 레이저 빔을 조사하여 특정 영역의 온도를 높이면 해당 부분의 보자력이 낮아진다. 이때 필름의 원래 자화 방향과 반대 방향으로 강한 외부 자기장을 걸어주면, 레이저에 의해 약해진 영역의 자화 방향이 반대로 바뀌게 된다. 이 방법을 통해 다양한 응용 분야에 사용될 수 있는, 서로 반대되는 자화 방향을 가진 자기 패턴을 생성할 수 있다.[44]
6. 1. 설정
설정은 다양한 방식으로 구성될 수 있지만, 기본적인 원리는 같다. 먼저, 실리콘이나 유리 같은 기판 위에 영구적인 자기 스트립(필름)을 증착시킨다. 그 다음, 미리 설계된 마스크를 사용하여 레이저 빔을 이 필름에 조사한다.[45] 이 마스크는 레이저 빔이 자기 필름의 특정 부분에만 닿도록 조절하는 역할을 한다. 이 과정은 할바흐 배열 등을 이용해 생성된 매우 강한 외부 자기장 환경에서 이루어진다.[45] 레이저 빔에 노출된 영역은 열을 받아 보자력이 낮아진다. 이렇게 약해진 부분의 자화 방향은 외부에서 가해진 강한 자기장에 의해 쉽게 반대 방향으로 바뀌게 되고, 이를 통해 원하는 자기 패턴을 필름 위에 생성할 수 있다.[44][45]6. 2. 장점 (열자기 패턴 형성)
열 보조 자기 기록과 유사한 기술인 열자기 패턴 형성은 자기 기록 외에도 다양한 분야에서 활용될 수 있는 잠재력을 가진다. 이 기술은 레이저 빔을 이용하여 영구 자석 필름의 특정 영역을 가열하고, 외부 자기장을 이용해 해당 영역의 자화 방향을 반전시키는 원리를 이용한다. 이를 통해 원하는 자기 패턴을 정밀하게 생성할 수 있다.[44] 열자기 패턴 형성 기술의 주요 장점은 다음과 같다.- 다양한 형태의 자기 패턴을 자유롭게 만들 수 있다.
- 자기 기록뿐만 아니라, 미세 및 나노 규모 부상(levitation) 실험 등에 필요한 체크 무늬 패턴을 형성하는 데 유용하다.
- 일반적으로 저전력 레이저를 사용하므로 운용 비용이 비교적 저렴하다.[46]
- 기술 구현 과정이 상대적으로 단순하여 접근성이 좋다.
- 레이저의 정밀도를 활용하여 매우 미세한 영역까지 패턴을 형성하는 것이 가능하다.
6. 3. 단점 (열자기 패턴 형성)
열자기 패턴 형성 기술은 다음과 같은 단점을 가지고 있다.참조
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