该模块提供两个以太网接口,立足于集团发展全局

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为深入学习贯彻习近平总书记在东北三省考察时的新指示、新要求,进一步贯彻落实哈电集团第一次党代会精神,按照“解放思想大讨论”工作安排,10月28日,哈电集团领导班子成员利用一整天时间召开了“解放思想大讨论”务虚会。集团公司党委书记、董事长斯泽夫主持会议,吴伟章、孙智勇、张英健、杨宏勇、谢卫江、吕智强、宋世麒、刘智全、王德兴、张海权、曲哲出席会议并作研讨发言。

电工电气网】讯

可编程安全控制器PNOZmulti2系列作为业内备受欢迎的安全控制系统,其包含的功能始终保持不断地创新及增强。全新推出的安全以太网通讯模块进一步拓展了PNOZmulti2系统的网络应用组合。该模块提供两个以太网接口,以及有7个LED诊断灯帮助判断设备运行状态。

本次研讨紧紧围绕“践行新理念,瞄准新目标,展现新作为,开启新征程”的主题进行。与会领导深刻分析“解放思想”的重要性和紧迫性,深入分析当前国际、国内行业形势和公司当前转型发展面临的困难和问题,对照习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神;对照10月9日全国国有企改革座谈会明确的“六大行动纲领”;对照建设具有全球竞争力的世界一流装备制造企业的发展目标和“12348”发展战略;对照新时代国有企业领导人员、党员干部干事创业的要求;对照职工群众对美好殷实生活的需要;对照全面推进“五大工程”和八项重点任务要求,立足于集团发展全局,深刻剖析在增强市场意识、加快转型发展、全面深化改革、提高管控能力等方面存在的差距,认真查找影响集团发展的问题,深入研究发展思路和应对举措,形成了一批有价值的意见和建议。

每个电脑玩家都应该知道“硬盘有价、数据无价”这句话代表的含义,整台电脑中所有配件都可以替换,一旦硬盘上保存了数据,不论是工作上的还是家庭里的,那么硬盘就是电脑中最重要的一部分了。人们对硬盘这种产品的期望就是性能强、容量大、价格便宜、使用方便,也正是因为这些要求,SSD硬盘已经成为玩家装机的首选,HDD硬盘则变成了可有可无的选择,不保存大量电影及游戏的话,HDD硬盘完全可以不用选了。

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斯泽夫在总结时强调,本次会议是一次高质量的解放思想讨论会,班子成员立足全局并结合分管工作谈了想法认识、指出了存在的矛盾和问题,对公司发展提出了很好的意见建议,发言内容既有高度,也有战略指导意义,达到了本次会议目的。会后,有关部门要针对会上提出的问题进行认真梳理,明确责任分工,为“解放思想大讨论”活动开好头,起好步,为实现公司大发展、大突破、大跨越奠定坚实基础。

从这个趋势来看,HDD硬盘的悲惨命运好像注定了,但是它并没有这么容易就消失在人们的视野中,SSD硬盘使用的NAND闪存在单位容量的成本上是没可能超过HDD硬盘的,而HDD硬盘的技术也在升级,尽管没有NAND进步这么快,但是新一代HDD硬盘技术也给了HDD硬盘多次续命的机会。

集团总部各部门主要负责人、各事业部和中央研究院、投资公司主要领导列席会议。

这期的超能课堂中,我们就来聊聊HDD硬盘这些年的发展状况,看看它们还有什么大招能续命。

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HDD硬盘基本知识:高科技加持的复杂机械结构

从1956年的IBM
RAMMC硬盘算起,HDD硬盘已经是60多岁的老寿星了,相比其他电脑硬件可要早得多,X86处理器目前也不过40周年而已。在温氏硬盘定型之后,这么多年来HDD硬盘的结构并没有多大变化,主要组成跟爷爷辈的产品没什么区别。

上图就是HDD硬盘拆开之后的组成,大家都知道HDD硬盘是一种机械结构复杂的硬盘,所以里面可以看到磁盘、磁头、马达、磁臂等部件,绿色的那部分就是PCB,上面还有主控芯片、DRAM缓存、马达控制芯片等等。HDD硬盘有多种分类,从磁盘大小到马达转速都可以区分出不同产品,尺寸主要有5英寸、3、5英寸、2.5英寸、1.8英寸,转速主要有5400RPM、7200RPM、10000RPM及15000RPM,但是很多规格已经被淘汰,现在主要是3.5寸、2.5寸的,5400RPM、7200RPM转速的,其他的基本被淘汰。

关于HDD硬盘结构,网上有个比较详细的结构分析图,如上图所示,除了没有PCB介绍之外,HDD硬盘的基本结构都在这里了。

与SSD硬盘相比,HDD硬盘的复杂性要高得多,单从生产的角度来说其实SSD硬盘更容易,因为SSD除了外壳就是PCB,上面主要是主控、DRAM缓存及NAND闪存芯片,而HDD硬盘因为要密封,外壳制造都要比SSD硬盘费事得多。

HDD硬盘技术组成人们通常认为纯电子的产品科技含量比机械产品要高,这话没错,但在HDD硬盘上科技含量一点都不低,最核心的部分就是磁头及磁盘,其中磁头也是需要先进半导体工艺生产的,当然工艺水平不能跟CPU、NAND闪存这些相比,但是HDD硬盘的技术门槛一点都不低,尽管它们现在是过气网红,但技压群雄还是小菜一碟。当然了,HDD的命运既要靠自己的奋斗,但也要考虑到历史的进程,它们依然是个好东西,但是有更好的东西发展壮大了,而HDD在技术上处于青黄不接的阶段,近年来HDD产业显然是面临着历史考验的。HDD硬盘产业变迁:最美不过夕阳红,下岗员工拼命自救随着IBM、三星、HGST等品牌退出或者出售,全球HDD硬盘市场的不断整合之后主要剩下西数、希捷及东芝三家,其中西数、希捷两家的份额在40-45%,西数总体上略高一些,剩下的10-15%市场就是东芝的了,不过东芝主业还是NAND闪存,HDD业务并不上心,毕竟有部分业务是西数收购HGST时被监管部门“强制”给东芝的。厂商数量减少实际上就代表着这个行业早就过了繁荣阶段,HDD硬盘产业也被人视为夕阳产业,虽然是个科技含量很高的夕阳产业。从Statistic统计的数据来看,全球HDD硬盘产业的出货量在2010年达到6.51亿部的巅峰之后就开始下滑,预计2020年出货量会下降至3亿左右,减少了一半多。

为什么2010年是HDD产业的高峰?许多玩家可能还记得2011年发生了什么,上半年的时候有日本大地震,下半年的时候有泰国洪水,这两次自然灾害影响了全球HDD供应链,日本厂商是重要的磁头、磁盘、马达等HDD配件供应商,而泰国是全球重要的HDD制造基地(泰国之外当年还有中国苏州、马来西亚吉隆坡等硬盘生产基地),洪水对西数的泰国工厂影响非常大,导致2012年HDD硬盘出货量锐减。不过2011年的洪水也让HDD硬盘因此而涨价,所以之后两年HDD厂商的营收其实很快就恢复增长了,但是HDD硬盘的高价持续了好几年,也算是因祸得福,只是短期利益是赚到了,HDD市场却从2011年开始日薄西山了。

西数、希捷、东芝等公司HDD硬盘出货量变化趋势从希捷、西数、东芝等公司的HDD季度出货量数据也可见一斑,2011年时候西数单季出货量从5000万+骤降到2800万+,希捷的出货量也下降了,不过降幅并不大,双方的出货量在2012年Q2季度就开始反弹,随后就是持续下滑了,一直到今年都是如此。HDD现在就需要一波续命的机会,它们是不甘心退出江湖的,所以西数、希捷以及HDD供应链厂商多年来都在研发新技术,期望补齐HDD硬盘的一些短板,比如性能、容量等方面的。

HDD续命机遇之一:读写性能还要挣扎一下

相比SSD硬盘,HDD硬盘最大的缺点是什么?DIY玩家第一个想到的就是性能差距,随便一个SATA接口的SSD硬盘都能虐所有HDD硬盘,所以HDD续命的一个方向就是提高性能。从它的原理及结构上来看,提高性能可以靠提高马达转速、磁头数量等方向着手,多年来HDD厂商也确实这么做了。

但是提高转速这事已经是死路,从5400RPM转速提升到7200RPM转速,HDD硬盘的性能有过一次提升,而在企业级市场上,10K
RPM、15K
RPM的硬盘之前也是有的,性能比消费级HDD硬盘强很多,但是存在价格贵、容量低、噪音大等问题,西数之前尝试引入VelociRaptor硬盘到PC市场上,它就是10K
RPM转速的,当年赫赫有名的万转迅猛龙硬盘。

西数曾经的迅猛龙硬盘就是高转速硬盘在消费级市场的一次尝试

不过试水之后西数也没有大规模推广,原因也不用多说了,性能虽然好一些,但是噪音、价格、容量方面都有硬伤。现在别说消费级市场了,西数、希捷在企业级市场上都在停止10K、15K
RPM转速的硬盘了,相对PCIe SSD硬盘,这些HDD硬盘也没机会了。

提高转速是不可能了,那就在驱动系统上下功夫,希捷近年来尝试过MACH.2技术,简单来说就是在现有HDD硬盘一套驱动系统上增加一路驱动系统,因为现在的HDD硬盘就已经应用多磁头技术了,相当于一只手上有多个手指,而希捷的MACH.2技术相当于再多一只手,同时干活的速度就快了。在OCP
2018大会上,希捷展示了应用该技术的Exos
14TB硬盘,速度可达480MB/s,是单HDD硬盘中速度最快的,比常规的15000RPM转速硬盘还高60%,而且可靠性也达标了,现在的MACH.2硬盘总计有18个磁头,按照现在的要求,HDD硬盘每年要能传输550TB数据,或者5年传输2750TB数据,这样一来每个磁头在5年内要可靠地传输152TB数据。

480MB/s的速度相比普通HDD硬盘速度翻倍了,跟SATA接口的SSD硬盘有了竞争的资本了,不过希捷的这个技术路线依然是适用于特定领域,只能说是HDD硬盘在速度上的一次挣扎,因为驱动系统再多也解决不了HDD硬盘的随机性能,这方面是死穴,这方面SSD硬盘依然有成千上万倍的优势,这是基因注定的。

HDD续命机遇之二:PMR磁盘遇到SMR技术,密度提升25%

对HDD硬盘来说,折腾转速、驱动系统乃是舍本逐末,这些是它的天生缺点,提升空间有限,而HDD现在的核心优势、同时也是多年停滞不前的地方是磁盘,确切说是磁记录技术,我们现在使用的HDD硬盘主要是PMR垂直磁记录技术,最早的探索可以追溯到十九世纪末,1975年日本东北大学教授岩崎峻一提出PMR技术,不过用于计算机中还是1987年东芝的2.88MB
ED软盘,2004年东芝才正式将PMR技术用于HDD硬盘,容量80GB,双盘结构,直径1.8英寸,存储密度达到了133Gb/in2。

SDK第九代PMR磁盘已经实现单碟1.8TB容量

PMR技术商业化之后就成为HDD硬盘的主流选择了,由于该技术最早是日本厂商开发的,所以迄今为止日本厂商都是最重要的PMR磁盘供应商,包括TDK、SDK昭和电工,其中SDK的PMR磁盘已经发展到了第九代,3.5寸规格的磁盘单碟容量已经提升到了最高1.8TB,2.5寸版也有单碟1TB了,目前12TB、14TB的HDD硬盘基本上都是这个磁盘的功劳。

在这背后,是PMR磁盘存储密度的不断提升,前面说到东芝首发的PMR硬盘存储密度才133Gbit/in2,而九代PMR磁盘的密度提升到了1Tbit/in2,但也接近了PMR技术的极限了,再往下PMR磁盘已经没多少潜力可挖了。

存储密度突破1Tbit/in2之后,业内厂商又推出了SMR(Shingled Magnetic
Recording)叠瓦式磁记录技术,它本质上也是PMR技术,但是通过提高磁轨的空间效率实现了更高的存储密度,简单来说就是上图所示的那样堆叠方式,将瓦片的间隔减少,所以同样的场地下可以堆叠更多的瓦片,而SMR因此可以把存储密度提升最多25%,所以14TB(9碟1.5TB组成)之后的硬盘普遍要用SMR技术,西数前不久发布的UltraStar
DC
HC620硬盘容量就是15TB,靠的就是SMR技术,存储密度从1034Gbits/sq.in(每平方英寸Gbit)提升到了1108Gbits/sq.in,所以9碟封装下实现了15TB容量。

不过SMR技术有优点也有缺点,最大的问题就是写入数据时临近磁轨也要受到影响,要写就得一块写,所以性能会降低,而且有可能影响数据可靠性,为此西数、希捷也开发了各自的解决方案降低SMR负面影响。

总之,SMR通过提高空间效率提升了存储密度,但是它带来的改变并不大,25%的提升是理论上的,实际提升不会有这么高,再加上一些负面影响,SMR技术只是过渡用的,真正革命性的磁记录技术还在路上。

HDD续命机遇之三:新一代磁记录技术混战,HAMR跑的最快

上面说了SMR技术只是给PMR技术添砖加瓦式,再怎么折腾也无法大幅提高PMR技术的存储密度了,想改就要换技术标准,所以很早就在研发取代PMR磁记录的技术,候选人有TDMR(Two
Dimensional Magnetic Recording,2D磁记录)、HAMR(Heat Assisted Magnetic
Recording,热磁辅助记录)、HDMR(Heated Dot Magnetic
Recording,热点磁记录)等,其中HAMR是研究的比较成熟的,也是新一代标准最强力的候选人,HDMR技术也是基于HAMR技术的。

与PMR技术的1Tbit/in2存储密度相比,这些新技术的存储密度可以提升到5Tbit/in2,甚至10Tbit/in2,也就是说单碟容量有5-10倍的变化,现有技术已经可以做到14TB了,所以未来100TB容量不是问题了。

PMR技术之后的各种候选人

HAMR技术也不算新鲜了,其原理实际上早在1954年就提出了,甚至比IBM推出首款商业硬盘的时间还要早。它的原理很简单——根据西数的材料,HAMR技术的基础是将激光二极管直接放在写入磁头组件的前面,然后非常快速地加热无法写入(除非在写入过程中加热才能写入)的高矫顽力的介质。随着介质从激光强热中冷却下来,介质的矫顽力增加,确保数据位的正常状态,使得磁化不会意外发生变化。

HAMR技术的原理就是上图所示,就是用激光加热到400到700°C让材料磁性发生变化,虽然原理说起来容易,但实现起来就没这么简单了,HAMR需要全新的存储介质、重新设计的激光读写磁头、特殊的NFT近场光学传感器以及其他大量没用过或者大量生产的元件。

但是在每个硬盘磁头组件中应用激光成本高昂,增加物料的成本不说,还有一个问题让人担心,那就是小而窄的区域中引入高热量会造成严重的可靠性问题。对于这个问题,西数开发了MAMR(微波辅助磁记录技术),据官方介绍,其原理是利用自旋转矩振荡器产生微波场。在这种方法中,STO位于磁头写入极附近,产生允许在较低磁场下将数据写入垂直磁记录介质的电磁场。磁盘上的磁性晶粒与转子式陀螺类似,在没有外磁场作用的情况下,在上下方向上保持稳定。当在磁体当前状态的反方向上施加一个足够强的磁场时,极性会沿着所施加磁场的方向翻转。通过STO施加的额外磁场可以更低的磁场更快翻转磁体。

西数表示MAMR技术具备更高的可靠性,内部测试显示MAMR磁头的中断故障时间是HAMR磁头的百分之一。此外,对一种磁头的可靠性测试表明,99.99%的MAMR磁头的写入使用寿命比99.99%的HAMR磁头的写入使用寿命高出好几个级别。

在存储密度上,MAMR磁记录技术的存储密度可达4Tbit/in2,远高于目前的SMR磁盘的1.3Tbit/in2及PMR磁盘的1.1Tbit/in2密度。

与西数不同,希捷那边公布的技术路线还是HAMR,不过在解决HAMR技术温度及可靠性等问题上,希捷也会有自己的解决方案。

不论是HAMR还是MAMR技术,西数、希捷给出的路线图时间都差不多,今年内可能会出样给客户,但是2019年才会有HAMR或者MAMR硬盘上市,容量会进一步提升到16TB,2020年的目标是20TB。

总结:HDD硬盘不会退出舞台,单位价格容量依然有优势

HDD硬盘问世这么多年,大风大浪见多了,但是NAND闪存带给HDD硬盘的挑战是前所未有的,随着大容量NAND闪存技术的不断出现,HDD硬盘的命运已经注定了,一旦QLC闪存大规模量产上市,TB级SSD硬盘普及就不是问题了,消费级市场上HDD硬盘只会越来越少。

HD硬盘不会退出历史舞台,不过HDD硬盘日后发挥作用的场合主要就是数据中心、企业级市场了,西数之前表示哪怕到了2020年,数据中心90%的数据容量都是存储在HDD硬盘上的。

在技术上,HDD硬盘现在用的PMR技术已经进入尾声,2019年将开启HAMR、MAMR等新技术的大门,存储密度未来会提升5-10倍,不过这个过程也是慢慢提升的,现在的目标是2025年差不多能见到100TB级别的HDD硬盘。

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