HDs com hélio, entenda essa tecnologia que garante mais confiabilidade aos discos rígidos

Há 62 anos a IBM lançava o primeiro disco rígido, o IBM 350, com 5 MB de capacidade. Muita coisa mudou de lá pra cá, em termos de soluções de armazenamento, e até no conceito de computador. Os discos rígidos, mais conhecidos como HD, se mantiveram como opções mecânicas, com todo um arranjo específico para o seu funcionamento, porem a capacidade de armazenamento o processo de como as informações são gravadas e até a forma como componentes internos se comportam internamento sofreram grandes mudanças.

Para o mundo corporativo, o mesmo que a IBM visava atender com o seu HD de 5 MB há um pouco mais de 6 décadas, umas das grandes revoluções recentes que já é bem aceita em modelos para Data Center são aqueles selados com um dos gases nobres mais conhecidos, o Hélio (He) – segundo elemento mais abundante no universo (ficando atrás apenas do hidrogênio). O primeiro HD com essa característica apareceu em 2013, com o UltraStar HE 6, da HGST, subsidiária da Western Digital. Além de ser o primeiro HD com hélio foi o primeiro disco rígido com 6 TB de capacidade.

Esse crescimento da capacidade de armazenamento dos discos rígidos está totalmente relacionado com o uso do Hélio. Normalmente, o HD que você utiliza no computador, são preenchidos com ar. Confira essa explicação de 2007 bem objetiva do meste Morimoto sobre o assunto: É importante notar que os HDs não são fechados hermeticamente, muito menos a vácuo, como muitos pensam. Um pequeno filtro permite que o ar entra e saia, fazendo com que a pressão interna seja sempre igual à do ambiente. O ar é essencial para o funcionamento do HD, já que ele é necessário para criar o “colchão de ar” que evita que as cabeças de leitura toquem os discos.

Porém o ar é extremamente denso,  e cria altas vibrações, o que para os HDs significa na prática que os platters – os discos internos, terão mais atrito. Uma das soluções antes da aplicação do hélio, era adotar discos mais rígidos, que aguentassem o tranco. Nos HDs com hélio  é possível inserir mais pratos internos – que são ainda mais finos. Eles ficam posicionados de forma mais próxima. O aumento dos pratos significa o lançamento de unidades com ainda mais capacidade de armazenamento.

O processo para conseguir entregar essa tecnologia, de uma forma que o HD pudesse ser realmente selado não foi nada fácil. Foram precisos 10 anos para que a HGST desenvolvesse a sua tecnologia, o que resultou no primeiro modelo em 2013 com essa característica.

Em 2013, quanto a HGST apresentou o primeiro HD selado com hélio, a companhia destacou justamente esse ponto do acréscimo de pratos. Enquanto o modelo com 4 TB, preenchido com ar, vinha com 5 pratos, o de 6 TB, preenchido com hélio, inaugurava os 7 pratos.

Além da Western Digital, a Seagate também passou a investir em HDs com hélio a partir de janeiro de 2016, com o Enterprise Capacity de 10 TB (conhecido hoje em dia como Exos X10), anunciado pouco tempo depois da primeira opção de 10 TB da HGST, também selado com hélio, o Ultrastar He10 10TB.

A Western Digital se mantém na vanguarda dessa tecnologia para os HDs, a opção de maior capacidade do mercado selado com hélio foi apresentado no mês passado, o Ultrastar DC HC620 (15 TB).

Para alcançar os 15 TB a WD optou por 8 pratos internos, divididos entre 1.75 TB e 1.85 TB. O Ultrastar DC HC620 é uma atualização para a versão de 14 TB lançada no ano passado, que também é preenchida com hélio. A companhia destaca que para esse acréscimo de 1 TB, mesmo mantendo os oito pratos internos, foi alcançado com a elevação da densidade de gravação, que passou de de 1.034 gigabytes por polegada quadrada no modelo de 14 TB, para 1.108 gigabytes por polegada quadrada no de 15 TB. No caso da Seagate, concorrente direto da WD nesse segmento, a melhor opção no momento é o Seagate Enterprise Capacity v7, que assim como o Ultrastar DC HC260, é uma unidade de 3,5 mm selada hermeticamente por hélio, porém sua capacidade é menor, 12 TB.

Se essa tecnologia traz tantos benefícios para os discos rígidos por que demorou tanto para ser implementada? Desafios para por em prática, a complexidade envolvida no processo é muito significativa. Só para você ter uma ideia a primeira patente de um HD selado hermeticamente com hélio é de 1980, autoria de Robert Treseder.

Abaixo você confere uma entrevista que fizemos com João Van Dinteren, engenheiro sênior da Western Digital no Brasil, sobre o uso de HDs com hélio.

A Western Digital tem uma tecnologia proprietária sobre a forma de aplicação do Hélio no processo de selamento, a Helio Seal, que atualmente está na quinta geração. Poderia nos contar mais sobre essa tecnologia?

A utilização da tecnologia HelioSeal não é somente a aplicação de hélio dentro dos discos rígidos (HDs), mas também a forma como o HD é selado para conter o hélio, passando por tecnologias aprimoradas para os atuadores, conectores especialmente projetados para interconectar os componentes internos sem que exista a perda de hélio do interior do HD.

O hélio é cerca de 1/7 da densidade específica do ar. Com isto algumas vantagens foram conseguidas:

– O conjunto Cabeça/Atuador (HSA) funciona com o mesmo princípio físico de um avião: o empuxo, quando os discos rotacionam, geram o arrasto do fluido que está dentro do HD (no caso das unidades da Western Digital, ar ou hélio). A tecnologia HelioSeal garante que a partir de uma rotação mínima exista empuxo suficiente para que as cabeças de leitura e gravação não toquem a mídia no funcionamento normal dos HDs.

– Outra vantagem do hélio: estas partículas sendo menores (1/7 da densidade do ar) diminuem drasticamente o atrito e variações de temperatura, tendo menor impacto e gerando menos turbulência, fazendo o HD ter uma performance e confiabilidade muito melhor.

– As cabeças de leitura e gravação, normalmente “voam” a uma altura de 5 a 10nm (nanômetros). Basicamente quanto mais próximo dos discos, maior e a densidade de dados que podemos obter por metro quadrado. Mais turbulências ou mesmo partículas de ar poderiam afetar a performance dos HDs. Com a utilização do hélio, este risco diminui, permitindo aprimorar projetos e conseguir uma melhor performance e confiabilidade o que tipicamente é requerido pelos HDs do tipo “Enterprise”.

Quais são os principais benefícios dos HDs selados com Hélio em comparação com os tradicionais, a ar?

• Menor distância entre os discos;
• Discos mais finos;
• Livre de turbulência;
• Melhoria da performance de gravação;
• Aumento da vida útil (MTBF, por as siglas em inglês: mean time before failure) de até 2,5 milhoes de horas – sendo o maior da indústria de armazenamento de dados.

Da forma como o Helio é aplicado nos HDs atualmente, ainda há algum risco de vazamento? O que poderia acarretar em problemas para o disco.

A tecnologia HelioSeal garante que os HDs – sendo utilizado dentro das especificações de projeto, não terão problemas de vazamento. Testes de estanqueidade são realizados em todos os HDs produzidos pela Western Digital, mesmo os que utilizam ar, pois o “vazamento” pode acarretar problemas de confiabilidade.

 Outro processo implementado pelas fábricas da Western Digital são testes de confiabilidade com HDs retirados da linha de produção e submetidos a um teste de stress, onde é possível identificar possíveis problemas durante a produção e assim resguardar os clientes.

Basicamente o Hélio está presente em HDs para o setor corporativo. Essa tecnologia poderá algum algum dia chegar também aos discos para o consumidor final ou o custo envolvido invalida essa situação?

Hoje já temos HDs da linha WD Purple e WD Red que se utilizam da tecnologia HelioSeal. Este é um caminho natural, com o aumento da necessidade de armazenamento, novas tecnologias vão sendo introduzidas, mesmo nos HDs mais simples. Um exemplo são os atuadores com dupla suspensão, que no passado foram exclusivos de HDs de enterprise e hoje se fazem presentes em todos os discos rígidos da Western Digital. Outra tecnologia que está sendo utilizada juntamente com a tecnologia HelioSeal para aumentar a capacidade de armazenamento é a SMR (por as siglas em inglês: Shingled magnetic recording), que quando comparada com a PMR (Perpendicular magnetic recording), uma mesma mídia pode armazenar até 2x mais dados.