IBM Storage Technologie Update

Transkript

1 Kurt Gerecke April 2011 IBM Storage Technologie Update

2 Magnetplatten... das war eine der grössten Erfindungen der Welt!! Die neue Plattenrotunde Live zu sehen im IBM Museum: Haus der Geschichte der IBM Datenverarbeitung Sindelfingen Bahnhofstrasse : RAMAC 350/355 wird zum International Historic Mechanical Engineering Landmark Technologie Welt Kultur Erbe

3 Datenwachstum vs. Technologiefortschritt Disk Areal Density (Gb/sq. inch) 1956 IBM RAMAC Die Erfindung der Festplatte Nobelpreis 2007 für Entdeckung des Giant MR Effekts Die Umsetzung in einen brauchbaren Schreib-Lesekopf erfolgte durch den IBM- Mitarbeiter Stuart Parkin von mit über Materialversuchen 25%- 30% CAGR Ø Möglichkeiten zur Kapazitätsund...Leistungssteigerungen auf.basis...heutiger Technologien sind.begrenzt Ø Research Projekte HAMR Nutzung von atomaren...spineffekten und Grainwirbeln 25%-35% * CAGR = Compound annual growth rate

4 Adaption von unterschiedlichen Aufzeichnungstechniken auf die unterschiedlichen Laufwerksarten - ATA, SATA, FATA, SAS (2.0), FC-Platten - 2 ½ Zoll vs. 3 ½ Zoll Formfaktor AFC Perpendicular Klassisch Longitudinal Disk Das Bild kann nicht angezeigt werden. Dieser Computer verfügt möglicherweise über zu wenig Arbeitsspeicher, um das Bild zu öffnen, oder das Bild ist beschädigt. Starten Sie den Computer neu, und öffnen Sie dann erneut die Datei. Wenn weiterhin das rote x angezeigt wird, müssen Sie das Bild möglicherweise löschen und dann erneut einfügen. Das Bild kann nicht angezeigt werden. Dieser Computer verfügt möglicherweise über zu wenig Arbeitsspeicher, um das Bild zu öffnen, oder das Bild ist beschädigt. Starten Sie den Computer neu, und öffnen Sie dann erneut die Datei. Wenn weiterhin das rote x angezeigt wird, müssen Sie das Bild möglicherweise löschen und dann erneut einfügen. hochpreisig hohe Leistung hohe Zuverlässigkeit langlebig mittelpreisig mittlere Leistung hohe Zuverlässigkeit langlebig billig langsam mittlere Zuverlässigkeit kurzlebig

5 Flash Speicher Oxydschicht Control Gate Floating Gate Source Drain NAND oder NOR SSDs mit RAM ist schon seit vielen Jahren verfügbar 100x höhere Kosten als Disk SSDs mit Flash heute verfügbar 10x 20x höhere Kosten als Disk Flash Memory heute SLC (single level cell) bis Schreibvorgänge MLC (multi level cell) Neu: Schreibvorgänge wie SLC N-Schicht P-Schicht N-Schicht Aufbau einer Flash Speicherzelle mit Floating Gate Flash-Speicher einer Compact-Flash-Speicherkarte

6 SCM (Storage Class Memories) vs existierender Technologien Cost NOR FLASH DRAM SRAM NAND FLASH HDD STORAGE CLASS MEMORY Performance

7 PCM Phase Change Memories - Phasenwechselspeicher 1950 Erforschung von Chalkogeniden Optische Anwendungen via Laser CD-/ DVD-RW Heute elektrisch mittels Stromstössen amorpher Zustand vs. kristalliner Zustand 30 Mal schneller wie Flash miniaturisierbar (20 nm) Querschnitt durch eine PCM-Zelle Obere Elektrode Polykristallines Chalkogenid Heizer Untere Elektrode Programmierbarer Bereich

8 Ø Umsetzung des GMR Effekts Ø Ohne ihn wären die heutigen...festplattenkapazitäten nicht...möglich! Ø Jetzt schreibt er Geschichte! Ø Racetrack Memories werden...die...welt verändern! Stuart Parkin, IBM Fellow IBM Research Almaden

9 Racetrack Memory Chips Es bewegt sich nichts mehr Magnetic Pattern auf Nano-Drähten Permalloy (FeNi-Legierung) Leistung im Nano-Sekunden Bereich Fast keinen Stromverbrauch Dreidimensionale Chip Technologie 100 Bits per Draht, mehrere...millionen.drähte per Chip fach höhere Kapazitäten zu...flash Memories à Vereinigt Leistungsfähigkeit von...flashspeichern und NV-RAM s mit...den kapazitiven Möglichkeiten von...festplatten

10 Er hat die Freude verdient... Stuart Parkin Juli 2009: IUPAP-Award (International Union of Pure and Applied Physics-magnetism) Louis Neel Medaille

11 Millipede was ist daraus geworden? Thermomechanical Read/Write on Thin Polymer Media 40 nm bit size 64 x 64 (4096) Cantilever Array Chip x 40 nm pitch Areal Density 1 Tbits/inch 2 (Single Lever Demo) y z1 z2 z3 Micromechanical x y z Scanner Silicon tips/ Polymer base layer 64x64 tips ready x128 tips ready GBytes on 7x7mm chip 160 GBytes on 7x7mm chip 35 Mbit/s 120 Mbit/s

12 IBM System Storage Kleinste 3D Map der Welt Rüschlikon Lab im April 2010 Welt-Globus Image in 3D in 22x11 Mikrometer erzeugt in 2 Minuten, 23 Sekunden auf Polymer und Molekular Glas 1000 dieser 3D Images auf einem Salzkorn

13 Holographic Versatile Disc (HVD) Blau-grüner Laser (532 nm) Roter Positionierungs- Laser (650 nm) Standardisierung TC44 Ecma Dez bis 3.9 Terabyte Transferrate 1 Gbit/s HVD Alliance Polycarbonschicht Hologramm Photopolymer Distanzschicht Reflexionsschicht Distanzschicht Basisschicht Prinzip der HVD (Holografic Versatile Disc)

14 Disk PCM RAM Flash MO UDO SSD Tape SCM RTM NSD WORM OD CCW BlueRay DVD CD HVD

15 IBM System Storage 2010 Technical Highlight: 29.5Gbit/in2 Demonstration mit GMR Press release on Jan 22, 2010: Ø Perpendicular Recording (senkrechte Bitanordnung) Ø Ultrafeine Barium-Ferrit-Medien ohne Metallaufdampfen Ø Reduktion der Spurabweichung auf unter 25 nm Demo Hardware Platform Ø Spurbreite auf unter 0.45 µm (Faktor 25) Ø Erhöhung S/L-Geschwindigkeit um Faktor 38 1-sigma PES = 23.4 nm 0.2 Position (µm) Increase in linear density w.r.t. 343 kbpi (%) Time(s) Track density = 57 ktpi (track width = um) 50 EPR4 16 NPML 16 DDNPML 40 Target BER: 1e µm reader width FPS4 Linear Density w/ 16 DDNPML: 518 kbpi Areal density of 29.5 Gb/in2

16 IBM Research Center Almaden Dezember 2005: 100 Terabyte Tape Nanopatterning Tape Technik Reactive Ion Etching Chip Technologie Ø erlaubt Nanopattern Strukturen in Tape-Spuren, Neue genau kontrollierbare Dünnfilmbeschichtungstechnik Ø Sputter Deposition Ø Spurbreiten von 0.2 bis 0.5 Microns ( Nanometer) 100 TB Kapazität bei 0.5 Microns auf klassischer ½ Zoll Kassette Fertigungsprozesse technisch realisierbar in ein paar Jahren

17 Archiv Speicherumgebungen zeigen extremes Datenwachstum bis in Exabyte Bereich Prognostiziertes Wachstum: 1TB Memory => 35 TB Daten Prognostiziertes Archiv Datenwachstum der U.S. Energie Labs bis Mai Quelle: IBM, HPSS in the Extreme Scale Era, Report to the DOE Office of Science on HPSS in , July 15, IBM Corporation

18 Neuordnung der Speicherhierarchie Logik Memory Aktiver Speicher Archivierung 1980 CPU RAM DISK TAPE 2010 CPU RAM FLASH SSD DISK FC, SATA, SAS TAPE CPU RAM SCM SSD DISK SAS TAPE Memory like storage like SCM: Storage Class Memories: - Racetrack Memories und Phase Change Memories - Stromunabhängig (non volatile) - schnellste Zugriffszeiten (wie DRAM) - niedrige Kosten per MB (wie Disk in ca.10 Jahren) - Solid State keine beweglichen Teile IBM Corporation

19 Nano-Technologien Neues Nano-Technologie Forschungszentrum IBM Rüschlikon und ETH Zürich Fertigstellung: Dezember IBM Corporation