산업기술/제조/경영

Nikkei Business_2018.1.1 (p86~88)

Technology File: Near-Line Storage
HDD는 죽지 않고 용량확대를 계속한다
미국 웨스턴디지털/미국 시게이트/도시바

스마트폰뿐만 아니라 PC의 기억장치에도 플래시 메모리가 주류가 되고 있다. 하드디스크드라이브(HDD)의 역할이 끝났다고는 하지만 데이터 센터 등에서는 계속해서 수요가 남아있다. 미국 웨스턴 디지털이 라이벌을 제치고 대용량화에 적합한 새로운 기록방식을 개발했다.

“최근까지 HDD는 NAND 플래시 메모리에 의해 도태될 것이라고 생각했다. 그러나 당분간은 공존할 수 있을 것으로 보인다”. HDD 제조업체로부터 이런 말이 자주 들려오고 있다. 2016년부터 2017년에 걸쳐 NAND 플래시 메모리의 공급부족으로 HDD의 수요가 회복된 것이 그 요인 중 하나이다. 또 하나의 이유는 HDD가 아니면 안 되는 용도가 적어도 향후 5~10년은 계속될 것이라는 예측 때문이다.

각 사가 기대하는 것은 “니어라인 저장장치”로 불리는 사용 방식이다. 이것은 컴퓨터의 기억계층에서 메인 기억이나 외부 기억보다도 훨씬 아래에 위치하고 있다. 기존의 HDD가 맡고 있던 하부 기억장치는 다양한 기기에서 NAND 플래시 메모리 및 그것을 내장한 SSD에게 자리를 빼앗기고 있다.

니어라인 저장 장치는 SSD에 더 이상 저장하지 못한 데이터를 SSD의 한 단계 아래 계층에 보존한다. 주로 클라우드 환경 및 기업의 정보 시스템에서 활용되는 기억장치이다.

일본 HDD협회(IDEMA JAPAN)이 2017년 1월에 공표한 예측에 따르면 가동 중의 저장 장치의 전체 용량 중 HDD가 차지하는 비율은 2015년에 83%였던 것이 2020년에도 79%를 유지할 것이라고 한다. 최근 5년간 가장 용량이 확대된 HDD의 제품 분야가 니어라인용(用)이며 향후 이 용도로 HDD의 대용량화가 진행될 예정이다. 과제는 보다 대용량의 제품을 지금까지와 큰 차이가 없는 가격으로 제공할 수 있는지 여부이다.

-- 기존 방식의 한계 돌파 --
현재, 니어라인용의 3.5인치형 HDD 1대당 최대 용량은 14테라(테라는 1조)바이트. 미국 웨스턴 디지털(WD)과 시게이트 테크놀로지가 경쟁하듯이 샘플 상품을 출하하고 있다. 양사에게 뒤쳐져있던 도시바는 2018년에 14테라바이트 제품을 양산한다는 계획이다. HDD업계에서는 해당 클래스 제품의 최대용량이 2020년경에는 20테라바이트가 될 것으로 보고 있다.

한편, WD가 도시바를 크게 앞지르는 성과를 2017년 10월에 발표했다. 당사는 HDD 기록 밀도를 큰 폭으로 높이는 마이크로파 어시스턴트 자기기록(MAMR: Microwave Assisted Magnetic Recording)방식의 실용화에 대한 전망을 세웠다고 한다. 이 기술을 적용한 제품을 2019년에 출하하여 2025년까지 데이터 센터 등을 대상으로 3.5인치형 HDD로 40테라바이트 이상을 실현한다고 표명했다.

HDD의 기록 용량은 기존 방식으로는 포화상태가 되어 있었다. 기록 밀도 향상의 원동력이었던 수직 자기기록방식의 효과가 미비해졌기 때문이다. 최근까지 장비에 내장하는 디스크를 늘리거나, 장치의 사용이 바뀌는 SMR(기와식 자기 기록) 방식을 도입하는 등을 통해 장치마다 용량을 1년에 2테라바이트 정도 늘리는 것이 최선이었다.

이 상황은 앞으로 바뀌게 된다. WD는 MAMR 방식의 도입으로 면 기록밀도를 연율 약 15% 증가로 계속해서 늘릴 수 있다고 주장한다. 2028년에는 60테라바이트를 실현할 수 있다는 계산이다. WD는 MAMR 방식으로 면 기록밀도 4테라비트/인치² 이상을 달성할 수 있다고도 표명하고 있다. 현재의 14테라바이트 제품이 1테라비트/인치² 정도에 해당하므로 용량으로 환산하게 되면 56테라바이트가 넘는다.

이 발표가 HDD 업계에 있어 기쁜 소식인 이유는 경합 중인 SSD(Solid State Drive)와의 가격차이가 장기간 유지될 수 있다고 예상되기 때문이다. 기록 밀도가 올라가면 부품 비용을 바꾸지 않고도 용량이 늘어나기 때문에 용량 당 가격은 떨어지게 된다. 그 결과 HDD와 SSD의 가격차는 2028년경까지 약 10배에 머무를 것이라고 한다. NAND 플래시 메모리의 대형업체인 미국 샌디스크를 매수한 WD의 예측이므로 신빙성이 높다고 할 수 있을 것이다.

SSD와의 가격차이는 HDD의 생명선이기도 하다. HDD 수요의 대부분은 향후 클라우드 환경 등에서 SSD에 기록을 다 할 수 없는 대량의 데이터를 보존하는 용도로 옮겨 갈 것으로 보인다. 그 전제가 되는 것은 SSD 보다 크게 저렴한 가격이다. WD의 발표는 그 조건을 보증하는 것으로써 HDD의 장래의 반석이 될 것이다.

-- 레이저 광을 사용하는 새로운 방식도 --
MAMR 방식은 HDD의 기록 헤드에 짜 넣은 스핀 토크 발진소자(STO: Spin Torque Oscillator)로 고주파의 자계(磁界)를 발생시켜 보자력(保磁力)이 높은 기록 매체에도 데이터를 기록하는 것을 가능하게 만드는 기술이다.

HDD의 기록밀도를 높여가면 주위의 열에 의해 데이터가 삭제되기 쉬워진다. 보자력이 높은 매체로는 이 문제를 방지할 수 있으나, 이번에는 기록 헤드의 능력 부족으로 데이터를 기록할 수 없는 어려움이 있었다. 그러나 MAMR은 이것을 해결해 준다. WD에 따르면 MAMR방식을 사용함으로써 헤드의 기록할 수 있는 능력을 1.5배정도 향상시킨 것과 같은 효과를 얻을 수 있다고 한다.

MAMR 자체는 예전부터 알려져 있었으며 많은 HDD 업체가 개발을 추진해 왔다. 그러나 지속적으로 기록 밀도를 높이는 것은 어렵다는 의견이 있었다. WD가 이 벽을 깰 수 있었던 것은 STO의 능력을 높이는 재료 및 구조를 찾아냈기 때문이라고 한다.

MAMR 대신 유망하다고 판단되었던 것이 레이저 광으로 디스크를 가열하여 보자력이 높은 매체에 기록하는 열 어시스턴트 자기기록(HAMN: Heat Assisted Magnetic Recording) 방식이다. HAMN 방식으로는 헤드 안에 들어가는 레이저의 수명이 짧다는 것과 열에 달궈져 디스크의 열화가 일어난다는 우려가 있었다. 그러나 MAMR 방식에는 이런 문제가 없다고 한다.

또한, HAMR에서는 헤드에 레이저를 내장하는 새로운 공정이 필요한 것에 비해, MAMR의 헤드는 WD가 이전부터 채택해 온 다머신 방식(자기헤드의 가공수법 중 하나)으로 제조할 수 있게 한다. HAMR이 MAMR을 뛰어넘는 기록밀도를 달성할 가능성이 가장 높다고 할 수 있다. WD는 HAMR의 연구 개발도 지속할 방침이다.

 -- 끝 --