ARTIKEL/TESTS / Seagate IronWolf Pro 32 TB NAS HDD im Test

Shingled Magnetic Recording (SMR) ist eine Festplattentechnologie, die entwickelt wurde, um die Speicherkapazität durch eine höhere Datendichte zu maximieren. Im Gegensatz zu Conventional Magnetic Recording (CMR), bei dem die magnetischen Datenspuren parallel und mit definiertem Abstand nebeneinander liegen, nutzt SMR ein überlappendes Spurlayout – vergleichbar mit Dachziegeln („Shingles“). Diese Überlappung ermöglicht es, die Spuren noch enger zu platzieren und damit auf gleicher Fläche mehr Daten speichern zu können.

Festplatten mit SMR bieten in der Regel eine höhere Kapazität zu geringeren Kosten pro Terabyte, was sie besonders attraktiv für speicherintensive Anwendungen macht – beispielsweise für Backup, Archivierung, Videoüberwachung oder andere Workloads mit überwiegend sequenziellen Schreibzugriffen. Allerdings bringt diese Architektur auch Einschränkungen mit sich. Da sich die Spuren überlappen, kann nicht einfach jeder Bereich einzeln überschrieben werden, ohne benachbarte Spuren zu beeinflussen. Stattdessen muss oft ein ganzer Bereich neu geschrieben werden, wenn Daten geändert werden sollen. Das führt zu deutlich geringerer Performance bei zufälligen Schreibzugriffen im Vergleich zu CMR. Während SMR beim Lesen ähnliche Geschwindigkeiten erreicht wie CMR, ist die Schreibgeschwindigkeit in vielen Szenarien, insbesondere bei zufälligen Schreibmustern, spürbar reduziert.

Daher eignet sich SMR nicht für alle Einsatzzwecke. In Anwendungen, bei denen häufig Daten aktualisiert oder kleine Datenmengen zufällig geschrieben werden – etwa in Datenbank- oder Virtualisierungsumgebungen – stößt SMR an seine Leistungsgrenzen. Hier bietet CMR die höhere Flexibilität, konstantere Performance und gilt als robuster.

Die Mozaic 3+ Plattform von Seagate stellt eine Weiterentwicklung der HAMR-Technologie (Heat-Assisted Magnetic Recording) dar, mit dem Ziel, die Speicherkapazität konventioneller Festplatten deutlich zu erhöhen. Im Kern basiert die Technologie darauf, dass das magnetische Speichermedium während des Schreibvorgangs lokal erwärmt wird, um Materialien mit höherer magnetischer Koerzitivkraft beschreiben zu können.

Im Unterschied zu klassischen Aufzeichnungsmethoden, bei denen die Bitgröße durch das thermische Limit der Stabilität beschränkt ist, erlaubt HAMR die Verwendung thermisch stabilerer Medien. Bei Mozaic 3+ wird das Medium mit einem integrierten Laser im Schreibkopf kurzzeitig erhitzt. Die Erwärmung erfolgt präzise und zeitlich eng begrenzt, um benachbarte Bereiche nicht zu beeinflussen. Das Speichermedium basiert auf einer Materialkombination, die hohe thermomagnetische Stabilität bietet und sich für extrem kleine Korngrößen eignet.

Zur Steuerung der komplexen Prozesse verwendet Mozaic 3+ ein integriertes System-on-Chip (SoC). Dieser Mikrocontroller koordiniert Schreib- und Lesevorgänge, regelt die Laserleistung, führt Fehlerkorrekturen durch und verwaltet thermische Parameter in Echtzeit. Der SoC enthält auch adaptive Algorithmen zur Regelung des Energieverbrauchs und zur Optimierung der Performance je nach Workload.

Die wesentlichen Komponenten der Plattform sind also das Übergittermedium aus Platinlegierung (Speichermedium), der Plasmonic Writer (Schreibgerät), das Spintronic der 7. Generation (Lesegerät) sowie der integrierte Controller. Noch mehr Informationen und Details zu Mozaic 3+ gibt es zum Nachlesen auf der Seagate-Website.

Die wesentlichen Komponenten von Mozaic 3+ auf einem Bild zusammengefasst (Bildquelle: Seagate).

Die Kombination dieser Technologien ermöglicht derzeit Festplatten mit Kapazitäten von 30 TB (CMR) sowie 32 TB und 36 TB (SMR), wobei letztere durch überlappende Spuren höhere Speicherdichten zulasten der Schreibflexibilität erreichen. Mozaic 3+ ist auf Skalierbarkeit ausgelegt, sodass mittelfristig Kapazitäten jenseits der 40 TB technisch umsetzbar erscheinen, ohne dass grundlegende Veränderungen an der Architektur notwendig wären, so Seagate. Die Mozaic 3+ Plattform ist bislang in professionellen NAS- und Enterprise-Laufwerken implementiert. Diese Laufwerke sind für Nearline-Speicheranwendungen, Hyperscale-Umgebungen und Cloud-Speicher ausgelegt. Sie zeichnen sich durch große Speicherkapazität bei reduziertem Energiebedarf pro Terabyte aus.

In Bezug auf die thermischen Anforderungen hat Seagate laut eigener Angaben Maßnahmen getroffen, um die zusätzliche Wärmelast durch den Laserbetrieb zu kontrollieren. Dazu zählen unter anderem die Optimierung des Wärmetransports im Medium, adaptive Laserpulssteuerung sowie kontrollierte Luftführung im Inneren des Laufwerksgehäuses. Umfangreiche Belastungstests sollen laut Seagate vergleichbare oder bessere Zuverlässigkeitskennzahlen (MTBF, AFR) im Vergleich zu klassischen Laufwerken ergeben haben, allerdings liegen hierzu derzeit noch keine herstellerunabhängigen Langzeitdaten vor.

Zusammenfassend stellt die Mozaic 3+ Plattform eine technische Umsetzung dar, um die physikalischen Grenzen klassischer magnetischer Aufzeichnung durch den gezielten Einsatz von Wärme zu überwinden. Sie bietet signifikant höhere Speicherdichten bei gleichzeitig weiterentwickelter Material- und Fertigungstechnologie. Die langfristige Skalierbarkeit, die Integration in bestehende 3,5-Zoll-Formfaktoren sowie die vollständige Kontrolle über Produktionsprozesse sind zentrale Merkmale dieses Technologieansatzes. Wettbewerber von Seagate, wie beispielsweise Toshiba oder Western Digital, setzen derzeit auf MAMR-Technologie, bei der Mikrowellen als Hilfsmittel genutzt werden.

Autor: Patrick von Brunn, Stefan Boller