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Apparu dans les années 1950, les premiers disques durs, de la taille d’une armoire et pesant près d’une tonne, ont révolutionné le traitement des données en permettant un accès immédiat aux informations pour certains systèmes informatiques et mainframes. Le véritable triomphe du disque dur a cependant commencé dans les années 1980 avec l’avènement des PC.

Évolution et standardisation précoces

Au début de l’ère des PC, les disques durs de 5,25 pouces n’offraient que quelques mégaoctets (Mo) de stockage de données, comme les modèles populaires de 20 Mo. À l’époque, cette capacité de stockage était suffisante compte tenu de l’absence d’interfaces utilisateur graphiques ou de supports numériques gourmands en mémoire. Au fil des ans, les capacités de stockage ont rapidement atteint des capacités à trois chiffres en matière de mégaoctets. De plus cela a été accompagné de la standardisation des interfaces. Le connecteur Molex est devenu la norme pour l’alimentation, tandis que le Parallel ATA (plus tard PATA) et par la suite le Serial ATA (SATA) sont devenus courants pour le transfert de données, remplaçant ainsi les anciens câbles ruban.

Cette période a également été marquée par une consolidation rapide du secteur. En 1985, on comptait 75 fabricants de disques durs, et plus de 200 entreprises ont progressivement tenté de produire des disques. Aujourd’hui, seules trois d’entre elles sont encore en activité, la production ne devenant économiquement attractive qu’en grandes quantités.

Simultanément, les formats de disques durs ont continuellement diminué. Le disque dur 3,5 pouces s’est généralisé à partir de la fin des années 1980, s’adaptant aux baies de lecteur de disquettes et devenant rapidement la norme pour les serveurs et les systèmes de stockage, une position qu’il conserve largement aujourd’hui. Des formats plus petits, comme les disques 2,5 pouces pour ordinateurs portables, ont fait leur apparition, bien qu’on les trouve aujourd’hui principalement dans les clés USB externes en raison de la prédominance des SSD sur les ordinateurs portables.

Des disques encore plus petits, comme les disques durs 1,8 pouce (utilisés dans le premier iPod en 2001) et les disques 1 pouce (pour les emplacements CompactFlash des appareils photo numériques), ont fait une brève apparition. Au début des années 2000, certains smartphones proposaient même des modèles de 0,85 pouce offrant une capacité impressionnante de 4 gigaoctets (Go). Cependant, la mémoire flash a fini par surpasser les disques durs des appareils mobiles, fixant ainsi une limite inférieure à la réduction de la taille physique.

Avancées en matière de capacité : PMR, hélium et technologies micro-ondes

L’essor du flash a nécessité le succès des disques durs, offrant des capacités élevées à des coûts avantageux. Un bond significatif en termes de capacité a été réalisé grâce à l’enregistrement magnétique perpendiculaire (PMR), une nouvelle méthode d’enregistrement introduite au milieu des années 2000. Contrairement à l’enregistrement magnétique longitudinal (LMR) précédent, qui alignait les bits horizontalement, le PMR permettait une disposition verticale, augmentant considérablement la densité de stockage.

De nouvelles améliorations de capacité ont été obtenues grâce au remplissage des disques durs à l’hélium à partir du milieu des années 2010. Ce gaz inerte léger réduit les frottements et les turbulences par rapport à l’air, permettant l’utilisation de disques plus fins et libérant de l’espace pour des plateaux supplémentaires dans le boîtier. Avec neuf disques et le PMR, cette innovation a permis d’atteindre des disques de 16 téraoctets (To).

Plus récemment, l’enregistrement magnétique assisté par micro-ondes (MAMR) est apparu comme une nouvelle méthode d’enregistrement. Cette technologie utilise les micro-ondes pour contrôler et focaliser le flux magnétique au niveau de la tête d’écriture, réduisant ainsi l’énergie nécessaire à la magnétisation des bits et permettant des têtes d’enregistrement plus petites et une écriture de données plus dense.

L’avenir des technologies de stockage

S’appuyant sur la technologie FC-MAMR, certains fabricants ont lancé l’année dernière une gamme de disques durs d’entreprise scellés à l’hélium. Cette innovation démontre le potentiel d’augmentation de capacité dans un même format, sans consommation d’énergie supplémentaire.

Ce type de disque utilise l’enregistrement magnétique conventionnel (CMR) avec FC-MAMR pour offrir des capacités allant jusqu’à 24 To. D’autres disques, quant à eux, utilisent l’enregistrement magnétique en bardeaux (SMR) pour offrir des capacités encore plus élevées, jusqu’à 28 To. Le SMR est une technique d’écriture de données sur des pistes partiellement superposées, augmentant ainsi la densité et la capacité de stockage globale par disque.

Le CMR est adapté aux serveurs d’entreprise gérant différents types de charges de travail. L’industrie devrait quant à elle s’orienter vers la technologie SMR pour les charges de travail homogènes écrivant par gros blocs, avec une mise en mémoire tampon optimisée absorbant les courtes impulsions d’écriture aléatoire.

Lors de la prochaine étape de développement, la commutation assistée par micro-ondes MAMR (MAS-MAMR), les micro-ondes activeront le matériau des disques magnétiques afin de réduire encore l’apport d’énergie et de permettre une tête d’écriture encore plus petite. Cela nécessite de nouveaux revêtements de disque et une commutation micro-ondes plus précise. La MAS-MAMR, combinée à la poursuite du développement de la SMR et à des disques magnétiques plus fins (désormais 0,55 mm d’épaisseur, permettant d’accueillir 11 disques dans un boîtier de 3,5 pouces), devrait porter la capacité des disques durs à environ 40 To dans les prochaines années.

À plus long terme, la technologie d’enregistrement magnétique assisté par la chaleur (HAMR) offre un potentiel encore plus grand. Le HAMR utilise une diode laser pour chauffer le matériau magnétique jusqu’à son point de Curie, permettant ainsi l’alignement des bits avec une énergie magnétique très faible. Alors que le MAMR augmente principalement la densité binaire linéaire, le HAMR se concentre sur l’augmentation de la densité des pistes.

Le HAMR permettra probablement des capacités supérieures à 40 To par disque, pouvant atteindre 50 To dans les prochaines années, permettant ainsi aux disques durs de continuer à supporter la majeure partie du stockage de données à l’ère de l’information. Cependant, le HAMR doit encore être perfectionné pour atteindre la fiabilité et la rentabilité du MAMR.

Stimuler la durabilité et l’innovation

Alors que le démantèlement massif des premières infrastructures cloud commence, une importante vague de matériaux pour disques durs est attendue pour le recyclage. Les disques durs sont nettement plus faciles à recycler que les autres appareils électroniques, car ils ne contiennent que deux ou trois métaux différents, contrairement aux composés complexes et potentiellement toxiques présents dans les batteries. Les fournisseurs de services cloud se préparent à cet afflux et les fournisseurs de disques durs devraient devenir partie intégrante du processus de recyclage.