En los últimos 10 años muchos fabricantes han rellenado las carcasas de los discos duros con helio en lugar del aire habitual. Esta idea, aparentemente simple, permitió aumentar radicalmente la capacidad de los acumuladores y mejorar su eficiencia. Analicemos cómo funciona esto y por qué es importante.
¿Por qué precisamente helio?
El helio es, tras el hidrógeno, el segundo elemento más ligero del universo. Es siete veces más ligero que el aire y genera mucha menos resistencia al movimiento de los objetos. Son estas propiedades físicas las que lo hacen ideal para su uso en sistemas de almacenamiento de datos.
A escala atómica el helio es único: su capa electrónica externa tiene solo dos electrones y está completa. Esto hace que el elemento sea químicamente inerte y le confiera propiedades físicas especiales. Las partículas de este gas prácticamente no interactúan entre sí, lo que resulta en una viscosidad extremadamente baja. A temperatura ambiente las moléculas se desplazan a una velocidad media de aproximadamente 1300 metros por segundo — cuatro veces más rápido que los componentes del aire — pero debido a su baja masa generan mucha menos turbulencia.
Y para entender las ventajas del helio es necesario conocer cómo está construido un disco duro moderno. En el interior de la carcasa hermética se encuentran los platos (platters), que giran a velocidades de 5400 o 7200 revoluciones por minuto. Al girar en una atmósfera de aire se producen complejos efectos aerodinámicos: cierta turbulencia. Las capas de aire entre los platos forman remolinos y vórtices que, a su vez, no solo generan resistencia a la rotación, sino que provocan microvibraciones. Las vibraciones resultantes suponen un problema grave para el posicionamiento de los cabezales de lectura y escritura: deben moverse sobre la superficie del disco con un espacio de solo unos pocos nanómetros. Para soportar la carga, los fabricantes se ven obligados a fabricar los platos bastante gruesos y rígidos.
Cómo el helio cambia las reglas del juego
Cuando se utiliza helio en lugar de aire, el panorama físico cambia radicalmente. Debido a la baja densidad del gas, la turbulencia disminuye varias veces y la resistencia al movimiento de los platos se vuelve mínima. Esto ofrece de inmediato varias ventajas importantes:
- Más platos en el mismo volumen: se pueden fabricar platos más finos porque no tienen que resistir una fuerte turbulencia. En la misma carcasa caben más elementos y, por tanto, aumenta la capacidad total del disco
- Menor consumo energético: el motor no tiene que vencer la fuerte resistencia del aire, por lo que consume menos energía
- Mejor refrigeración: el helio evacua el calor de las partes móviles con mayor eficacia
- Funcionamiento más silencioso: menos turbulencia significa menos ruido durante la operación del disco
Dificultades técnicas y su solución
La idea de usar helio en discos duros existe desde hace tiempo, pero llevarla a la práctica no fue sencillo. El problema principal es que los átomos de helio son tan pequeños que pueden filtrarse incluso por hendiduras microscópicas en la carcasa. A los fabricantes les hicieron falta décadas de investigación y desarrollo para crear una carcasa realmente hermética.
El tamaño del átomo de helio es de solo unos 0,31 Å (0,031 nanómetros), lo que lo convierte en uno de los átomos más pequeños. Aun así, puede penetrar incluso en la red cristalina de algunos metales. En las estructuras metálicas habituales la distancia entre los elementos de la red es de aproximadamente 3–4 Å, formando "ventanas" suficientemente grandes para la penetración. Este proceso, conocido como difusión, se intensifica con el aumento de la temperatura: la materia de la red comienza a vibrar con más amplitud, lo que facilita aún más la entrada del gas.
Los discos con helio modernos emplean tecnologías de hermetización que incluyen:
- Aleaciones especiales para la carcasa, resistentes a la penetración del helio
- Sistemas complejos de sellado en los puntos de unión de las partes de la carcasa
- Tecnologías especiales de soldadura láser para crear juntas estancas
Ventajas y desventajas
Los estudios muestran resultados interesantes. Según la empresa Backblaze, que usa cientos de miles de discos duros en sus centros de datos, los discos con helio han resultado incluso más fiables que los convencionales. Presentan una tasa anualizada de fallos (Annualized Failure Rate) inferior. Esto puede estar relacionado con menores cargas mecánicas y con un régimen térmico de funcionamiento más favorable.
Pero también hay desventajas. La principal es la dificultad para recuperar los datos en caso de avería. Si un disco duro convencional aún se puede abrir con cuidado para repararlo, con un disco lleno de helio la situación es mucho más compleja. En cuanto se rompe la hermeticidad de la carcasa, el gas se escapa de inmediato y el almacenamiento deja de funcionar. La recuperación de datos requiere equipo especial y resulta muy cara.
Perspectiva futura
Sin duda, los discos con helio son un paso importante en la evolución de los acumuladores. Se combinan muy bien con los métodos más recientes de grabación de datos, por ejemplo EAMR (registro magnético asistido por energía). En este sistema se utiliza energía adicional para la escritura —calor, microondas o corriente eléctrica—. Esto permite reducir el tamaño de los dominios magnéticos en el plato y aumentar la densidad de grabación.
En la base de EAMR está una propiedad clave de los materiales magnéticos: la coercitividad, que determina su capacidad para conservar la magnetización. Cuanto mayor es, más fiable es el almacenamiento de datos, pero más difícil resulta cambiarla. En los discos duros modernos se emplean materiales con coercitividad muy alta —necesarios para el almacenamiento a largo plazo—. Sin embargo, este enfoque complica la escritura: la potencia estándar de la cabeza magnética puede no ser suficiente para cambiar la magnetización de la superficie.
Para resolver este problema, EAMR calienta localmente la zona del disco hasta 450 °C justo antes de la escritura. A esa temperatura el material se vuelve más susceptible al campo magnético, lo que permite reducir el tamaño de la zona para almacenar datos. Tras el enfriamiento las características magnéticas de la zona se restablecen por completo, garantizando una conservación fiable de la información. El entorno con helio mejora notablemente la eficiencia de este proceso gracias a una mejor evacuación del calor y a un posicionamiento más preciso de la cabeza.
EAMR funciona de forma más eficaz precisamente en una atmósfera de helio porque:
- Se evacúa mejor el calor de las cabezas de escritura
- Menos turbulencia permite un posicionamiento más preciso de las cabezas
- Se reduce el consumo energético de todo el sistema
¿Vale la pena comprar un disco con helio?
Todo depende de sus necesidades. Si necesita un acumulador con una capacidad superior a 10–12 TB, apenas hay alternativa: prácticamente todos los discos modernos de ese volumen usan helio. Para un equipo doméstico un disco con helio puede ser una solución excesiva; normalmente resulta más económico usar varios discos de menor capacidad, salvo que exista una restricción de espacio en la carcasa.
Sin embargo, para servidores y sistemas NAS los discos con helio son una opción excelente gracias a su eficiencia energética y fiabilidad. Todos los grandes fabricantes, incluidos WD, Seagate y Toshiba, ofrecen modelos con helio con la misma garantía que los convencionales.
