Computerworld, США

Новые технологии магнитной записи на порядок увеличат емкости жестких дисков

Технология перпендикулярной записи может увеличить емкость жестких дисков в десять раз. Это значит, в частности, что микродиски, которые сейчас используются для хранения около 3 тыс. музыкальных композиций, теперь смогут вмещать около 30 тыс. песен.

С технической же точки зрения это значит, что на одном квадратном дюйме можно будет записать 230 Гбит данных, или 20 Гбайт на один 1-дюймовый микродиск.

Производители дисков уже начали беспокоиться о том, что закон, аналогичный закону Мура, для них выполняться перестал. С момента представления корпорацией IBM в 1956 году первых жестких дисков RAMAC до настоящего времени их емкости росли экспоненциально. Емкости удваивались ежегодно в первые десять лет после появления RAMAC, их темпы роста несколько снизились в последующие два десятилетия, но затем продолжили рост в том же темпе в 90-х. Стартовав с 1800 бит на квадратный дюйм, которые были характерны для RAMAC, они достигли 100 Гбит на квадратный дюйм, и это увеличение происходило одновременно с уменьшением размера пластин от 24 дюймов до 3, а затем и 2 дюймов.

Однако до последнего времени казалось, что технологии производства дисковых накопителей достигли своего предела в 100 гигабит на квадратный дюйм.

При горизонтальной или продольной записи намагниченные области, представляющие биты, размещались друг за другом, подобно домино на столе. Они были организованы в виде концентрических кругов, покрывающих жесткий диск.

Головки чтения и записи парят на расстоянии в несколько нанометров над поверхностью диска. Направление намагниченности задает значение, которое хранит соответствующий элемент диска, — ноль или единицу.

Сила намагниченности области достаточно высока, чтобы головка ее чувствовала и было возможно определить направление магнитного поля. Если сила намагниченности падает ниже определенного уровня, то головка не в силах ее определить.

Размерности, связанные с этой продольной схемой, с течением времени уменьшались, чтобы обеспечить более высокую плотность размещения битов. Размер каждой магнитной области уменьшался до самого малого заметного размера.

Каждая намагниченная область состоит из крошечных магнитных доменов, называемых зернами. Когда все зерна выстроены в одном направлении, то намагниченность всей области точно соответствует этому направлению. Если некоторые зерна меняют свою направленность, то намагниченность области в целом снижается, а считывающей головке жесткого диска становится сложнее воспринимать данные. Если все зерна либо некоторое их большое количество перевернутся, то изменится и направленность магнитного поля.

При малом размере намагниченных областей и магнитных зерен выделяемой жестким диском тепловой энергии может оказаться достаточно, чтобы зерна изменили свою направленность. Этот эффект получил название суперпарамагнитного, и он определяет, насколько малый размер может иметь носитель информации.

Однако при помощи перпендикулярной технологии записи производители могут повысить этот предельный показатель и разместить большее число битов на том же самом физическом диске.

При перпендикулярной записи малые намагниченные области выстраиваются вертикально, так что каждая область использует меньшую площадь дисковой поверхности. Таким образом, на одном квадратном дюйме может быть размещено большее число битов.

Подобная техника была известна по крайней мере с 70-х годов, когда Шуничи Ивасаки из японского Технологического института Тохоку изобрел перпендикулярную запись.

Проблема крылась в том, что некоторые компоненты технологической цепочки, требуемые для организации чтения и записи перпендикулярных намагниченных областей, приводили к потере надежности. Головка чтения и записи для перпендикулярной записи требовала наличия «мягкой» магнитной подложки под тем магнитной слоем, куда записывались цифровые нули и единицы.

Эта подложка называлась магнетически мягкой, потому что легко поддавалась перемагничиванию в одном или другом направлении. Это свойство позволяло ей работать с перпендикулярной головкой чтения/записи для намагничивания областей в вертикальной плоскости в вышележащем магнитном слое.

Новая техника позволила производителям сделать мягкую подложку более тонкой, чем было возможно ранее, и менее подверженной жестким магнитным полям, которые могли испортить информацию на магнитном слое выше. Теперь, когда эти проблемы были преодолены, стала возможной перпендикулярная запись.

Производители, среди которых Hitachi Global Storage Technologies, Seagate Technology, Toshiba и Maxtor, продвигают или уже представили на рынке устройства с перпендикулярной записью.

Одним из дополнительных преимуществ перпендикулярной записи является тот факт, что для записи цифровых единиц и нулей возможно уменьшение областей, необходимых для намагничивания. Головки перпендикулярного чтения/записи имеют более сильные магнитные поля, чем те, что используются для продольной записи. Таким образом, возможно использование магнитного слоя, имеющего более высокий уровень магнитной коэрцитивности, что означает более высокую сложность изменения направленности магнитных зерен. Тепловая энергия, требуемая для переворота зерен, будет выше, и суперпарамагнитный эффект для подобных материалов ограничивается меньшими размерами. Для надежности хранения информации в намагниченных областях, таким образом, может быть достаточно менее 100 зерен.

Исследования других методов уменьшения размера магнитных областей продолжаются. Следующей попыткой может стать использование размеченного магнитного слоя, в котором для разметки магнитного слоя и изолирования магнитных зерен используются лазеры, таким образом для надежной записи цифровых единиц и нулей требуется совсем небольшое количество зерен. Исследовательские проекты с применением размеченных жестких дисков предполагают достижения емкости в 300 Гбит на квадратный дюйм. 


Почувствуйте разницу

При помощи перпендикулярной технологии записи производители могут повысить этот предельный показатель и разместить большее число битов на том же самом физическом диске

Вертикальная запись бит информации позволяет экономить место. Магнитное поле, формирующееся в нижней части записывающего элемента, воздействует на бит, находящийся непосредственно под ним. Прямой участок силовых линий магитного поля приходится на область вертикального бита, закругленный — на дополнительный нижний слой

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями