⚠ 11.2023: Сайт знаходиться в стані перебудови. Можливо тимчасове порушення функціонування.

В надрах жорстких дисків

Сергій КРУШНЕВИЧ

Бібліографія: В недрах жестких дисков. Крушневич Сергей // Мой компьютер. 2004. - № 51. - C. 24, 38.


(продовження. Початок)

У попередніх статтях ми розглянули основні складові сучасних накопичувачів на жорстких магнітних дисках. Сьогодні я пропоную подивитись на оригінальні технології підвищення щільності запису і, зрештою, закінчити цикл

Супермагнітизм

Як Ви пам'ятаєте, традиційним принципом запису є магнітне поле, яке концентрується (має найбільшу напруженість) у зазорі магнітної головки, полюси якої розміщені паралельно магнітному диску. При цьому магнітне поле також поширюється в горизонтальній площині (рис 1).

Класична магнітна головка з зазором

Рис.1. Класична магнітна головка з зазором

Для того, щоб збільшити щільність запису, необхідно зменшити розміри комірки (область, де розміщується 1 біт). Але тут є проблеми. Магнітний шар можна розглянути як сукупність великої кількості мікрочастинок, які під дією сильного магнітного поля можуть змінювати свою орієнтацію (розміщуються вздовж магнітного поля), а при припиненні дії поля "застигають" у цьому положенні (за рахунок сил тертя). Крім магнітного поля, змінити орієнтацію може й теплова енергія частинок. Тому деякі частинки після зняття магнітного поля можуть хаотично змінювати положення і тим самим впливати на загальний рівень і напрямок намагніченості. Коли осередок складається з мільйонів таких частинок, а тепловому впливу схильні сотні, то цим явищем можна знехтувати, звертаючи лише увагу на критичну температуру.

При підвищенні щільності запису розмір комірки, а отже і кількість «магнітних» частинок зменшується, що призводить до все більшого впливу теплового руху частинок на загальний рівень намагніченості. Зменшуючи розміри осередку, можна досягти критичної межі, коли після запису інформації більшість частинок займуть хаотичне становище, а отже, і зчитати таку інформацію перестане бути можливим. Цю критичну межу, зазвичай, називають «явище супермагнетизму».

Нещодавно вчені говорили, що межа супермагнетизму знаходиться на рівні 100Гбіт/дюйм2, тоді як сьогодні ця планка «зсунута» до 200Гбіт/дюйм2, і остаточного підтвердження цього бар'єру ще немає – значить є ще куди "зсувати" (ущільнювати).

Перпендикуляри замість паралелей

Одним із способів обходу суермагнітної межі є використання "перпендикулярного" запису бітів інформації. За цією технологією, полюси магнітної записуючої головки розміщуються перпендикулярно поверхні диска, і створюване ними магнітне поле пронизує магнітний шар перпендикулярно. Звісно, практично реалізувати розміщення полюсів з обох боків магнітного шару дуже складно, тому тут застосували так званий ефект «коронного розряду» (з теорії електророзряду). Тонкий торець полюса підводиться в потрібне місце, а другий полюс виготовляється поруч, з великою площею розсіювання магнітного поля. В результаті найбільшої концентрації магнітне поле досягає у вузькому місці - поблизу тонгого торця. Тут і відбувається «перпендикулярний» запис (рис 2).

Магнітна головка з перпендикулярним записом

Рис.1. Магнітна головка з перпендикулярним записом

Перпендикулярний запис дозволяє подолати супермагнітний бар'єр паралельного запису, але є також супермагнітна межа для перпендикулярного запису. За оцінкою вчених, вона становить приблизно 0.5-1.0 Тбіт/дюйм2. Але навіть зараз, коли є перспективи для перпендикулярного типу запису, вчені активно висувають нові і нові оригінальні розробки.

Тепловий друк на дисках

Серед технологій підвищення щільності запису можна виділити «тепловий» метод – HAMR (HeatAssisted Magnetic Recording). Суть його полягає в локальному нагріванні місця (комірки), куди має проводитись запис і подальше подання магнітного імпульсу. Справа в тому, що є матеріали, які з підвищенням температури значно знижують «магнітний поріг» (тобто. напруженість магнтного поля, необхідна для перемагнічування ділянки в короткий інтервал часу. При застосуванні цієї технології розміри записуючої головки можуть бути істотно збільшені, так як запис буде відбуватися тільки в нагрітій зоні, але, як Ви вже здогадалися, на нагрівання та охолодження хоч і маленької ділянки, але все ж таки потрібен деякий час, а додатковий час – це зниження швидкості запису. Швидкість зчитування залишається на колишньому рівні. Для локального нагрівання вчені пропонують використовувати мікронагрівач або лазерний промінь, що нагадує інтеграцію зі струменевими принтерами або пишучими CD/DVD приводами, на кшталт магнітооптичних.

Два шари кращі за один

Ще одним варіантом збільшення щільності запису є технологія AFC (Anti-Ferromagnetically Coupled), розроблена інженерами корпорації IBM. Суть технології полягає у отриманні на підкладці замість одного, двох магнітних шарів, розділених хитрим третім.

Розглянемо технологію ближче. Магнітний диск представляє собою «бутербродом» з трьох шарів (не враховуючи захисних). Він складається з двох магнітних шарів, які розділені тонким (товщина всього кілька атомів) шаром рутенію (рис 3). Рутеній - дуже рідкісний (а значить і дорогий) матеріал схожий з платиною. Виняткові властивості рутенію змушують магнітні шари орієнтуватися в різних напрямках, що надає більшої стійкості магнітних дисків до теплового розмагнічування.

Подвійний магнітний шар

Рис.3. Подвійний магнітний шар

Підведемо підсумки

Це далеко не всі оригінальні розробки. З кожним днем їх з'являється дедалі більше. Окрім традиційних на сьогоднішній день НЖМД вже починають робити перші кроки та інші засоби зберігання інформації, які покликані в майбутньому замінити механічні диски - де щось фізично переміщується, обертається. Серед таких можна виділити енергонезалежну пам'ять (Flash – у народі). Зараз вона починає широко застосовуватись в переносних носіях інформації («флешки», портативні плеєри, мобільні телефони), і вже розпочато спроби заміни нею традиційних НЖМД (щоправда, мала швидкість читання/запису та висока вартість перешкоджають цьому), при цьому перевагою є відсутність механічних деталей, а за рахунок відсутності магнітної головки, яку потрібно переміщати, час доступу до будь-якого сектора практично однаковий, як при "лінійному" зчитувані, так і при "випадковому". Ця властивість дозволяє значно прискорити роботу з дрібними файлами. Такі диски отримали назву SSD (Solid-State Disk).

На цьому я хочу закінчити свій розтягнутий у часі цикл статей, присв'ячений загальним принципам роботи жорстких дисків. Всім Вашим носіям інформації бажаю успішно дожити до «морального» зношування.

Перелік частин:
В недрах жестких дисков. Частина 1. Магнітні диски та головки
В недрах жестких дисков. Частина 2. Сервопривід магнітної головки та привід дисків
В недрах жестких дисков. Частина 3. Зворотній зв'язок та діагностика через SMART
В недрах жестких дисков. Частина 4. Інтерфейси підключення
В недрах жестких дисков. Частина 5. Перспективні методи запису інформації

Опубліковано:

Оновленно: 30.10.2023


(SKNewVersion)(29032024)
Serhii K Home Page © 2003-2024