Жёсткие диски являются одними из самых старых устройств постоянной компьютерной памяти. Началом их истории считается 4 сентября 1956 года, когда компания IBM выпустила первую систему магнитной дисковой памяти IBM 350, представленную 50 магнитными дисками и напоминающую большой шкаф.
Прошло более чем полвека, и винчестеры превратились в небольшие коробочки, их конструкция постоянно подвергалась усовершенствованиям, и на сегодняшний день они являются основным устройством дисковой памяти почти во всех компьютерных системах. Конечно, твёрдотельные SSD-накопители очень перспективны, но они пока не могут конкурировать с традиционными жесткими дисками по главному параметру – стоимости хранения данных.
Первые персональные компьютеры вообще не имели винчестеров, потому что в то время накопители стоили немыслимых денег, а их ёмкость составляла всего 10-20 мегабайт. Современные диски являются самым дешёвым носителем для хранения данных в расчете на мегабайт: 3,5-дюймовый накопитель средней на сегодня ёмкостью 750 Гб стоит порядка 2000 рублей. При этом максимальная вместимость серийных винчестеров равна 2 Тб, а цены на такие устройства начинаются примерно с 4800 рублей.
Тем не менее, все предшествующее десятилетие, когда в мире увеличилось количество информации и появились новые аудиовизуальные форматы, инженеры решают основную проблему: как ещё больше увеличить ёмкость жесткого диска, сохранив при этом его главные достоинства – надёжность и невысокую цену. Однако практически единственным значительным достижением с начала века стало появление в 2005 году технологии перпендикулярной записи, которая позволила повысить плотность записи до 60 Гбит/см² по сравнению с 23 Гбит/см², которые достигались при использовании традиционного параллельного метода.
Учёные разрабатывают самые необычные способы хранения данных, например, голографическую или молекулярную запись на полимеры, но все они требуют принципиального изменения технологии и существенно удорожают производство. В сравнении с такими предложениями относительной простотой внедрения обладают методы тепловой магнитной записи (или термоассистируемой магнитной записи, Thermally-Assisted Recording, TAR) и записи в ограниченные участки (Bit-Patterned Recording, BPR).
Эти два способа по-разному борются с главным препятствием дальнейшему "уплотнению" записываемых данных – так называемым явлением суперпарамагнетизма. Дело в том, что при последовательном уменьшении намагничиваемых частиц снижается энергетический барьер, нужный для смены их заряда. В результате частицы становятся очень нестабильными и достаточно минимальной энергии, чтобы получить массив хаотически заряженных частиц, а это означает полное уничтожение записанных ранее данных.
Метод тепловой магнитной записи (TAR) представляет собой запись с подогревом и последующим охлаждением носителя, который должен быть изготовлен из материала, нечувствительного к перемагничиванию при обычной температуре, и иметь мелкозернистую поверхность. Правильное сочетание температуры, материала и расстояния между записываемыми битами помогает избежать проявлений суперпарамагнетизма. Помимо этого, предварительный подогрев позволяет быстрее намагничивать участки носителя, увеличивая в итоге скорость записи.
Технология записи в ограниченные участки (BPR) предусматривает создание при помощи литографии изолированных друг от друга "магнитных островов" на поверхности диска. Каждая единица информации как бы помещается внутрь высокого "забора", который нельзя преодолеть как снаружи, так и изнутри.
Увы, хоть эти методы и могут повысить плотность записи примерно до 150 Гбит/см², они оба не могут быть использованы из-за технологических ограничений. В случае с TAR придется строго контролировать нагреваемую площадь, для чего нужно специальное мелкозернистое покрытие и материал, способный выдерживать достаточное число циклов нагрева и охлаждения. Для применения технологии BPR необходима головка, размеры которой полностью соответствуют размерам "магнитных островов".
Учёные из Hitachi Global Storage Technologies придумали способ объединить преимущества этих двух технологий и минимизировать недостатки. Благодаря "магнитным островам" исчезла необходимость в дорогостоящем мелкозернистом покрытии, а благодаря технологии нагрева четко определённой площади пропала нужда в прецизионных размерах пишущей головки.
В построенном учёными прототипе используется луч лазера, направляемый по волноводу к плазмонной антенне, в которой свет преобразуется в заряд, осуществляющий саму запись. Антенна выполнена в форме буквы "Е", у которой верхняя и нижняя перекладины осуществляют функции заземления, а средняя – функцию разрядника, концентрирующего заряд на небольшой площади поверхности носителя. При длине разрядника 20-25 нм и расстоянии между дорожками записи 24 нм диаметр пятна записи составляет всего 15 нм. При передаче через волновод на антенну пришло около 40% начальной энергии, но частота ошибок оказалась несущественной, а экспериментальная скорость записи составила 250 Мбит/с.
В ходе лабораторных испытаний была достигнута плотность записи до 1,5 Пбит/см2(*). при этом ученые предполагают, что их метод позволит увеличить плотность магнитной записи данных еще в десять раз.
Если разработанная в Hitachi GST технология будет использована в производстве, то современные винчестеры через некоторое время будут казаться такими же малоемкими, какими сейчас представляются 10-мегабайтные винты, ёмкость которых ещё четверть века назад казалась гигантской. Возникает вопрос: смогут ли тогда догнать их по ёмкости твёрдотельные SSD-накопители?
(*) 1 Пбит = 1024 Тбит = 104876 Гбит = 128 Тбайт = 131072 Гбайт
|
