主流硬盘技术解析 1.为何存储密度无法提高
由于硬盘内集成的盘片数不可能很多,因此单碟容量上的突破就显得很有必要。单碟容量的提高意味着生产厂商研发技术的提高,这所带来的好处不仅是使硬盘容量得以增加,而且还会带来硬盘性能的相应提升。在硬盘技术发展初期,提升磁盘的存储密度十分容易,此时也就是更大的单碟容量。然而,目前硬盘厂商却碰到了难题。盘片是在铝制合金或者玻璃基层的超平滑表面上依次涂敷薄磁涂层、保护涂层和表面润滑剂等形成的。盘片以4200RPM~15000RPM的转速转动,磁头则做往复的直线运动,而可以在盘片上的任何位置读取或者写入信息。微观的来看,盘片上的薄磁涂层是由数量众多的、体积极为细小的磁颗粒组成。多个磁颗粒(约100个左右)组成一个记录单元来记录1bit的信息——0或者1。
这些微小的磁颗粒极性可以被磁头快速的改变,而且一旦改变之后可以较为稳定的保持,磁记录单元间的磁通量或者磁阻的变化来分别代表二进制中的0或者1。磁颗粒的单轴异向性和体积会明显的磁颗粒的热稳定性,而热稳定性的高低则决定了磁颗粒状态的稳定性,也就是决定了所储存数据的正确性和稳定性。但是,磁颗粒的单轴异向性和体积也不能一味地提高,它们受限于磁头能提供的写入场以及介质信噪比的限制。当磁颗粒的体积太小的时候,能影响其磁滞的因素就不仅仅是外部磁场了,些许的热量就会影响磁颗粒的磁滞(譬如室温下的热能),从而导致磁记录设备上的数据丢失,这种现象就是“超顺磁效应”。
超顺磁效应图解
2.垂直磁化存储技术的奥秘
为了尽可能的降低“超顺磁效应”,业界通过提高磁颗粒异向性、增加热稳定性来解决。磁颗粒异向性的提高固然使得磁记录介质更加稳定,但是必需同时提高写入磁头的写入能力。另外,磁颗粒体积的缩小,也需要进一步提高读取磁头的灵敏度,于是MR磁阻磁头和GMR巨磁阻磁头相继应运而生。GMR磁头技术的水平记录区域密度已经达到了133Gbit以上,然而133Gbit还远远不够,为了实现更大的存储密度,必须再缩小磁颗粒,此时“超顺磁效应”就成为最头疼的问题。
垂直磁化记录从微观上看,磁记录单元的排列方式有了变化,从原来的“首尾相接”的水平排列,变为了“肩并肩”的垂直排列。磁头的构造也有了改进,并且增加了软磁底层。这一改变直接解决了“超顺磁效应”,并且可以将硬盘的单碟容量提高到400GB左右,这为今后的容量突破提供了充足的空间。
垂直磁化存储技术的图解
垂直记录的另一个好处是相邻的磁单元磁路方向平行,磁极的两端都挨在一起,而纵向记录相邻的磁单元只在磁极一端相接,因此这项技术对于稳定性的改进也是颇有成效的。另外值得我们高兴的是,垂直磁化技术的出现对于硬盘速度是有巨大贡献的。仅仅是单碟容量的提升就足以我们欢欣鼓舞,我们可以因此而期待更高的内部传输率。此外,垂直磁化技术要求磁头在技术上有所改进,此时也能加强寻道能力。不过更为重要的还是垂直磁化与高转速技术相结合。据悉,在磁盘存储密度大幅度提高之后,高转速变得更有实际意义。此前SCSI硬盘尽管实现了15000RPM,但是实际持续内部传输率却并不高。而当垂直磁化技术普及应用之后,我们有望看到桌面硬盘顺利迈向10000RPM级别,并且展现出更加完美的性能。