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商业与创新

硬盘的热门时间:为何磁记录技术仍然强大

03 Dec 2020 詹姆斯·麦肯齐
取自2020年12月号 物理世界,显示在“硬盘热时间”标题下。物理研究所的会员可以享受完整的期刊 通过 物理世界 应用程式.

詹姆斯·麦肯齐 着眼于渐进改进的力量和磁记录技术的商业成功

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热门 设置热辅助磁记录可以进一步提高硬盘的存储容量。 (由希捷科技公司提供)

在存储数据时,您可能会认为磁性设备已迅速成为历史。固态硬盘肯定会是未来吗?但是,当我今年初访问贝尔法斯特女王大学时,我很惊讶地看到许多令人兴奋的R&D在磁存储中进行。我的主人是物理学家 罗伯特·鲍曼,与他紧密合作 希捷科技 –全球最大的磁存储设备和产品制造商之一。

希捷(Seagate)是开发磁存储新方法的公司之一,以使数据存储比以往任何时候都更快,密度更高。的确,该技术没有尽头。例如,市场情报公司IDC预计此类设备中存储的数据量将从33字节(33×10)增长21 个字节)在2025年达到175 zbytebytes。如果您将如此多的信息存储在Blu-ray光盘上,将它们堆叠在一起,它们到月球的距离将延长23倍。

每年出货的硬盘超过3.5亿,到2029年,全球市场预计将超过800亿美元。

在成本和访问速度方面,磁性存储可以胜任。而且,即使固态存储价格便宜(不是,而且可能永远不会),也没有足够的制造能力来实际构建我们预计需要的存储。每年出货的硬盘超过3.5亿,到2029年,全球市场预计将超过800亿美元。仅希捷在北爱尔兰的技术设施就占了全球读写头供应量的近30%。

纺纱

自1888年美国工程师以来,我们在磁存储领域的发展令人难以置信 奥伯林·史密斯 首先提出将音频存储在棉线或丝线上的微小金属颗粒中。实际的困难使史密斯的想法停滞不前,但在1928年,这位德国-奥地利工程师 弗里茨·普弗勒默 开发了第一台磁带录音机–一种用于存储声音的模拟设备。磁带是在1951年开发UNIVAC I计算机时首次用于数据存储的。

如今,数字“线性磁带”存储卡是最便宜的存储形式,成本远低于每GB 0.01美元。它们具有巨大的存储容量,最新的盒式磁带可以装载30 TB(30×1012 字节)的数据-到本十年末,这一数字有望增长到40 TB。根据市场情报公司PMR的数据,这个市场规模为58亿美元,到2026年将增长到65亿美元,部分原因是需要离线备份和副本以进行灾难恢复以及应对日益增长的“勒索软件”威胁。

线性思维

胶带的麻烦在于它们是线性带,这意味着从一个零件到另一个零件要花费一些时间。这就是我们拥有硬盘的原因之一,通过从一个圆环或轨道跳到另一个圆环,可以更快地访问数据。第一台使用移动磁头磁盘驱动器的商用计算机是 IBM的RAMAC 305,于1956年生产。它包含50个磁盘,每个磁盘直径为24英寸,提供5 MB的存储空间,这在当时是巨大的。如今,硬盘具有高达20TB的容量,每GB的成本不到0.02美元,可放在您的手掌中。

硬盘是物理和技术创新的奇迹。微小的读/写头在其镜状表面(本身是复杂的多层铁磁涂层)上方飞行,间隙仅为3纳米。在湿度可控的充满空气或氦气的空腔中运行,高度由蚀刻在磁头面向磁盘的表面上的空气轴承控制,并附接到经过光蚀刻的精密加工滑块上(该滑块本身由超精密步进器控制)发动机)。

每个硬盘磁道(每英寸大约有100万个磁道)包含记录在狭小区域的信息位,这些微小区域的宽度仅为42 nm(大约六到八个磁粒),而长度为10 nm(几乎只有两到三个磁粒)。磁盘的旋转速度高达每分钟15,000转(与一级方程式赛车的引擎一样快),而读/写头本身则使用最先进的光刻技术以及微影技术在200 mm的晶片上制造纳米制造工艺。

硬盘独特地结合了半导体技术,精密加工和超精密步进电机,是一项令人印象深刻的工程。

现代磁头基于隧穿磁阻(与 2007年诺贝尔物理学奖),但仍在探索更高级的设计以进一步提高密度。每个硬盘还具有多个磁头和多个双面磁盘(取决于所需的存储空间)以及许多精密控制电子设备。遗憾的是,大多数硬盘都被装在沉闷的金属盒中,这些金属盒生活在世界各地成千上万个沉闷的“云”数据中心中。

对我来说,硬盘独特地结合了半导体技术,精密加工和超精密步进电机,是一项令人印象深刻的工程。如果不存在现代硬盘,而您却要求一个工程师团队从头开始设计一个硬盘(价格低于50美元),他们会认为您很疯狂,并为您提供了无法完成此操作的一千个理由,不惜一切代价。然而,由于半个世纪的辛勤工作和不断发展的技术力量,这种设备确实存在。

有密度的日期

正如Bowman解释的那样, “热辅助磁记录” (HAMR),希捷已经能够将其硬盘的存储密度提高到每平方英寸2 TB以上,而通过激光和等离子体近场换能器写入的位集成到了读/写头中。该公司很快将交付其首个基于HAMR的驱动器,而希捷将在2026年之前将目标定位为50 TB的驱动器。因此,下次您检查社交媒体,浏览Web或查看存储在云中的照片时,请记住您的数据位于硬盘上在世界上某个数据中心的低功耗待机状态下,等待您的命令。

不起眼的硬盘是可以想象到的最不起眼的东西之一。

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者