В погоне за увеличением объема жестких дисков передовые производители используют новую термомагнитную технологию записи, использующую подогрев магнитной пластины при записи. Но так ли эта технология надежна, и какой ресурс работы этих дисков?
Основным направлением развития «механических» жестких дисков (HDD), для сохранения их конкурентоспособности по отношению к стремительно развивающимся твердотельным жестким дискам (SSD) является увеличение объема памяти, цена, за единицу которой была бы значительно ниже, чем у SSD. И производители HDD для этих целей применяют различные технические ухищрения, которые часто в угоду увеличения объема памяти, ухудшают другие важные параметры HDD. Например, таких, как скорость записи, необходимость предоставления HDD «свободного времени», в течение которого он должен проводить свою внутреннюю, автономную работу по оптимизации размещения хранимой им информации на поверхности магнитных пластин. Эти недостатки, например, имеют HDD, в которых реализован метод черепичной записи, и их сейчас выпускается большое количество всеми производителями HDD.
Но вот уже подоспела реализация в HDD другого инновационного метода записи Heat-Assisted Magnetic Recording (HAMR) – технология подогрева магнитной пластины во время записи. Выпуск таких HDD объемом от 14 до 18 Тб. Пока только для корпоративного сегмента уже освоили компании Seagate и Western Digital. Давайте разберемся в принципе ее реализации, и уже поняв, как она реализована, станут понятны ее достоинства и недостатки, и стоит ли выбирать такой HDD для покупки.
Коротко вспомним о принципах магнитной записи HDD. Он заключается в эффекте остаточной намагниченности (эффекте памяти) частиц магнитного слоя после окончания воздействия на них магнитного поля записывающей головки во время записи. Частицы магнитного слоя имеют свое магнитное поле, и при воздействии на них внешнего записывающего магнитного поля переориентируются согласно его силовых линий, а после прекращения воздействия записывающего поля эти частицы сохраняют магнитную ориентацию ранее приложенного записывающего поля.
При движении считывающей головки над такими намагниченными частицами магнитного слоя происходит возникновение ЭДС (электродвижущей силы), величина и полярность которой будет зависеть от ориентации магнитных линий намагниченных частиц магнитного слоя. Запись одного бита информации должна происходить в область пространства магнитного диска, которое содержит не менее 60 частиц магнитного слоя, если это количество частиц на один бит информации уменьшить, то значение ЭДС наводимое в считывающей головке будет мало и соизмеримо с собственными шумами, что неминуемо приведет к возникновению ошибок при чтении.
Как мы видим минимальное количество частиц магнитного слоя на один бит информации ограничено необходимым соотношением сигнал-шум, и повысить плотность записи путем дальнейшего уменьшения этого числа нельзя. Но можно уменьшать размер самих частиц магнитного слоя, уменьшая при этом площадь поверхности, на которой размещается один бит информации, то есть увеличивать плотность записи.
Но здесь появляется новая проблема, при расположении частиц магнитного слоя очень близко друг к другу становятся ближе и соседние биты, магнитная ориентация частиц которых может быть разной, в зависимости от того, логический «0» или «1» записывается в последующий бит. И частицы магнитного слоя битов начинают перемагничиваться, что приводит к потере записанных данных.
Кроме того при уменьшении размеров частиц магнитного слоя в 2 раза от ныне применяемых размеров в производстве HDD, уменьшается энергетический барьер, необходимый для изменения их магнитной ориентации, и их стабильность становится крайне низкой и стабильное состояние частиц уменьшается до неприемлемых значений времени, вплоть до 100 наносекунд. Для решения этой проблемы производители HDD, для производства магнитных дисков использовали новый термостабильный материал, сплав FePt (железо – платина) в котором частицы магнитного слоя при всех вышеперечисленных технологических ухищрениях остаются стабильными и гарантированно сохраняют магнитную ориентацию.
Но все происходит, как в поговорке: каждая решенная проблема порождает несколько нерешенных проблем.
Так же произошло и у производителей HDD. Применяемый сплав FePt очень хорошо показал себя с точки зрения стабильности, намагниченные частицы от воздействия соседних близко расположенных частиц, и от приложенных внешних паразитных магнитных полей, магнитную ориентацию не изменяли. Но теперь предстояло решить следующую проблему, как при записи перемагнитить эти стабильные частицы магнитного слоя, ведь для их перемагничивания нужно приложить более сильное магнитное поле записывающей головкой. А тут еще и физические размеры записывающей головки уменьшились, так как размеры бита на поверхности магнитного диска стали меньше. А, как известно, при уменьшении размера записывающей головки уменьшается и генерируемое ей магнитное поле. И для осуществления записи на этот стабильный сплав недостаточно магнитного поля, которое может обеспечить обычная записывающая головка.
Вот вам и пример того, как одна решенная проблема породила несколько нерешенных.
Вот здесь на помощь и пришла новая технология записи Heat-Assisted Magnetic Recording (HAMR) – технология подогрева магнитной пластины во время записи.
Суть, которой заключается в предварительном нагреве на очень короткое время с помощью лазера до 500 °C. той части поверхности магнитного диска, на которую производится запись. При нагреве участка поверхности до такой температуры, удается временно снизить коэрцитивную силу магнитного слоя (сила внешнего магнитного поля, необходимая для полного размагничивания магнитного вещества). И в это время, пока записываемый участок горячий, происходит запись (перемагничивание) частиц магнитного слоя «слабым» магнитным полем записывающей головки, величины которого в этом случае хватает для гарантированного перемагничивания частиц. После охлаждения, частицы магнитного слоя снова приобретают свои первоначальные физические свойства, и их самопроизвольного перемагничивания не происходит.
Но опять проблема. Лазер, который размещается на магнитной головке, из-за эффекта, называемого: «дифракционный предел» не способен создать на поверхности магнитного слоя пятно такого маленького размера, как геометрический размер одного бита, и это слишком крупное пятно будет прогревать и все соседние биты, в которые запись не будет производиться, тем самым уничтожая записанную там информацию.
Но полет технической мысли инженеров компаний Seagate и Western Digital безграничен. И они для обхода дифракционного предела придумали и реализовали преобразователь ближнего поля (NFT), который состоит из диска с острым выступом.
Принцип работы, которого заключается в том, что при попадании излучения лазера на этот преобразователь, появляется электрический ток (поверхностный плазмон), Этот поверхностный плазмон перемещается по поверхности диска к острому выступу и нагревает участок поверхности магнитного диска под ним. Ширина этого острого выступа и определяет размер нагреваемого участка.
Подобным HDD с технологией записи HAMR присущи следующие, на мой взгляд, существенные технические недостатки:
1 . Слабым местом в этом устройстве является преобразователь ближнего поля (NFT), острый выступ диска которого, под воздействием поверхностного плазмона буквально испаряется через не очень продолжительное время.
2. Поверхность магнитного диска при записи испытывает пусть хоть и кратковременный, точечный, но все же сильный, до 500 °C. нагрев, что вызывает геометрическое увеличение размеров нагреваемого участка и при этом создаются механические напряжения стремящиеся разрушить поверхность магнитного диска, что не лучшим образом сказывается на его долговечности.
3. Высокая цена. Обусловленная технической сложностью производства.
P/S Кому интересно один из патентов на разработку времен СССР(Авторское право):
