Особенности внутреннего устройства и пути развития жестких дисков - HDD, SSD и Flash - Каталог статей

трековая плотность (TPI — tracks per inch) указывает на количество треков, которое может поместиться на каждый дюйм радиуса диска;
линейная плотность (BPI — bits per inch) указывает на количество бит информации, которая может поместиться на одном треке.

Отсюда следует, что повышение плотности записи на поверхности жесткого диска ведет к увеличению объема накопителя в целом, при неизменном количестве дисков. В современных семействах винчестеров улучшаются обе величины характеризующих общую плотность. Следствием является улучшение таких параметров винчестера как скорость линейного чтения/записи и скорость позиционирования. Сама же реализация увеличения плотности записи представляется трудно выполнимой задачей, которая требует много технических нововведений и изменений в различных компонентах винчестера. Непростым является уменьшение размеров отдельных битов и размещение их как можно ближе друг к другу. Тут существуют определенные ограничения, связанные с физическими процессами, протекающими между намагниченными участками магнитных материалов. Такими ограничениями являются:

супермагнитный лимит;
интерференция между двумя соседними намагниченными участками.

Суперпарамагнитный лимит — сокращение длительности хранения информации при значительном уменьшении объема частиц. Другими словами, если отдельный участок хранения информации слишком мал, то его магнитная энергия со временем станет настолько мизерной, что может совсем исчезнуть из-за теплового движения частиц, и тогда информация потеряется. Решением для повышения указанного лимита является увеличение коэрцитивной силы магнитного материала жесткого диска, повышения напряженности записывающего магнитного поля, что напрямую зависит от изменения конструкции записывающей головки, и уменьшения расстояния между головкой и поверхностью диска.

Процесс интерференции (размагничивание) - изменение намагниченности вследствие взаимодействия между двумя соседними намагниченными участками, если они размещаются очень близко друг к другу. Решением этой проблемы является уменьшение напряженности намагниченных участков жесткого диска. Как следствие, возникают трудности с идентификацией достоверности и стабильности этих участков, а также с тем, что головки чтения/записи достаточно чувствительны и достаточно близки к поверхности пластины, чтобы достоверно считать информацию. Это, как и в предыдущем описанном ограничении, требует специального решения конструктивно-технических особенностей во время производства магнитных головок.

Необходимо заметить, что описанные выше ограничения справедливы для магнитных доменов, макроскопических областей материала, расположенных параллельно. При использовании перпендикулярного расположения доменов их влияние друг на друга существенно уменьшается.

Таким образом, простое увеличение поверхностной плотности записи влечет за собой как минимум изменение таких компонентов жестких дисков, как магнитного напыления, дополнительной подложки под слоем записи магнитного диска, магнитных головок, способных генерировать более сильное магнитное поле, управляющей электроники, канала чтения-записи.

Рассмотрим магнитные головки и магнитные диски, применяемые в современных винчестерах.

Современные магнитные головки (GMR - giant magneto resistive head), в отличие от старых традиционных магнитных головок, не используют наводимый ток в катушке для чтения информации с поверхности магнитной пластины. Они более чувствительны и могут быть достаточно малыми в размерах. Функционируют, используя принцип магниторезистивности, который основан на свойствах некоторых материалов изменять свое сопротивление в зависимости от приложенного магнитного поля. Основным преимуществом является мгновенность изменения сопротивления. Кроме этого, некоторые конструкции головок имеют специальный магнитный экран, используемый для ограждения от внешних магнитных полей.

Головки изготовленные по технологии GMR намного превосходят предшествовавшие MR-аналоги (magneto resistive head). GMR-головки могут улавливать гораздо более слабые сигналы, что позволяет увеличить поверхностную плотность записи накопителя. Кроме того, они не так шумят, не столь подвержены интерференции и имеют меньшие размеры, несмотря на многослойность исполнения. Все это делает GMR-технологию востребованной и перспективной в производстве винчестеров.

Магнитный диск современного винчестера изготавливается из стекла или алюминия, после чего гальваническим методом или методом напыления покрывается специальным магнитным материалом толщиной в несколько миллионных дюйма. Преимущества современных тонкопленочных материалов, по сравнению с ранее использованными окисями железа: высокие магнитные свойства, однородность, более высокая устойчивость к физическому воздействию магнитной головки. Некоторые производители жестких дисков после нанесения магнитного материала, так же покрывают поверхности пластин слоем специального вещества, вызванного дополнительно защищать магнитный материал от физических воздействий.

Подведем итоги по изложенному материалу. Исследование методов увеличения плотности записи является, пожалуй, основным направлением работ компаний-производителей винчестеров. Но с повышением объема винчестера, уменьшается его надежность за счет усложнения и интеграции практически всех составляющих частей устройства. Можно предположить, что плотность записи будет и дальше увеличиваться в связи с потребностями рынка. Увеличение станет возможным при использовании качественно новых технологий, материалов и их характеристик в производстве жестких дисков.

Использованные источники информации:

www.derstein.ru
www.ibm.com
Hitachi Global Storage Technologies