Перпендикулярная запись

Перпендикулярная запись (или перпендикулярная магнитная запись , PMR ), также известная как обычная магнитная запись ( CMR ), — это технология записи данных на магнитные носители , в частности на жесткие диски . Впервые ее преимущества были доказаны в 1976 году Сюн-ичи Ивасаки , тогдашним профессором Университета Тохоку в Японии, и впервые коммерчески реализованы в 2005 году. Первая стандартная демонстрация, показывающая беспрецедентное преимущество PMR над продольной магнитной записью (LMR) в наноразмерах. был сделан в 1998 году в Исследовательском центре IBM в Альмадене в сотрудничестве с исследователями Центра систем хранения данных (DSSC). ^[1] – Национального научного фонда Центр инженерных исследований (ERC) (NSF) при Университете Карнеги-Меллон (CMU). ^[2]

Преимущества

Перпендикулярная запись может обеспечить более чем в три раза большую плотность хранения , чем традиционная продольная запись. ^[3] В 1986 году компания Maxell анонсировала дискету с перпендикулярной записью, на которой можно было хранить 100 КБ на дюйм (39 КБ/см). ^[4] Позднее в 1989 году компания Toshiba использовала перпендикулярную запись на 3,5-дюймовых дискетах, чтобы обеспечить емкость 2,88 МБ (ED или сверхвысокой плотности), но они не смогли добиться успеха на рынке. Примерно с 2005 года эта технология стала использоваться для жестких дисков. Дисковые накопители с продольной записью имеют расчетный предел от 100 до 200 гигабит на квадратный дюйм (от 16 до 31 Гб/см). ²) из-за суперпарамагнитного эффекта , хотя эта оценка постоянно меняется. В 2007 году было предсказано, что перпендикулярная запись обеспечит плотность информации примерно до 1000 Гбит /дюйм. ² (160 Гбит/см ²). ^[5] По состоянию на август 2010 г. ^[update], накопители плотностью 667 Гб/дюйм ² (103,4 Гб/см ²) были доступны коммерчески. В 2016 году коммерчески доступная плотность составляла не менее 1300 Гбит/дюйм. ² (200 Гб/см ²). ^[6] В конце 2021 года диском Seagate с самой высокой плотностью был 2,5-дюймовый BarraCuda, ориентированный на потребителя. Он использовал скорость 1307 Гбит/дюйм. ² (202,6 Гб/см ²) ^[7] плотность. Остальные диски от производителя использовали 1155 Гб/дюйм. ² (179,0 Гб/см ²) и 1028 Гб/дюйм ² (159,3 Гб/см ²).

Технология

Основная задача при разработке магнитных носителей информации — сохранить намагниченность носителя, несмотря на тепловые флуктуации, вызванные суперпарамагнитным пределом . Если тепловая энергия слишком высока, ее может оказаться достаточно, чтобы обратить вспять намагниченность в определенной области носителя, уничтожив хранящиеся там данные. Энергия, необходимая для изменения намагниченности магнитной области, является произведением размера магнитной области и константы одноосной анизотропии Ku _, которая, в свою очередь, связана с магнитной коэрцитивностью материала. Чем больше магнитная область и чем выше магнитная коэрцитивность материала, тем стабильнее среда. И наоборот, существует минимальный стабильный размер магнитной области при заданной температуре и коэрцитивной силе. Если он меньше, он, вероятно, будет самопроизвольно размагничиваться из-за локальных тепловых флуктуаций. При перпендикулярной записи используются материалы с более высокой коэрцитивной силой, поскольку поле записи головки более эффективно проникает в среду при перпендикулярной геометрии.

Популярное объяснение преимущества перпендикулярной записи заключается в том, что она обеспечивает более высокую плотность хранения за счет выравнивания полюсов магнитных элементов, которые представляют собой биты, перпендикулярно поверхности пластины диска, как показано на иллюстрации. В этом не совсем точном объяснении такое выравнивание бит занимает меньшую площадь пластины, чем потребовалось бы, если бы они были расположены продольно. Это означает, что ячейки можно размещать на пластине ближе друг к другу, тем самым увеличивая количество магнитных элементов, которые можно хранить в определенной области.

Истинная картина немного сложнее. Перпендикулярная запись действительно глубже проникает в магнитный носитель информации, тем самым позволяя уменьшить расстояние между битами без потери общего битового объема. ^[8] Однако основное преимущество плотности достигается за счет использования магнитно «более жесткого» (с более высокой коэрцитивной силой) материала в качестве носителя информации.

Это возможно, поскольку при перпендикулярном расположении магнитный поток проходит через магнитомягкий (и относительно толстый) подслой под «жестким» слоем хранения данных (что значительно усложняет и утолщает общую структуру диска). Этот нижний слой можно рассматривать как часть записывающей головки, завершающей магнитную цепь , пересекающую слой хранения данных. Наличие большей части магнитного потока, проникающего в слой хранения данных, делает записывающую головку более эффективной, чем продольная головка, создает более сильный градиент поля записи и, таким образом, позволяет использовать магнитный носитель с более высокой коэрцитивной силой.

В начале 2000-х годов сошлись три важных фактора, которые позволили перпендикулярной записи превзойти возможности продольной записи и привели к коммерческому успеху. ^[9] Во-первых, разработка сред с оксидно-сегрегатным обменным разрывом между зернами. ^[10] Во-вторых, использование тонкой «крышки» на носителе для контроля уровня обменной связи между зернами. ^[11] и для улучшения распространения переключения по толщине среды. ^[12] В-третьих, истечение в 2005 году срока действия патента на головку с продольным щитком, изобретенную в 1985 году Майклом Маллари . ^[13] Эта головка обеспечивала более высокие градиенты поля и более выгодные углы поля, чем простая головка с шестом. ^[14]

Реализации

Корпорация Vertimag Systems, основанная профессором Джеком Джуди из Университета Миннесоты. Как коллега Ивасаки, создал первые перпендикулярные дисководы, головки и диски в 1984 году. Съемные флоппи-дисководы емкостью 5 МБ были продемонстрированы в IBM PC крупным производителям компьютеров. Vertimag обанкротилась во время краха ПК в 1985 году.

Toshiba выпустила первый коммерчески доступный диск (1,8 дюйма) с использованием этой технологии в 2005 году. ^[15] Вскоре после этого, в январе 2006 года, компания Seagate Technology начала поставки своего первого 2,5-дюймового (64 мм) жесткого диска для ноутбука с технологией перпендикулярной записи — Seagate Momentus 5400.3. Seagate также объявила тогда, что к концу 2006 года большинство ее устройств хранения данных на жестких дисках будут использовать новую технологию.

В апреле 2006 года компания Seagate начала поставки первого 3,5-дюймового жесткого диска с перпендикулярной записью Cheetah 15K.5 емкостью до 300 ГБ, работающего со скоростью 15 000 об/мин и заявляющего, что его производительность на 30% выше, чем у их предшественников, со скоростью передачи данных 73– 125 Мбайт/с .

В апреле 2006 года компания Seagate анонсировала Barracuda 7200.10, серию 3,5-дюймовых (89 мм) жестких дисков с перпендикулярной записью и максимальной емкостью 750 ГБ. Поставки накопителей начались в конце апреля 2006 года.

Hitachi анонсировала Microdrive на 20 ГБ . Первый накопитель Hitachi для ноутбуков (2,5 дюйма) с перпендикулярной записью стал доступен в середине 2006 года и имел максимальную емкость 160 ГБ.

В июне 2006 года Toshiba анонсировала 2,5-дюймовый (64 мм) жесткий диск емкостью 200 ГБ, массовое производство которого начнется в августе, что эффективно повысит стандарты емкости мобильных накопителей.

В июле 2006 года Western Digital объявила о серийном производстве своих 2,5-дюймовых (64 мм) жестких дисков WD Scorpio с использованием разработанной и изготовленной WD технологии перпендикулярной магнитной записи (PMR) для достижения плотности 80 ГБ на пластину.

В августе 2006 года компания Fujitsu расширила свою линейку 2,5-дюймовых (64 мм) моделей, включив в них модели SATA с перпендикулярной записью и емкостью до 160 ГБ.

В декабре 2006 года компания Toshiba заявила, что ее новый жесткий диск емкостью 100 ГБ с двумя пластинами основан на перпендикулярной магнитной записи (PMR) и выполнен в «коротком» форм-факторе 1,8 дюйма. ^[16]

В декабре 2006 года компания Fujitsu анонсировала серию 2,5-дюймовых (64 мм) жестких дисков MHX2300BT емкостью 250 и 300 ГБ.

В январе 2007 года Hitachi анонсировала первый жесткий диск емкостью 1 терабайт. ^[17] используя технологию, которую они затем представили в апреле 2007 года. ^[18]

В июле 2008 года компания Seagate Technology анонсировала жесткий диск SATA емкостью 1,5 терабайт, использующий технологию PMR.

В январе 2009 года Western Digital анонсировала первый жесткий диск SATA емкостью 2,0 терабайта, использующий технологию PMR.

В феврале 2009 года компания Seagate Technology анонсировала первый жесткий диск SATA емкостью 2,0 терабайта со скоростью вращения 7200 об/мин, использующий технологию PMR с возможностью выбора интерфейса SATA 2 или SAS 2.0.

См. также

Ссылки

С.Н. Пираманаягам, J. Appl. Физ. 102, 011301 (2007).

^ https://www.dssc.ece.cmu.edu/
^ С. Хизроев, М. Крайдер, Ю. Икеда, К. Рубин, П. Арнетт, М. Бест, Д. А. Томпсон, «Записывающие головки с шириной дорожки, подходящей для плотности 100 Гбит/дюйм2», «IEEE Trans. Магн., 35 (5), 2544–6 (1999) [1]
^ Мерритт, Рик (26 сентября 2005 г.). «Жесткие диски идут перпендикулярно» . ЭЭ Таймс . Архивировано из оригинала 5 апреля 2023 года . Проверено 26 ноября 2023 г.
^ Бейтман, Селби (март 1986 г.). «Будущее запоминающих устройств» . ВЫЧИСЛИТЬ! . № 70. ВЫЧИСЛИТЬ! Публикации. п. 23 . Проверено 7 октября 2018 г.
^ «Выпуск новостей Hitachi – Hitachi достигла важной вехи в области нанотехнологий, увеличив в четыре раза терабайтный жесткий диск» . 15 октября 2007 г. Архивировано из оригинала 28 апреля 2017 г. . Проверено 20 февраля 2008 г.
^ «Руководство по продукту Seagate Barracuda Compute SATA 2.5», октябрь 2016 г. (PDF) . Проверено 9 мая 2021 г. .
^ «Руководство по эксплуатации BarraCuda 4 ТБ, 5 ТБ (2,5)» (PDF) . 30 сентября 2020 г. Проверено 29 октября 2021 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Вуд, Роджер (март 2009 г.). «Будущие системы жестких дисков» . Журнал магнетизма и магнитных материалов . 321 (6): 555–561. Бибкод : 2009JMMM..321..555W . дои : 10.1016/j.jmmm.2008.07.027 .
^ «2005: Появление перпендикулярной магнитной записи» . Музей истории компьютеров, этап хранения данных . Проверено 10 марта 2024 г.
^ «Магнитный носитель записи», 1.5.3 Энциклопедия физических наук и технологий (третье издание), 2003 г.
^ Сонобе, Ю.; Тэм, КК; Умедзава, Т.; Такасу, К.; Думайя, Дж.А.; Лео, П.Ю. (2006). «Эффект непрерывного слоя в перпендикулярном носителе записи CGC» . Журнал магнетизма и магнитных материалов . 303 (2): 292–295. Бибкод : 2006JMMM..303..292S . дои : 10.1016/j.jmmm.2006.01.164 .
^ Виктора, Р.Х.; Шен, X. (2005). «Замена связанных композитных носителей на перпендикулярную магнитную запись» . Транзакции IEEE по магнетизму . 41 (10): 2828–2833. Бибкод : 2005ITM....41.2828V . дои : 10.1109/TMAG.2005.855263 .
^ USRE33949E , Маллари, Майкл Л. и Дас, Шьям К., «Устройство вертикальной магнитной записи», выпущено 2 июня 1992 г.
^ « Технология перпендикулярной магнитной записи », HGST, ноябрь 2007 г. Технический документ
^ «Первый жесткий диск с перпендикулярной записью – пресс-релиз Toshiba» . Архивировано из оригинала 14 апреля 2009 года . Проверено 16 марта 2008 г.
^ «Вкратце: Foxconn выпустит 1,5 миллиона MBP; привод для iPod на 100 ГБ» . AppleInsider . Архивировано из оригинала 8 декабря 2006 года . Проверено 6 декабря 2006 г.
^ «Hitachi представляет жесткий диск емкостью 1 терабайт» . Мир ПК . Архивировано из оригинала 12 января 2007 года . Проверено 10 января 2007 г.
^ «Hitachi вывозит свой терабайтный Deskstar 7K1000» . Engadget . Архивировано из оригинала 17 сентября 2017 года . Проверено 8 сентября 2017 г.

Внешние ссылки

"Get Perpendular" Флеш - анимация и песня, объясняющая перпендикулярную запись, от Hitachi Research.
Perpendicular Magnetic Recording (Hardcover) by Sakhrat Khizroev , Dmitri Litvinov : ISBN 1-4020-2662-5

[1] ttps://www.dssc.ece.cmu.edu/

[2] С. Хизроев, М. Крайдер, Ю. Икеда, К. Рубин, П. Арнетт, М. Бест, Д. А. Томпсон, «Записывающие головки с шириной дорожки, подходящей для плотности 100 Гбит/дюйм2», «IEEE Trans. Магн., 35 (5), 2544–6 (1999) [1]

[3] Мерритт, Рик (26 сентября 2005 г.). «Жесткие диски идут перпендикулярно» . ЭЭ Таймс . Архивировано из оригинала 5 апреля 2023 года . Проверено 26 ноября 2023 г.

[4] Бейтман, Селби (март 1986 г.). «Будущее запоминающих устройств» . ВЫЧИСЛИТЬ! . № 70. ВЫЧИСЛИТЬ! Публикации. п. 23 . Проверено 7 октября 2018 г.

[hitachi.com-5] «Выпуск новостей Hitachi – Hitachi достигла важной вехи в области нанотехнологий, увеличив в четыре раза терабайтный жесткий диск» . 15 октября 2007 г. Архивировано из оригинала 28 апреля 2017 г. . Проверено 20 февраля 2008 г.

[seagate.com-6] «Руководство по продукту Seagate Barracuda Compute SATA 2.5», октябрь 2016 г. (PDF) . Проверено 9 мая 2021 г. .

[seagate1307Gb-7] «Руководство по эксплуатации BarraCuda 4 ТБ, 5 ТБ (2,5)» (PDF) . 30 сентября 2020 г. Проверено 29 октября 2021 г.

[Wood2009-8] Перейти обратно: ^а ^б Вуд, Роджер (март 2009 г.). «Будущие системы жестких дисков» . Журнал магнетизма и магнитных материалов . 321 (6): 555–561. Бибкод : 2009JMMM..321..555W . дои : 10.1016/j.jmmm.2008.07.027 .

[9] «2005: Появление перпендикулярной магнитной записи» . Музей истории компьютеров, этап хранения данных . Проверено 10 марта 2024 г.

[10] «Магнитный носитель записи», 1.5.3 Энциклопедия физических наук и технологий (третье издание), 2003 г.

[11] Сонобе, Ю.; Тэм, КК; Умедзава, Т.; Такасу, К.; Думайя, Дж.А.; Лео, П.Ю. (2006). «Эффект непрерывного слоя в перпендикулярном носителе записи CGC» . Журнал магнетизма и магнитных материалов . 303 (2): 292–295. Бибкод : 2006JMMM..303..292S . дои : 10.1016/j.jmmm.2006.01.164 .

[12] Виктора, Р.Х.; Шен, X. (2005). «Замена связанных композитных носителей на перпендикулярную магнитную запись» . Транзакции IEEE по магнетизму . 41 (10): 2828–2833. Бибкод : 2005ITM....41.2828V . дои : 10.1109/TMAG.2005.855263 .

[13] USRE33949E , Маллари, Майкл Л. и Дас, Шьям К., «Устройство вертикальной магнитной записи», выпущено 2 июня 1992 г.

[14] « Технология перпендикулярной магнитной записи », HGST, ноябрь 2007 г. Технический документ

[toshiba.co.jp-15] «Первый жесткий диск с перпендикулярной записью – пресс-релиз Toshiba» . Архивировано из оригинала 14 апреля 2009 года . Проверено 16 марта 2008 г.

[appleinsider.com-16] «Вкратце: Foxconn выпустит 1,5 миллиона MBP; привод для iPod на 100 ГБ» . AppleInsider . Архивировано из оригинала 8 декабря 2006 года . Проверено 6 декабря 2006 г.

[pcworld.com-17] «Hitachi представляет жесткий диск емкостью 1 терабайт» . Мир ПК . Архивировано из оригинала 12 января 2007 года . Проверено 10 января 2007 г.

[Hitachi_Delivers_1TB-18] «Hitachi вывозит свой терабайтный Deskstar 7K1000» . Engadget . Архивировано из оригинала 17 сентября 2017 года . Проверено 8 сентября 2017 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]