Этот год обещает стать годом, когда технология MAMR станет реальностью. Эта технология должна увеличить плотность записи до 4 Тбит на квадратный дюйм, что теоретически позволит производителям жестких дисков создать HDD емкостью 40 ТБ.
Задача перпендикулярной магнитной записи
С момента создания HDD плотность записи накопителей удваивалась каждый год и продолжала это делать до 2010 года, когда рост плотности записи начал замедляться. Это произошло из-за того, что перпендикулярная магнитная запись (ПМР) начала приближаться к своему теоретическому пределу в 1 ТБ на квадратный дюйм.
Ограничение для ПМР связано с влиянием суперпарамагнитного эффекта, когда уменьшение физических размеров магнитных доменов (один магнитный домен кодирует 1 бит информации) в ферромагнитном веществе с определенной коэрцитивной силой может привести к непредсказуемому изменению вектора магнитный момент таких доменов. Другими словами, при достаточно малых магнитных доменах такой диск может случайным образом терять информацию.
Победить суперпарамагнитный эффект в HDD можно двумя способами:
- Увеличить размер магнитного домена (т.е. физический размер записывающей головки), но это приведет к падению плотности записи, а значит и к уменьшению общей емкости HDD.
- Второй вариант — использовать магнитный сплав с большей коэрцитивной силой, но тогда энергия записи должна была бы быть более мощной, что привело бы к большему размеру записывающей головки, а следовательно, к укрупнению магнитных доменов и уменьшению плотность записи. По крайней мере, так предполагалось долгое время.
МАМР как решение проблемы
В какой-то момент некоторые инженеры заметили, что если к ферромагнитному веществу приложить особое энергетическое поле определенной частоты, то для изменения магнитного момента магнитного домена потребуется значительно меньше энергии.
И тогда родилась идея технологии MAMR. MAMR расшифровывается как «Магнитная запись с использованием микроволнового излучения».
МАМР работает очень своеобразно.
Магнитный момент в ферромагнетиках обеспечивается собственными спинами элементарных частиц в атомах вещества. Когда спины частиц внутри магнитного домена «направлены» в одном направлении, формируется магнитный момент домена, который может быть обнаружен считывающей головкой жесткого диска. Магнитный момент на жестком диске PMR может находиться в одном из двух «указательных» состояний, поэтому его можно использовать для записи двоичной информации.
Важной частью MAMR является генератор вращательного момента (STO)Special Team Operations. Сам СТО расположен в непосредственной близости от записывающей головки. При подаче тока на СТО спины электронов внутри СТО начинают поляризоваться, и СТО генерирует круговое электромагнитное поле частотой 20-40 ГГц.
Это особое электромагнитное поле создает резонанс в ферромагнетике пластин жесткого диска MAMR, что приводит к прецессии магнитных моментов доменов в этом поле. Фактически магнитный момент отклоняется от своей оси «нормального состояния», и для изменения его направления (переворота) записывающей головке потребуется лишь небольшое количество энергии.
Как работает MAMR я попробую показать на следующих картинках.
Допустим, накопителю дана команда записать какую-то информацию. Первый шаг — включить STO.
СТО генерирует круговое электромагнитное поле и магнитный момент начинает прецессию и отклоняется в сторону.
Затем привод посылает импульс тока через записывающую головку, что вызывает немедленное изменение направления магнитного момента в домене.
Наконец, STO отключается, и свежезаписанный бит информации сохраняется в магнитном домене.
Использование технологии MAMR позволяет производителям жестких дисков использовать ферромагнитные материалы с большей коэрцитивной силой, а это означает, что можно будет уменьшить размер магнитных доменов, не вызывая при этом суперпарамагнитного эффекта. Генератор STO помогает уменьшить размеры записывающей головки (за счет уменьшения необходимой энергии в записывающем импульсе), что дает возможность записывать информацию на меньшие магнитные домены, а значит, увеличивает плотность записи.
Author: Artem Rubtsov
