Nagrywanie prostopadłe
Zapis prostopadły (lub prostopadły zapis magnetyczny , PMR), znany również jako konwencjonalny zapis magnetyczny (CMR), to technologia zapisu danych na nośnikach magnetycznych , w szczególności na dyskach twardych . Po raz pierwszy udowodnił swoją przydatność w 1976 r. przez Shun-ichi Iwasaki , ówczesnego profesora Uniwersytetu Tohoku w Japonii, a po raz pierwszy został wdrożony komercyjnie w 2005 r. Pierwsza branżowa demonstracja pokazująca bezprecedensową przewagę PMR nad podłużnym zapisem magnetycznym (LMR) w nanoskali został wykonany w 1998 roku w IBM Almaden Research Center we współpracy z naukowcami z Data Storage Systems Center (DSSC) – Centrum Badań Inżynieryjnych (ERC) National Science Foundation (NSF) na Uniwersytecie Carnegie Mellon (CMU).
Zalety
prostopadłe może zapewnić ponad trzykrotnie większą gęstość zapisu niż tradycyjne nagrywanie podłużne. W 1986 roku Maxell ogłosił dyskietkę z zapisem prostopadłym, która może przechowywać 100 kB na cal (39 kB / cm). Nagrywanie prostopadłe było później używane przez firmę Toshiba na dyskach 3,5-calowych w 1989 r., Aby umożliwić 2,88 MB pojemności (ED lub bardzo wysoka gęstość), ale nie udało im się odnieść sukcesu na rynku. Od około 2005 r. technologia ta zaczęła być używana w przypadku dysków twardych. Technologia dysków twardych z zapisem wzdłużnym ma szacunkowy limit od 100 do 200 gigabitów na cal kwadratowy (16 do 31 Gb/cm 2 ) ze względu na efekt superparamagnetyczny , chociaż szacunki te stale się zmieniają. Przewiduje się, że zapis prostopadły umożliwi gęstość informacji do około 1000 Gbit /cal 2 (160 Gbit/cm 2 ). Od sierpnia 2010 r. dyski o gęstości 667 Gb/cal 2 (103,4 Gb/cm 2 ) były dostępne na rynku. W 2016 roku dostępna na rynku gęstość wynosiła co najmniej 1300 Gb/in 2 (200 Gb/cm 2 ). Pod koniec 2021 r. dyskiem Seagate o największej gęstości był przeznaczony dla konsumentów 2,5-calowy BarraCuda. Jego gęstość wynosiła 1307 Gb/in 2 (202,6 Gb /cm 2 ). Inne dyski tego producenta wykorzystywały 1155 Gb/in 2 (179,0 Gb/cm 2 ) i 1028 Gb/in 2 (159,3 Gb/cm 2 ).
Technologia
Głównym wyzwaniem przy projektowaniu magnetycznych nośników informacji jest utrzymanie namagnesowania nośnika pomimo fluktuacji termicznych spowodowanych granicą superparamagnetyczną . Jeśli energia cieplna jest zbyt wysoka, może być wystarczająco dużo energii, aby odwrócić namagnesowanie w obszarze nośnika, niszcząc przechowywane tam dane. Energia potrzebna do odwrócenia namagnesowania obszaru magnetycznego jest proporcjonalna do rozmiaru obszaru magnetycznego i koercji magnetycznej materiału. Im większy obszar magnetyczny i tym większa koercja magnetyczna materiału, tym stabilniejsze jest medium. Zatem istnieje minimalna wielkość obszaru magnetycznego przy danej temperaturze i koercji. Jeśli jest mniejszy, prawdopodobnie ulegnie samoistnemu rozmagnesowaniu w wyniku lokalnych fluktuacji termicznych. Nagrywanie prostopadłe wykorzystuje materiały o większej koercji, ponieważ pole zapisu głowicy skuteczniej penetruje nośnik w geometrii prostopadłej.
Popularnym wyjaśnieniem zalet zapisu prostopadłego jest to, że osiąga on większą gęstość zapisu poprzez wyrównanie biegunów elementów magnetycznych, które reprezentują bity, prostopadle do powierzchni talerza dysku, jak pokazano na ilustracji. W tym niezbyt dokładnym wyjaśnieniu wyrównanie bitów w ten sposób zajmuje mniej miejsca na talerzu niż byłoby to wymagane, gdyby były umieszczone wzdłużnie. Oznacza to, że komórki można umieścić bliżej siebie na talerzu, zwiększając w ten sposób liczbę elementów magnetycznych, które można przechowywać na danym obszarze. Prawdziwy obraz jest nieco bardziej złożony i wiąże się z użyciem magnetycznie „silniejszego” (o wyższej koercji) materiału jako nośnika pamięci. Jest to możliwe, ponieważ w układzie prostopadłym strumień magnetyczny jest prowadzony przez magnetycznie miękką (i stosunkowo grubą) warstwę spodnią pod warstwami twardego nośnika magnetycznego (znacznie komplikując i pogrubiając całą strukturę dysku). Tę magnetycznie miękką warstwę spodnią można skutecznie uznać za część głowicy piszącej, dzięki czemu głowica pisząca jest bardziej wydajna, umożliwiając w ten sposób uzyskanie silniejszego gradientu pola zapisu przy zasadniczo tych samych materiałach głowicy, co w przypadku głowic podłużnych, a tym samym umożliwiając użycie magnetycznego nośnika pamięci o wyższej koercji. Ośrodek o wyższej koercji jest z natury bardziej stabilny termicznie, ponieważ stabilność jest proporcjonalna do iloczynu objętości bitu (lub ziarna magnetycznego) pomnożonej przez stała anizotropii jednoosiowej K u , która z kolei jest większa dla materiału o większej koercji magnetycznej.
Na początku XXI wieku zbiegły się trzy ważne czynniki, które ostatecznie pozwoliły nagrywaniu prostopadłemu przekroczyć możliwości nagrywania podłużnego i doprowadziły do komercyjnego sukcesu (poniżej). Po pierwsze, rozwój pożywek z przerwą w wymianie tlenku-segregatora między ziarnami. Po drugie, zastosowanie cienkiej „czapki” na nośniku w celu kontrolowania poziomu sprzęgania wymiennego między ziarnami i zwiększenia propagacji przełączania przez grubość ośrodka. Po trzecie, wprowadzenie głowicy z tylną osłoną wynalezionej przez Michaela Mallary'ego . Ta głowica oferowała wyższe gradienty pola i korzystniejsze kąty pola niż prosta głowica tyczki.
Implementacje
Vertimag Systems Corporation, założona przez profesora Jacka Judy z University of Minnesota. Jako współpracownik Iwasakiego stworzył pierwsze prostopadłe napędy dysków, głowice i dyski w 1984 roku. Wymienne napędy dyskietek 5 MB zostały zademonstrowane w komputerach IBM PC głównym producentom komputerów. Vertimag zbankrutował podczas krachu PC w 1985 roku.
Firma Toshiba wyprodukowała pierwszy dostępny na rynku dysk twardy (1,8 cala) wykorzystujący tę technologię w 2005 r. Wkrótce potem, w styczniu 2006 r., firma Seagate Technology zaczęła dostarczać swój pierwszy dysk twardy o rozmiarze 2,5 cala (64 mm) do laptopa, wykorzystujący technologię zapisu prostopadłego, Seagate Momentus 5400.3. Firma Seagate ogłosiła wówczas również, że do końca 2006 r. większość jej dysków twardych będzie wykorzystywać nową technologię.
W kwietniu 2006 roku firma Seagate zaczęła dostarczać pierwszy 3,5-calowy dysk twardy do nagrywania prostopadłego, Cheetah 15K.5, o pojemności do 300 GB, działający z prędkością 15 000 obr./min i twierdzi, że ma o 30% lepszą wydajność niż jego poprzednicy z szybkością transmisji danych 73–125 MB / s .
W kwietniu 2006 roku firma Seagate ogłosiła Barracuda 7200.10, serię 3,5-calowych (89 mm) dysków twardych wykorzystujących nagrywanie prostopadłe o maksymalnej pojemności 750 GB. Napędy zaczęły być dostarczane pod koniec kwietnia 2006 roku.
Hitachi ogłosił 20 GB Microdrive . Pierwszy dysk Hitachi do laptopów (2,5 cala) oparty na zapisie prostopadłym stał się dostępny w połowie 2006 roku i miał maksymalną pojemność 160 GB.
W czerwcu 2006 roku firma Toshiba ogłosiła 2,5-calowy (64 mm) dysk twardy o pojemności 200 GB, którego masowa produkcja rozpocznie się w sierpniu, skutecznie podnosząc standard mobilnej pamięci masowej.
W lipcu 2006 firma Western Digital ogłosiła masową produkcję swoich 2,5-calowych (64 mm) dysków twardych WD Scorpio przy użyciu zaprojektowanej i wyprodukowanej przez firmę WD technologii prostopadłego zapisu magnetycznego (PMR) w celu osiągnięcia gęstości 80 GB na talerz.
W sierpniu 2006 r. Fujitsu rozszerzyło swoją ofertę 2,5-calowych (64 mm) modeli z interfejsem SATA wykorzystujących nagrywanie prostopadłe, oferując pojemność do 160 GB.
W grudniu 2006 roku Toshiba poinformowała, że jej nowy, dwutalerzowy dysk twardy o pojemności 100 GB jest oparty na prostopadłym zapisie magnetycznym (PMR) i został zaprojektowany w „krótkiej” obudowie o przekątnej 1,8 cala.
W grudniu 2006 r. firma Fujitsu zaprezentowała serię 2,5-calowych (64 mm) dysków twardych MHX2300BT o pojemności 250 i 300 GB.
W styczniu 2007 roku Hitachi ogłosiło pierwszy dysk twardy o pojemności 1 terabajta wykorzystujący tę technologię, który następnie dostarczył w kwietniu 2007 roku.
W lipcu 2008 firma Seagate Technology przedstawiła dysk twardy SATA o pojemności 1,5 terabajta wykorzystujący technologię PMR.
W styczniu 2009 firma Western Digital zaprezentowała pierwszy dysk twardy SATA o pojemności 2,0 terabajtów wykorzystujący technologię PMR.
W lutym 2009 firma Seagate Technology ogłosiła wprowadzenie pierwszego dysku twardego SATA 2,0 terabajta 7200 obr./min wykorzystującego technologię PMR z możliwością wyboru interfejsu SATA 2 lub SAS 2.0.
Zobacz też
Linki zewnętrzne
- „Get Perpendicular” Animacja Flash i piosenka wyjaśniająca nagrywanie prostopadłe od Hitachi Research
- Prostopadły zapis magnetyczny (twarda okładka) Sakhrat Khizroev, Dmitri Litvinov : ISBN 1-4020-2662-5