机械硬盘用了近60年时间将容量从几兆提升至10TB,而闪存只用了20年时间就达到了16TB,究其原因,是由于目前机械硬盘采用磁介质的物理特性所致。
受当前技术的制约,硬盘的容量发展到一定程度之后,就会遭遇超顺磁效应,即磁性颗粒的粒度很小时,即便在常温下,磁体的极性也呈现出随意性,难以保持稳定的磁性能,这种现象被就是所谓超顺磁效应。而随着碟片存储密度的不断攀升,磁性颗粒就会变得越来越小,其磁性就很容易受外界因素的影响而发生变化。温度的升高,甚至是硬盘本身的温度改变就能影响磁导率,盘片上磁性颗粒的磁性也可能变小,这可能会导致磁性颗粒的极性变得无序,从而破坏硬盘上存储的数据。
在2004年以前,主流机械硬盘采用的LMR(纵向或水平磁记录)技术,其原理是让每个存储位的磁极粒子平辅在一个平面上,逐渐变小的磁极例子增加了他们之间的干扰,每平方英寸120GB就成了极限。2004年底,东芝发布了首款采用PMR(垂直记录技术)的硬盘-MK4007GAL,其存储密度达到了每平方英寸133GB摆脱了已达极限的LMR(纵向或水平磁记录)技术的限制。
2005年,希捷推出全新的PMR(垂直记录技术),存储粒子的磁化方向是垂直的,同时通过一个新增的软磁底层以加大相邻粒子的磁耦合,也让磁头可以提供更强的磁场,使其能够以更高的稳定性将数据写入介质。也就是说PMR技术是在提高磁记录密度的同时,通过增加磁性材料的厚度来维持磁记录单元的体积。目前硬盘厂商已经推出了第六代PMR技术,通过材料的改进,使得硬盘的存储密度达到了每平方英寸620GB。
如今PMR技术已经到达极限,机械硬盘已经到了技术更新换代的时刻,全新的HAMR技术就成了未来的希望。
HAMR技术全称是热辅助磁性写入技术,平心而论并不是什么新鲜名词了,把时间拉回到2001年,那时PMR技术都还未面市,但希捷已经开始HAMR技术的研发工作。经过10年漫长的研发,2012年3月希捷终于宣布实现了每平方英寸1TB的目标,HARM的研发终于实现了突破。HAMR技术硬盘盘片的材质有了改变,采用铁、铂等合金材料,而不是目前主流的硬盘盘片为钴、铂、铬与其他元素的合金。HAMR技术最大的特点是在硬盘内部整合有激光发射组件,以近场光的方式来提供相应的细小的激光光束照射到写入点,从而对盘片微粒进行加热的方式来辅助磁头进行写入。硬盘的介质被加热后,其属性就产生了变化,磁性微粒从而能够按照一定的方向被磁化之后,数据位就形成了二进制的表示。当此行微粒快速冷却之后,这些已经可写入磁盘的数据会变得稳定,从而达到永久存储数据的目的。HARM技术就是通过给磁性颗粒加热的方法来减少磁性颗粒在室温下产生翻转效应,导致数据被损坏的问题。而且盘片采用特殊材质所以写入磁头不需要太强磁场,数据存储和读取的操作都可以在常温下进行。
希捷在近期推出了基于HAMR技术的原型盘存储密度已达到了1.5Tb/psi(平方英寸,约6.45平方厘米),比目前的垂直记录技术提升了50%。而根据希捷去年泄露的一份产品路线图显示,希捷计划在10年采用HAMR技术内将硬盘容量提升至100TB以上。