四、垂直記錄技術(shù)揭秘

能將磁盤密度提高10倍的垂直記錄大概是最受人們關(guān)注的硬盤技術(shù)了（如圖7-12所示），多年以來，硬盤一直采用縱向記錄技術(shù)。硬盤的盤片可以看成是一個二維的平面，磁單元沿著盤片旋轉(zhuǎn)的方向（切向）排列，磁極相鄰，首尾相接，順序從磁頭下方通過。整整一圈下來，就是一個磁道（如圖7-13所示），盤片上的所有磁道都是同心圓。

圖7-12　2003年以前的10年是磁記錄密度增長最快的時期

縱向記錄技術(shù)的存儲面密度的提高，意味著代表每個bit的磁單元和組成它的磁粒的體積（主要是在盤片表面上所占的面積）要相應(yīng)減小，其所具有的能量自然隨之下降，發(fā)展到一定程度之后，只需要很小的能量，譬如室溫下的熱能，就可以將其翻轉(zhuǎn)（保存的數(shù)據(jù)便被破壞，無法再正確地讀出），這就是所謂的“超順磁性”效應(yīng)（SuperParaMagnetic Effect）。為了避免磁粒在室溫下自動反轉(zhuǎn)磁路，可以使用具有高矯頑力（將其反轉(zhuǎn)需要較多的能量）的材料作磁層以提高熱穩(wěn)定性，但這樣又會給磁頭正常的改寫數(shù)據(jù)帶來困難。

圖7-13　縱向記錄技術(shù)圖解

除了磁路方向由水平轉(zhuǎn)為垂直，垂直記錄與縱向記錄的共同點很多，不過縱向記錄隨著磁單元和組成它的磁粒在盤片上所占的面積越來越小，磁路方向上的長度也越來越短，保持穩(wěn)定的難度與日俱增。因此，垂直記錄技術(shù)將對厚度的利用發(fā)揮到極致：磁單元的磁路方向改變90°—— 不是在盤片平面范圍內(nèi)，而是與平面相垂直。有人形容說：一直躺著的磁單元突然站起來了！這樣一來，磁單元在盤片上所占的面積可以繼續(xù)減小，而在磁路方向上的長度（也就是磁層厚度）卻能夠保持不變甚至適當(dāng)增加，從而保證了熱穩(wěn)定性。正所謂“躺著死，站著生”（如圖7-14所示）。

由于磁單元的磁路方向發(fā)生了90°的大轉(zhuǎn)變，寫入磁頭的構(gòu)造肯定也應(yīng)進(jìn)行比較大的改動。垂直記錄的磁頭設(shè)計很巧妙：其信號極（Signal Pole）很窄，磁通量密度較高，足以使通過它下面的磁單元發(fā)生磁路反轉(zhuǎn)；返回極（Return Pole）很寬，磁通量密度較低，因此它下面的磁單元是相當(dāng)安全的。當(dāng)然，介質(zhì)更是必須要大動手術(shù)，不僅磁層（硬記錄層）會變厚，其下增加的軟磁底層還有助于改善寫入時的穩(wěn)定性。如圖7-15所示給出了縱向記錄與垂直記錄的差別。

圖7-14　垂直記錄技術(shù)的磁單元在磁頭的作用下反轉(zhuǎn)磁極的示意圖

如圖7-15所示，垂直記錄的另一個好處是，相鄰的磁單元磁路方向平行，雖然不像前述的夾層結(jié)構(gòu)那樣彼此反向耦合，但與縱向記錄相鄰的磁單元只在磁極一端相接的情況比起來，互相穩(wěn)定的效果較為明顯。在垂直記錄技術(shù)之后，晶格介質(zhì)（Patterned Media）和熱輔助磁記錄（Heat Assisted Magnetic Recording，HAMR）還會把數(shù)據(jù)密度提高到1Tb/平方英寸以上，出現(xiàn)了TB級的移動硬盤和大約100GB的微硬盤，從而可以在一個外形小巧的機(jī)頂盒中內(nèi)置整個HDTV視頻庫，或是在一部移動電話中存儲數(shù)千小時的音樂和多部電影。

圖7-15　縱向記錄與垂直記錄的差別

圖7-16　晶格介質(zhì)的硬盤示意圖

在此基礎(chǔ)上，晶格介質(zhì)（圖7-16左側(cè)框中靠右的部分）還將把磁記錄密度提高到每平方英寸1TB（1 000GB=1TB）以上?，F(xiàn)在代表1 bit的磁單元由大約100個磁粒構(gòu)成，而晶格介質(zhì)要做到的是每個磁粒代表1 bit。隨著磁單元的進(jìn)一步減小，必須要采用高矯頑力的材料做磁層，由于非常難以寫入，所以要在寫入時用激光照射加熱，寫入線圈在高溫的輔助下將磁路反轉(zhuǎn)，即熱輔助磁記錄。希捷公司在幾年前就開始研究HAMR，這種技術(shù)要進(jìn)入實用階段也許就在公司不久的將來（如圖7-17所示）。

熱輔助磁記錄技術(shù)利用新的、非常難以寫入的介質(zhì)，這種介質(zhì)往往可以更加穩(wěn)定地寫入數(shù)據(jù)磁介質(zhì)。通過加熱介質(zhì)記錄數(shù)據(jù)，利用熱能簡化數(shù)據(jù)的寫入，但是在常溫下存儲和讀取數(shù)據(jù)。與晶格介質(zhì)類似，它可以將區(qū)域密度提高到TB/平方英寸級別，并很可能與晶格介質(zhì)配合使用。

圖7-17　熱輔助磁記錄示意圖