Перпендикулярная магнитная запись (, PMR), известная также как стандартная магнитная запись (, CMR), — это технология записи данных на магнитные носители, в частности на жёсткие диски. Её преимущества впервые были продемонстрированы в 1976 году профессором японского университета Тохоку , а коммерческое внедрение состоялось в 2005 году. Первая демонстрация, соответствующая отраслевым стандартам, показавшая беспрецедентное преимущество перпендикулярной записи над продольной в наноизмеримых масштабах, была проведена в 1998 году в в сотрудничестве с исследователями Центра систем хранения данных (, DSSC) – Инженерного исследовательского центра Национального научного фонда при университете Карнеги — Меллона.
Преимущества Перпендикулярная запись может обеспечить более чем троекратное увеличение по сравнению с традиционной продольной записью. В 1986 году компания Maxell анонсировала дискету с перпендикулярной записью, способную хранить 100 КБ на дюйм (39 КБ на сантиметр). Позднее перпендикулярная запись была использована компанией Toshiba для 3,5 дюймовых дискет в 1989 году для достижения ёмкости 2,88 МБ (ED или сверхвысокая плотность), но успеха на рынке они не получили. Примерно с 2005 года эта технология применяется в жёстких дисках. Технология жёстких дисков с продольной записью имеет предполагаемый предел в 100-200 гигабит на квадратный дюйм (16-31 Гбит/см2) из-за суперпарамагнитного эффекта, хотя эта оценка постоянно меняется. В 2007 году было предсказано, что перпендикулярная запись позволит достичь плотности информации до 1000 Гбит/дюйм2 (160 Гбит/см2). По состоянию на август 2010 года коммерчески доступны были диски с плотностью 667 Гбит/дюйм2 (103,4 Гбит/см2). В 2016 году коммерчески доступная плотность составляла не менее 1300 Гбит/дюйм2 (200 Гбит/см2). В конце 2021 года диском компании Seagate с самой высокой плотностью был 2,5-дюймовый диск BarraCuda. Он использовал плотность 1307 Гбит/дюйм2 (202,6 Гбит/см2). Другие диски от этого производителя использовали плотность 1155 Гбит/дюйм2 (179,0 Гбит/см2) и 1028 Гбит/дюйм2 (159,3 Гбит/см2).
Технология
Основная трудность при разработке магнитных носителей информации заключается в сохранении намагниченности материала, несмотря на тепловые флуктуации, связанные с суперпарамагнитным пределом. Если тепловая энергия слишком велика, может возникнуть достаточно энергии, чтобы участок носителя перемагнитился, что приведёт к потере хранящихся там данных. Энергия, необходимая для перемагничивания такого участка, определяется произведением его размера на константу одноосной анизотропии Ku, которая, в свою очередь, связана с коэрцитивной силой материала. Чем больше размер магнитного участка и выше коэрцитивная сила материала, тем стабильнее носитель. И наоборот, существует минимальный стабильный размер для магнитного участка при заданной температуре и коэрцитивной силе. Если размер меньше этого минимума, участок, скорее всего, самопроизвольно размагнитится под действием локальных тепловых флуктуаций. Перпендикулярная запись использует материалы с более высокой коэрцитивной силой, поскольку в такой геометрии поле записи головки более эффективно проникает в носитель.
Популярным объяснением преимущества перпендикулярной записи является достижение более высокой плотности хранения путём расположения полюсов магнитных элементов, представляющих биты, перпендикулярно поверхности диска, как показано на рисунке. В этом, не вполне точном объяснении, домены, расположенные таким образом, занимают меньшую поверхность, чем если бы они располагались горизонтально. Это значит, что ячейки могут быть расположены ближе друг к другу, что позволяет увеличить число магнитных элементов, записываемых на данную поверхность.
Настоящая картина несколько сложнее. Перпендикулярная запись проникает глубже в магнитный носитель, что позволяет уменьшить расстояние между битами без потери объёма памяти. Однако, главное преимущество достигается за счёт использования более «жёсткого» (с более высокой коэрцитивной силой) магнитного материала в качестве носителя.
Это становится возможным благодаря тому, что при перпендикулярном расположении магнитный поток направляется через магнитомягкий (и относительно толстый) подслой, расположенный под «жёстким» слоем для хранения данных (что значительно усложняет и утолщает общую структуру диска). Этот подслой можно рассматривать как замыкающую магнитную цепь часть записывающей головки. Большее проникновение магнитного потока в слой хранения данных повышает эффективность записывающей головки по сравнению с продольной записью, создаёт более сильный градиент поля записи и, таким образом, позволяет использовать магнитный носитель с более высокой коэрцитивной силой.
В начале 2000-х годов три ключевых фактора способствовали тому, что перпендикулярная запись превзошла возможности продольной и добилась коммерческого успеха. Во-первых, это разработка носителей с межзерновым обменом, который разделял оксидные частицы. Во-вторых, применение тонкого защитного слоя на носителе для регулирования степени обменного взаимодействия между зёрнами и улучшения распространения перемагничивания по толщине носителя. В-третьих, истечение в 2005 году срока действия патента на головку с хвостовым экранированием, изобретённую в 1985 году . Эта головка обеспечивает более высокие градиенты магнитного поля и более выгодные углы поля по сравнению с обычной головкой с полюсом.
Реализации Корпорация Vertimag Systems, основанная профессором Джеком Джуди из Университета Миннесоты, в 1984 году создала первые перпендикулярные дисководы, головки и диски и продемонстрировал съёмные дисководы на 5 МБ в компьютерах IBM крупным производителям. Vertimag прекратила свою деятельность во время обвала рынка ПК в 1985 году.
В 2005 году компания Toshiba выпустила первый коммерчески доступный жёсткий диск размером 1,8 дюйма, созданный с применением этой технологии. Вскоре после этого, в январе 2006 года, Seagate Technology начала поставки своего первого жёсткого диска для ноутбуков размером 2,5 дюйма (64 мм) с использованием технологии перпендикулярной записи — Seagate Momentus 5400.3. Seagate также объявила тогда, что к концу 2006 года большинство её устройств хранения данных на жёстких дисках будут использовать новую технологию.
В апреле 2006 года Seagate начала поставку первого 3,5 дюймового диска с перпендикулярной записью, Cheetah 15K.5, ёмкостью до 300 ГБ со скоростью вращения 15000 об/мин. Компания утверждала, что диски имеют на 30% лучшую производительность, чем предшественники со скоростью передачи данных 73–125 MБ/с.
В апреле 2006 года Seagate анонсировала серию 3,5 дюймовых жёстких дисков Barracuda 7200.10, использующих перпендикулярную запись и имеющих максимальную ёмкость 750 ГБ. Диски начали поставляться в конце апреля 2006 года.
Hitachi анонсировала диск Microdrive ёмкостью 20 ГБ. Первый диск Hitachi для ноутбуков (2,5-дюймовый), использующий перпендикулярную запись, стал доступным в середине 2006 годов и имел ёмкость 160 ГБ.
В июне 2006 года Toshiba анонсировала 2,5 дюймовый жёсткий диск ёмкостью 200ГБ, массовое производство которого началось в августе, что подняло стандарт ёмкости мобильных хранилищ.
В июле 2006 года компания Western Digital анонсировала массовый выпуск 2,5 дюймового жёсткого диска WD Scorpio с использованием разработанной и произведённой компанией WD технологией перпендикулярной магнитной записи для достижения плотности записи 80 ГБ на пластину.
В августе 2006 года компания Fujitsu расширила свою линейку 2,5 дюймовых жёстких дисков, включив SATA модели, использующие перпендикулярную запись и имеющие ёмкость до 160 ГБ
В декабря 2006 года компания Toshiba заявила, что её новый 100 ГБ двухдисковый HDD основан на технологии перпендикулярной магнитной записи и выполнен в компактном 1,8 дюймовом формате.
В декабре 2006 года компания Fujitsu анонсировала серию MHX2300BT 2,5 дюймовых жёстких дисков с ёмкостью 250 и 300 ГБ.
В январе 2007 года компания Hitachi анонсировала первый 1-терабайтный жёсткий диск, использующий эту технологию, выпуск начался в апреле 2007 года.
В июле 2008 года компания Seagate Technology анонсировала 1,5 терабайтный SATA жёсткий диск с технологией перпендикулярной записи.
В январе 2009 года компания Western Digital анонсировала первый 2,0 терабайтный SATA жёсткий диск с технологией перпендикулярной записи.
В феврале 2009 года компания Seagate Technology анонсировала первый 2,0 терабайтный SATA жёсткий диск со скоростью вращения 7200 об/мин, использующий технологию перпендикулярной записи, с выбором интерфейса SATA 2 или SAS 2.0.
См. также Термомагнитная запись (HAMR) (SMR)
Примечания
Литература
</ref>
Цитата: «Компания Vertimag, опираясь на инженеров, прошедших обучение у Джуди, рассчитывает занять лидирующие позиции в области так называемой перпендикулярной магнитной записи. Планируется начать производство 5,25-дюймовых дисководов на основе этой технологии в следующем году.» Цитата: «Одной из ведущих компаний в области вертикальной записи является базирующаяся в Миннесоте фирма Vertimag Systems. Позднее в этом году компания планирует вывести на рынок систему вертикальной записи объемом более шести с половиной мегабайт на 5,25-дюймовый диск.»
S.N. Piramanayagam, J. Appl. Phys. 102, 011301 (2007).
Ссылки "Get Perpendicular" A Flash animation and song explaining perpendicular recording from Hitachi Research Perpendicular Magnetic Recording (Hardcover) by Sakhrat Khizroev, Dmitri Litvinov:
Категория:Жёсткие диски Категория:Компьютерные технологии хранения