Правильный выбор
Эрнст Долгий,
"Экспресс-Электроника" №11/2003
Существующими и перспективными технологиями хранения данных интересуются не только производители: обладая точной информацией о возможностях тех или иных разработок уже сегодня можно сделать правильный выбор и тем самым уберечься от неоправданных инвестиций. А поэтому самое время заняться анализом технологий, которые уже воплощены в реальных продуктах или еще находятся на пути из лабораторий.
Современные системы хранения информации сплошь и рядом используют магнитную технологию, применяемую как в дисковых, так и в ленточных накопителях. При этом отмечают, что процесс накопления данных идет быстрее, чем прогресс систем, способных хранить их. Виной тому - так называемый суперпарамагнитный предел, который сковывает производителей систем хранения информации на базе магнитной технологии, пытающихся увеличить плотность записи. Суть суперпарамагнитного предела заключается в том, что магнитные домены, составляющие плоскость магнитных дисков, из-за чрезмерного уменьшения, не в состоянии стабильно удерживать направление магнитного момента в течение длительного промежутка времени, и как следствие, записанную на них информацию. Ранее предполагалось, предел находится на отметке 20-40 Гбит на квадратный дюйм. Однако в настоящее время каждый игрок рынка НМЖД имеет в своем арсенале технологию, позволяющую преодолеть суперпарамагнитный предел.
Например, компания IBM для преодоления упомянутого эффекта предлагает использовать антиферромагнитно-сопряженный носитель (antiferromagnetically-coupled) - систему из двух слоев ферромагнетика (вместо традиционного одного), в которых магнитный момент в сопряженных ячейках противоположен; при этом ферромагнитные слои разделены слоем рутения толщиной в три атома. Благодаря тонкому рутениевому слою технология получила название "pixie dust", что в дословном переводе означает "пыльца феи". IBM уже около года выпускает жесткие диски по данной методике. Первыми продуктами, в которых ее стали применять, стали 2,5-дюймовые мобильные накопители семейства Travelstar.
Аналогичной технологией располагает компания Fujitsu. Ее разработка позволяет добиться плотности записи 100 Гбайт на квадратный дюйм. Как и pixie dust, эта технология использует слой рутения, однако, как подчеркивают в Fujitsu, к подобному инженерному решению разработчики пришли независимо друг от друга. К тому же технология Fujitsu предполагает применение усовершенствованных головок чтения и записи.
Методом создания пластин с плотностью записи до 100 Гбайт на квадратный дюйм располагает и Seagate Technology. В новых продуктах этой компании предусмотрена так называемая вертикальная схема записи - то есть магнитные домены ориентированы перпендикулярно поверхности диска, и помимо повышения плотности записи это позволяет добиться существенного роста скорости обмена информацией (так, компании удалось достичь внутренней скорости передачи данных 125 Мбайт/с при плотности 60 Гбайт на квадратный дюйм). По заявлению Seagate, новая технология обеспечит увеличение плотности размещения информации до 1 Тбайт на квадратный дюйм. Полностью перевести все свои продукты на новую технологию компания собирается в 2004 году.
Технология, которая должна продлить жизнь, в первую очередь, ленточных накопителей разработана компанией Fujifilm. Она называется NANO CUBIC (NANO3) и позволит увеличить плотность записи информации на ленту в десять раз и более. NANO CUBIC - не первая значительная разработка Fujifilm в рассматриваемой области. Еще в 1992 году компания представила технологию ATOMM (Advanced super Thin layer and high Output Metal Media), нашедшую, в частности, применение в накопителях Zip от Iomega и в ленточных картриджах серии DLTtape IV производства Quantum. Идея ATOMM заключалась в уменьшении толщины магнитного слоя в носителе, поскольку толстый слой при высоких плотностях записи затрудняет выделение полезного сигнала. Кроме того, при тонком слое заметно улучшается быстродействие накопителя. Для решения проблемы был задействован дополнительный (немагнитный) слой, размещаемый между основой носителя и магнитным слоем. Толщину последнего удалось довести до 0,2 мкм (в сравнении с 2-5 мкм в дискетах высокой плотности).
NANO CUBIC можно рассматривать как развитие ATOMM: на первый взгляд, она отличается лишь большей толщиной немагнитного и меньшей магнитного слоя. Кроме того, NANO CUBIC предполагает использование усовершенствованного прецизионного процесса нанесения магнитного слоя, позволяющего контролировать толщину с нанометрической точностью. В нем применяется специально подготовленное органическое связующее, обеспечивающее максимально однородную структуру. Наконец, магнитный слой в NANO CUBIC (в отличие от ATOMM) содержит две разновидности частиц.
По утверждению Fujifilm, для налаживания массового выпуска продуктов на основе NANO CUBIC достаточно внести небольшие модификации в нынешнее производственное оборудование. Сейчас компания сотрудничает в данном направлении с поставщиками дисководов. Среди потенциальных областей применения новой технологии называют ленточные накопители, высокоемкие дискеты, кассеты для видео высокого разрешения, жесткие диски и т. д. Если говорить о цифрах, то, как заявляют специалисты Fujifilm, через несколько лет с помощью NANO CUBIC можно создать ленточные картриджи емкостью порядка 1 Тбайт и носители на гибких магнитных дисках емкостью до 3 Гбайт.
Многообещающие технологии увеличения плотности записи на магнитных носителях имеются и у компании Hitachi Data Systems, исследователи которой совместно с командой ученых из технологического университета Тохоку (Япония) совместно разработали метод, способный повысить плотность записи жестких дисков в 100 раз. Предлагаемый ими метод увеличения плотности записи заключается в создании на подложке большого количества ячеек магнитной памяти и пропускании через них электрического тока путем прикосновения тонкой иглой (для смены полярности магнитов). В ходе проведенных экспериментов разработчики сумели добиться изменения полярности магнитов радиусом 100 нм. Более того, как считают специалисты, новая технология позволит серьезно снизить энергопотребление накопителей, созданных на ее основе. Предполагают, что решения, в которых будет реализована технология, появятся на рынке к 2010 году.
Еще одним направлением развития магнитных систем хранения информации должно стать увеличение стойкости систем к ударным нагрузкам. Это в будущем позволит им на равных конкурировать с флэш-накопителями, ударопрочность которых на порядок выше, чем у НЖМД, а емкость стремительно приближается к их показателям. И хотя в плане роста ударопрочности НЖМД в последнее время и наметился очевидный прогресс, все же основной причиной выхода жестких дисков из строя остается повреждение магнитной головки при ударах и сотрясениях. Многие производители это понимают и активно ищут выходы из сложившейся ситуации. Так, например, компании TDK уже удалось разработать новую технологию по созданию ударопрочных головок чтения/записи. Ее применение в будущем позволит создать устройства, стойкие даже к ударным нагрузкам, эквивалентным 1000 g в рабочем положении и вдвое больше - в нерабочем. Это сильно приблизит жесткие диски по показателю ударопрочности к флэш-памяти.
Суть новой технологии заключается в том, что давление воздуха в зазоре между головкой и поверхностью диска увеличивается, а сам зазор уменьшается примерно до 20 нм. В результате возникает значительная подъемная сила, действующая на магнитную головку, поддерживая ее и предохраняя от повреждений при ударах. К тому же система подвеса спроектирована с таким расчетом, чтобы наилучшим образом противостоять ударным перегрузкам (попросту говоря, она сделана более прочной). Массовое производство магнитных головок (а, соответственно, и дисков), изготовленных по новой технологии, ожидается в конце 2003 года. В TDK уверены, что их разработка сможет открыть дорогу жестким дискам в те области, где они до сих пор не применялись из-за сравнительно низкой стойкости к ударам.
