本文作者：Brendan Collins 西部數(shù)據(jù)公司 Device 部門(mén)市場(chǎng)部副總裁

　　從大數(shù)據(jù)和其他大型數(shù)據(jù)生成應(yīng)用領(lǐng)域獲得的價(jià)值和情報(bào)，既為企業(yè)開(kāi)創(chuàng)了擴(kuò)大硬盤(pán)容量的戰(zhàn)略機(jī)遇，也激化了我們?cè)谌舾赡昵熬鸵呀?jīng)開(kāi)始著手應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)。在成功開(kāi)發(fā)第四代氦氣硬盤(pán)后，我們即意識(shí)到，現(xiàn)有的垂直磁記錄(PMR)技術(shù)可能無(wú)法獲得更多的硬盤(pán)容量提升，于是我們很早就投入了多種的技術(shù)研發(fā)，以期能夠擴(kuò)大硬盤(pán)容量?，F(xiàn)在看來(lái)，我們的這一決定非常明智并為未來(lái)發(fā)展鋪平了道路，我們可以將大馬士革磁頭制造技術(shù)和能量輔助磁記錄技術(shù)相結(jié)合，用來(lái)增加PMR硬盤(pán)的容量。

　　由于磁頭組件會(huì)影響硬盤(pán)擴(kuò)容，因此，如果寫(xiě)入磁頭過(guò)大，則很難產(chǎn)增加面密度(即沿磁道的每英寸位數(shù)(BPI)乘以每英寸磁道數(shù)(TPI)所得結(jié)果)所需的較小磁道。每英寸磁道數(shù)越多，面密度就越大，磁盤(pán)表面可用的每平方英寸容量就越大。由于尺寸縮放受到磁道長(zhǎng)度寫(xiě)入性能的限制，為了擴(kuò)大容量，需要引入一個(gè)窄小可靠且間距更小的寫(xiě)入磁頭，以容納較小的磁道。

　　我們將采用大馬士革工藝生產(chǎn)的寫(xiě)入磁頭與微驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)相結(jié)合，獲得了優(yōu)于以往干式磁極頭工藝的每英寸磁道數(shù)，提升了寫(xiě)入性能，可以更好地控制磁頭幾何形狀和制造工藝公差，改善了磁頭尺寸的縮放，并大幅減少了相鄰磁道干擾(ATI)。由此，我們不僅可以大幅提升可利用磁道密度，而且提升了磁頭質(zhì)量和相關(guān)產(chǎn)量。借助大馬士革制造工藝將多層材料沉積并鍍?cè)诖蓬^部位，可以更好地控制磁頭形狀和尺寸，還可使用極薄的多層材料來(lái)制成復(fù)雜的磁頭結(jié)構(gòu)，無(wú)論何種形狀都可制作。

　　下一波硬盤(pán)擴(kuò)容

　　隨著移動(dòng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)洪流達(dá)到新的水平，硬盤(pán)在近期需要進(jìn)一步擴(kuò)大容量并獲得更多的技術(shù)投資，與此同時(shí)，硬盤(pán)還將在未來(lái)的10-15年內(nèi)繼續(xù)為企業(yè)創(chuàng)造數(shù)十億美元的發(fā)展機(jī)遇。硬盤(pán)擴(kuò)容的下一步是需要減小介質(zhì)顆粒的尺寸，并使用較小的磁頭來(lái)磁化顆粒。大馬士革工藝旨在生產(chǎn)出更窄小的磁頭，使得每個(gè)微小磁化顆?？梢韵蛏匣蛳蛳聦?duì)齊，以便執(zhí)行寫(xiě)入操作。

　　在開(kāi)發(fā)窄小的寫(xiě)入磁頭的過(guò)程中，難點(diǎn)在于較小尺寸的磁頭能否產(chǎn)生足夠的磁場(chǎng)使磁體向上或向下翻轉(zhuǎn)。如果能量勢(shì)壘過(guò)低，則磁性膜介質(zhì)容易受到磁盤(pán)上的熱不穩(wěn)定性影響，并且磁體可能無(wú)意中自行翻轉(zhuǎn)，從而失去數(shù)據(jù)的完整性。要想增加磁盤(pán)容量，存儲(chǔ)介質(zhì)所具有的能量勢(shì)壘必須能夠克服熱不穩(wěn)定性，此外，寫(xiě)入磁頭必須要在進(jìn)行寫(xiě)入磁盤(pán)操作時(shí)協(xié)助降低能量勢(shì)壘。目前有兩種磁記錄技術(shù)正在開(kāi)發(fā)之中，能夠通過(guò)熱輔助或微波輔助的方式實(shí)現(xiàn)能量提升，但是這兩種技術(shù)都需要克服一些困難。

　　每個(gè)比特都存儲(chǔ)在連續(xù)磁性膜內(nèi)的磁性顆粒中。

　　想要增加磁盤(pán)容量，介質(zhì)上的顆粒尺寸必須更小，還需要使用較小的磁頭來(lái)磁化顆粒。

　　微波輔助磁記錄(MAMR)技術(shù)概況：

　　MAMR技術(shù)利用由自旋力矩震蕩器(STO)產(chǎn)生的微波場(chǎng)來(lái)提供能量輔助。雖然MAMR技術(shù)本身并不新穎，但使用自旋力矩震蕩器生成磁場(chǎng)來(lái)翻轉(zhuǎn)硬盤(pán)中的磁體不僅具有創(chuàng)新性，而且對(duì)硬盤(pán)設(shè)計(jì)產(chǎn)生了變革性影響。

　　根據(jù)這種方法，自旋力矩震蕩器位于磁頭的寫(xiě)入磁極旁邊，可產(chǎn)生電磁場(chǎng)，從而在較弱的磁場(chǎng)中將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到介質(zhì)中。微型自旋力矩震蕩器嵌入在磁頭內(nèi)部，不僅在磁頭組件設(shè)計(jì)方面取得突破，還可大幅增加容量并提升可靠性。

　　磁盤(pán)上的磁性顆粒與旋轉(zhuǎn)陀螺儀相類(lèi)似，在沒(méi)有外部磁場(chǎng)作用的情況下，可以在向上或向下的方向上保持穩(wěn)定。當(dāng)沿著與磁體當(dāng)前狀態(tài)相反的方向施加足夠的磁場(chǎng)時(shí)，磁極會(huì)在施加的磁場(chǎng)方向上翻轉(zhuǎn)。通過(guò)自旋力矩震蕩器施加額外的磁場(chǎng)，可以在較弱的磁場(chǎng)條件下更快速地翻轉(zhuǎn)磁體。

　　內(nèi)部測(cè)試表明，MAMR能量輔助與利用大馬士革工藝生產(chǎn)的磁頭相結(jié)合使用，能夠創(chuàng)造出比當(dāng)前業(yè)界領(lǐng)先的PMR磁頭更多的容量提升，并具有更加廣闊的面密度增加前景。壽命可靠性測(cè)試表明，MAMR磁頭的平均無(wú)故障時(shí)間是熱輔助磁頭的一百倍。此外，我們還對(duì)多個(gè)磁頭進(jìn)行了可靠性測(cè)試，99.99%的受試MAMR磁頭在寫(xiě)入壽命小時(shí)數(shù)方面要優(yōu)于99.99%的受試熱輔助磁頭好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。學(xué)術(shù)研究還發(fā)現(xiàn)，MAMR能夠?qū)⒚婷芏葦U(kuò)升到每平方英寸4Tb以上。

　　因此，為提高企業(yè)級(jí)硬盤(pán)存儲(chǔ)容量，我們將于2019年推出MAMR硬盤(pán)產(chǎn)品;與此同時(shí)，我們還將繼續(xù)投資于MAMR技術(shù)，充分利用現(xiàn)有的PMR能力以及經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證的成功基礎(chǔ)架構(gòu)。我們已經(jīng)制定了一份技術(shù)路線圖，計(jì)劃推出多代超大容量企業(yè)級(jí)產(chǎn)品，在未來(lái)五年內(nèi)將磁道密度擴(kuò)展至100萬(wàn)TPI以上。

　　熱輔助磁記錄(HAMR)技術(shù)概況：

　　過(guò)去10-15年間，業(yè)界對(duì)熱輔助磁記錄(HAMR)技術(shù)充滿(mǎn)期待，希望借此開(kāi)發(fā)出HAMR硬盤(pán)產(chǎn)品。然而時(shí)至今日，并無(wú)任何HAMR硬盤(pán)產(chǎn)品問(wèn)世，這肯定是有原因的。HAMR技術(shù)的實(shí)施成本高昂，還存在技術(shù)復(fù)雜和可靠性方面的問(wèn)題，因此在短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化和批量生產(chǎn)。

　　該技術(shù)的原理是：將一個(gè)激光二極管直接置于寫(xiě)入磁頭組件的前方，然后迅速地加熱高矯頑磁性的介質(zhì)，這種介質(zhì)只有經(jīng)過(guò)加熱才能寫(xiě)入數(shù)據(jù);隨著激光二極管產(chǎn)生的高熱量減少，介質(zhì)逐漸冷卻下來(lái)，介質(zhì)的矯頑磁性增加，比特?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)到磁盤(pán)上，使得數(shù)據(jù)很難被意外刪除。

　　在每個(gè)硬盤(pán)磁頭組件中部署激光二極管不僅成本高昂，而且真正令人擔(dān)憂(yōu)的是，在狹小的空間內(nèi)產(chǎn)生高熱量會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的可靠性問(wèn)題。而且，在寫(xiě)入磁頭或介質(zhì)磨損用壞之前，介質(zhì)可被加熱和寫(xiě)入的次數(shù)是有限的。

　　激光二極管加熱后會(huì)產(chǎn)生高溫，必須使用昂貴的玻璃基板，無(wú)法使用如今超大容量企業(yè)級(jí)硬盤(pán)常用的高性?xún)r(jià)比鋁磁盤(pán)材料。此外，HAMR硬盤(pán)還需要使用新材料來(lái)涂覆介質(zhì)，因而提升了技術(shù)和制造風(fēng)險(xiǎn)。鐵鉑材料之所以被選擇，是因?yàn)槠渚哂锌沙惺芗す饧訜岬某C頑磁性和熱性能。目前我們使用的硬盤(pán)通常采用經(jīng)過(guò)幾代強(qiáng)化的鈷鉑介質(zhì)，并且是通過(guò)高效制造工藝加工而成。

　　要想使用HAMR技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足當(dāng)今數(shù)據(jù)中心的可靠性要求并制造出可行的高容量HAMR硬盤(pán)，我們還需要花費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)解決相關(guān)的技術(shù)難題。這些難題包括但不限于：利用激光二極管以可靠的方式加熱窄小的點(diǎn)，消除導(dǎo)致磁頭組件殘留的碳蒸汽沉積物，減少磁頭和介質(zhì)的磨損等，而這樣一來(lái)，可能還需要對(duì)主機(jī)軟件進(jìn)行更改。

　　結(jié)語(yǔ)：

　　我們?cè)u(píng)估認(rèn)為，HAMR硬盤(pán)在短期內(nèi)并不具備商業(yè)可行性，在未來(lái)幾年里仍然需要解決許多工程、制造和可靠性方面的難題。根據(jù)我們的產(chǎn)品投資策略，我們還是會(huì)在未來(lái)繼續(xù)投資研發(fā)HAMR技術(shù)，但是與此同時(shí)，我們將致力于MAMR技術(shù)的開(kāi)拓創(chuàng)新，據(jù)此開(kāi)發(fā)新一代的超大容量企業(yè)級(jí)硬盤(pán)。MAMR是一種能量輔助磁記錄技術(shù)，能夠完美匹配我們的氦氣密封硬盤(pán)，因此我們認(rèn)為，盡快實(shí)現(xiàn)MAMR產(chǎn)品化將帶來(lái)充足的增長(zhǎng)空間，使我們能夠在未來(lái)十年甚至更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)提升企業(yè)能力。

　　作者簡(jiǎn)介：Brendan Collins

　　Brendan Collins現(xiàn)任西部數(shù)據(jù)公司Device部門(mén)市場(chǎng)部副總裁，負(fù)責(zé)保障公司硬盤(pán)產(chǎn)品的創(chuàng)新性、高品質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)滿(mǎn)足從企業(yè)級(jí)電子產(chǎn)品到消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域客戶(hù)提出的各種需求。

　　Brendan Collins擁有超過(guò)20年的硬盤(pán)行業(yè)技術(shù)及管理經(jīng)驗(yàn)，曾擔(dān)任希捷科技企業(yè)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)總監(jiān)和邁拓公司(被希捷收購(gòu))營(yíng)銷(xiāo)副總裁，還曾在昆騰公司和數(shù)字設(shè)備公司的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制造工程部門(mén)擔(dān)任過(guò)管理職務(wù)。