 |
| Первый накопитель на жест
ких магнитных дисках
(НЖМД) появился в дале
ком июне 1956 г. И даже его созда
тель Рейнолд Джонсон, руководи
тель одной из исследовательских ла
бораторий IBM, скорее всего, вряд
ли мог предположить, сколь огром
ное влияние окажет его изобретение
на все последующее развитие компь
ютерной индустрии. Говоря о произ
водительности компьютеров, приня
то ссылаться на закон Мура. Но объ
емы жестких дисков порой увеличи
вались вдвое быстрее, чем частоты
процессоров. Сейчас уже сложно
сказать, чьи темпы роста были выше
- объемов жестких дисков или по
требности в хранении все большего
объема данных. Ясно одно: количе
ство информации постоянно увели
чивается со все большей скоростью.
А вот на пути повышения емкости и
производительности жестких дис
ков уже наметились проблемы.
Первая и главная - так называ
емый барьер суперпарамагнетизма.
Впрочем, специалисты ведущих
компанийпроизводителей заявля
ют о том, что проблема ими деталь
но изучена, а ее решение, как и всех
последующих, давно известно и бу
дет применяться по мере необходи
мости. Да и слово "барьер" стара
ются не употреблять, заменяя его
более нейтральным - "эффект". В
чем причина возникновения барье
ра, каких решений можно ожидать
от производителей? Когда накопи
тели с использованием новых тех
нологий смогут получить широкое
распространение? Попробуем разо
браться.
|
Взгляд назад |
| Первый жесткий диск имел ем
кость около 5 Мбайт. Устройство со
стояло из 50 дисков диаметром 24
дюйма, вращающихся с частотой
1200 об/мин, среднее время поиска
составляло около 1 с. Конечно же се
годня эти цифры вызывают в луч
шем случае снисходительноуважи
тельную улыбку. Современные на
копители занимают значительно
меньшее пространство, время поис
ка сократилось на несколько поряд
ков, а в значении объема хранимой
информации появилось еще боль
ше нулей. Но по сути дела, главным
изменяющимся параметром было и
остается количество информации,
записываемое на единицу поверх
ности, - плотность записи. Большее ее значение автоматически оз
начает не только б.ольший объем
данных на диске, но и более высо
кую скорость поиска и считывания,
меньшую стоимость хранения мега
байта данных. Неудивительно, что
основной задачей исследователь
ских центров компаний - произво
дителей накопителей стало увели
чение плотности записи.
Плотность записи, в свою оче
редь, определяется двумя парамет
рами: плотностью дорожек (track
density), которая измеряется в коли
честве дорожек на дюйм, и линей
ной плотностью - количеством би
тов на заданной длине одной до
|
 |
| График плотности записи на жесткие диски по годам |
| рожки. Фактически оба этих пара
метра зависят от того, сколько про
странства на диске занимает один
бит. Чем выше плотность записи,
тем больше дорожек помещается на
диске и тем больше битов информа
ции можно разместить на одной
пластине диска. Соответственно
увеличиваются общий объем дан
ных и скорость поиска и уменьша
ются размеры самого накопителя.
Примерно по такому принципу и
шло развитие последние десять лет.
В настоящий момент рекорд по объ
ему 3,5дюймового жесткого диска
cоставляет 250 Гбайт. Но уже выска
зываются предположения, что в
ближайшем будущем планомерный
рост объемов может закончиться. |
Объем или градус? |
| Не вдаваясь в детали, отметим,
что для корректного считывания
данных увеличение плотности за
писи требует соответствующего
уменьшения так называемой "маг
нитной толщины". Она численно
равна произведению величины
магнитного момента на толщину
магнитного слоя. Традиционное
решение, применявшееся до насто
ящего времени, - использование
более тонкого магнитного слоя,
что означает, в свою очередь, мень
шую энергию магнитного домена.
Но чем меньше размер магнитного
домена, направление намагничен
ности которого определяет бит ин
формации (0 или 1), тем меньшая
энергия требуется для изменения
направления намагниченности на
противоположное. Возникает впе
чатление, что снижать размер до
мена выгодно, но как только энер
гия, необходимая для изменения
направления намагниченности, бу
дет сравнима по порядку с тепло
вой энергией частиц, жесткие дис
ки больше нельзя будет считать на
дежным способом хранения дан
ных. Ведь повышение температу
ры на несколько градусов будет ав
томатически означать потерю дан
ных без возможности их восстано
вления, так как направление намаг
ниченности будет произвольно из
меняться под действием тепла. Та
кое явление принято называть эф
фектом суперпарамагнетизма. Ра
зумеется, с серийными образцами
ничего подобного не произойдет,
поскольку ни один производитель
не пойдет на увеличение объема в
обмен на риск потери данных. Тем
не менее количество информации
растет с каждым днем, а значит, не
обходимость увеличивать объемы
хранимой на дисках информации
существует, т. е. в какойто момент
место НЖМД могут занять нако
пители данных, работающие по со
вершенно другой технологии. Ис
следования в этом направлении
уже ведутся.
Впрочем, когда именно прекра
тится развитие жестких дисков,
выпускаемых по существующей
традиционной технологии, пока
|
| неизвестно. Несмотря на то что об
эффекте суперпарамагнетизма в
связи с производством жестких
дисков сказано уже очень много,
единого мнения о том, какова мак
симально допустимая плотность
записи, так и не сформировалось.
Ранее предполагалось, что барьер
суперпарамагнетизма находится
вблизи величины 100 Гбит/кв.
дюйм, но сейчас существуют об
разцы дисков с плотностью записи
около 110 Гбит/кв. дюйм. Теперь
считается, что барьер расположен
гдето между 150 и 200 Гбит/кв.
дюйм. Но эта оценка тоже прибли
зительная и впоследствии также
может измениться.
Судя по всему, "винчестеры" со
вершенно не собираются сдавать
позиции, и к тому же похоже, что в
запасе у компанийпроизводителей
достаточно нововведений, чтобы
обеспечить дальнейшее увеличение |
 |
| объемов. Попробуем разобраться в
принципах некоторых из них и по
пытаемся оценить, как скоро диски
с применением подобных техноло
гий могут получить более или ме
нее широкое распространение. |
AFC - спрашивайте в магазинах
города |
| Одна из причин, по которым
увеличение объемов при достиже
нии плотности в 200 Мбайт гаранти
рованно не остановится, - появле
ние разработанной в исследователь
ском центре IBM технологии AFC
(Antiferromagnetically coupled - ан
тиферромагнитно сопряженные па
ры). Суть ее заключается в следую
щем: вместо традиционного магнит
ного покрытия используется много
слойное, с двумя слоями магнитно
го вещества, разделенными очень
тонким слоем рутения (редкого ме
талла, сходного по свойствам с пла
тиной). На первый взгляд использо
вание редкого драгоценного метал
ла должно значительно увеличить
себестоимость носителя. Но на са
мом деле технология разрабатыва
лась совершенно не для того, чтобы
выпускаемые продукты встали в
один ряд с соединительными прово
дами из чистого серебра или мо
бильными телефонами инкрустиро
ванными бриллиантами . Слой
рутения разделяет верхний и ниж
ний слои с противоположными на
правлениями вектора намагничен
ности. Таким образом, напряжен
ность измеряемого головкой диска
магнитного поля уменьшается, со
ответственно уменьшается и эффе
ктивная магнитная толщина диска.
Однако при этом сохраняется раз |
 |
| мер доменов верхнего слоя, доста
точный для того, чтобы энергия на
магниченности значительно превы
шала тепловую энергию частиц.
Специалисты исследователь
ского центра IBM предполагают,
что использование данной техно
логии в перспективе позволит уве
личить плотность записи до
100 Гбит/кв. дюйм.
Фактически AFC дает возмож
ность выпускать диски на имею
щихся производственных мощно
стях сразу или после минимально
го переоборудования, чего не ска
жешь о других возможных техно
логиях. Причем диски, изготовлен
ные c использованием AFC, вы уже
можете найти в ближайшем компь
ютерном магазине.
Перпендикулярный мир
Другой возможный способ уве
личения плотности записи - ис
пользование технологии перпенди
кулярной записи. Кстати, эту техно
логию только с определенной на
тяжкой можно назвать новой, пер
пендикулярная запись уже приме
нялась (может быть, вы помните
пятидюймовые дискеты объемом
2,88 Мбайт в конце 80х - начале
90х?). Тогда этот способ не полу
чил широкого распространения из
за высокой стоимости носителей.
Как следует из названия, основное
его отличие от применяемого сегод
ня способа записи состоит в том,
что векторы намагниченности до
менов располагаются не в плоско
сти диска, а перпендикулярно его
поверхности. По результатам экспе
риментов, такой способ записи поз
воляет заметно увеличить плот |
 |
| ность дорожек на диске с гаранти
рованным различением соседних
дорожек при считывании.
Предполагается также, что в
случае перпендикулярного располо
жения магнитных доменов эффект
суперпарамагнетизма будет наблю
даться при заметно большей плот
ности данных, чем при традицион
ном способе записи.
Однако, если эта технология по
лучит массовое распространение,
потребуются значительные инве
стиции в создание соответствую
щих производственных мощно
стей. Тем не менее первый опытный
образец диска с применением тех
нологии перпендикулярной записи
уже был продемонстрирован ком
панией Seagate. Эксперименталь
ный накопитель имеет плотность
записи около 60 Гбит/ кв. дюйм, а
уже к началу 2004 г., согласно заяв
лениям представителей компании,
Seagate планирует приступить к се
рийному выпуску таких дисков. |
Светлое и жаркое будущее
дисков - HAMR |
| Технологии AFC и перпендику
лярной записи, скорее всего, будут
востребованы в течение ближайших
нескольких лет. Но в более отдален
ной перспективе готовятся и другие
альтернативы, например технология
HAMR (Heatassisted magnetic recording
- магнитная запись с нагревом
носителя), с помощью которой пред
полагается увеличить плотность за
писи до величин порядка терабита
на квадратный дюйм. Ее примене
ние обусловлено следующими сооб
ражениями. Существует ряд магнит
ных материалов, отличающихся за
метно большей устойчивостью к су
перпарамагнитному эффекту при
рабочих температурах жесткого дис
ка. Но как следствие, такие материа
лы обладают при обычных темпера
турах большим сопротивлением к
изменению направления намагни
ченности и поэтому их использова
ние в накопителях, работающих по
традиционной технологии, фактиче
ски невозможно. Вывод напрашива
ется сам - для того, чтобы исполь
зовать такие материалы, необходи
мо иметь возможность нагреть до
более высокой температуры участок
диска, ответственный за хранение |
 |
| бита информации, непосредственно
перед его намагничиванием. Наибо
лее вероятный способ нагрева - ис
пользование лазера, примерно как в
магнитооптических дисках. Инфор
мация записывается совершенно
аналогично тому, как это происхо
дит в магнитооптических накопите
лях, - участок поверхности диска
нагревается лазером непосредствен
но перед записью и под действием
магнитного поля головки получает
требуемое направление вектора на
магниченности. Принципиальное
отличие от магнитооптических на
копителей заключается в способе
чтения: данные считываются так же,
как и в сегодняшних жестких дис
ках, с помощью магнитной головки,
а не фотосенсора, регистрирующего
изменения лазерного луча. |
* * * |
| Подводя итоги, можно смело
сказать, что, несмотря на имеющие
ся проблемы, связанные с эффек
том суперпарамагнетизма, и сопут
ствующие им, такие как необходи
мость значительных инвестиций в
исследования и создание новых
промышленных производств, объе
мы жестких дисков будут продол
жать увеличиваться, причем веро
ятно, что в ближайшее время еще
быстрее, чем раньше. При этом
предполагается, что цены на луч
шие модели дисков, в отличие от
объема, будут оставаться примерно
на сегодняшнем уровне. Появление
cтандарта SATA и его дальнейшее
развитие предполагает значитель
ное увеличение скорости передачи
данных, тактовые частоты процес
соров продолжают стремительно
расти, так что с обработкой храни
мого объема данных проблем, ско
рее всего, не будет. Возможны проб
лемы совершенно другого плана. В
последнее время все чаще можно
услышать, что новые возможности
компьютерной техники в общемто
совершенно и не нужны. Высказы
валось такое мнение и в связи с эф
фектом суперпарамагнетизма: дес
кать, большие объемы дисков при
учают людей не структурировать
информацию, а записывать себе на
диски по десять копий одних и тех
же программ, да и те им ни к чему.
Так что если уж барьер суперпара
магнетизма существует, давайте не
будем стараться его преодолеть. К
счастью, сотрудники исследова
тельских центров компанийпроиз
водителей не разделяют подобной
точки зрения и готовы предостав
лять все более мощные средства для
решения вычислительных задач,
твердо веря, что мы сможем найти
им толковое применение (или, во
всяком случае, будем продолжать
их покупать). Так что, видимо, одна
из проблем - достойно использо
вать все новые и новые технические
возможности. Хотелось бы надеять
ся, что мы с вами с честью справим
ся с этой задачей и оправдаем наде
жды исследователей, создающих
все более объемные накопители и
еще более быстрые процессоры. |
| С е р г е й П о л т е в |
К автору можно обратиться по элек
тронному адресу: poltev@pcworld.ru |
|
