oldi

Оптика на винчестере старая песня на новый лад

Фирма Quinta достигла рекордной плотности записи на диск винчестера благодаря заимствованию «магнитооптических» принципов

Сергей Самохин

Плотность записи. Барьеры физики

Оптика в помощь винчестеру

Магнитооптика чистой воды

Плотность записи. Барьеры физики

На пути развития многих технологий приходилось преодолевать барьеры, обусловленные самой природой вещей: например, преодоление звукового барьера в авиации для достижения большей скорости или внедрение электрической плавки в металлургии для получения высококачественной стали. Накопители на жестких магнитных дисках сегодня также приближаются к барьеру, возведенному самой природой.

Принцип работы традиционных винчестеров основан на том, что магнитное поле, возбуждаемое записывающей головкой, по-разному намагничивает различные участки ферромагнитного слоя, нанесенного на диск. При чтении изменения магнитного поля вызывают либо изменения напряжения на катушке головки воспроизведения (электромагнитной), либо изменения ее сопротивления (магниторезистивной). С ростом емкости дисков в первую очередь повышается плотность записи, то есть уменьшаются размеры по-разному намагниченных участков и расстояния между ними. Вот тут-то Природа и подставила ножку техническому прогрессу.

С точки зрения магнетизма все ферромагнетики состоят из мельчайших частиц — доменов, в каждом из которых магнитное поле направлено одинаково. Однако в ненамагниченном состоянии магнитные поля всех доменов ориентированы хаотически, в результате чего общая намагниченность отсутствует. Намагничивание внешним полем происходит в два этапа. Вначале те домены, ориентация которых наиболее близка к направлению внешнего поля, поглощают соседние (происходит рост доменов). На втором этапе, при увеличении напряженности внешнего поля, все домены разворачиваются в его направлении. Таким образом, плотность магнитной записи ограничивается размером элементарных магнитиков-доменов, которые еще и растут (до определенного предела, конечно) при перемагничивании. Соответствующий подбор материалов теоретически позволяет достичь плотности записи около 3 Гбит/см2. Далее лежит предел, называемый суперпарамагнитным барьером.

Однако на сегодняшний день серьезной альтернативы технологии магнитной записи просто нет.

В начало В начало

Оптика в помощь винчестеру

Одна из самых оригинальных попыток преодоления барьера была предпринята корпорацией Seagate Technology, Inc. (http://www.seagate.com) — ее инженеры решили улучшить процесс записи путем точного контроля размера намагничиваемой области. Для осуществления разработки была создана дочерняя компания Quinta, фактически являющаяся исследовательским подразделением Seagate. В результате получилась новая технология, названная OAW (Optically-Assisted Winchester — оптика в помощь винчестеру). В ее основе лежит сочетание магнетизма, оптики и точной механики.

Точный контроль размеров намагничиваемой области осуществляется при помощи локального нагрева ферромагнитного слоя лазерным лучом до температуры выше точки Кюри (см. статью «Парад современных устройств хранения данных», КомпьютерПресс № 8’99), то есть температуры, при которой исчезает доменная структура материала. При охлаждении нагретый участок воспринимает внешнее намагничивающее поле, создаваемое обмоткой головки. Для чтения используется оптический, а не магнитный способ, то есть измеряется угол вращения плоскости поляризации, обусловленный направлением магнитного поля.

Искушенный читатель сразу заметит: «Да какой же это винчестер? Это же магнитооптика чистой воды!» Однако если толковать термин «винчестер» как пакет из нескольких дисков — носителей информации на магнитной основе, помещенный в герметический корпус, то формальная сторона будет соблюдена. Сама технология также была серьезно переработана. В обычных магнитооптических дисках, разрабатывавшихся как сменные носители, не собираемые в пакеты, магнитная головка расположена «с изнанки» — если считать «лицевой» ту сторону, на которую направлен лазерный луч. Поэтому одной из основных задач, стоявших перед фирмой Quinta, была разработка способа записи с одной стороны и соответствующей конструкции головки для обеспечения возможности сборки дисков в пакет приемлемой толщины.

Ключевыми элементами системы являются светораспределительная система, уникальная конструкция головки, управление лучом лазера при помощи зеркал, приводимых в действие микросервосистемой, и собственно носитель. Так как получить приемлемые габариты головки (что важно при пакетном размещении носителей) и вес (для быстрого и точного перемещения головка должна быть легкой), разместив в ней даже миниатюрный лазер, нельзя, то для этого была использована система из одного лазера и световодов из оптоволокна, по которым излучение подводится к головкам. Специальный модуль подключает лазер или считывающую ячейку к соответствующему световоду, причем переключение происходит менее чем за одну миллисекунду. Поскольку оно происходит только при переходе от одной поверхности к другой, то скорость чтения/записи практически не снижается.

В начало В начало

Магнитооптика чистой воды

Уникальная интегральная магнитооптическая головка «винчестера» включает обмотку специальной конструкции и микрообъектив диаметром менее 350 мкм. Объектив имеет большую глубину резкости, что позволяет компенсировать колебания величины зазора между головкой и носителем. Из-за того что намагничивание происходит в строго определенном и контролируемом объеме, отпадает необходимость в строгой фокусировке магнитного поля, и головка отстоит от поверхности диска в 10 раз дальше, чем у обычного винчестера. Это снижает возможность повреждений носителя и головки в условиях вибраций и тряски.

При высокой скорости вращения диска перемещать головки для компенсации неизбежной «неидеальности» (кривизны) окружности дорожки и погрешностей центровки носителя становится невозможно из-за инерционности сборки головок, поэтому слежение за дорожкой производится при помощи зеркал, отклоняющих луч в нужную сторону. Эти микрозеркала установлены перед объективом и при помощи микросервомеханизма обеспечивают перемещение луча, отслеживая дорожку. Такое решение позволило повысить скорость вращения диска и, таким образом, скорость чтения/записи.

Последней составляющей нового устройства хранения является собственно носитель. Высокая плотность записи достигается за счет применения в качестве рабочего слоя аморфного сплава редкоземельных элементов. Основа диска изготовлена из пластика. При изготовлении наносятся служебные дорожки, необходимые для позиционирования головки.

Первое публичное представление прототипа устройства состоялось в Скоттс Вэлли (Калифорния) 2 июня 1999 года. Были продемонстрированы следующие показатели: ошибка позиционирования луча 1,2 микродюйма (0,03 мкм), что позволило достигнуть плотности записи 105 000 дорожек на дюйм. Это более чем в восемь раз превышает плотность записи обычных винчестеров и позволяет получить на одиночном двухстороннем носителе емкость более 36 Гбайт при плотности записи 25 Гбит на квадратный дюйм (4 Гбит/см2). Данные о скорости чтения/записи не приводятся. Также не сообщалось пока о перспективах выпуска на рынок коммерческих устройств, но, по-видимому, это перспектива ближайших нескольких лет. При установке в устройстве всего трех дисков общая емкость составит более 100 Гбайт. Остается лишь немного подождать, пока стогигабайтные винчестеры не окажутся в наших серверах.

КомпьтерПресс 9'1999