Оптика на винчестере старая песня на новый лад
Фирма Quinta достигла рекордной плотности записи на диск винчестера благодаря заимствованию «магнитооптических» принципов
Плотность записи. Барьеры физики
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.
 |
|
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.
|
|
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
