Звездная пыль

Плотность информации на новом мобильном жестком диске IBM достигает 70 гигабит на квадратный дюйм

С 1990-х годов плотность данных на жестких дисках компьютеров начала расти с феноменальной скоростью. Она удваивается каждые 18 месяцев, а начиная с 1997 года – каждый год. Даже площадь микросхемы по закону Мура уменьшается несколько медленнее. И в то же время, технология изготовления жесткого диска практически не меняется.

До сих пор практически все винчестеры наших компьютеров «усваивают» информацию благодаря магнитному слою из сплава кобальта, платины, хрома и бора. Запись данных осуществляется за счет того, что отдельные металлические зерна, составляющие этот слой, наделяются определенной магнитной ориентацией. 

Впрочем, специалисты уже давно предсказывали, что такая структура пишущей поверхности диска не позволит бесконечно уплотнять информацию. Чем больше данных будет приходиться на каждый квадратный дюйм поверхности винчестера, тем мельче должны становиться зерна и тоньше – магнитный слой. В момент, когда на квадратный дюйм поверхности жесткого диска будет приходиться более 50 гигабит данных, может сработать суперпарамагнитный эффект. Суть его в том, что с уменьшением объема каждой металлической пылинки возрастет ее уязвимость к тепловому воздействию. Зерна утратят способность надежно удерживать магнитную ориентацию, а их сигналы станут слишком слабыми, чтобы успешно фиксироваться читающей головкой винчестера. Такие диски будут быстро выходить из строя, и даже в течение краткого срока службы не смогут надежно сохранять информацию.

До недавнего времени было известно лишь два пути предотвращения внезапной остановки на пути прогресса. Одни специалисты пытались улучшить обработку сигнала и усовершенствовать коды для исправления ошибок (ЕСС).  Другие разрабатывали особо устойчивые сплавы. Частицы этих материалов надежно сохраняли магнитную ориентацию за счет низкой чувствительности к намагничиванию. Было ясно, что записывать на них информацию по мере дальнейшего совершенствования сплавов в дальнейшем будет все труднее и труднее.

В компании IBM нашли оригинальный выход из положения. Они предложили принципиально новое магнитное покрытие под названием pixie dust - «волшебная пыль». Эта так называемая «антиферромагнитносвязанная» (AFC) многослойная структура позволяет одновременно повысить плотность и надежность записи. В прошлом году «пыль» состояла из рутениевого слоя толщиной примерно в три атома, расположенного между двумя примерно настолько же тонкими магнитными слоями. Сверхтонкий слой рутения – металла, не обладающего магнитными свойствами - заставляет смежные слои приобретать противоположную магнитную ориентацию. За счет этого обеспечивается автономность работы отдельных слоев покрытия. При этом намагниченность покрытия надежно удерживается благодаря общей толщине pixie dust. 

В этом году специалисты IBM усовершенствовали технологию, добавив в pixie dust еще два тончайших слоя из рутения и магнитного сплава. С помощью нового покрытия создан жесткий диск для ноутбука Travelstar 80GN с самой высокой в мире плотностью записи – 70 гигабит на квадратный дюйм.

Впрочем, специалистам компании этой плотности мало. Они обещают к 2003 году разместить на каждом квадратном дюйме жесткого диска до 100 гигабит информации – то есть, достичь цифры, еще совсем недавно казавшейся запредельной. 

Успех pixie dust стал возможен благодаря последним достижениям в области физики – и в частности, исследованиям «спинтронных» взаимодействий между электронами и магнитными полями материалов. Повсеместное внедрение «волшебной пыли» не потребует отказа от используемой в настоящее время вычислительной техники: винчестеры с новым покрытием совместимы с нынешними читающими головками. При этом создание «волшебной пыли» открывает возможности для промышленного использования еще более сложных технологий сверхплотной записи – перпендикулярной, профильной (patterned media) и термально-зависимой записи.

По оценкам экспертов, широкое применение pixie dust способствует росту экономики интернета. А для большинства отдельных пользователей повышенная плотность данных позволит в значительной мере ускорить переход от «пассивных» аналоговых технологий к интерактивным цифровым форматам.