垂直记录技术揭秘

四、垂直记录技术揭秘

能将磁盘密度提高10倍的垂直记录大概是最受人们关注的硬盘技术了（如图7-12所示），多年以来，硬盘一直采用纵向记录技术。硬盘的盘片可以看成是一个二维的平面，磁单元沿着盘片旋转的方向（切向）排列，磁极相邻，首尾相接，顺序从磁头下方通过。整整一圈下来，就是一个磁道（如图7-13所示），盘片上的所有磁道都是同心圆。

图7-12　2003年以前的10年是磁记录密度增长最快的时期

纵向记录技术的存储面密度的提高，意味着代表每个bit的磁单元和组成它的磁粒的体积（主要是在盘片表面上所占的面积）要相应减小，其所具有的能量自然随之下降，发展到一定程度之后，只需要很小的能量，譬如室温下的热能，就可以将其翻转（保存的数据便被破坏，无法再正确地读出），这就是所谓的“超顺磁性”效应（SuperParaMagnetic Effect）。为了避免磁粒在室温下自动反转磁路，可以使用具有高矫顽力（将其反转需要较多的能量）的材料作磁层以提高热稳定性，但这样又会给磁头正常的改写数据带来困难。

图7-13　纵向记录技术图解

除了磁路方向由水平转为垂直，垂直记录与纵向记录的共同点很多，不过纵向记录随着磁单元和组成它的磁粒在盘片上所占的面积越来越小，磁路方向上的长度也越来越短，保持稳定的难度与日俱增。因此，垂直记录技术将对厚度的利用发挥到极致：磁单元的磁路方向改变90°—— 不是在盘片平面范围内，而是与平面相垂直。有人形容说：一直躺着的磁单元突然站起来了！这样一来，磁单元在盘片上所占的面积可以继续减小，而在磁路方向上的长度（也就是磁层厚度）却能够保持不变甚至适当增加，从而保证了热稳定性。正所谓“躺着死，站着生”（如图7-14所示）。

由于磁单元的磁路方向发生了90°的大转变，写入磁头的构造肯定也应进行比较大的改动。垂直记录的磁头设计很巧妙：其信号极（Signal Pole）很窄，磁通量密度较高，足以使通过它下面的磁单元发生磁路反转；返回极（Return Pole）很宽，磁通量密度较低，因此它下面的磁单元是相当安全的。当然，介质更是必须要大动手术，不仅磁层（硬记录层）会变厚，其下增加的软磁底层还有助于改善写入时的稳定性。如图7-15所示给出了纵向记录与垂直记录的差别。

图7-14　垂直记录技术的磁单元在磁头的作用下反转磁极的示意图

如图7-15所示，垂直记录的另一个好处是，相邻的磁单元磁路方向平行，虽然不像前述的夹层结构那样彼此反向耦合，但与纵向记录相邻的磁单元只在磁极一端相接的情况比起来，互相稳定的效果较为明显。在垂直记录技术之后，晶格介质（Patterned Media）和热辅助磁记录（Heat Assisted Magnetic Recording，HAMR）还会把数据密度提高到1Tb/平方英寸以上，出现了TB级的移动硬盘和大约100GB的微硬盘，从而可以在一个外形小巧的机顶盒中内置整个HDTV视频库，或是在一部移动电话中存储数千小时的音乐和多部电影。

图7-15　纵向记录与垂直记录的差别

图7-16　晶格介质的硬盘示意图

在此基础上，晶格介质（图7-16左侧框中靠右的部分）还将把磁记录密度提高到每平方英寸1TB（1 000GB=1TB）以上。现在代表1 bit的磁单元由大约100个磁粒构成，而晶格介质要做到的是每个磁粒代表1 bit。随着磁单元的进一步减小，必须要采用高矫顽力的材料做磁层，由于非常难以写入，所以要在写入时用激光照射加热，写入线圈在高温的辅助下将磁路反转，即热辅助磁记录。希捷公司在几年前就开始研究HAMR，这种技术要进入实用阶段也许就在公司不久的将来（如图7-17所示）。

热辅助磁记录技术利用新的、非常难以写入的介质，这种介质往往可以更加稳定地写入数据磁介质。通过加热介质记录数据，利用热能简化数据的写入，但是在常温下存储和读取数据。与晶格介质类似，它可以将区域密度提高到TB/平方英寸级别，并很可能与晶格介质配合使用。

图7-17　热辅助磁记录示意图