垂直記錄技術

俗稱10代硬碟技術，由硬碟廠商巨頭希捷率先發明

要了解為什麼需要新的硬碟技術，首先需要了解我們使用的硬碟技術。下圖所示的是我們所使用的硬碟的結構，主要包括：讀寫磁頭/懸掛裝置、碟片、馬達、外殼和電路板。電路板上的控制器接收並且解釋計算機磁碟控制器（對於PC來說，就是主板南橋中的硬碟控制器）的指令，然後根據指令通過驅動馬達和磁頭在碟片上進行讀寫。

碟片是在鋁製合金或者玻璃基層的超平滑表面上依次塗敷薄磁塗層、保護塗層和表面潤滑劑等形成的。碟片以5400RPM-15000RPM的轉速轉動，磁頭則做往複的直線運動，而可以在碟片上的任何位置讀取或者寫入信息。微觀的來看，碟片上的薄磁塗層是由數量眾多的、體積極為細小的磁顆粒組成。多個磁顆粒（約100個左右）組成一個記錄單元來記錄1bit的信息——0或者1。

這些微小的磁顆粒極性可以被磁頭快速的改變，而且一旦改變之後可以較為穩定的保持，磁記錄單元間的磁通量或者磁阻的變化來分別代表二進位中的0或者1。磁顆粒的單軸異向性和體積會明顯的磁顆粒的熱穩定性，而熱穩定性的高低則決定了磁顆粒狀態的穩定性，也就是決定了所儲存數據的正確性和穩定性。但是，磁顆粒的單軸異向性和體積也不能一味的提高，它們受限於磁頭能提供的寫入場以及介質信噪比（SNR）的限制。

對於磁記錄設備的要求是體積越來越小，容量越來越大，也就是區域密度越來越高，這樣磁顆粒當然也就越來越小，比如當區域密度為20 Gbpsi時，磁顆粒直徑約為13納米，而當達到100 Gbpsi時，直徑縮小到了9.5納米。當磁顆粒的體積太小的時候，能影響其磁滯的因素就不僅僅是外部磁場了，些許的熱量就會影響磁顆粒的磁滯，從而導致磁記錄設備上的數據丟失，這種現象就是“超順磁效應”。

為了儘可能的降低“超順磁效應”，業界通過提高磁顆粒異向性、增加熱穩定性來解決。磁顆粒異向性的提高固然使得磁記錄介質更加穩定，但是必需同時提高寫入磁頭的寫入能力。另外，磁顆粒體積的縮小，也需要進一步提高讀取磁頭的靈敏度，於是MR（磁阻磁頭）和GMR（巨磁阻磁頭）相繼應運而生，GMR磁頭技術的幫助下，水平記錄區域密度已經達到了100Gbpsi以上。

不過，磁記錄業界公認水平記錄技術已經達到了極限，再通過開發不同的磁性材料、磁頭技術來提升區域記錄密度已經不再是經濟、有效、可行的途徑了。

磁垂直記錄技術並非才出現，早在1977年被譽為現代垂直錄寫技術之父的日本東北工業大學校長及首席總監岩崎俊一（Shun-ichi Iwasaki）教授率先投入了這項技術的研究。岩崎俊一博士稱：“我在過去的四十八年中一直從事磁性錄寫技術方面的研究工作，研究發現該技術的成功在於其錄寫密度。直至1975年，我才發現垂直錄寫是走向高密度錄寫的不二法門，之後我不斷提倡把垂直技術引入現實科技中。我很高興這項科技將不久得以實現。”

應用了垂直記錄計數的硬碟在結構上不會有什麼明顯的變化，依然是由磁碟（超平滑表面、薄磁塗層、保護塗層、表面潤滑劑）、傳導寫入元件（軟磁極、銅寫入線圈、用於寫入磁變換的交流線圈電流）和磁阻讀出元件（檢測磁變換的GMR感測器或磁碟者新型感測器設計）組成。

微觀上看，磁記錄單元的排列方式有了變化，從原來的“首尾相接”的水平排列，變為了“肩並肩”的垂直排列。磁頭的構造也有了改進，並且增加了軟磁底層。這樣做的好處是：

1、磁碟材料可以增厚，讓小型磁粒更能抵禦超順磁現象的不利影響；

2、軟磁底層讓磁頭可以提供更強的磁場，讓其能夠以更高的穩定性將數據寫入介質；

3、相鄰的垂直比特可以互相穩定。

日立、希捷、東芝等公司的都已經演示了其開發的基於垂直記錄技術的硬碟樣品，其中東芝的1.8英寸垂直記錄硬碟樣品區域密度達到了133 Gbpsi，希捷的垂直記錄硬碟樣品的區域密度達到了170Gbpsi，日立公司也展示了區域密度達到了230 Gbpsi垂直記錄硬碟！這意味著我們將在不遠的未來看到容量為20GB的微硬碟和容量為1TB的3.5英寸硬碟面市。

DISK/TREND總裁、硬碟業分析員及歷史研究學家Jim Porter認為：“垂直錄寫技術的成功應用及過渡，是硬碟業未來五至十年發展的關鍵。日立正致力於通過全面的試驗計劃，使這項科技繼續穩步向前發展。”

從日立於2004年12月開始的大規模現場測試的結果來看，應用了垂直記錄技術的硬碟在實際應用中表現值得期待，日立宣布：

1、硬碟性能高於預期

2、性能數據類似於我們通過一個成熟硬碟得到的測試結果

3、沒有硬錯誤（例如沒有數據丟失）

4、極少的軟錯誤（磁頭試圖在首次失敗之後再次讀取數據）

5、數據讀寫速率沒有降低

IDC針對垂直記錄技術進行全面了調查，他們公布了樂觀的預期：

1、2009年使用垂直記錄技術的硬碟將達到六億三千萬部，成為雄霸市場的新技術。

2、到2008年，小型硬碟（2.5英寸以下）將佔據硬碟產量的46%以上，其中大多數會利用垂直記錄的技術優勢來滿足容量需求。

3、對整個硬碟行業的發展進行預測，可發現垂直記錄將成為2004至2008年達到IDC預測的15.5%年複合成長率的主要推動因素。

4、在5年內，產品磁碟密度將會達到磁碟密度的四至五倍；在10年內，垂直記錄（包括混合方法）會使磁碟密度達到磁碟密度的十倍的水平。

5、垂直整合式公司將可較順利地引入垂直記錄及其它新技術，其引進成本也較低，不過卻要自行承擔研發支出。必需投資額的增長（例如，研發開銷、新生產能力）將會引起更深入的業內合併。

6、必要的投資額的增長（例如，研發開銷、新生產能力）將會引起更進一步的業內合併。

日立公司預計會向市場推出首批採用垂直記錄技術的硬碟產品，它們的磁錄密度接近150 Gbpsi，屆時我們的2.5英寸硬碟的容量可以達到160GB，微硬碟的容量可以達到15GB;2007-2008年之前，磁錄密度為230Gbpsi的產品將會從實驗室中走出來，那時3.5英寸硬碟的容量可望達到1TB，而微硬碟的容量也能達到20GB；垂直記錄技術理論上可以達到500Gbpsi的磁錄密度，500GB的2.5英寸硬碟和40GB的微硬碟也會成為現實。

未來晶格介質和熱輔助磁記錄技術會進一步擴展垂直記錄技術的潛力，把磁錄密度提高到1Tbpsi以上，屆時我們的筆記本硬碟也會達到TB的容量，微硬碟容量也達到100GB!

未來的5-10年，垂直記錄將會成為未來硬碟行業的主流技術，不同廠商過渡到這項新技術上順利程度，將會決定未來10年內硬碟業界的新格局。

經歷了50年的發展，硬碟具可靠性、存儲速度、存儲容量、性價比都處於非常理想的水平，使得硬碟經成為了計算機設備中的主流存儲器。

IBM於1957年推出的第一款硬碟驅動器RAMAC的容量只有5MB，卻有50個直徑為24英寸的碟片組成，轉速為1200RPM，磁記錄密度只有幾十kbit/in2左右。碟片直徑只有3.5英寸，單碟容量已經達到了100GB，磁記錄密度在100Mbit/in2以上，記錄密度增長了3500萬倍以上。

從70年代到90年代初，硬碟的體積快速的縮小，使得硬碟的區域密度在近20年的時間裡保持著30%的增長率。隨後至今的十幾年中，在新的磁頭技術的推進下，硬碟區域密度的增長率達到了60%！不過，由於現有的硬碟區域密度達到了相當高的水平，進一步的發展受到了超順磁效應限制，要繼續推動硬碟技術的發展，需要引入新的技術。

日立公司舉行了一次小型技術講解會，會議邀請了國內的主流媒體參加。在會議上，日立公司詳細講解了其最新的垂直記錄技術（Perpendicular Magnetic Recording,PMR），這項技術可以使得磁記錄密度達到230GB/in2，把現有的磁記錄密度提高了一倍。這意味著不遠的將來，我們可以購買到容量為20GB的Microdrive微硬碟或者容量為1TB的3.5英寸硬碟。日立預計PMR技術將會在2007年應用到各種硬碟產品中，而且在未來的5-7年間，還會進一步推動記錄密度的提升，1英寸硬碟的容量屆時也會達到60GB左右。

最新一份的IDC報告（《2005年硬碟市場：零件技術與業務模式 IDC #33466》）也認為垂直記錄技術將會成為未來幾年硬碟發展的趨勢。在這份報告中分析了硬碟的三種關鍵零件——彈性臂、磁頭和磁碟，其相關技術的發展方向、以及了解其替代品技術的成本和利弊等。它預計2005年年底垂直記錄技術將會開始應用於磁頭和碟片中，到2007年年底將會被廣泛使用。IDC預計到2009年的時候，將會有六億三千萬顆硬碟投入市場……