Оптика на винчестере старая песня на новый лад
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.
Оптика в помощь винчестеру
Одна из самых оригинальных
попыток преодоления барьера была
предпринята корпорацией Seagate Technology, Inc. () —
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 Материал на странице >>>
|
