מאמר: כתיבה ניצבת (Perpendicular recording) - איך זה עובד בדיוק?

shlomom · 2006 באוגוסט 10

מאמר מתורגם שנלקח מ - Chief Magazine

לאחרונה ה - Perpendicular recording הוא הכוכב העולה בעולם הדיסקים.

קצת הסברים, מתוך מאמר של יאן מטיס בקומפיוטר-וורלד, להלן.

הצריבה הניצבת מסוגלת להגדיל את קיבולתם של מצעים מגנטיים עד פי 10. כלומר, מיקרו-דיסקים בהם השתמשו לאחסון 3,000 שירים יכולים לספק מקום לכ-30,000. במונחים טכניים יותר, יהיה אפשר לאחסן כ-230GB לאינץ' מרובע, או עד 20GB במיקרו-דיסק של 1 אינץ'. זהו סוג ההתקדמות על פי חוק מור שיצרני דיסקים פחדו שלא יהיה בר ביצוע. מאז הופעת הדיסקים הקשיחים ב-1956 (עם ה-RAMAC של IBM) ועד היום, קיבולת הדיסקים גדלה בחזקות. הקיבולות כמעט הוכפלו מדי שנה למשך העשור הראשון אחרי RAMAC, והאיטו את קצב הגדילה למשך כ-20 שנה. הקצב הואץ חזרה בשנות ה-'90. מצפיפות של 1,800 ביטים לאינץ' מרובע של הדיסקים הראשונים, הם הגיעו לכ- 100 גיגה-ביטים לאינץ' מרובע, תוך כדי שהפלטות הצטמקו מ-24 ל- ¼5, ½3 ועד 1 אינץ'.

העלייה בקיבולת וצמצום המימדים אפשרו את השימוש ביישומים חדשים - וידיאו ואודיו באיכות גבוהה במיכלים ניידים, כמו גם לפטופים בהם ניתן לעבוד למשך זמן רב.

במשך זמן מה נראה כאילו טכנולוגיית הדיסקים עמדה להגיע לתקרה בלתי חדירה בגובה 100 גיגה-ביטים לאינץ' מרובע. בכתיבה לרוחב או לאורך, אזורים ממוגנטים המייצגים ביטים שוכבים קצה-אל-קצה כמו אריחי דומינו השוכבים, שטוחים, על גבי שולחן. הם מסודרים בעיגולים קו?נ?צ?נ?ט?ר?יים סביב הדיסק הקשיח. ראשי הקריאה/כתיבה טסים בגובה מספר ננו-מטרים מעל השטח והאזורים הממוגנטים השטוחים. אם המגנוט הוא לכיוון אחד - פירושו 1 דיגיטאלי. אם הוא לכיוון ההפוך - מדובר באפס דיגיטאלי. הכוח של האזור ממוגנט חייב להיות מספיק כדי שהראש יקלוט אותו, ותוכנת עיבוד האותות במארז הדיסק תוכל לקבוע את כיוון המגנוט. אם כוח המגנוט נחלש מתחת לסף מסוים, הראש לא יהיה מסוגל לקלוט אותו ותוכנת עיבוד האותות לא תוכל להחליט באם הביט הינו אפס או אחד.

הגדלים המעורבים בסידור לאורך של הביטים הצטמצמו באופן הדרגתי בכדי להשיג צפיפות גדולה יותר. הגודל של כל אזור ממוגנט כווץ לגודל הקטן ביותר האפשרי. כל אזור ממוגנט מורכב מתת-אזורים מגנטיים זעירים המכונים grains - גרגרים. כאשר כל הגרגרים נמצאים בשורה באותו כיוון, המגנוט של כל האזור הינו חזק באותו כיוון. אם כמה מן הגרגרים הופכים את קוטביותם, המגנוט של כל האזור נחלש ולראש הקורא/כותב של הדיסק יהיה קשה יותר לקרוא אותו. אם כל הגרגרים או מספר רב מתוכם היו מתהפכים, הקוטביות הייתה מתהפכת. בכדי שאזור יהיה אמין לכתיבת אפסים ואחדים, נדרשים כ-100 גרגרים. עם פחות מזה, הדיסק נוטה לשגיאות.

בגדלים מספיק קטנים של אזורים מגנטים וגרגרים מגנטיים, אנרגיית החום הסביבתי יכולה להספיק בכדי לגרום לגרגר להתהפך. ותופעה זאת נקראת תופעה סופר-פארא-מגנטית (superparamagnetic). היא מגבילה את צמצום גודל המצעים המגנטיים. אבל, בכתיבה הניצבת, היצרנים יכלו להגביה את תקרת המזעור ולדחוס יותר ביטים בנדל"ן של הדיסקים הקשיחים. בכתיבה הניצבת האזורים מגנטיים הקטנים ארוזים בצורה אנכית, כך שכל אזור צורך פחות משטח הדיסק - יותר ביטים יכולים להיכנס לכל אינץ' מרובע.

הטכניקה מוכרת מאז שנות ה-70, כאשר שו-איצ'י איוואסאקי (Shun-ichi Iwasaki) פיתח צריבה ניצבת במכון טוהוקו לטכנולוגיה ביפן. הבעיה הייתה כי היבטים אחרים של המכלול הטכנולוגי הדרוש לקריאת אזורים מגנטיים ניצבים, גרמו לאובדן אמינות. הראש הקורא/כותב לכתיבה ניצבת דורש שכבה מגנטית "רכה" מתחת לקרום המגנטי בו נכתבים האפסים והאחדים. שכבה תחתית זו היא "רכה" מפני שהיא ממוגנטת בכיוון זה או אחר בקלות יתרה. מאפיין זה מאפשר לה לעבוד עם ראש קרוא/כותב ניצב כדי למגנט אזורים אנכיים בקרום המגנטי העליון. טכניקות חדשות אפשרו ליצרנים לעשות שכבות תחתיות רכות דקות יותר מקודם, ופחות רגישות לשדות מגנטיים ת?ו?ע?ים. שדות אלו יכלו לשבש את המידע בשכבה המגנטית העליונה. פתרון בעיות אלו אפשר את היישימות של הכתיבה הניצבת היום.

יצרנים כגון Hitachi, Seagate, Toshiba ו Maxstor כבר הביאו או הם בדרך להביא דיסקים עם כתיבה ניצבת לשוק.

יתרון נוסף של הכתיבה הניצבת הוא כי ניתן באמצעותה לצמצם את גודלן של השטחים שיש למגנט לצריבת אפסים או אחדים. לראשים הקוראים /כותבים הניצבים יש שדה מגנטי חזק יותר מאלו של הכתיבה הלונגיטודינאלית. על כן, ניתן להשתמש בשכבות מגנטיות עם כ??פ?י??ת?יות (coercivity) מגנטית גבוהה יותר. זה אומר שגם קשה יותר להפוך את הכיוון של גרגיר מגנטי. אנרגיית החום הדרושה להפיכת הגרגר גבוהה יותר, והתופעה הסופר-פארא-מגנטית לחומרים אלו מגבילה אותנו לגדלים קטנים יותר. על כן, אזורים מגנטיים יכולים להיות אמינים גם עם פחות מ-100 גרגרים.

המחקר של שיטות אחרות לצמצום הגודל של אזורים מגנטיים, ממשיך. יתכן ואחד הצעדים הבאים יהיה תיבנות (Patterning) של שכבות מגנטיות, עם "טחינת" השכבה המגנטית באמצעות לייזרים על מנת לבודד גרגרים בצורה כזו שרק מעטים ידרשו לצריבה אמינה של אפסים ואחדים. עבודות שנעשו עד כה מתכננות צפיפויות של 300 גיגה-ביטים לאינץ' מרובע של דיסקים מתובנתים (שיפור נוסף של כ 30% יחסית לטכנולוגיה הנוכחית).

דיסקים המשתמשים בטכנולוגיה של Perpendicular recording

Toshiba

Seagate

Hitachi

WD

Scorpio יעברו בקרוב לשיטה זו