硬盘容量的技术挑战与障碍

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1、永不休止的战争永不休止的战争 硬盘容量的技术挑战与障碍硬盘容量的技术挑战与障碍在数据量不断增长的前提下，目前的硬盘存储容量已经发展到了最高 3TB 的阶段，而且，其还会继续增长下去。对于此，我们完全可以将其比喻成一场“永不休止的战争”。不过，恰恰就在此时，在容量扩充上的技术局限也越来越多的被突显了出来。条条大路通罗马？条条大路通罗马？尽管目前我们已经能够见到很多不同的存储介质，然而在目前来说，最为成熟的技术依然是常见的机械磁盘。因此，在对最高容量的超越方面，其也就被寄予了更多期望。不过，在不断增长的容量扩充下，机械旋转磁盘也在这方面遭遇了瓶颈。其实，增加磁盘容量的方法说起来非常简单，这无外乎提

2、升碟片密度和增加碟片数量两种方式。增加碟片密度的方式很好理解。比如说，目前最大容量的 3TB 希捷外置式硬盘产品FreeAgent GoFlex Desk drive 就采取了五碟片的设计。在此之前，日立也曾经推出过五碟片的产品。实际上，五碟片也是目前我们能够见到的单盘碟数最多的设计。那么未来是否会出现更多碟片的单盘设计呢？增加碟片数量，势必将会加大硬盘的高度，因此在这方面我们首先要看的就是硬盘的高度(厚度)。现在常见的 3.5 寸硬盘的高度为 25 毫米和 17 毫米，2.5 寸硬盘一般为 9.5 毫米。当然，这种这一规格并不一定要遵循，比如说我们已经可以见到 7mm 的 2.5 寸硬盘。既

3、然可以做的更薄，那么为了容量是否可以做的更厚？至少在很多年以前，由于技术原因我们已经见到过高度 17 毫米的 2.5 寸硬盘，以及高度甚至达到过 41 毫米的 3.5 寸硬盘。希捷中国区客户技术服务部经理翟光宝认为，这种可能性是存在的，不过实现几率并不一定高。这是由于，市场的总体趋势还是在向着更为轻薄的方向来进行，从接受度以及标准组件的规格上来说，对产品进行加厚还需要更多的考虑。那么如此看来，硬盘厂商更多地还是要从提高碟片密度的角度出发。这也分为两种方式。首先来说，我们可以保持现有密度，增加碟片的大小。不过，这种方式肯定会被所有硬盘厂商所否决。其中的原因除了上面提到过的尺寸问题外，还包括在碟片

4、偏振方面的考虑。一旦增加了碟片的直径，其在工作时的边缘振幅必然会增大，从而影响到磁头的定位，严重时还会导致故障频繁发生。那么，如此看来，唯一的方案就是在现有的碟片规格上增加其密度了。柳暗花明又一村柳暗花明又一村其实，硬盘厂商们早就已经开始致力于磁介质密度的增加。目前，我们能够见到的普通垂直纪录(PMR)2.5 寸硬盘的密 度大约是每平方英寸 135Gbits。东芝曾经将这一数字提高到了 188Gbits，而希捷甚至发布过每平方英寸 421Gbits 的战绩。不过遗憾的是， 这些数字仅仅是停留在了实验阶段。下一代的磁记录模式，无论是热辅助磁记录(HAMR)技术还是比特格式媒体(Bit-Patte

5、rned Media)技术，都离我们的实际应用有着不小的距离。技术的发展是永无止境的。在看似“遍访名师无门“的情况下，硬盘厂商开始在扇区方面 做上了文章。在传统的分区表规格下，单扇区的容量被定义为 512byte，且拥有唯一的 LBA(逻辑块地址)，每一扇区均需要存储扇区地址、ECC 校验等 信息，如果我们将单扇区的容量进行扩大，那么相应就会减少扇区地址这类附加信息的存储，间接增大硬盘的可用空间。目前，包括西部数据、希捷 在内，已经有多家厂商推出了相对应的产品，这些产品大多是按照单扇区 4KB 容量进行的设计，其应用模式主要是采用对 4KB 扇区进行 512 字节扇区模拟的方 式进行。根据希捷

6、的资料表述，“这一模式是指将高级格式化中所用 4K 物理扇区转换为主机计算系统预期使用的传统 512 字节扇区的过程。在读取上，以 512 字节模拟方式来读取 4K 扇区格式化硬盘中数据的过程非常直接，可以在硬盘 DRAM 内存中读取 4K 数据块以及格式化主机所需的特定 512 字节虚拟扇区，因此 这个过程不会明显影响到性能。“字节模拟的可行读序列字节模拟的可行读序列在写入上“过程更为复杂一些，特别是主机尝试写入的数据为 4K 物理扇区的子集时。这时，硬盘必须首先读取 包含主机写入请求目标位置的整个 4K 扇区，合并现有数据与新数据，然后重新写入整个 4K 扇区。在此情况下，硬盘必须执行额外

7、的机械步骤：读取 4K扇区数 据、修改其内容，然后重新写入数据。此过程称为 “读取-修改-写入 “(read-modify-write)循环，但这个过程不够理想，因为它会对硬盘性能造成负面影响。“上面所提到的负面影响产生的原因之一，就是逻辑块和物理块的对齐问题。前面我们说过，每个 512 字节扇区都分配了唯一的 LBA，根据硬盘大小，数字可以是从 0 到所需的数字。主机会使用分配的 LBA 来请求特定的数据块。主机请求写入数据时，会在写入结束时会返回一个 LBA 地址，告知主机数据的位置。当 LBA 0 与 4K 物理扇区中的第一个 512 字节虚拟块对齐时，512 字节模拟的逻辑块到物理块对

8、齐情况称为 Alignment 0。另一种可能出现的对齐情况是，LBA 0 与 4K 物理扇区中第二个 512 字节虚拟块对齐。这种情况称为 Alignment 1。类似的这种分区不对齐情况，就会引起“读取-修改-写入“事件，影响系统性能，这也就是对齐问题。对齐问题对齐问题目前，硬盘厂商的解决方案是，通过 Firmware 或者系统程序来进行人工对齐。另外，通过 Windows7、部分 Linux 等在内的操作系统进行格式化操作，也可以避免这种情况。重整山河待后生重整山河待后生尽管支持 4KB 格式的产品已经开始出现，不过，在企业级市场上硬盘供应商依然还是处于观望状态。一方面，企业级应用对于数

9、据可用性的要求非常苛刻，新技术在这一领域的发展并没有消费级市场那么快，特别是在频繁写入上其还需要经受一些考验;另一方面，企业级应用的环境更为复杂，除了硬盘和操作系统支持外，包括 RAID 控制器等在内的其它组件也需要提供足够的响应，而目前这种支持还并不到位。希捷翟光宝认为，在企业级市场上，未来一段时间将有可能会出现两种技术并存的情况。硬盘容量的提升大战还会继续进行。套用一句常见的话，To be continued.热辅助磁性写入硬盘技术 HAMR 解析来源: http:/ 时间: 2010-08-04 作者: apollo如何能在有限的空间里面储存下更多的数据一直是硬盘制造商极需要解决的问 题

10、。随着操作系统和软件所需容量日益增加，加之多媒体文件和更多的无损压缩的 音乐，用尽数百 GB 容量的硬盘绝不在话下。近日一家传统硬盘制造厂商正在积极 发展热辅助磁性写入硬盘技术HAMR，并将硬盘存储密度提升到每平方英寸 50TB，计划在三年内推出在标准 3.5 英寸硬盘内存储大约 300TB（1TB=1000G） 容量的硬盘。新硬盘采用铁新硬盘采用铁-铂等合金为记录介质铂等合金为记录介质热辅助磁记录技术的硬盘将采用的是铁-铂等合金材料作为介质，和目前普遍 采用的钴-铂-铬与其他元素的合金盘片略有所不同。采用该技术的硬盘利用其整合 在硬盘内部的激光发射组件，通过激光照射到写入点对盘片微粒进行加热

11、的方式， 加以辅助磁头写入以改变记录单元的属性。也就是说在对硬盘介质加热后，磁盘微 粒被按一定方向被磁化，数据位就形成了“1”和“0”的表示。利用热量的产生更容易 的将数据记录在盘片上，随着快速冷却又可以使已经写入的数据变得稳定，从而达 到永久存储数据的目的。通过这种技术克服了目前传统意义上的硬盘由于减少记录 磁粒的单位尺寸会使得在室温下产生翻转效应，导致数据被损坏的问题。而且盘片 采用特殊材质所以写入磁头不需要太强磁场，数据存储和读取的操作都可以在常温 下进行。利用激光发射组件改变记录单元每平方英寸每平方英寸 50TB，容量提高近，容量提高近 300 倍倍由于硬盘记录介质材料的改变，所以必须

12、找到更为精确定位的激光方式才能完 成对硬盘读写操作。故此热辅助记录的磁头尺寸仅有 1mm1mm，由于要达到近每 平方英寸 50TB 以上的存储密度，所以采用了近场光的方式来提供相应的细小的激 光光束作为解决方案。并且由于采用了更高密度的储存方式，这意味着电脑硬盘在 不改变外形情况下，磁记录密度将从目前垂直磁记录所能达到的每平方英寸 421G 提升至每平方英寸 50TB，磁盘容量能比目前最高的容量提高近 300 倍，从而提供 300TB 的海量硬盘。超级数字信号处理器提高整机性能超级数字信号处理器提高整机性能随着磁道上数据的单位密度的极大的提高，磁头在相同时间内单次读取的数据 容量也将得到很大的

13、提升。和传统硬盘相比，热辅助磁记录技术硬盘的寻道次数将 减少，一方面硬盘内部传输性能将得到提升，另一方面减低了由于机械老化导致的 硬盘损坏率，增加了硬盘安全运行时间。由于单次的读取容量的增加，加上操作系统对磁盘管理的进一步优化，在不影 响到运行效率的情况下，或许可以适当的减低磁盘电机的转速把硬盘发热量控制在 一个更佳的范围内，以保证硬盘能更长时间的连续工作。另外热辅助磁记录技术的硬盘搭载了超级数字信号处理器（Ultra -DSP）技术， 依靠其强劲的数学运算能力，提供处理器及驱动接口的双重数据传输功能，可以把 数据从硬盘直接传输到主内存而不占用更多的 CPU 资源，大幅度地提高了电脑整 体性能

14、。这是继混合硬盘和垂直技术后的另一大突破这是继混合硬盘和垂直技术后的另一大突破从第一块温彻斯特硬盘诞生到现在已经过了 34 年，硬盘界也是不断的在进步。 但由于闪存界的快速发展，传统硬盘领域也是不断的受到冲击。但是随着用户对容 量的需求不断的扩大，相信采用热辅助磁记录技术生产的硬盘若利用成熟的技术、 超大的容量和合理的价格的优势，完全可以满足绝大部分用户的实际需要。在不远 的将来，我们完全有理由相信采用此技术生产的硬盘必然会成为主流。同时随着当 前混合技术硬盘和第二代垂直记录技术硬盘的相继上市，也是为磁存储领域提供了 一个更光明的未来。10TB 硬盘不是梦 日立宣布热辅助磁技术http:/ 2

15、010 年 02 月 03 日 IT168 网站原创 作者：IT168 孟庆 编辑：孟庆 评论：7 7 条本文 Tag： 硬盘 服务器配件【IT168【IT168 专稿专稿】日立今天宣布，他们于 2006 年开始规划和研发的一个面向未来磁存储领域的技术热辅助磁头技术已经成功研发出来。该技术可将每平方英寸的硬盘存储密度提高到 2.5Tb，目前日立表示该技术已经通过模拟测试，表现十分优异。据了解，热辅助磁记录技术使用激光作为辅助写入介质，在写入时使用激光照射写入点，利用产生的热能辅助磁头写入，降低磁头写入时所需的磁场强度，有助于在传统技术遇到瓶颈时进一步提升存储密度。由于磁盘上每个存储单位的面积极

16、为微小，制造可产生超细激光束的激光头就成了热辅助技术的最大难题。这项技术最早是希捷在 2006 年的时候提出来的“热辅助磁记录（HAMR）”，这种技术可以避免“超顺磁效应”，即微粒不会在室温下翻转，不过材料的改变必然会导致成本的增加，而且精确的激光定位方法也是必需的。与日立不同的是，希捷在研发这项技术的过程中，提出了“自组织磁性颗粒阵列(SOMA)”，可使用直径仅为 3-4 纳米的铁-铂微粒记录数据，不过该技术目前只能生成矩阵结构的磁颗粒分布，无法以同心圆的方式组织成环状磁道，而且需要更优秀的磁头作为配合。而日立则热衷于“晶格介质晶格介质”该技术不改变数据位微粒的成分，而是将其数量由目前的 100 个减为仅 1 个，然后使其彼此隔离，减少相互之间的干扰，避免数据受损。这种技术同样有其不足之处，就是必须使用平版印刷术取代薄膜覆盖技术来制造颗粒，同样会导致生产成本增加。本次率先研发成功的是日立，主要使用了尖端部分曲率半径不足 10nm 的超微型近场光光源，制造出的激光照射范围直径不足 20nm，并且该