Гелиевые диски

Заполненные гелием диски представляются сегодня наиболее простым и, следовательно, практичным решением. Если корпуса дисков сделать герметичными и заполнить гелием, то в результате уменьшится внутренняя турбулентность, возникающая вокруг головок, а значит, откроется возможность увеличить число пластин и головок, что, в свою очередь, позволит увеличить емкость накопителя (в первых версиях до 6 Тбайт) и повысить производительность. Одновременно уменьшается трение вращающихся поверхностей о  воздух — значит,  уменьшается энергопотребление и открывается возможность устанавливать в стойку больше дисков при той же системе питания.

Размеченный носитель

Начиная от первого диска IBM RAMAC 350 (Random Access Method of Accounting and Control), имевшего плотность записи примерно 2 Кбит на кв. дюйм, и до современных дисков с перпендикулярной записью, у которых теоретический предел плотности равен 1 Тбит на кв. дюйм, поверхность носителя представляет собой непрерывное пространство магнитных доменов, способных менять магнитную ориентацию. При записи одного бита осуществляется перемагничивание группы из нескольких десятков или нескольких сотен доменов, и чем меньше размер доменов и меньше число доменов в группе, тем плотнее запись. Непрерывность предполагает использование группы доменов, что десятилетиями сохранялось неизменным, однако любое масштабирование вверх или вниз не бесконечно — рано или поздно возникают физические ограничения, например: соотношение шум-сигнал (signal-to-noise ratio, SNR) и термостабильность. Чем меньше размер домена, тем менее стабильно его состояние, размер одного домена определяет предел миниатюризации, ниже которого опускаться невозможно. Однако это не тупик в развитии магнитной записи — есть близкое по смыслу решение, построенное на примерно тех же принципах магнитной записи. Можно увеличить размер доменов, но уменьшить их число в группе до  одного:  в итоге плотность заметно повысится  —  в соответствие одному записываемому биту можно поставить один, но достаточно крупный и, следовательно, более стабильный магнитный домен. Этот домен может быть как однокристаллическим, так и поликристаллическим. Теоретически плотность записи можно повысить на порядки по сравнению с вертикальной записью, но в первых экспериментальных дисках полученная плотность была существенно ниже —  2–3  Тбит на кв. дюйм.

Рис. 1. Диск BPM

Для того чтобы одному биту соответствовал один домен, нужен предварительно размеченный носитель данных, и первый патент на BPM был получен японскими учеными еще в 1989  году. Однако  более двадцати лет ушло на преодоление трех видов проблем: физика на уровне отдельно взятого домена; литография для нанесения магнитного слоя на носитель; принципиально новая механика головок. Ключевым моментом в технологии BPM является электронно-лучевая литография (Electron Beam Lithography, EBL), и основная сложность состоит в том, что прецизионную технологию надо распространять на изделия, выпускаемые миллионными тиражами. В 2007 году компания HGST, ныне входящая в Western Digital, вместе с Seagate  разработала  план производства дисков по технологии BPM, в основе которого была технология тиражирования. Сначала изготавливается один эталонный шаблон (master template), затем он копируется в 10 тыс. экземплярах, в свою очередь служащих шаблонами,  и, наконец,  по каждому из них может быть воспроизведено еще 10 тыс. рабочих дисков. Изготовление эталонного шаблона и его копирование  —  два совершенно разных технологических процесса, причем первый с научной точки зрения более сложен. Потребовалось создать новые методы литографии и использовать материалы, обладающие способностью к «самосборке» (Self-assembling). Не последнюю проблему составляет и принципиально новая механика BPM, которая должна обеспечивать взаимодействие с управляющими серводорожками, расположенными на диске (рис. 1).