Магниторезисторные головки
Процесс совершенствования компьютерных технологий может идти как эволюционно, так и революционно. Эволюционное развитие отражается в побочных улучшениях, способствующих успеху новых поколений выпускаемых продуктов - аппаратных средств и программ. С другой стороны, революционные изменения в одночасье значительно расширяют горизонты в своей области индустрии, вместе с тем оказывая существенное влияние на изделия смежных отраслей.
Для промышленности средств массовой памяти таким революционным усовершенствованием технологии накопителей на жестких магнитных дисках стала разработка магниторезистивных головок чтения.
Магниторезистивные головки дали возможность производителям винчестеров значительно увеличить емкость накопителей, не принося при этом в жертву производительность и практически не увеличивая стоимость. Более того, магниторезистивные головки обладают уникальными свойствами, которые делают их применение особенно привлекательным для дисковых накопителей малого форм-фактора.
Индустрия массовой памяти с момента зарождения в 1955 году постоянно стремится к наращиванию производительности и емкости дисковых накопителей, чтобы удовлетворить ненасытную потребность в гигабайтах новых компьютеров и программного обеспечения.
Каждый год удельная плотность записи для жестких дисков (измеряемая в мегабитах на квадратный дюйм) увеличивалась в среднем на 27%, а в последние годы рост составляет 60%. В результате сегодня удельная плотность записи вплотную приблизилась к 1 гигабиту данных на квадратный дюйм дисковой поверхности, а к началу следующего тысячелетия, согласно прогнозам, составит 10 гигабит/кв.дюйм.
Стремление сохранить максимальное количество данных в накопителе наименьшего возможного размера на сегодня довлеет над индустрией массовой памяти, и магниторезистивные головки стали одним из важнейших ускорителей на пути к достижению заветной цели.
Магниторезистивный эффект В большинстве выпускаемых сегодня дисковых накопителей все еще используются проверенные временем индуктивные тонкопленочные записывающие головки. По сути своей они идентичны магнитным головкам в кассетном аудиомагнитофоне, в котором считывающий элемент головки (обмотка) реагирует на изменения магнитного потока на записываемой поверхности носителя. Когда обычная тонкопленочная индуктивная головка проходит сквозь магнитное поле носителя информации, в ее обмотке генерируется слабый сигнал, который затем усиливается, пропускается через фильтры и преобразуется в цифровую форму электронными устройствами, размещенными на печатной плате винчестера.
Магниторезистивные головки работают по совсем другому физическому принципу, называемому анизотропным магниторезистивным эффектом. Это явление было открыто лордом Кельвином еще в 1857 году. Состоит оно в том, что сопротивление электрическому току в некоторых металлах изменяется, когда они попадают в магнитное поле. Это качество ферромагнитных сплавов и используется сегодня для создания считывающих элементов магниторезистивных головок винчестеров.
Чтение информации с носителя сопровождается в таких головках постоянным прохождением небольшого тока через считывающий элемент головки. Когда головка проходит сквозь магнитное поле носителя, сопротивление ее изменяется, что отражается на величине проходящего через нее тока и используется для воспроизведения записанной на дисках информации.
Повышенная плотность записи Громадное преимущество магниторезистивных головок заключается в том, что они обеспечивают увеличение удельной плотности записи данных. Это в основном связано со способностью магниторезистивных головок считывать сигналы, когда биты записаны намного плотнее, чем требуется для уверенной работы индуктивных головок. Они также отличаются лучшей избирательностью по отношению к битам, записанным на соседних треках, что позволяет расположить треки поближе друг к другу.
Данные достоинства и позволили разработать накопители на жестких дисках с недостижимой ранее удельной плотностью записи информации, на которые в последнее время ощущается такой большой спрос. В частности, компания Seagate Technology выпустила уже второе поколение тонкопленочных магниторезистивных головок, которые позволяют на 30% увеличить плотность записи треков и на 15% - самих битов информации.
Другие преимущества Множество проблем, с которыми сегодня сражаются разработчики винчестеров, крутится вокруг ограничений и недостатков, свойственных традиционным индуктивным тонкопленочным головкам.
Во-первых, индуктивные головки имеют неприятный побочный эффект - они создают тонкие впадины по обе стороны от пиков сигнала. Этот эффект присущ всем без исключения традиционным индуктивным головкам и задает много работы электронике накопителя, которая с помощью специального фильтра вынуждена обрезать нежелательные впадины сигнала. В противоположность им магниторезистивные головки производят хорошей выпуклой формы сигнал без каких-либо впадин, что упрощает как конструирование, так и реализацию электронной схемы накопителя.
Во-вторых, традиционные тонкопленочные индуктивные головки восприимчивы к скорости вращения магнитного носителя. Другими словами, правильная их работа возможна, когда диск вращается с требуемой линейной скоростью. Это оказывается существенным ограничением при разработке накопителей малого форм-фактора.
При уменьшении диаметра дисков линейная скорость также уменьшается, хотя скорость вращения шпинделя остается постоянной. При снижении линейной скорости для традиционных индуктивных головок наступают тяжелые времена, так как сила генерируемого ими сигнала напрямую зависит от скорости прохождения головки сквозь магнитное поле носителя.
А магниторезистивные головки нечувствительны к скорости. По сути заложенного в их конструкцию эффекта они абсолютно одинаково работают независимо от того, с какой скоростью вращаются дисковые пластины винчестера. Особенную выгоду можно извлечь из этого факта при создании высокоемких накопителей 2.5-дюймового или еще меньшего форм-фактора.
Таким образом, магниторезистивные головки идеально подходят для использования в винчестерах малого форм-фактора, поскольку они не только обеспечивают более высокую удельную плотность записи, но и нечувствительны к линейной скорости носителя.
В результате Важность реализации в винчестерах преимуществ магниторезистивных головок еще не означает необходимости отказаться от обычных тонкопленочных индуктивных головок. На самом деле и у них имеется существенный потенциал повышения удельной плотности записи информации.
Поэтому многие производители винчестеров, включая и Seagate, поддерживают тонкопленочные технологии "под парами", включившись в гонку по применению и совершенствованию магниторезистивных головок.
Как ни крути, а магниторезистивные головки представляют собой не более чем одну из передовых технологий магнитной массовой памяти, и совершенно отказываться из-за нее от других не имеет смысла.
С другой стороны, на создание магниторезистивной технологии компания Seagate потратила свыше десяти лет. Затраты окупаются, поскольку магниторезистивные головки изначально обладают множеством характерных особенностей, делающих их привлекательными для других производителей жестких дисков, то есть самостоятельным товаром.
Сочетая возможность заметного увеличения удельной плотности записи с невосприимчивостью к скорости вращения носителя, магниторезистивные головки представляют самую передовую на сегодня технологию для магнитной записи. Продолжая совершенствовать именно их, компании - производители винчестеров рассчитывают подготовить новые поколения продуктов, которые удовлетворят завтрашним требованиям компьютерной индустрии к емкости, габаритам и производительности массовой памяти.
Роман Соболенко, по материалам Seagate
Для промышленности средств массовой памяти таким революционным усовершенствованием технологии накопителей на жестких магнитных дисках стала разработка магниторезистивных головок чтения.
Магниторезистивные головки дали возможность производителям винчестеров значительно увеличить емкость накопителей, не принося при этом в жертву производительность и практически не увеличивая стоимость. Более того, магниторезистивные головки обладают уникальными свойствами, которые делают их применение особенно привлекательным для дисковых накопителей малого форм-фактора.
Индустрия массовой памяти с момента зарождения в 1955 году постоянно стремится к наращиванию производительности и емкости дисковых накопителей, чтобы удовлетворить ненасытную потребность в гигабайтах новых компьютеров и программного обеспечения.
Каждый год удельная плотность записи для жестких дисков (измеряемая в мегабитах на квадратный дюйм) увеличивалась в среднем на 27%, а в последние годы рост составляет 60%. В результате сегодня удельная плотность записи вплотную приблизилась к 1 гигабиту данных на квадратный дюйм дисковой поверхности, а к началу следующего тысячелетия, согласно прогнозам, составит 10 гигабит/кв.дюйм.
Стремление сохранить максимальное количество данных в накопителе наименьшего возможного размера на сегодня довлеет над индустрией массовой памяти, и магниторезистивные головки стали одним из важнейших ускорителей на пути к достижению заветной цели.
Магниторезистивный эффект В большинстве выпускаемых сегодня дисковых накопителей все еще используются проверенные временем индуктивные тонкопленочные записывающие головки. По сути своей они идентичны магнитным головкам в кассетном аудиомагнитофоне, в котором считывающий элемент головки (обмотка) реагирует на изменения магнитного потока на записываемой поверхности носителя. Когда обычная тонкопленочная индуктивная головка проходит сквозь магнитное поле носителя информации, в ее обмотке генерируется слабый сигнал, который затем усиливается, пропускается через фильтры и преобразуется в цифровую форму электронными устройствами, размещенными на печатной плате винчестера.
Магниторезистивные головки работают по совсем другому физическому принципу, называемому анизотропным магниторезистивным эффектом. Это явление было открыто лордом Кельвином еще в 1857 году. Состоит оно в том, что сопротивление электрическому току в некоторых металлах изменяется, когда они попадают в магнитное поле. Это качество ферромагнитных сплавов и используется сегодня для создания считывающих элементов магниторезистивных головок винчестеров.
Чтение информации с носителя сопровождается в таких головках постоянным прохождением небольшого тока через считывающий элемент головки. Когда головка проходит сквозь магнитное поле носителя, сопротивление ее изменяется, что отражается на величине проходящего через нее тока и используется для воспроизведения записанной на дисках информации.
Повышенная плотность записи Громадное преимущество магниторезистивных головок заключается в том, что они обеспечивают увеличение удельной плотности записи данных. Это в основном связано со способностью магниторезистивных головок считывать сигналы, когда биты записаны намного плотнее, чем требуется для уверенной работы индуктивных головок. Они также отличаются лучшей избирательностью по отношению к битам, записанным на соседних треках, что позволяет расположить треки поближе друг к другу.
Данные достоинства и позволили разработать накопители на жестких дисках с недостижимой ранее удельной плотностью записи информации, на которые в последнее время ощущается такой большой спрос. В частности, компания Seagate Technology выпустила уже второе поколение тонкопленочных магниторезистивных головок, которые позволяют на 30% увеличить плотность записи треков и на 15% - самих битов информации.
Другие преимущества Множество проблем, с которыми сегодня сражаются разработчики винчестеров, крутится вокруг ограничений и недостатков, свойственных традиционным индуктивным тонкопленочным головкам.
Во-первых, индуктивные головки имеют неприятный побочный эффект - они создают тонкие впадины по обе стороны от пиков сигнала. Этот эффект присущ всем без исключения традиционным индуктивным головкам и задает много работы электронике накопителя, которая с помощью специального фильтра вынуждена обрезать нежелательные впадины сигнала. В противоположность им магниторезистивные головки производят хорошей выпуклой формы сигнал без каких-либо впадин, что упрощает как конструирование, так и реализацию электронной схемы накопителя.
Во-вторых, традиционные тонкопленочные индуктивные головки восприимчивы к скорости вращения магнитного носителя. Другими словами, правильная их работа возможна, когда диск вращается с требуемой линейной скоростью. Это оказывается существенным ограничением при разработке накопителей малого форм-фактора.
При уменьшении диаметра дисков линейная скорость также уменьшается, хотя скорость вращения шпинделя остается постоянной. При снижении линейной скорости для традиционных индуктивных головок наступают тяжелые времена, так как сила генерируемого ими сигнала напрямую зависит от скорости прохождения головки сквозь магнитное поле носителя.
А магниторезистивные головки нечувствительны к скорости. По сути заложенного в их конструкцию эффекта они абсолютно одинаково работают независимо от того, с какой скоростью вращаются дисковые пластины винчестера. Особенную выгоду можно извлечь из этого факта при создании высокоемких накопителей 2.5-дюймового или еще меньшего форм-фактора.
Таким образом, магниторезистивные головки идеально подходят для использования в винчестерах малого форм-фактора, поскольку они не только обеспечивают более высокую удельную плотность записи, но и нечувствительны к линейной скорости носителя.
В результате Важность реализации в винчестерах преимуществ магниторезистивных головок еще не означает необходимости отказаться от обычных тонкопленочных индуктивных головок. На самом деле и у них имеется существенный потенциал повышения удельной плотности записи информации.
Поэтому многие производители винчестеров, включая и Seagate, поддерживают тонкопленочные технологии "под парами", включившись в гонку по применению и совершенствованию магниторезистивных головок.
Как ни крути, а магниторезистивные головки представляют собой не более чем одну из передовых технологий магнитной массовой памяти, и совершенно отказываться из-за нее от других не имеет смысла.
С другой стороны, на создание магниторезистивной технологии компания Seagate потратила свыше десяти лет. Затраты окупаются, поскольку магниторезистивные головки изначально обладают множеством характерных особенностей, делающих их привлекательными для других производителей жестких дисков, то есть самостоятельным товаром.
Сочетая возможность заметного увеличения удельной плотности записи с невосприимчивостью к скорости вращения носителя, магниторезистивные головки представляют самую передовую на сегодня технологию для магнитной записи. Продолжая совершенствовать именно их, компании - производители винчестеров рассчитывают подготовить новые поколения продуктов, которые удовлетворят завтрашним требованиям компьютерной индустрии к емкости, габаритам и производительности массовой памяти.
Роман Соболенко, по материалам Seagate
Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 39 за 1997 год в рубрике hard :: hdd
