從大數據和其他大型數據生成應用領域獲得的價值和情報，既為企業開創了擴大硬盤容量的戰略機遇，也激化了我們在若干年前就已經開始著手應對的挑戰。在成功開發第四代氦氣硬盤後，我們即意識到，現有的垂直磁記錄（PMR）技術可能無法獲得更多的硬盤容量提升，於是我們很早就投入了多種的技術研發，以期能夠擴大硬盤容量。現在看來，我們的這一決定非常明智併為未來發展鋪平了道路，我們可以將大馬士革磁頭製造技術和能量輔助磁記錄技術相結合，用來增加PMR硬盤的容量。
由於磁頭組件會影響硬盤擴容，因此，如果寫入磁頭過大，則很難產增加面密度（即沿磁道的每英寸位數（BPI）乘以每英寸磁道數（TPI）所得結果）所需的較小磁道。每英寸磁道數越多，面密度就越大，磁盤表面可用的每平方英寸容量就越大。由於尺寸縮放受到磁道長度寫入性能的限制，為了擴大容量，需要引入一個窄小可靠且間距更小的寫入磁頭，以容納較小的磁道。
我們將採用大馬士革工藝生產的寫入磁頭與微驅動設計相結合，獲得了優於以往乾式磁極頭工藝的每英寸磁道數，提升了寫入性能，可以更好地控制磁頭幾何形狀和製造工藝公差，改善了磁頭尺寸的縮放，並大幅減少了相鄰磁道干擾（ATI）。由此，我們不僅可以大幅提升可利用磁道密度，而且提升了磁頭質量和相關產量。藉助大馬士革製造工藝將多層材料沉積並鍍在磁頭部位，可以更好地控制磁頭形狀和尺寸，還可使用極薄的多層材料來製成複雜的磁頭結構，無論何種形狀都可製作。
下一波硬盤擴容
隨著移動設備和物聯網（IoT）設備產生的數據洪流達到新的水平，硬盤在近期需要進一步擴大容量並獲得更多的技術投資，與此同時，硬盤還將在未來的10-15年內繼續為企業創造數十億美元的發展機遇。硬盤擴容的下一步是需要減小介質顆粒的尺寸，並使用較小的磁頭來磁化顆粒。大馬士革工藝旨在生產出更窄小的磁頭，使得每個微小磁化顆粒可以向上或向下對齊，以便執行寫入操作。
在開發窄小的寫入磁頭的過程中，難點在於較小尺寸的磁頭能否產生足夠的磁場使磁體向上或向下翻轉。如果能量勢壘過低，則磁性膜介質容易受到磁盤上的熱不穩定性影響，並且磁體可能無意中自行翻轉，從而失去數據的完整性。要想增加磁盤容量，存儲介質所具有的能量勢壘必須能夠克服熱不穩定性，此外，寫入磁頭必須要在進行寫入磁盤操作時協助降低能量勢壘。目前有兩種磁記錄技術正在開發之中，能夠通過熱輔助或微波輔助的方式實現能量提升，但是這兩種技術都需要克服一些困難。
每個比特都存儲在連續磁性膜內的磁性顆粒中。
想要增加磁盤容量，介質上的顆粒尺寸必須更小，還需要使用較小的磁頭來磁化顆粒。
微波輔助磁記錄（MAMR）技術概況：
MAMR技術利用由自旋力矩震盪器（STO）產生的微波場來提供能量輔助。雖然MAMR技術本身並不新穎，但使用自旋力矩震盪器生成磁場來翻轉硬盤中的磁體不僅具有創新性，而且對硬盤設計產生了變革性影響。
根據這種方法，自旋力矩震盪器位於磁頭的寫入磁極旁邊，可產生電磁場，從而在較弱的磁場中將數據寫入到介質中。微型自旋力矩震盪器嵌入在磁頭內部，不僅在磁頭組件設計方面取得突破，還可大幅增加容量並提升可靠性。
磁盤上的磁性顆粒與旋轉陀螺儀相類似，在沒有外部磁場作用的情況下，可以在向上或向下的方向上保持穩定。當沿著與磁體當前狀態相反的方向施加足夠的磁場時，磁極會在施加的磁場方向上翻轉。通過自旋力矩震盪器施加額外的磁場，可以在較弱的磁場條件下更快速地翻轉磁體。
內部測試表明，MAMR能量輔助與利用大馬士革工藝生產的磁頭相結合使用，能夠創造出比當前業界領先的PMR磁頭更多的容量提升，並具有更加廣闊的面密度增加前景。壽命可靠性測試表明，MAMR磁頭的平均無故障時間是熱輔助磁頭的一百倍。此外，我們還對多個磁頭進行了可靠性測試，99.99%的受試MAMR磁頭在寫入壽命小時數方面要優於99.99%的受試熱輔助磁頭好幾個數量級。學術研究還發現，MAMR能夠將面密度擴升到每平方英寸4Tb以上。
因此，為提高企業級硬盤存儲容量，我們將於2019年推出MAMR硬盤產品；與此同時，我們還將繼續投資於MAMR技術，充分利用現有的PMR能力以及經過實踐驗證的成功基礎架構。我們已經制定了一份技術路線圖，計劃推出多代超大容量企業級產品，在未來五年內將磁道密度擴展至100萬TPI以上。
熱輔助磁記錄（HAMR）技術概況：
過去10-15年間，業界對熱輔助磁記錄（HAMR）技術充滿期待，希望藉此開發出HAMR硬盤產品。然而時至今日，並無任何HAMR硬盤產品問世，這肯定是有原因的。HAMR技術的實施成本高昂，還存在技術複雜和可靠性方面的問題，因此在短期內難以實現產品化和批量生產。
該技術的原理是：將一個激光二極管直接置於寫入磁頭組件的前方，然後迅速地加熱高矯頑磁性的介質，這種介質只有經過加熱才能寫入數據；隨著激光二極管產生的高熱量減少，介質逐漸冷卻下來，介質的矯頑磁性增加，比特數據存儲到磁盤上，使得數據很難被意外刪除。
在每個硬盤磁頭組件中部署激光二極管不僅成本高昂，而且真正令人擔憂的是，在狹小的空間內產生高熱量會導致嚴重的可靠性問題。而且，在寫入磁頭或介質磨損用壞之前，介質可被加熱和寫入的次數是有限的。
激光二極管加熱後會產生高溫，必須使用昂貴的玻璃基板，無法使用如今超大容量企業級硬盤常用的高性價比鋁磁盤材料。此外，HAMR硬盤還需要使用新材料來塗覆介質，因而提升了技術和製造風險。鐵鉑材料之所以被選擇，是因為其具有可承受激光加熱的矯頑磁性和熱性能。目前我們使用的硬盤通常採用經過幾代強化的鈷鉑介質，並且是通過高效製造工藝加工而成。
要想使用HAMR技術來滿足當今數據中心的可靠性要求並製造出可行的高容量HAMR硬盤，我們還需要花費大量的時間來解決相關的技術難題。這些難題包括但不限於：利用激光二極管以可靠的方式加熱窄小的點，消除導致磁頭組件殘留的碳蒸汽沉積物，減少磁頭和介質的磨損等，而這樣一來，可能還需要對主機軟件進行更改。
結語：
我們評估認為，HAMR硬盤在短期內並不具備商業可行性，在未來幾年裡仍然需要解決許多工程、製造和可靠性方面的難題。根據我們的產品投資策略，我們還是會在未來繼續投資研發HAMR技術，但是與此同時，我們將致力於MAMR技術的開拓創新，據此開發新一代的超大容量企業級硬盤。MAMR是一種能量輔助磁記錄技術，能夠完美匹配我們的氦氣密封硬盤，因此我們認為，儘快實現MAMR產品化將帶來充足的增長空間，使我們能夠在未來十年甚至更長時間內提升企業能力。
作者簡介：Brendan Collins
Brendan Collins現任西部數據公司Device部門市場部副總裁，負責保障公司硬盤產品的創新性、高品質和競爭力，同時滿足從企業級電子產品到消費類電子產品應用領域客戶提出的各種需求。 Brendan Collins擁有超過20年的硬盤行業技術及管理經驗，曾擔任希捷科技企業市場開發總監和邁拓公司（被希捷收購）營銷副總裁，還曾在昆騰公司和數字設備公司的產品開發和製造工程部門擔任過管理職務。
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