Самарский портал "Технологии, компьютеры"

Напомню, что 26 сентября 2006 года в отеле «Ренессанс-Самара» состоялось мероприятие Hitachi Global Storage Technology, посвящённое 50-летнему юбилею создания жёсткого диска и открытию представительства Hitachi GST в России.

Наверное, жёсткий магнитный диск – это самый долгоживущий компьютерный компонент. И уж не наверное, а точно – меньше всего изменившийся с момента своего появления. Внешние отличия, конечно, огромные. Диск IBM RAMAC модель 305, представленный «Голубым гигантом» 13 сентября 1956 года состоял из 50 пластин диаметром 60 см и имел общую ёмкость 5 Мб (полтора килобита на квадратный дюйм). Стоимость каждого мегабайта оценивалась в $10000. Кроме шпинделя с пластинами, естественно, были ещё и головки, и рама, на которой всё это крепилось, и мощный трёхфазный электродвигатель. По размеру получалось что-то вроде двух хороших холодильников. Но вот принцип действия этого устройства и все его компоненты благополучно дожили до наших дней и продолжают эволюционно развиваться. Надо сказать, что мониторов и клавиатур тогда вообще не было, а от «принтеров» того времени, коими были приспособленные пишущие машинки, нынешние не унаследовали вообще ничего!

Hitachi GST была образована в январе 2003 года путём слияния соответствующих подразделений фирм Hitachi и IBM. И хотя подразделение IBM было, мягко говоря, покрупнее, было принято решение, что жить новая фирма будет под брендом Hitachi. Hitachi выложила $2 млрд за IBM Hard Drive Business, а уже в 2005 году оборот Hitachi GST составил $4,5 млрд. Сам бренд Hitachi – это такой большой зонтик, под которым собрано 947 юридических лиц, общий оборот Hitachi Corporation в том же 2005 году составил $ 84 млрд. У нас вы можете увидеть экскаваторы и телевизоры Hitachi, в Западной Европе ходят электрички Hitachi. В «маленькой» Hitachi GST работает 27000 сотрудников, штаб-квартира находится в Сан-Хосе, штат Калифорния, США.

Заглянув ещё глубже в историю, мы увидим, что сама магнитная запись была изобретена в 1898 году датским учёным Вальдемаром Пулсеном. В его аппаратах носителем была проволока. Но проволока, как и лента, требуют большого времени доступа: домотать их до нужного места быстро не получится. Дисковый привод работает сразу по двум координатам: это вращение пластин и перемещение головок. Поэтому в дисковом приводе выход на нужное место занимает доли секунды.

В первых проволочных магнитофонах полюса головки охватывали носитель, поэтому применялась поперечная запись. Охватывать головкой ленту или диск было неудобно, поэтому полюса магнитов располагались с одной стороны носителя. Повышение плотности записи достигалось совершенствованием материала носителя и уменьшением зазора между полюсами. Несколько лет назад производители дисков подошли к физическому пределу этой технологии, и тут оказалось, что проблему решает переход к старой доброй перпендикулярной записи, разумеется, с некоторыми усовершенствованиями. Магнитная головка, как и при продольной записи, находится с одной стороны носителя, но имеет «острый» и «тупой» полюса. Плотные силовые линии, стекающие с «острого» полюса, производят запись, растекаются по магнитомягкой подложке и в разреженном состоянии возвращаются к «тупому» полюсу. Причём разрежены они настолько, что уже не в состоянии перемагнитить носитель. На графике видно, что перпендикулярная запись обеспечивает нам ещё несколько лет роста плотности информации и, соответственно, ёмкости дисков. В дальнейшем ожидается возврат к ещё одной «устаревшей» технологии: это термоассистируемая запись, применяемая в ушедших на покой магнитооптических приводах. В этих устройствах перемагничивание носителя происходит на маленькой площади, нагреваемой ассистирующим магнитной головке лазером. Обещаны 50 терабайт для десктопного диска 3½" и 12 терабайт для ноутбучного формфактора 2½". Конечно, повышение ёмкости дисков достигается не только принципиальными изменениями конструкции. Например, головки фирма Hitachi делает из специального иридиево-марганцево-хромового (IrMnCr) сплава с последующим хромированием и финальным рутениевым напылением в сверхтемпературных плавильных печах с высокой напряжённостью поля. Штриховые меры в подземной мерительной лаборатории Куйбышевского завода координатно-расточных станков с целью минимизации тепловых деформаций изготавливались тоже из сплава на основе иридия, что обеспечивало станкам точность в доли микрона. Однако станки эксплуатировались при температуре 20±2°С, а некоторые диски Hitachi могут эксплуатироваться в диапазоне температур от -30°С до +85°С, поэтому применение материалов с низким коэффициентом температурного расширения здесь не менее важно, чем в высокоточных станках. Кроме температурных деформаций такие перепады вызывают также повышенную влажность, вплоть до выпадения росы. Кроме того, есть регионы, где влажность постоянно держится около 100%. Вот поэтому надёжное антикоррозийное покрытие также необходимо.

Конечно, аналогии всегда хромают, но иногда оставляют сильное впечатление. Как, например, сравнение головки диска с самолётом. Действительно, это просто чудо, как головка летит над диском на неосязаемой высоте и не задевает за него даже при движении ноутбука или плеера.

Немного о технологиях, которые фирма Hitachi развивает сегодня и на основе которых намеревается выпускать следующие поколения дисков. Прежде всего, это паттернированные носители, в которых сотни малых зёрен для записи каждого бита информации заменены одним крупным зерном. После этого дополнительно необходима обработка поверхности диска при помощи мастер-штампа. Надо сказать, что и эта технология знакома в Самаре: на СНТК им. Н.Д.Кузнецова выращивались монокристалличесие (состоящие из одного зерна) лопатки авиадвигателей. Конечно, вырастить такой огромный кристалл намного сложнее, чем малюсенькие паттерны на диске, но для диска большее значение имеет ценовой фактор. Поэтому основная задача, стоящая перед изготовителем – производство недорогого и надёжного диска в промышленных масштабах.

Термоассистирующая запись имеет ещё больше отличий от традиционной технологии, поскольку здесь применяется комбинация магнитной записи с локальным лазерным нагревом перемагничиваемой области. Покрытие диска имеет различную коэрцитивность при различных температурах. Нагрев понижает коэрцитивность материала, облегчая запись, а при обычной температуре она достаточно высока. Очевидно, что повышение коэрцитивности улучшает стабильность хранения информации, в том числе снижает зависимость от внешних магнитных полей. Для развития этой технологии фирма Hitachi основные ресурсы сейчас вкладывает в разработку материала носителя (он должен обладать стабильными характеристиками в течение длительного времени и множества циклов записи, быть достаточно дёшевым и технологичным, иметь определённые термодинамические и механические характеристики и т.д.) и интеграцию оптики в записывающую головку (а здесь нужно добиться стабильной фокусировки при изменении высоты полёта головки, решить проблемы теплоотвода, компенсации возрастающей массы головки, изменения её аэродинамических характеристик и решить множество других, на первый взгляд совсем не очевидных, задач...).