透析硬盘尺寸微缩化发展关键

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作者: Yasushi Tanaka DIGITIMES

CNETNews.com.cn

2008-07-24 12:21:14

关键词: 容量 微缩化 希捷 硬盘

前言:早期硬盘多为大型企业的储存设备,将会访问下行传输速率 与不想受限顺序访问优势,多用于会计数据储存,但硬盘体积与单位储存成本绝非民众所能负担!70年代初期,一帮人将磁盘媒体与读/写头整合,让硬盘形状变更小,却具有更佳可靠度!此即为现今硬盘前身…

IBM将原有针对企业设计的硬盘雏形,加以改良再造,尝试将磁盘媒体与读/写头加以整合,并以研发代号“温切斯特(Winchester)”为这款新磁盘命名,从此随后 ,原本 可拆卸的磁盘组即改成密封盖形状,并与读/写头整合,以预防灰尘及其它外物进入机器内,更可改善硬盘可靠度。温切斯特硬盘每段的密封盖磁盘组采半透明设计,可不想能从组织组织结构都看其旋转盘片和读/写头,而成为工程师研究的好工具。

为扩充储存容量,研究人员致力改良伺服技术。原本 在迭起盘片的特定表外外皮记录服务器信息,现在则改将伺服信息嵌入于所有盘片表外外皮。此技术有2种名称:扇区伺服技术(sector servo)和嵌入式伺服技术(embedded servo)。

原本 的伺服技术将会易于控制,仍受小型硬盘采用;然而,多数大型磁录装置,已改采嵌入式伺服技术。将会此技术沿着圆周方向记录伺服信息,让决定读/写头位置的用户信息及服务器,有无相同读/写头和磁盘媒体上,但会 较能承受热及干扰影响。此外,此种技术所用的记录面,积较旧技术更小,而有更多空间可用于记录用户信息。然而,将会用户数据的读/写作业,非要与服务器数据相冲突,此2数据的读/写作业不能 隔开,这不能 使用较复杂的磁盘控制技术,其支持的CPU亦须具有相当能力的除理效能。

读取头技术大跃进

回顾硬盘在200年来的发展,会发现读取头技术的转变相当有趣。相信读者都听过佛莱铭(Fleming)右手定则:「在运转的磁铁旁放置线圈,就会产生电压。」当时,读取头技术,就是根据电磁感应原理研发。关键就在,该如可做出1小线圈?19200年,老出1革命性发展:以薄膜成型技术研发读/写头,取代过去缠绕电线制造线圈的老最好的土方法,这项新技术大幅缩小读/写头尺寸,且具备足够的输出电压,更使储存容量加倍。

在200年代,日本随后 开始广泛地将计算机应用于银行业及执行其它核心作业,如在大学入学考试采计算机卡片作答。那此组织组织结构磁录装置采薄膜读/写头技术,用于中央除理器(尺寸离米 大型美国双门电冰箱)。一帮人从杂志和电视上都看公司计算机室的模样,其地板上摆满数百台大型磁录装置。此时,单一台大型磁录装置,总算有无Gigabyte等级容量。

当硬盘遇见PC

200年代后期,随后 开始有中小企业办公室计算机及高效能工作站采用硬盘。盘片尺寸不断缩小,从14吋到9吋、8吋甚至5.25吋。5.25吋盘片问世后,硬盘随后 开始取代磁带与软盘驱动器。

希捷于19200年推出ST-2006业界第1台5.25吋硬盘,当时此款硬盘具备5MB储存容量。ST-2006你你这名 名称随后 ,成为将硬盘机连接至PC的接口标准。使用ST-2006界面须透过有一个多多控制器来控制硬盘,控制器挑选读/写头,传送脉冲讯号,以显示磁道,让读/写头执行搜寻作业,而主机控制器会对“搜寻完成”讯号进行确认。随着此种技术的研发,业界随后 开始将步进马达(stepping motor)用于读/写头定位机制;换句话说,马达转轴随着脉冲讯号移动,并执行磁道搜寻进程。以今日的标准而言,此装置的运作相当迟钝,但将会其读/写大幅超越软盘驱动器,并具备较大容量,进而逐渐获得用户广泛采纳。

而后老出较先进的ST-412及ESDI(加强版小型外围接口)…等接口标准。然而,即使到此阶段,仍需格外关注硬盘机组织组织结构形状与组态,确切掌握硬盘运作,不能充分运用硬盘。硬盘机组态已大幅复杂,必要的控制作业则由组织组织结构控制器操作。此时正是PC采用硬盘的初期阶段。资深工程师们我说曾在秋叶原二手店找到ST-2006或ESDI硬盘,并将其连接至日本热门的“国民计算机”(NEC PC-92001)上头。

此时,3家公司同時 建立1项新的接口标准:IDE(整合驱动电子接口)接口。此3家公司为硬盘制造商CDC (现为希捷)、Western Digital (当时专门研发控制硬盘机的组织组织结构控制IC)、和PC制造商康博(现为Hewlett Packard)。

现今ATA接口即以此IDE标准为基础。此接口发送指令至硬盘,并隐藏硬盘所有控制作业。换句话说,IDE将组织组织结构控制电路(ST-2006接口的时代所使用)整合至硬盘有有一种,并设定标准指令及响应模式。此接口厘清硬盘和主机所扮演的不同角色,建立有一个多多让硬盘和适配卡制造商皆可参与的基础平台。但将会此标准仍未趋稳固,而产生或多或少关于装置连接性及兼容性问題。

为除理此问題,1994年订定AT传输接口(ATA)标准。订定此标准后,即衍生出后续版本,如目前正着手研发的ATA-8标准。

图说:硬盘尺寸缩小,使其获办公室计算机及高效能工作站大幅采用,并随后 开始受PC业界青睐。(希捷)

硬盘制造商的族谱

200年前,IBM制造第1台硬盘机,在这200年间,有无或多或少硬盘制造商产生和消失。当年,日立(Hitachi)购并IBM硬盘事业,及希捷购并Maxtor的新闻,令人记忆犹新。创立希捷科技的Alan Shugart,过去曾在IBM参与IBM 2005 RAMAC研发,Western Digital原是1家半导体公司,专门研发硬盘的控制IC。

容量大,不能 更大

在90年代,3.5吋及2.5吋硬盘发展神速,成为桌上型和笔记本电脑的主要储存媒介,在此同時 ,厂商随后 开始生产大容量PC,一帮人再次将焦点放入读取头技术,欲藉此大幅提升硬盘容量,而研发出磁阻磁头(magnetic-resistive;MR)。新的磁头透过读取头,将磁场变化转为电阻的功能,产生更清晰且强大的讯号,远胜过传统薄膜线圈电磁感应技术效果。

欲达到此种磁阻效应,读/写头形状不能 非常薄。此元素制造过程和半导体制程类式,将会硬盘对于静电、高压、高温及湿度相当敏感,而需针对其配件作删剪检修,若要实现这项新技术,即须针对其支持进程调整,包括采取特殊最好的土方法预防静电,如教育组装人员静电的相关知识、穿戴防静电工作鞋、使用空气含晒 晒 离子的空调净化…等。硬盘制造商陆续随后 开始将MR磁头建置于容量高达1GB的3.5吋硬盘。

为增加磁录密度,实现更大容量,一帮人随后 开始研发具更高灵敏度的读取头,即为巨磁阻(Giant Magneto Resistive;GMR)读/写头。研发者变更MR磁头材料组成,并改良其堆栈架构,成功制创造创造发明“巨磁阻效应”,获得更高的输出。

今日,技术发展脚步不断前进,研发出采量子力学穿隧效应的穿隧磁阻(Tunnel Magneto Resistive;TMR)磁头。TMR磁头形状类式MR和GMR磁头,且结合了新概念。举例而言,其感应电流通过堆栈的盘片流动。

硬盘的写入头技术,在200年来并未有显著发展。电流通过线圈产生磁场,而将此磁场通过磁性物质,即可产生磁化作用。线圈制程不断进化,至今已制创造创造发明非常小的线圈;然而,经过200年,电磁的基本机制,却丝毫没法任何改变。

不过,磁性物质的磁化技术已在数年前老出重大进展,垂直录写技术(Perpendicular Magnetic Recording;PMR)将形状化的机制整合至磁性物质和磁盘媒体中,让写入头就像是磁盘媒体的一每段。此外,为实现PMR技术,写入头形状亦有了或多或少改良,PMR采用传统GMR和TMR磁头,且没法改变电磁线圈。

硬盘尺寸再缩小

一帮人从200年代的巨大磁录装置,回顾到至今3.5吋及2.5吋硬盘的发展。其中不变的研发方向,就是提高容量和缩小尺寸,既然没法,一帮人有无还能研发出更高容量且更小尺寸的硬盘?无庸置疑的是,硬盘的容量将不断增加。储存容量增加,随之发展出或多或少新应用。磁录密度越高,容量亦随之增加;但会 ,现有技术已可在不影响容量情况表下缩小尺寸,换句话说,硬盘尺寸将更趋于迷你。

构型(form factor)指固定的尺寸,如3.5吋和2.5吋硬盘,硬盘制造商正积极开发更小的硬盘,如1.8吋、1吋甚至0.85吋,以上规格可说是如今硬盘尺寸的极限了,原非要3.5吋规格的高效能10,000转和15,000转企业硬盘,现已可应用于2.5吋规格中。硬盘尺寸的缩小,可协助减少功耗及所占空间。

未来,硬盘将不断朝着更大容量、更低功耗及更小体积来发展。(本文作者Yasushi Tanaka/希捷科技应用工程部门工程总监)

图说:硬盘尺寸目前已可做到如硬币般小巧。(刘家任摄)

图说:硬盘外观构型,不断挑战物理极限,体积愈来愈小。(刘家任摄)



 

图说:硬盘。(刘家任摄)