А что потом?
В последние годы накопители на жестких дисках развиваются исключительно экстенсивно - растут объемы, увеличивается теоретическая скорость обмена данными, но сама технология магнитной записи, используемая в современных винчестерах, принципиально не меняется. Поэтому, как бы ни старались производители, любая технология все же имеет свой предел. Используемый в настоящее время способ продольной магнитной записи, заключающийся в намагничивании диска параллельно его поверхности, практически исчерпал свои возможности и не в состоянии обеспечить былые темпы роста производительности накопителей. По словам вице-президента компании Seagate Гари Джентри, темпы роста производительности НЖМД сократились с 100 до 60%. Это вынудило разработчиков искать новые технологии, наиболее перспективной среди которых на данном этапе считается технология перпендикулярной записи. Такая идея появилась еще 20 лет назад, но из-за своей сложности и по сей день не нашла воплощения. Суть ее заключается в том, что намагничивание поверхности пластины происходит под прямым углом к касательной плоскости - это теоретически позволяет увеличить плотность записи до 1 Тбита на квадратный дюйм.
Однако в отличие от традиционной продольной записи, новая технология пока не может похвастать надежностью построенных с ее применением накопителей, да и стоимость винчестеров нового поколения вряд ли будет низкой. Из-за затрат по переводу производственных линий носителей и головок чтения/записи на новую технологию, стоимость устройств на ее базе не позволит на первом этапе создавать массовые устройства. Поэтому первые коммерческие экземпляры новых дисков появится на рынке не раньше чем через три года, как раз к тому времени, когда традиционный продольный способ записи достигнет своего физического предела плотности, который оценивается специалистами приблизительно в 200 Гбит на квадратный дюйм.
С другой стороны, специалисты компании Maxtor считают, что носители с перпендикулярной схемой записи (perpendicular recording medium - PMR) можно создавать и на имеющемся оборудовании. Кроме того, при использовании технологии, разработанной дочерней фирмой Maxtor, MMC Technology, производственные затраты при создании PMR-накопителей вполне сопоставимы с затратами при изготовлении традиционных дисков с продольной записью.
Интересно, что решение от MMC Technology, при наличии PMR-головок чтения/записи с соответствующими возможностями, позволяет добиться плотности размещения информации до 175 Гбайт на стандартной 3,5-дюймовой пластине (в сравнении с нынешними 80 Гбайт). Достигается это за счет уменьшения размеров зерен в рабочем слое с 8 до 6 нм, с помощью перпендикулярного метода.
Впрочем, сильного прироста быстродействия от внедрения технологии перпендикулярной записи не последует. Дело в том, что в основу новых жестких дисков все равно будет положен прежний принцип магнитной записи, уходящий корнями в 70-е годы прошлого века, когда компания IBM разработала и создала первый винчестер. Это в итоге, так или иначе, наложит на новые устройства определенные ограничения в плане производительности.
Однако как бы то ни было, но революции в области хранения информации не миновать. И по мнению ученых революционная ситуация уже назрела, поскольку в настоящее время найден целый ряд новых магнитных материалов, которые смогли бы заменить стандартные алюминиевые пластины современных жестких дисков. Так, группа исследователей из Швейцарии, Италии, Франции и Германии сообщила о наблюдении рекордно высокого уровня энергии магнитной анизотропии (MAE) в кобальте на платиновой подложке, превысившей 9 мэВ. Этот результат, уверены ученые, поможет лучше понять суть явлений магнетизма в молекулярном масштабе и создать новые магнитные материалы для носителей информации. Магнитная анизотропия характеризует степень упорядоченности магнитных моментов атомов. Обычно чем больше величина энергии магнитной анизотропии, тем выше намагниченность. В эксперименте использовался тонкий слой кобальта, нанесенный на платиновую подложку с применением молекулярной эпитаксии (метода синтеза модулированных структур). Для определения энергии магнитной анизотропии к образцу прикладывалось поле до 7 Тесла, после чего измерялась величина остаточной намагниченности. Величина MAE в эксперименте составила 9,3 +/- 1,6 мэВ, что примерно в 200 раз больше, чем в обычном кристаллическом состоянии кобальта. Кстати, энергия магнитной анизотропии у самаристого кобальта, применяемого в так называемых постоянных магнитах, составляет около 1,8 мэВ на атом. Высокая энергия магнитной анизотропии позволяет значительно уменьшить количество атомов, участвующих в формировании намагниченности, различимой считывающим устройством. Если сейчас требуется около 100000 атомов на бит, то для нового материала - несколько сотен, а значит, возможно существенное увеличение плотности записи информации.
Еще одно исследование возможности записи на молекулярно-атомарном уровне было проведено американскими специалистами из Университета штата Оклахома. Авторы открытия, среди которых есть и российские ученые, надеются, что когда-нибудь их достижение поможет высвободить гигантскую емкость для хранения данных, скрывающуюся в молекулах. Этой группе исследователей удалось зафиксировать в молекуле изображение размером 32х32 пикселя, а затем извлечь его. Это изображение размером 1024 бит стало самым крупным набором данных, записанным и считанным на молекуле. Молекулы способны хранить информацию, благодаря существованию спинового поля у атомов. Если удастся точно управлять состоянием спина атомов в течение достаточно продолжительного времени, то можно создать запоминающее устройство гигантской емкости. Например, в молекуле, используемой исследователями из Университета Оклахомы, содержится всего 19 атомов водорода, но разнообразие сочетаний спинов этих атомов создает возможность для записи единиц и нулей. Ученые из Университета Оклахомы применили в своем эксперименте новый способ записи данных в молекулу, более эффективный по сравнению с другими известными методами. Они меняли состояния спинов атомов в опытной молекуле, воздействуя на нее радиоизлучением, а затем фиксировали эти состояния на некоторое ограниченное время. Данный метод предусматривает помещение опытного материала в ядерно-магниторезонансный спектрометр и воздействие на него двумя следующими друг за другом импульсами радиоволн. Второй импульс, по утверждению ученых, создает читабельную частоту с достаточно высоким разрешением, что позволяет фиксировать и воспроизводить тестовое изображение.
Однако прежде чем появится возможность использовать молекулы в качестве носителя, необходимо решить ряд серьезных проблем, одна из которых - срок жизни отпечатка. Например, ученым из Университета Оклахомы удалось поддерживать неизменное состояние спинов атомов в течение всего десятой доли секунды. К тому же, чтобы компенсировать чрезвычайную слабость сигнала, экспериментаторам пришлось записывать и считывать идентичную информацию в параллель на большом количестве молекул.
Еще один способ, при помощи которого емкость магнитных накопителей может быть увеличена в сотни раз, имеет отношение к так называемой наномагнитной памяти. Приставка "нано" в данном случае говорит о том, что интерпретаторы двоичной системы счисления будут функционировать на базе частиц размером всего 10 нм. Над наномагнитными технологиями ведут работы многие исследователи, в том числе и в компаниях, производящих жесткие диски. Одной из самых интересных разработок в этой области является наномагнитная память, предложенная британской фирмой Nanomagnetics.
Разработанная этой фирмой технология основана на применении белка апоферритина, участвующего в переносе железа в живых организмах. Молекула апоферритина имеет форму полой сферы диаметром 12 нм. Внутри этой сферы находится полость диаметром 8 нм - именно там могут связываться частицы железа. Если железо находится внутри полости, то соединение называют ферритином. Фирма Nanomagnetics предложила технологию превращения ферритина в материал DataInk, который можно использовать в качестве магнитного покрытия жестких дисков. Чтобы превратить ферритин в DataInk его вначале обрабатывают раствором кислоты, для удаления связанного железа. Затем очищенный от железа белок обрабатывают другим раствором, в результате чего в полости проникают частицы магнитного платинокобальтового сплава. Частицы этого сплава и являются носителями информации.
Полученный раствор напыляют на пластину жесткого диска и подвергают высокотемпературной обработке. В результате частицы плотно упаковываются на поверхности диска, образуя единый слой магнитного материала. Кроме того, в результате прокаливания внешняя оболочка частиц превращается в углерод. В настоящее время плотность записи информации на дисках на базе DataInk составляет около 450 Гбит/см2. В перспективе эту величину планируют довести до 3000 и даже 5000 Гбит/см2. Впрочем, на пути исследователей есть немало препятствий. В частности, систему чтения и записи информации на такой диск еще только предстоит разработать. Остается острой и проблема однородного расположения магнитных частиц, которые часто ориентированы в разные стороны, из-за чего не все из них работают как ячейки памяти. Тем не менее, в Nanomagnetics продолжают создание и патентование наномагнитных технологий и надеются, что в будущем их лицензируют компании, работающие на рынке систем хранения информации.
