東芝一直致力于“微波輔助磁記錄(MAMR)技術(shù)”研發(fā)工作,該項(xiàng)技術(shù)是為提升機(jī)械式硬盤記錄密度的突破性技術(shù)之一,并于2021年推出了18TB容量的硬盤產(chǎn)品,該產(chǎn)品采用了“磁能量控制型-微波輔助記錄技術(shù)(FC-MAMR™)(*2)”(即使用自旋扭矩振蕩元件的輔助記錄技術(shù))。MAS-MAMR技術(shù)的原理是:通過微波局部的硬盤盤片來提高磁記錄密度,預(yù)估將超越FC- MAMR™的記錄密度,并已于近期實(shí)際驗(yàn)證中得到確認(rèn)。
為了驗(yàn)證MAS-MAMR的理論優(yōu)勢,東芝一直與硬盤盤片制造商——Showa Denko K.K.(昭和電工株式會社,以下簡稱“SDK”)和硬盤磁頭制造商——TDK Corporation(東京電氣化學(xué)株式會社,以下簡稱“TDK”)致力于該項(xiàng)技術(shù)的合作開發(fā)。三方合作最近在MAS-MAMR提升磁記錄性能的演示中取得了成果。
東芝計(jì)劃在2022年1月10日至14日召開的國際會議(2022 Joint MMM-INTERMAG Conference)上公布新開發(fā)的自旋扭矩振蕩元件,并介紹其振蕩特性。
開發(fā)背景
數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)數(shù)字化存儲是支持?jǐn)?shù)字化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型的現(xiàn)代信息基礎(chǔ)設(shè)施的支柱,而新冠疫情的全球蔓延令數(shù)字化存儲比以往更為重要。存儲需求呈持續(xù)的爆炸式增長,大規(guī)模云存儲和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心對存儲需求的推波助瀾,使得大容量近線硬盤市場提升,預(yù)估于 2025 年將增長到 175 億美元(*3)。而對存儲設(shè)備的需求不斷變化,也進(jìn)一步推動對機(jī)械硬盤容量需求的增長。
為了提高機(jī)械硬盤的記錄密度,需要同時實(shí)現(xiàn)三個相互沖突的目標(biāo):硬盤盤片中磁性顆粒的微細(xì)化、磁性顆粒的熱穩(wěn)定性、足夠的記錄能力。這被稱為“三難障礙”。硬盤盤片表面覆蓋著磁性顆粒(微細(xì)的磁體顆粒),并通過這些磁性顆粒的磁化方向來保存信息。記錄密度會隨著記錄位的微細(xì)化而增加,但尺寸縮小的磁性顆粒,將影響磁化的熱穩(wěn)定性。當(dāng)熱穩(wěn)定性失衡,可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。
在增加記錄密度的前提下,為了提高磁性顆粒的熱穩(wěn)定性,需要采用能夠保持磁化方向的高“矯頑力”材料。但是,如果增加“矯頑力”,記錄磁頭將無法產(chǎn)生足夠的磁場用于記錄,因此,需要采用新一代磁記錄技術(shù),即:通過外部施加能量的方式進(jìn)行輔助記錄。
為了突破三難障礙,各機(jī)構(gòu)正在研發(fā)新一代磁記錄技術(shù)。依據(jù)理論分析, MAS-MAMR可利用微波顯著提高記錄密度,而共振型微波輔助記錄效果(簡稱“MAS-MAMR效果”)對于記錄條件和提高磁記錄性能的效果,尚未得到證實(shí)。
本項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
東芝新開發(fā)了“雙振蕩型自旋扭矩振蕩元件”(dual FGL STO),該元件利用雙層微波磁場產(chǎn)生層進(jìn)行微波照射。此元件(STO)能夠利用較小的電流高效地產(chǎn)生微波,并進(jìn)行局部照射。通過將該元件集成到記錄磁頭中,可以提高M(jìn)AS-MAMR的記錄能力。
此次,為了驗(yàn)證MAS-MAMR的效果,東芝與SDK、TDK合作,由TDK負(fù)責(zé)開發(fā)用STO的新記錄磁頭,由SDK負(fù)責(zé)開發(fā)新型碟盤盤片,在兩家公司的協(xié)助下,東芝確認(rèn)了新開發(fā)的記錄磁頭上安裝STO后的穩(wěn)定振蕩效果。
之后,東芝將新開發(fā)的STO、記錄磁頭、記錄盤片集成在一起,確認(rèn)了MAS-MAMR的效果,并驗(yàn)證了MAS-MAMR具有提高記錄能力(*4)的效果(約提升6dB)。通過使用該項(xiàng)技術(shù),未來有望實(shí)現(xiàn)超過30TB的大容量近線HDD。
通過此次驗(yàn)證,MAS-MAMR作為新一代大容量記錄技術(shù),有望大幅提高記錄密度,無疑是在該研究領(lǐng)域向前邁進(jìn)了一大步。
圖1:雙振蕩型自旋扭矩振蕩元件(新開發(fā)的自旋扭矩振蕩元件)的構(gòu)成和振蕩頻譜
圖2:利用共振型微波輔助記錄技術(shù)(MAS-MAMR)提高記錄能力
未來展望
東芝的目標(biāo)是:利用該項(xiàng)技術(shù)盡早實(shí)現(xiàn)超30TB大容量近線硬盤的商用化。東芝將繼續(xù)開發(fā)MAMR技術(shù)(FC-MAMR™/MAS-MAMR),以擴(kuò)大現(xiàn)有近線硬盤的容量,同時,還將推進(jìn)熱輔助磁記錄技術(shù)(TAMR)開發(fā),以滿足更廣泛的市場存儲需求。
英文原版新聞,請參閱:https://www.global.toshiba/ww/technology/corporate/rdc/rd/topics/21/2112-03.html
*1 東芝調(diào)研,2021 年 12 月 24 日。
*2 FC-MAMRTM:Flux Control MAMR的縮寫。磁能量控制型微波輔助記錄。FC-MAMRTM是東芝電子元件與儲存裝置株式會社的商標(biāo)。
*3 資料來源:Techno Systems Research株式會社 HDD市場趨勢(年度報告)2021年12月
*4 評估覆蓋特性值。
Toshiba Storage Products 簡介
東芝電子元件及存儲裝置株式會社及其隸屬公司提供獨(dú)一無二的全球儲存解決方案,其硬盤產(chǎn)品帶動全球市場各種消費(fèi)性電子、計(jì)算機(jī)和汽車應(yīng)用產(chǎn)品,以及企業(yè)解決方案。Toshiba 是集開發(fā)、設(shè)計(jì)及制造于一體,消費(fèi)與企業(yè)型硬盤的領(lǐng)導(dǎo)廠商。Toshiba存儲系列與生俱來的優(yōu)質(zhì)工程和制造能力,讓 Toshiba 產(chǎn)品成為全球的創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)者。詳細(xì)信息請瀏覽https://toshiba-semicon-storage.com/cn/product/storage-products.html
臺灣東芝電子零組件股份有限公司(TET)簡介
臺灣東芝電子零組件股份有限公司(Toshiba Electronic Components Taiwan Corporation),負(fù)責(zé)東芝在臺灣、中國大陸、港澳及東南亞和南亞地區(qū)等國家的存儲產(chǎn)品及臺灣區(qū)半導(dǎo)體的業(yè)務(wù)推廣及支持。臺灣東芝電子零組件股份有限公司為筆記本電腦代工廠商、企業(yè)級服務(wù)器存儲商及渠道代理商的最佳合作伙伴,并以提供廠商最好的服務(wù)、最尖端的科技及最高質(zhì)量的產(chǎn)品為宗旨。更多信息,請參考東芝中文網(wǎng)站:http://toshiba-semicon-storage.com/cn/storage.html
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