Магнитная запись: одна гранула — один бит?

23 июля 2013 г., 9:35

Численная симуляция показала, как избежать несовершенства в следующем поколении высокоплотных устройств хранения.

Мария Ю Линь (Maria Yu Lin) с сотрудниками из A*STAR Data Storage Institute, Сингапур, установила некоторые важные принципы проектирования среды записи с битовым шаблоном (Bit Patterned Media Recording, BPMR) — высокоплотной магнитной системы записи, которая может появиться в будущем.

В традиционных жестких дисках один бит данных хранится на непрерывной магнитной среде, содержащей множество «гранул». Однако количество (приблизительно 10-15) и размер этих гранул (около 6-10 нм) ограничивает максимальную плотность хранения цифровых данных. Техника BPMR предлагает намного большую емкость хранения данных на правильно расположенном массиве магнитных островков, состоящих из единственной гранулы.

«Для записи данных на непрерывной магнитной среде необходимо использовать несколько гранул на один бит, — объяснила Ю Линь. — В идеале, в среде с битовым шаблоном можно хранить один бит на одной грануле, потому что магнитные ячейки располагаются в виде изолированных и упорядоченных массивов, известных как «островки».

Однако ряд технических трудностей препятствует использованию BPMR в компьютерных жестких дисках. Одна из проблем заключается в том, что островки разделяются немагнитными промежутками — только 25-65% поверхности является магнитной. Данные могут быть записаны только в том случае, когда пишущая головка располагается над островком на вращающемся диске. Поэтому процесс записи должен синхронизироваться с расположением магнитных островков. Однако производственные дефекты, флуктуации скорости вращения диска и колебания могут вызвать временные несовмещения положений, которые, в свою очередь, приведут к ошибкам записи.

Один из способов определять точные моменты записи заключается в наличии дополнительной информации на диске, которая сообщала бы головке записи ее точное положение. Это требует введения секторов синхронизации и информацию для исправления ошибок. Однако эта информация уменьшает емкость дискового пространства. Ю Линь с сотрудниками использовали компьютерную симуляцию, чтобы теоретически проанализировать оптимальное количество синхронизирующих секторов. Они также проанализировали, как дополнительная информация должна учитывать вариации в скорости вращения диска. Исследования проводились на шпиндельном устройстве с большими, средними, малыми и нулевыми вариациями скорости вращения.

«Анализ показал, что объем дополнительной информации, необходимой для синхронизации и коррекции ошибок при средних вариациях изменения скорости вращения мотора, составляет 11,75%, — сказала Ю Линь. — По сравнению с потенциальной выгодой в терминах плотности записи данных, которую дает эта технология, такие накладные расходы вполне приемлемы».

Магнитная запись одна гранула – один бит?