硬盘的秘密－－技术篇

　　三、硬盘新技术

　　随着个人电脑技术的飞速发展，在PC机中占重要地位的硬盘当然也不甘落后，硬盘 所采用的新技术十分引人注目。总的来说，目前硬盘技术的发展主要集中在速度、容量及可靠性三方面。Ultra－ATA/66接口、GMR巨磁阻技术和 S.M.A.R.T自我监测分析和报告技术等各项技术已普遍为各大硬盘制造商所采用，这使得硬盘在传输率、单片存储容量和监测预告技术上较以往有了很大提 高。目前新型的硬盘技术主要有以下方面：

　　1、更高的主轴电机转速。

　　目前大多数硬盘的主轴电机转速一般都在5400转以上。理论上来说,转速越快, 硬盘的速度越快,但提高转速受到散热、稳定性等多方面的制约,因此硬盘转速的提高是有限度的。E-IDE接口硬盘大约会以7200转/分为限。随着硬盘转 速的提高,平均等待时间和平均寻道时间随之下降,平均寻道时间缩短到9ms以下。而SCSI接口的硬盘转速已提高到12000转/分以上。

　　2、ULTRADSP(超级数字信号处理器)的应用。

　　DSP每秒可以处理数以千万条指令,处理数学运算时较一般CPU快10～50 倍,MAXTOR在硬盘厂商中率先引入了此项技术,用于缩短硬盘的平均寻道时间,采用ULTTRADSP技术,其单一的DSP芯片可同时提供处理器及驱动 接口的双重功能,减少了其它电子零件的使用,可大幅度提高硬盘的速度可靠性。

　　3、高速缓存技术。

　　目前在硬盘上广泛采用了多段先行读出式超高速缓存器,多段先行读出式超高速缓存 器可在读出和先行读出作业中,数据被存入超高速缓存器中,主机不必通过磁盘驱动器便可以直接使用这些数据,由于每一段都可以用作一个独立的缓冲器,可以在 多任务环境中大大提高系统的吞吐性能。因此即使是E-IDE接口的硬盘,为了提高性能,最好也要拥有256KB的高速缓存。由于高速缓存可以提高硬盘性 能,所以随着硬盘容量的加大,高速缓存就显得越来越重要。目前一些硬盘上已经采用了高达2M的高速缓存。

　　4、硬盘内多盘片封装技术

　　当平均存取时间和记录密度一定时,盘片数加倍则单位区域内的容量加倍,移动磁头 寻道的可能性将减小,性能将提高。一般E-IDE接口的硬盘最多为四片盘。目前MAXTOR钻石9代的单张盘片(3.5英寸)容量达到10.08GB,如 使用四片盘,即可使容量达到40GB。

　　5、OAW技术

　　在传统磁盘技术发展的上存在一个“超顺磁极限”。传统磁记录驱动器的面记录密度 越来越大，当它达到20～40Gb／平方英寸时，磁盘上的磁介质就无法保持稳定的磁畴，这就是传统磁盘技术发展的理论极限。但信息技术发展对信息存储的要 求却没有极限。著名硬盘厂商Seagate从去年夏天起就大力开发下一代的存储解决方案，名曰光助温盘(OAW)技术。OAW技术达到的面记录密度远高于 今天的硬盘驱动器，最终将突破超顺磁极限即传统磁技术的面记录密度的理论极限。OAW技术在驱动器业界首次把光技术、磁技术和通信技术集成在一起，构成新 一类的经济实惠的高容量驱动器产品。预计在下一个10年之初，OAW技术就能突破超顺磁级所限制的驱动器性能。OAW系统由：先进的光输送系统、独特的磁 头设计、全新的伺服系统、等新一代记录介质子系统组成。总而言之，OAW技术是一种可靠实用的技术，可望成为下世纪提高磁盘记录密度的新手段。

　　6、“温盘”(wetdisk)技术

　　当我们要把磁盘密度进一步增大，目前以金属薄膜盘片以及玻璃基片的“温盘技术” 便无能为力了。我们知道，当磁盘密度达到一定程度时，信号便会变得更加微弱，并且相邻信号之间的干扰也更为严重。要解决只能把磁头进一步贴近盘片，但目前 的磁头飞高已不到0.08微米，要进一步令磁头靠近盘片非常困难，因为这要克服磁头抖动及盘片细微凹凸等引起问题。为此，有人提出干脆把磁头紧贴磁盘 (Contactrecording)，就象录音机那样。但对盘片及磁头而言，这种接触是致命的，磁头与盘片会两败俱伤。于是，一种全新的盘片--“湿盘 ”(wetdisk)被提上的研发日程，“湿盘”可以最大限度地减少磁头与盘片的磨擦，但其中还有不少技术上与工艺上的问题有待解决。我们期待着这种新型 磁盘材料的早日问世。

　　7.PRML(Partial Response Maximum Likelyhood，局部响应最大相似)读取通道技术。

　　PRML技术最初只用在通信方面,用以解决误码率问题,该技术引入硬盘中后可有 效提高数据读取及传输效率,可使硬盘容量提高30%以上,据称第三代PRML读取通道可提供高达900MBPS的内部数据传输率。PRML技术可使盘片存 储更多的数据,因此既可提高单片硬盘的容量,又可加快数据传输率。PRML技术应用于硬盘信号读取时，能避免因磁道过窄造成的信号干扰，大幅度地提高盘片 的密度。同时由于磁盘密度的增大，磁头在相同时间内可以读取到更多的信号，使得读取速度得以提高。而通过最大相似原理的多点采样可以把磁头读取到的信号与 标准信号进行对比，以得出最匹配的信号再传送出去，从而大大地提高了数据读取的准确性。PRML技术的普遍采用，使硬盘的容量、速度、可靠性都有了不同程 度的提高。

　　8.新型磁头技术

　　(1)MR(MAGNETO-RESITIVEHEAD)

　　即磁阻磁头的简称。MR技术可以更高的实际记录密度、记录数据,从而增加硬盘容 量,提高数据吞吐率。目前的MR技术已有几代产品。MAXTOR的钻石三代/四代等均采用了最新的MR技术。磁阻磁头的工作原理是基于磁阻效应来工作的, 其核心是一小片金属材料,其电阻随磁场变化而变化,虽然其变化率不足2%,但因为磁阻元件连着一个非常灵敏的放大器,所以可测出该微小的电阻变化。MR技 术可使硬盘容量提高40%以上。

　  (2)GMR(GiantMagnetoresistive)

　　巨磁阻磁头GMR磁头与MR磁头一样，是利用特殊材料的电阻值随磁场变化的原理 来读取盘片上的数据，但是GMR磁头使用了磁阻效应更好的材料和多层薄膜结构，比MR磁头更为敏感，相同的磁场变化能引起更大的电阻值变化，从而可以实现 更高的存储密度，现有的MR磁头能够达到的盘片密度为3Gbit－5Gbit/in2(千兆位每平方英寸)，而GMR磁头可以达到 10Gbit－40Gbit/in2以上。目前GMR磁头已经处于成熟推广期，在今后的数年中，它将会逐步取代MR磁头，成为最流行的磁头技术。
阿尔卑斯电气公司2000年4月将批量生产记录密度高达15Gbit／吋2的GMR磁头。使用该磁头，一张3.5英寸的磁盘容量大约为20GB，2.5 英寸也可达到10GB的容量。 为了达到15Gbit／吋2，该公司改良了GMR磁头内部的spin valve旋转阀门膜(spin valve膜)，并在自由层中增加了导通层，采用了所谓的旋转过滤阀门膜。固定层采用的是多层式构造。 阿尔卑斯将通过GMR磁头的改良和TMR磁头两方面，将于2003年实现100Gbit／吋2磁头的实用化。

　  (3)TMR

　　TDK公司日前成功地试制了采用TMR薄膜的TMR(tunnelingmagnetoresisitive)磁头，并制造出硬盘设备。据悉，该TMR磁头的再生输出以及面密度均与GMR磁头相同。磁头结构与GRM磁头不同，但是详细信息尚未公开。

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