当今计算机硬盘的发展趋势

计算机硬盘的发展趋势近年来，硬盘技术没有大的突破。产能的增加和性能的提升更多的是因为工艺水平的提高和设计能力的提升。不过，SATA接口已经成功取代PATA接口，10000 rpm桌面硬盘和SATA2接口已经开始崭露头角。但未来还需要更多的新技术逐步投入使用，不断提升硬盘的容量和速度。首先，新技术突破了硬盘容量的限制。毫无疑问，硬盘最重要的技术指标就是存储容量。大部分硬盘被淘汰，不是因为损坏或者速度不够，而是因为容量不够。硬盘容量发展的主线是记录密度的提升，这不仅使得硬盘容量的持续提升成为可能，而且在不增加转速的情况下提升了性能，同时也让小微硬盘的应用更加普及。虽然通过改进现有技术可以在一定程度上得到改善，但已经接近理论极限，因此需要有新的技术来支持记录密度的不断提高。未来将开发和应用新的磁头技术、新的记录介质技术、垂直记录技术和“HAMR”热磁技术。在这里，我们将谈谈这些新技术的具体情况。目前，巨磁电阻(GMR)磁头广泛应用于库宇7200.10 750GB硬盘的硬盘中，单机容量为188GB。利用磁电阻效应将磁盘上的磁信息识别为电阻，单个容量可以超过100GB，但很快就会达到极限。目前，新的磁头技术主要包括TMR磁头和CPP磁头。增加硬盘的记录密度不仅需要提高读取头的性能，而且当记录位减少时更容易受到噪声的影响。为了解决这种“磁跃迁”噪声，可以通过减小粒子尺寸和减小交叉面积来解决。此外，光盘不断得到改进，例如，通过减小记录层的膜厚度来降低粒子高度，从而不容易受到相邻记录位的影响。未来硬盘容量的增加会越来越慢。因为已经使用了具有最高磁场强度的磁体，所以在水平记录模式下，通过改进磁头和磁盘结构来提高记录密度正在接近磁体本身的极限。为了突破这一限制，可以采用垂直磁记录方法。通过使磁场垂直于磁盘表面，不仅可以进一步减小磁体的粒度，还可以保证一定的体积。这种方法的另一个效果是相邻记录位的磁场可以用来保持记录位的磁场稳定。作为未来的高密度技术，垂直磁记录受到了业界的高度期待。与水平记录模式不同，不需要将薄膜设计得很薄，还可以保证颗粒的大小，避免热搅动的影响。几年前提出的“湿盘”技术继续受到关注。当我们想进一步提高磁盘密度时，目前用金属薄膜磁盘和玻璃衬底的‘暖盘技术’无能为力。我们知道，当磁盘密度达到一定水平时，信号会变弱，相邻信号之间的干扰会变得更加严重。要解决这个问题，只能让磁头更靠近磁盘，但是目前磁头的飞行高度小于0.08微米，所以很难让磁头更靠近磁盘，因为需要克服磁头抖动和磁盘轻微凹凸带来的问题。为此，有人建议将磁头与磁盘紧密贴合，于是一种全新的磁盘技术“wetdisk”被提上研发日程。“湿盘可以最大限度地减少磁头和磁盘之间的摩擦，但仍有许多技术和工艺问题需要解决。我们期待着这种新的磁盘材料的早日出现。希捷今年发布了一项技术，可以在一平方英寸的介质上存储50TB的数据。有了这项技术，超大容量硬盘可能在不久的将来问世。这是热的技术 HAMR结合铁和铂粒子自对准的磁阵列技术，将磁记录的所谓超顺磁性极限提高100倍以上，最终实现每平方英寸50 TB的存储密度。具体来说，HAMR技术可以通过在将要记录数据位的位置用激光束精确地加热介质来容易地在介质上写入数据，并且可以通过快速冷却来稳定写入的数据，从而大大提高了盘区密度记录。二、串行接口技术的进一步发展由于SATA接口的诸多优势，今年得以顺利普及。预计寿命十年左右，计划推出三代产品。目前使用的SATA1.0提供150兆字节/秒的传输速度.SATA2.0可以提供300MB/s的传输速率，而SATA 3.0可以达到至少600MB/s的速度，并且还有一些其他的新功能，针对的是高端企业市场。要真正展现SATA接口的优势，人们期待具有SATA 2.0特性的硬盘的推出和应用[现正式更名为SATA Rev.2.5]。但由于种种原因，具备SATA 2.0特性的硬盘普及速度不够快。今年，市场上出现了一些带有“SATAII”接口的新硬盘。需要明确的是，SATA II并不是真正的具备SATA 2.0特性的硬盘。最引人注目的一点是它的接口速度保持在150 MB/s，众所周知，SATA硬盘分为Native和Bridge两种。使用桥接模式的SATA接口本质上还是PATA，实际性能受到一定影响。真正的原生串行硬盘是指接口速率为150MB/s，支持命令队列等新功能，采用真正的SATA控制器的产品。SATA II硬盘可以简单看作是从桥接模式到原生模式的升级。SATAII的代表产品是迈拓新推出的MaXLine III。这是迈拓首款真正的SATA接口硬盘，所以我们在这款产品上不会看到4针电源接口，只会使用符合SATA标准的15针电源接口。虽然接口速度依然保持在150MB/s，但这款硬盘采用了一些具有SATA2.0特性的新技术，其中最引人注目的就是Native Command queueing(NCQ)，可以消除硬盘的旋转延迟，最大限度地减少寻道距离。NCQ技术在SCSI硬盘上的广泛应用由来已久，但直到现在才正式引入ATA硬盘。MaXLine IIISATA Rev.2.5使用SATAII的真正开发不是在桌面平台，而是在企业应用。SAS(Serial Attached SCSI)技术将在服务器领域得到广泛应用，但由于SCSI Ultra640标准尚未被业界采用，相关厂商将SATA Rev.2.5作为SAS的一部分。长期以来，ATA在功能上仅被视为SCSI的一个子集，两者互不兼容。如今，SAS在硬件和软件上都涵盖了SATA。企业用户可以在同一环境中混合使用SAS和SATA驱动器，以保持性能和价格的平衡。SAS是SCSI，但它具有串行连接的特点。SAS技术将挑战光纤通道技术，使企业磁盘市场有了另一种选择。外接SATA接口今年也已初步开发，串行ATA技术在制定之初并未受到限制；使用机箱内的设备。目前，相关机构开始制定明确的外部SATA接口标准，包括：高速传输接口、无噪声干扰的电缆、简单的分层架构等一些参数。除了SATA，今年还开发了其他新的硬盘接口标准。英特尔于2004年秋季在英特尔信息技术峰会上推出了全新的CE-ATA接口。CE是消费电子产品的英文缩写。新规范在概念上类似于个人计算机和服务器硬盘的串行ATA接口。这意味着CE-ATA将取代并行接口和熟悉的带状电缆，使用小而细的电缆和连接器组成一个系列，所需的引脚数量也将减少，这将有助于降低功耗和成本，提高系统稳定性。三、笔记本电脑硬盘的新发展近年来，随着移动计算技术的发展，笔记本电脑硬盘也在朝着体积更小、速度更高、更省电、更安全的方向发展。 由于单蝴蝶容量和速度的固有不足，笔记本硬盘的容量和性能与桌面硬盘有很大的不同。但是目前市面上已经有了7200 rpm的2.5英寸笔记本硬盘，加上8MB以上的大容量缓存，性能有了很大的提升。为了进一步提高笔记本电脑的硬盘性能，一些厂商甚至考虑用两块1.8英寸的硬盘组成RAID 0。随着新技术的不断应用，突破笔记本电脑的性能瓶颈指日可待。除了性能提升之外，还采用了很多新技术来提升笔记本硬盘的容量，比如日立硬盘采用的Femto Slider Head技术，读写头与盘面的距离缩短了40%，记录面积增加了10%左右，实现了高密度。此外，采用了IBM开发的所谓Pixie粉尘技术，大大增加了硬盘的可靠性和存储密度。仙尘技术其实是IBM发明的一种稀有金属涂层，在磁存储器件的存储密度达到一定极限时，可以克服超磁效应。这样，磁盘的存储密度可以进一步增加。为了实现更高的记录密度，可以使用特殊的“钌层”:使用一到两个磁体膜，并且反铁磁，即钌膜，夹在每个磁体膜之间。当记录层的磁场穿过钌膜时，其磁性将反转。这样，钌膜正下方的磁体膜将具有与记录层相反的磁场。由于磁场被反转，记录层的磁场强度可以被稳定地保持。由于采用了这些技术，今年笔记本硬盘的容量增加到了100GB以上。除了容量和性能的提升，带CF接口的微型硬盘小型化也是笔记本硬盘发展的趋势。随着超便携笔记本电脑的发展，未来1.8英寸笔记本硬盘将得到广泛应用，容量将提升到60G以上。而较小的1英寸硬盘(微型硬盘)容量为5GB。当然，这个硬盘目前只能作为笔记本电脑的辅助存储设备。未来随着容量增加到20G以上，将其应用于特殊的超小型笔记本电脑也不是没有可能。在安全性方面，由于硬盘是笔记本电脑中最容易受到攻击的部件，而且它装载着用户的系统和数据，意外跌落、撞击甚至晃动都可能造成笔记本电脑中的数据丢失或硬盘损坏。为了解决这个问题，IBM开发了革命性的主动硬盘保护技术——APS(Active Protection System)，将硬盘保护从被动模式改为主动模式。APS由嵌入主板的加速度传感芯片和预装在系统中的振动预测管理软件组成。通过监测笔记本的角度、振动和冲击，即监测横向和纵向加速度的变化，APS可以决定是否将硬盘磁头从工作状态撤回到磁头停放区，从而减少冲击对硬盘的损害，保护硬盘和硬盘中的数据。除了APS技术，硬盘“保护区”还起到保护笔记本硬盘数据安全的作用。所谓的‘保护区’只是PC硬盘上一个特殊的隐藏区。现在有些笔记本电脑在出厂前把硬盘的部分容量做成“保护区”，在里面备份操作系统和预装软件；当用户按下特定键或用恢复软盘启动主机时；硬盘接收到打开“保护区”的ATA命令。然后用特定的软件将备份数据恢复到用户区域，系统就恢复了。