ハードドライブがどのように小さなスペースに多くの情報を保存するのか

概要

この記事では、ハードドライブが小さなスペースに膨大な量の情報を保存する方法について探求します。微小な磁化した金属粒子によって形成される磁気パターンがデータを表す方法について説明します。また、ハードドライブが時間とともに進化し、空中密度とストレージ容量が増加したことについても説明します。超常磁気効果の課題についても議論し、熱支援磁気記録とビットパターンメディアによって克服された方法についても説明します。

ハードドライブの基礎

すべてのハードドライブの中心には、各表面に飛行する記録ヘッドがある高速回転ディスクのスタックがあります。各ディスクには微小な磁化した金属粒子の膜が塗られており、データはこれらの小さな粒子のグループによって形成される磁気パターンとして記録されます。各グループでは、すべての粒子の磁化が2つの可能な状態のいずれかに整列しており、それぞれ0と1に対応しています。

データの記録方法

データは、ビットの文字列を電気的な電流に変換して電磁石を通して供給することでディスクに書き込まれます。この磁石は、金属粒子の磁化の方向を変えるのに十分な強い磁場を生成します。この情報がディスクに書き込まれた後、ドライブは磁気リーダーを使用して有用な形式に戻します。

空中密度の増加

現代のハードドライブの空中密度は、1956年のIBMの最初のハードドライブの300万倍の約600ギガビット/平方インチです。この驚異的なストレージ容量の進歩には、複数のイノベーションが必要でした。エンジニアは、薄膜リソグラフィー法を使用してリーダーとライターヘッドを縮小しました。リーダーは、物質の磁気と量子特性の新しい発見を利用してより感度が高くなりました。数学的アルゴリズムは、磁気干渉のノイズをフィルタリングし、各読み取り信号の塊から最も可能性の高いビットシーケンスを見つけました。磁気ライターの熱膨張制御は、磁気ライターの下にヒーターを配置して可能になり、磁気ライターをディスク表面から約5ナノメートル、DNAの2本のストランドの幅程度に飛行させることができました。

超常磁気効果

100ギガビット/平方インチ程度では、磁気粒子をさらに縮小するか、より密集させることは、超常磁気効果と呼ばれる新しいリスクを引き起こします。磁気粒子の体積が小さすぎると、熱エネルギーによって磁化が簡単に妨げられ、ビットが意図せずスイッチし、データの損失を引き起こします。

制限の克服

科学者たちは、記録の方向を縦方向から垂直方向に変更することで、空中密度が1テラビット/平方インチに近づくようにし、この制限を解決しました。熱支援磁気記録は、より熱的に安定した記録媒体を使用し、レーザーで特定のスポットを加熱してデータを書き込むことができるようにします。

ハードドライブ技術の未来

科学者たちは、ビットの位置が別々のナノサイズの構造に配置されるビットパターンメディアの可能性を既に探索しており、空中密度が20テラビット/平方インチ以上になる可能性があります。世代を超えたエンジニア、材料科学者、量子物理学者の共同の努力のおかげで、ハードドライブは、手のひらの中で回転する驚異的なパワーと精度を持つツールになりました。