Toshiba демонстрирует существенное повышение плотности магнитной записи в HDD при использовании технологии MAS-MAMR

Компания Toshiba Group впервые в мире продемонстрировала повышение эффективности магнитной записи в HDD с помощью вспомогательного микроволнового излучения, используемого для переключения магнитных доменов носителя в технологии магнитной записи следующего поколения MAS-MAMR (Microwave Assisted Switching-Microwave Assisted Magnetic Recording). Официальная презентация подтверждает, что эта новая технология обеспечивает возможность значительного увеличения емкости накопителя, и в ближайшем будущем Toshiba планирует выпустить первую коммерческую линейку жестких дисков с емкостями свыше 30 ТБ.

Toshiba вкладывает в технологию MAMR, которая позволяет радикально повысить плотность записи в HDD, значительные силы и средства, направляемые на R&D (НИОКР) в этой области. В 2021 году компания начала отгрузку 18-терабайтных HDD, в которых была применена технология MAMR с управлением переключением направления магнитного момента домена (Flux Control MAMR, FC-MAMR), осуществляемым с помощью генераторов вращающего момента спина. Ожидается, что технология MAS-MAMR позволит еще больше увеличить плотность записи по сравнению с технологией FC-MAMR за счет локального воздействия микроволнового излучения на магнитный носитель. Однако до недавнего времени эта возможность не имела практического подтверждения.

Стремясь продемонстрировать на практике фундаментальное преимущество технологии MAS-MAMR, компания Toshiba вела совместные разработки с компанией Showa Denko K.K. (SDK), производителем магнитных носителей для HDD, и компанией TDK Corporation (TDK), производителем записывающих головок для HDD. Совместные усилия трех сторон недавно увенчались успехом, что было подтверждено на международной конференции Joint MMM-INTERMAG-2022, проходившей 10-14 января, где компания Toshiba официально представила новую концепцию генератора вращающего момента спина и его рабочие характеристики применительно к технологии MAS-MAMR.

Предыстория разработки

Цифровые накопители данных, используемые в дата-центрах, представляют собой основу современной информационной инфраструктуры, обеспечивающей потребности цифровизации различных общественных сфер, ставшие в условиях пандемии COVID-19 еще более актуальными. Спрос на накопители продолжает расти стремительными темпами, особенно в сегменте высокоемких жестких дисков, которые являются основными рабочими устройствами как в традиционных, так и в облачных масштабируемых дата-центрах; ожидается, что в 2025 году он достигнет 17.5 млрд в долларовом эквиваленте. Растущие потребности рынка устройств, использующих накопители, также подогревают спрос на жесткие диски большой емкости.

Любая попытка увеличения плотности записи в HDD упирается в задачу максимально эффективного удовлетворения трех противоречивых требований: уменьшение размеров магнитных доменов носителя; стабильность намагничивания доменов; достаточно высокая скорость записи. Физический носитель магнитной записи покрыт слоем магнитного материала, домены которого сохраняют биты информации в виде определенного (одного из двух) направления магнитного момента. Если повышать плотность записи за счет уменьшения размеров доменов, эти маленькие домены будут термически неустойчивыми, что может привести к потери данных вследствие самопроизвольного изменения состояния намагниченности доменов.

Повысить устойчивость доменов можно за счет использования материалов с большей коэрцитивной силой, которая препятствует изменению магнитного состояния доменов. Однако высокая "коэрцитивность" материала затрудняет сам процесс магнитной записи информации в домены, для которой в этом случае требуется большая мощность магнитного поля, генерируемого записывающей головкой. Технологии магнитной записи нового поколения решают эту задачу за счет использования энергии вспомогательных генераторов.

В технологии MAS-MAMR используется вспомогательное микроволновое (СВЧ) излучение, которое теоретически позволяет в разы увеличить емкость накопителей, однако до настоящего момента эта потенциальная выгода от переключения доменов с помощью СВЧ (MAS-MAMR эффект) в условиях магнитной записи не была подтверждена практикой.

Ключевые особенности технологии

Компания Toshiba разработала "генератор вращающего момента спина (Spin Torque Oscillator, STO) двухфазного типа", в котором источником микроволнового излучения служит двойной генерирующий слой (Field Generating Layer, FGL). Этот "двойной генератор FGL STO (dual FGL STO)" создает локальное электромагнитное поле СВЧ с минимальными токами утечки. Встроенный в записывающую головку, он может повысить эффективность магнитной записи за счет эффекта MAS-MAMR.

Компания TDK разработала новую записывающую головку со встроенным генератором STO, компания SDK – новый магнитный носитель, и в ходе презентации возможностей практического применения эффекта MAS-MAMR компания Toshiba продемонстрировала стабильность работы STO-генераторов в новых записывающих головках.

Далее Toshiba впервые в мире продемонстрировала общий результат применения эффекта MAS-MAMR в комплексной технологии, использующей новые генераторы STO, записывающие головки и магнитные носители: по сравнению с традиционными технологиями магнитной записи технология MAS-MAMR позволяет повысить плотность записи примерно на 6 дБ. Таким образом, эта технология позволяет создать жесткий диск емкостью свыше 30 ТБ. Представленные результаты показывают, что технология следующего поколения MAS-MAMR может обеспечить огромный шаг вперед в области цифровой магнитной записи за счет существенного повышения плотности данных.

Дальнейшие перспективы

В настоящее время Toshiba планирует выпустить на базе технологии MAS-MAMR первую коммерческую линейку HDD с емкостями более 30 ТБ. Также компания продолжит развивать технологии MAMR (FC-MAMR и MAS-MAMR) в целях дальнейшего повышения емкости жестких дисков. Кроме того, параллельно Toshiba продолжит разработки в области технологии TAMR (Thermal Assisted Magnetic Recording), чтобы удовлетворить потребности различных сегментов рынка накопителей.