Trang chủ Tin tức sự kiện Tin tức KH - CN Công nghệ gì mới trong ổ đĩa cứng siêu mỏng mới nhất của Hitachi?
Công nghệ gì mới trong ổ đĩa cứng siêu mỏng mới nhất của Hitachi? PDF In Email
Tác giả: Ngô Đức Thế   
Thứ bảy, 25 Tháng 2 2012 15:10

Mới đây, Hitachi Global Storage Technologies vừa giới thiệu một sản phẩm lưu trữ đĩa cứng mới nhất với dung lượng lên tới 500 GB với kích cỡ nhỏ 2,5 inch mà lại có độ dày siêu mỏng 7 mm (mỏng hơn một chiếc iPhone), và lại đạt tốc độ vòng quay lên tới 7200 vòng/phút. Đặc biệt là nó chỉ tiêu tốn một công suất rất thấp là 1,8 W cho mỗi lần đọc/ghi. Sản phẩm này bắt đầu được quảng cáo chính thức trên trang chủ của Hitachi GST và sẽ bắt đầu được bán ra thị trường vào tháng ba năm nay. Đây được xem là một tiến bộ nhảy bậc trong công nghệ đĩa cứng hiện nay và sẽ góp phần tích cực vào việc làm giảm độ dày của các ultrabook, tăng dung lượng lưu trữ, giảm khối lượng. Nếu tính theo mật độ lưu trữ, sản phẩm này đạt mật độ lưu trữ lên tới 630 Gbits/inch2, tức là cao kỷ lục hiện nay, vượt mức giới hạn so với công nghệ lưu trữ từ tính hiện tại.Mức độ tiêu thụ điện năng của sản phẩm này cũng được đánh giá là tuyệt vời với việc chỉ tiêu tốn có 1,8 W cho mỗi lần đọc/ghi, và chỉ tốn có 0,1 W cho chế độ ngủ – tức là có thể cạnh tranh được với các ổ đĩa thể rắn hiện nay. Đồng thời, nó có thể chịu được những sốc mạnh lên tới 1000G/ms. Cùng với bộ nhớ đệm lớn lên tới 32 MB, tốc độ quay lớn tới 7200 rpm cho phép tốc độ truyền dữ liệu lên tới 1,3 GB/s, một tốc độ tuyệt vời ở các đĩa cứng hiện nay. Vậy lý thú đằng sau sự tiến bộ công nghệ này là gì?

Thông tin lưu trữ trên bề mặt đĩa cứng: mỗi vùng là một bit thông tin được hình thành nhờ từ trường từ hóa của đầu ghi, có khả năng lưu trữ như một nam châm siêu nhỏ (ảnh từ wikpedia.org).

Trong đĩa cứng, thông tin được lưu trữ trên các đĩa tròn, là các màng mỏng vật liệu từ cứng. Để ghi thông tin, đầu đọc của đĩa tạo ra một từ trường (nhờ dòng điện chạy qua một cuộn dây siêu nhỏ – chính là thông tin được mã hóa) và từ hóa một vùng nhỏ trên đĩa. Vùng này sẽ trở thành một nam châm siêu nhỏ (nếu như mật độ thông tin là 630 Gbits/inch2 thì vùng này sẽ có kích thước khoảng 20 nm2). Để đọc thông tin, đĩa sẽ được quay với tốc độ cao cho phép đầu đọc có thể định vị vị trí các bit thông tin. Chính vì sự quay cơ học, thời gian truy xuất của đĩa cứng là khá cao (tới cấp độ mili giây), và nó thường dễ bị hỏng do những va đập cơ học.

Hai công nghệ ghi từ: công nghệ ghi ngang cổ điển (longitudinal recording) và công nghệ ghi vuông góc hiện tại (perpendicular recording). Công nghệ longitudinal recording không cho phép tạo ra mật độ lưu trữ cao và đã bị khai tử từ đầu những năm 2000 sau hơn 20 năm nghiên cứu về công nghệ ghi vuông góc.

Để tạo mật độ thông tin cao, người ta cố gắng tạo ra bit thông tin càng nhỏ càng tốt. Nhưng nếu bit thông tin (là các vùng như các nam châm siêu nhỏ) càng nhỏ, thì từ tính của nó sẽ bị phá vỡ bởi năng lượng nhiệt và hoàn toàn không thể giảm tới kích cỡ quá nhỏ. Một đột phá (được đưa ra từ cuối những năm 1970 và phải tận đầu thế kỷ 21 mới được thương mại hóa mạnh mẽ) là việc sử dụng các màng mỏng từ có từ độ vuông góc với mặt phẳng đĩa (gọi là kỹ thuật ghi vuông góc), và phát triển các màng mỏng từ cứng có độ cứng (độ cứng từ học) rất lớn – độ cứng ở đây được hiểu là độ khó bị từ hóa và bị khử từ cho phép giảm kích thước bit thông tin xuống một vài bậc. Các vật liệu được sử dụng là CoPt, FePt… Tuy nhiên, công nghệ này vẫn gặp khó khăn là khi vật liệu từ cứng càng “cứng”, có nghĩa là rất khó để từ hóa nó, việc ghi thông tin sẽ trở nên khó khăn hơn. Do đó, việc giảm kích thước bit thông tin quá nhỏ bị cản trở. Hơn nữa, vùng từ hóa trên thực tế không thể giảm nhỏ tùy ý vì bị vướng bởi giới hạn vách đômen từ (đó là giới hạn cuối cùng của công nghệ đĩa cứng – không gì vượt qua được).

Ảnh chụp ổ cứng IBM Ultrastar 36ZX với nhiều đĩa ghi từ xếp lớp (Theo IBM).

Trở lại với ổ cứng của Hitachi, có lẽ đây là ổ cứng “tuyệt vời” nhất hiện nay:  dung lượng lớn, tốc độ cao, nhỏ gọn, siêu mỏng mà lại tiêu tốn rất ít năng lượng (ngoài ra còn được giới thiệu thêm các khả năng chống sốc và chống ồn không chê vào đâu được). Bình luận về sự siêu mỏng là một điều tuyệt vời, chúng ta lại cần nhớ là, một ổ đĩa bình thường sẽ phải dùng đến rất nhiều các đĩa xếp chồng lên nhau để tăng dung lượng khiến cho chúng không thể quá mỏng. Hitachi đã giải quyết vấn đề độ dày bằng cách chỉ sử dụng một đĩa duy nhất. Như vậy, then chốt đột phá công nghệ ở đây là sự vượt bậc về mật độ thông tin mà ở đây là việc giảm kích thước bit thông tin mà tôi đề cập ở trên. Ngoài ra, việc đọc các bit thông tin siêu nhỏ với công nghệ hiện tại với độ nhiễu cực thấp cũng đòi hỏi một sự tiến bộ lớn về mặt cảm biến từ trường và công nghệ chống nhiễu. Vậy công nghệ nào cho phép Hitachi đạt được điều này? Tất nhiên đây còn là một điều bí mật công nghệ, nhưng tôi dự đoán có hai công nghệ có thể giúp cho Hitachi đạt được điều này.

Ảnh mô tả Hitachi Travelstar Z5K500 mỏng và nhỏ chỉ như một chiếc smart phone siêu mỏng hiện nay (mô tả của http://www.unitedgadget.com).

Thứ nhất là công nghệ ghi từ với sự hỗ trợ của nhiệt (Heat-assisted magnetic recording – HAMR). Như tôi nói ở trên, với các vật liệu có độ cứng từ quá lớn (cho bit thông tin siêu nhỏ) thì việc ghi từ bằng đầu ghi từ trường truyền thống là hầu như không thể (do vật liệu có lực kháng từ quá lớn). Để giúp cho việc ghi từ, người ta sử dụng một đầu laser hội tụ gắn vào đầu ghi. Tia laser sẽ được hội tụ lên màng mỏng và đốt nóng màng (có thể tới 200-300oC), và làm yếu đi từ tính của màng mỏng từ, qua đó cho phép ghi từ dễ dàng. Sở dĩ công nghệ này còn chưa phổ biến vì việc khó khăn trong việc tìm vật liệu thích hợp, có khả năng biến đổi tính chất thuận nghịch dưới tác dụng nhiệt. Hãy tưởng tượng là vật liệu bị đốt nóng bởi tia laser, khả năng định hướng từ của nó bị yếu đi và cho phép từ trường từ đầu ghi có thể dễ dàng đảo từ để ghi thông tin. Nhưng nó cũng đồng nghĩa với việc tính chất từ sẽ bị yếu đi bởi đốt nóng, và liệu sau khi hết đốt nóng, nó có trở lại tính định hướng mạnh như trước hay không lại là chuyện hoàn toàn khác, hoặc theo thời gian của sự đốt nóng, từ tính có bị suy giảm đi như thế nào. Nếu nó suy giảm nhanh thì chỉ trong một thời gian ngắn, khả năng lưu giữ thông tin sẽ bị biến mất. Đây chính là những vướng mắc của công nghệ này.

Nguyên lý công nghệ ghi từ có hỗ trợ nhiệt (http://www.zdnetasia.com).

Công nghệ thứ hai, được xem là công nghệ cuối cùng của ổ đĩa cứng là bit-patterned media (BPM) – tôi không rõ nên dịch sang tiếng Việt là gì. Ở công nghệ này, người ta sẽ sử dụng các công nghệ lithography (mà chủ yếu là dùng chùm điện tử), tạo ra các bit riêng rẽ là từng chấm từ có độ dị hướng cao, tức là định nghĩa riêng biệt các bit, cho phép tạo ra bit siêu nhỏ ngăn cách nhau mà không đòi hỏi vật liệu quá cứng về từ tính. Theo tính toán, công nghệ này có thể cho mật độ lưu trữ tối đa tới hơn 3 Tbits/inch2 (tức là trên 3000 Gbits/inch2). Nhưng công nghệ này bị vướng víu ở khâu thương phẩm vì công nghệ chế tạo quá chậm và đắt. Nếu Hitachi sử dụng công nghệ này, sản phẩm sẽ rất khó có giá thành thấp. Nếu sử dụng công nghệ này, thì fabrication sẽ là một khâu then chốt.

Ảnh chụp SEM các chấm riêng rẽ trong công nghệ bit-patterned media (ảnh từ Physorg.com).

Sở dĩ tôi nghĩ đến hai công nghệ trên đây vì trước đây, khi gặp phải khó khăn trong việc cạnh tranh với Seagate trong công nghệ đĩa cứng truyền thống và nhận ra giới hạn của công nghệ, Hitachi đã bán thị phần nghiên cứu về đĩa cứng truyền thống cho Seagate và chỉ còn giữ lại duy nhất hai hướng nghiên cứu này. Việc công bố sản phẩm thương phẩm nhảy vọt này của Hitachi nă nay là một bất ngờ lớn vì theo tôi biết thì cho đến giữa năm 2011, các nhà nghiên cứu của Hitachi ở Nhật (và Mỹ) chưa công bố một nghiên cứu nào nhảy vọt về 2 công nghệ này. Sự thật công nghệ là gì có lẽ tôi không thể khẳng định. Tôi ước có thể có trong tay một sản phẩm này để mở ra và phân tích, tìm hiểu rõ nó là gì.

Cập nhật ngày Chủ nhật, 25 Tháng 3 2012 15:15
 
Copyright © Vật Lý Việt Nam

 

Thống kê

mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterHôm nay935
mod_vvisit_counterHôm qua7107
mod_vvisit_counterTất cả3623036

We have: 77 guests online
Your IP: 107.22.45.61

Thiết kế website | Đăng ký tên miền | Web Hosting | Tổ chức sự kiện | Quảng cáo, in ấn | Quà tặng cao cấp | Áo đồng phục | Đặc sản Mì chũ