东芝集团(“东芝”)近日宣布,集团成功验证利用新一代(*1)磁记录技术“共振型微波辅助记录技术“(MAS-MAMR:Microwave Assisted Switching Microwave Assisted Magnetic Recording)可提高机械硬盘(HDD)的记录能力,该演示证实了MAS-MAMR技术大幅提升了机械硬盘的容量。东芝的目标是:利用该项技术实现超30TB大容量近线硬盘的商用化。
东芝一直致力于“微波辅助磁记录(MAMR)技术”研发工作,该项技术是为提升机械式硬盘记录密度的突破性技术之一,并于2021年推出了18TB容量的硬盘产品,该产品采用了“磁能量控制型-微波辅助记录技术(FC-MAMR™)(*2)”(即使用自旋扭矩振荡元件的辅助记录技术)。MAS-MAMR技术的原理是:通过微波局部的硬盘盘片来提高磁记录密度,预估将超越FC- MAMR™的记录密度,并已于近期实际验证中得到确认。
为了验证MAS-MAMR的理论优势,东芝一直与硬盘盘片制造商——Showa Denko K.K.(昭和电工株式会社,以下简称“SDK”)和硬盘磁头制造商——TDK Corporation(东京电气化学株式会社,以下简称“TDK”)致力于该项技术的合作开发。三方合作最近在MAS-MAMR提升磁记录性能的演示中取得了成果。
东芝计划在2022年1月10日至14日召开的国际会议(2022 Joint MMM-INTERMAG Conference)上公布新开发的自旋扭矩振荡元件,并介绍其振荡特性。
开发背景
数据中心的数据数字化存储是支持数字化和数字化转型的现代信息基础设施的支柱,而新冠疫情的全球蔓延令数字化存储比以往更为重要。存储需求呈持续的爆炸式增长,大规模云存储和传统数据中心对存储需求的推波助澜,使得大容量近线硬盘市场提升,预估于 2025 年将增长到 175 亿美元(*3)。而对存储设备的需求不断变化,也进一步推动对机械硬盘容量需求的增長。
为了提高机械硬盘的记录密度,需要同时实现三个相互冲突的目标:硬盘盘片中磁性颗粒的微细化、磁性颗粒的热稳定性、足够的记录能力。这被称为“三难障碍”。硬盘盘片表面覆盖着磁性颗粒(微细的磁体颗粒),并通过这些磁性颗粒的磁化方向来保存信息。记录密度会随着记录位的微细化而增加,但尺寸缩小的磁性颗粒,将影响磁化的热稳定性。当热稳定性失衡,可能会导致数据丢失。
在增加记录密度的前提下,为了提高磁性颗粒的热稳定性,需要采用能够保持磁化方向的高“矫顽力”材料。但是,如果增加“矫顽力”,记录磁头将无法产生足够的磁场用于记录,因此,需要采用新一代磁记录技术,即:通过外部施加能量的方式进行辅助记录。
为了突破三难障碍,各机构正在研发新一代磁记录技术。依据理论分析, MAS-MAMR可利用微波显著提高记录密度,而共振型微波辅助记录效果(简称“MAS-MAMR效果”)对于记录条件和提高磁记录性能的效果,尚未得到证实。
本项技术的优点
东芝新开发了“双振荡型自旋扭矩振荡元件”(dual FGL STO),该元件利用双层微波磁场产生层进行微波照射。此元件(STO)能够利用较小的电流高效地产生微波,并进行局部照射。通过将该元件集成到记录磁头中,可以提高MAS-MAMR的记录能力。
此次,为了验证MAS-MAMR的效果,东芝与SDK、TDK合作,由TDK负责开发用STO的新记录磁头,由SDK负责开发新型碟盘盘片,在两家公司的协助下,东芝确认了新开发的记录磁头上安装STO后的稳定振荡效果。
之后,东芝将新开发的STO、记录磁头、记录盘片集成在一起,确认了MAS-MAMR的效果,并验证了MAS-MAMR具有提高记录能力(*4)的效果(约提升6dB)。通过使用该项技术,未来有望实现超过30TB的大容量近线HDD。
通过此次验证,MAS-MAMR作为新一代大容量记录技术,有望大幅提高记录密度,无疑是在该研究领域向前迈进了一大步。
图1:双振荡型自旋扭矩振荡元件(新开发的自旋扭矩振荡元件)的构成和振荡频谱
图2:利用共振型微波辅助记录技术(MAS-MAMR)提高记录能力
未来展望
东芝的目标是:利用该项技术尽早实现超30TB大容量近线硬盘的商用化。东芝将继续开发MAMR技术(FC-MAMR™/MAS-MAMR),以扩大现有近线硬盘的容量,同时,还将推进热辅助磁记录技术(TAMR)开发,以满足更广泛的市场存储需求。
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