當今電腦硬盤的發展趨勢

當今電腦硬盤的發展趨勢

   最近一年間，硬盤技術方面沒有什么太大的突破，容量的增加和性能的增強更多的來源于工藝水平的提高和設計能力的加強。不過SATA接口已經順利的全面取代了PATA接口，而10000轉桌面硬盤和SATA2 接口也開始嶄露頭角。而更多的新技術則有待今后逐步投入使用，繼續提高硬盤的容量和速度。

一、新技術突破硬盤容量極限
毫無疑問，硬盤最重要的技術指標是存儲容量,大多數硬盤被淘汰，不是因為損壞或速度不夠快，而是容量不足。硬盤容量發展主線是記錄密度的提高，記錄密度的提高不僅讓硬盤容量繼續提升成為可能，而且還可在不提高轉速的情況下提高性能，同時也讓小型、微型硬盤的應用更加普及。盡管通過改進現有技術可以在一定幅度內繼續提高,但已經接近理論極限，因此必需有新技術來支撐記錄密度的繼續提升。今后將從新型磁頭技術、新型記錄媒體技術、垂直記錄技術以及 "HAMR"熱磁技術等方面進行發展和應用，下面就給大家談談這些新技術的具體情況。

單牒容量188GB 的酷魚7200.10 750GB硬盤　

目前硬盤廣泛使用GMR（巨磁阻）磁頭，利用了把盤片上的磁信息識別為電阻的MR（磁阻）效應，單牒容量可以做到100GB以上，但很快將達到極限。目前新型磁頭技術主要有TMR磁頭和CPP磁頭等。提高硬盤記錄密度不僅要求提高讀取磁頭的性能，另一方面，記錄位縮小后更容易受到噪音的影響。為解決這種 "磁轉變"噪音，可以通過縮小粒子粒徑減少交錯區域來解決。另外盤片的改進也在不斷進行，比如通過減小記錄層的膜厚度降低粒子高度，從而不會輕易受到相鄰記錄位的影響。
今后硬盤容量的提高將會越來越緩慢。因為已經使用了目前磁場強度最高的磁體，通過改進磁頭和盤片結構提高記錄密度正在逐漸接近水平記錄方式磁體本身的極限。要突破這一極限，可以采用垂直磁記錄方式，通過使磁場方向垂直于盤面，不僅能夠進一步縮小磁體粒徑，同時還能夠確保一定的體積。這種方式的另一個效果是利用相鄰記錄位的磁場就能使記錄位磁場保持穩定。垂直磁記錄方式作為未來的高密度技術已開始被業界寄予厚望。與水平記錄方式不同，采用這種方式不必把膜設計得非常薄，還可以確保粒子的大小，避免受熱攪動的影響。
幾年前提出的“濕盤” （wetdisk）技術，也在繼續都到關注。當我們要把磁盤密度進一步增大，目前以金屬薄膜盤片以及玻璃基片的"溫盤技術"便無能為力了。我們知道，當磁盤密度達到一定程度時，信號便會變得更加微弱，并且相鄰信號之間的干擾也更為嚴重。要解決只能把磁頭進一步貼近盤片，但目前的磁頭飛高已不到0.08微米，要進一步令磁頭靠近盤片非常困難，因為這要克服磁頭抖動及盤片細微凹凸等引起問題。為此，有人提出干脆把磁頭緊貼磁盤（Contactrecording），于是一種全新的盤片技術“濕盤”（wetdisk）被提上的研發日程，“濕盤”可以最大限度地減少磁頭與盤片的磨擦，但其中還有不少技術上與工藝上的問題有待解決。我們期待著這種新型磁盤材料的早日問世。
希捷公司則在今年發布了一種可在一平方英寸介質上存儲50TB數據的技術，通過這一技術，超大容量的硬盤可能在不久的將來面世。這就是Heat Assisted Magnetic Recording（熱輔助磁記錄HAMR）的技術。這種技術使用激光熱輔助手段，通過磁記錄方式將數據記錄到高穩定性介質上，從而大大提高了每平方英寸的存儲量，使磁記錄極限進一步超越人們的想象。HAMR結合了鐵鉑粒子自排列的磁陣列技術，將把所謂的磁記錄超順磁極限提高100倍以上，最終可以實現每平方英寸50 TB的存儲密度。具體說HAMR技術在將要記錄數據位的位置，用激光束精確地加熱介質，就容易將數據寫到它上面了，而且隨后的快速冷卻又可以使已寫入的數據變得穩定，從而大大提高磁盤面密度紀錄。

二、串行接口技術進一步發展
由于具備諸多優點，SATA接口在今年已經順利普及，預計其生命期為十年左右，計劃推出三代產品。目前使用的SATA1.0提供了150MB/s的傳輸速度。而 SATA2.0能提供300MB/s的傳輸率， SATA 3.0的速度至少可以達到600MB/s，且具備其他一些新特性，將目標瞄準了高端企業市場。

為真正體現出SATA接口優勢，人們都期待著具有SATA 2.0特性硬盤[現在已正式更名為SATA Rev.2.5]的推出和應用。但是由于種種原因具有SATA 2.0特性硬盤普及的步驟還不夠快，今年市場上出現了一些采用"SATAII"接口的新款硬盤，這里要明確一點，SATA II并不是真正意義上的具有SATA 2.0特性硬盤，最顯著的一點是，其接口速度依然保持在150MB/s 。大家知道SATA硬盤分為原生(Native)與橋接(Bridge)兩類，使用橋接方式的SATA接口，本質上仍為PATA，實際性能受到一定影響。真正原生串行硬盤是指接口速率為150MB/s，并支持命令隊列等新功能、采用真正SATA控制器的產品。SATA II硬盤可以簡單被視為是由橋接模式到原生模式的升級。
SATAII代表產品是邁拓最新推出的MaXLine III。這是是邁拓第一款真正意義上的SATA接口硬盤，所以在這款產品上大家將不會看到4針的電源接口，只使用15針符合SATA標準的電源接口。盡管接口速度仍然維持在150MB/s，但這款硬盤使用了部分SATA2.0特性的新技術，其中最引人注目的是本機命令排隊（Native Command Queuing，NCQ），NCQ技術可以最大限度的消除硬盤的轉動延遲和減少尋道距離。NCQ技術在SCSI硬盤中早就得到了廣泛的應用，但到現在才正式引用到ATA硬盤中。

使用SATAII的MaXLine III　　
SATA Rev.2.5真正的發展不是在Desktop平臺，而是在企業應用中。在服務器領域SAS（Serial Attached SCSI）技術將得到廣泛應用，但由于SCSI Ultra640標準一直沒有被業界所采納，所以相關廠商把SATA Rev.2.5特性作為SAS的一部分。長期以來，ATA只是在功能上被視為SCSI的子集，兩者之間并不兼容。如今SAS在軟硬件層面上都涵蓋了SATA，企業級用戶可以在同一環境中混用SAS和SATA驅動器，保持性能及價格的均衡。SAS就是 SCSI，卻有串行連接的特性，SAS技術將會對光纖通道技術發起挑戰，使企業磁盤市場又多一種選擇。
外部SATA接口在今年也得到了初步發展，串行ATA技術在制定之初就未局限   

于機箱內部設備的使用。目前相關組織開始為外部SATA接口制定明確的標準，其中包括：高速的傳輸接口、不受噪音干擾的電纜、簡單的層次架構和一些其他參數。
除了SATA，今年還有其他新型硬盤接口新標準得到了發展。英特爾在2004秋季IDF上推出了全新的CE-ATA接口，CE是消費電子（Consumer Electronics）的英文縮寫。新規范概念上與個人電腦和服務器硬盤的Serial ATA接口相似。這意味 CE-ATA 將取代并行接口和大家熟悉的緞帶式排線，改用小而薄的線纜和連接器形成串列，所需針腳數目也會減少，這將有助于降低耗電量和成本，并提高系統穩定性。

三、筆記本電腦硬盤新發展

   近些年隨著移動計算技術的發展，筆記本電腦硬盤也在向著更小體積、更高速度、更省電、更安全 方向發展。
筆記本硬盤由于單蝶容量和轉速的先天不足，其容量和性能與臺式機硬盤相比有相當大的差距。不過7200轉的2.5寸筆記本硬盤目前已經上市，配合8MB 以上的大容量高速緩存，性能有較大的提升。為進一步提高筆記本電腦硬盤性能，目前甚至有廠家考慮使用兩塊1.8英寸硬盤組成RAID 0，隨著新技術的不斷應用，突破筆記本電腦性能瓶頸指日可待。
除了性能提升，筆記本電腦硬盤也采用了很多新技術來提升容量，象日立硬盤采用的Femto Slider Head (毫微微米級滑行讀寫頭)技術，使讀寫頭與盤面之間的距離縮短了40%，增加了大約10%的紀錄區域，實現了高密度化。此外還采用了IBM開發的一項所謂 "仙塵技術"，（Pixie Dust），使硬盤的可靠性和存儲密度大幅增加。仙塵技術實際上是IBM發明的一種稀有金屬涂層，它能夠克服當磁存儲設備的存儲密度到達一定限度的時候所出現的超磁效應。這樣磁盤的存儲密度就能進一步上升。為實現更高的記錄密度,可以利用特殊的"釕層"：使用1到2層磁體膜，在每個磁體膜之間夾入反鐵磁體即釕膜。記錄層磁場穿過釕膜時其磁性會發生反轉。這樣一來，釕膜正下方的磁體膜就會具備與記錄層磁性正相反的磁場。由于磁場反向，因此就能夠穩定地保持記錄層的磁場強度。由于這些技術的采用，今年筆記本硬盤容量已經提升到100GB以上。

采用CF接口的微形硬盤
　　
除了容量和性能的提升，小型化也是筆記本硬盤發展的一個趨勢，隨著超便攜筆記本電腦的發展，1.8英寸筆記本硬盤今后將得到更廣泛的應用，同時容量也將提升到60G以上。而更小的1英寸HDD(MicroDrive)，容量已達到了5GB，當然，這種硬盤目前還只能作為筆記本電腦的輔助存儲設備，隨著今后容量提升到20G以上，應用在特殊的超小型筆記本電腦中也不無可能。
在安全性方面，由于硬盤是筆記本電腦中最容易受損的部件，而它又裝載了用戶的系統和數據，意外的跌落、撞擊乃至晃動都有可能造成筆記本電腦數據丟失或硬盤損毀。針對這一問題，IBM研發了革命性的主動硬盤保護技術- -APS（Active Protection System，主動保護系統），使其對硬盤的保護由過去的被動方式轉化為主動方式。APS是由內嵌于主板上的加速度感應芯片和預裝在系統中的震動預測管理軟件所組成，通過對筆記本各角度、震動、撞擊的監測即對橫縱加速度變化的監測，來決定是否將硬盤磁頭從工作狀態收回到磁頭停止區（Parking Zone），從而減小撞擊對硬盤的損害，保護硬盤及硬盤內的數據。
除了APS技術，硬盤"保護區域"也在保護筆記本硬盤數據安全上發揮作用。所謂"保護區域"簡單說就是PC硬盤上一個特殊的隱藏區域，現在有一些筆記本電腦在出廠之前將硬盤的一部分容量做成“保護區域”，并將操作系統、預裝軟件備份在其中；當用戶按住特定按鍵或者用恢復軟盤啟動主機時，硬盤收到ATA命令打開"保護區域"；再用特定的軟件將備份數據恢復到用戶區域，系統就得到了恢復。

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