熱輔助磁性錄寫

熱輔助磁性錄寫（HAMR）是一種使用鐳射熱先加熱高度穩定媒體，以輔助磁性錄寫資料的技術。HAMR技術需要像鉑鐵合金這樣高度穩定的磁性複合材料。這些材料可以在相當小的面積內儲存單一位元組而不再受限於超順磁性；使用在硬碟儲存的許多技術仍受限於超順磁性。唯一的缺點是，他們必須被加熱以適應磁場方向的改變。

HAMR是富士通在2006年發展出來的技術，這項技術可以達到每平方英寸1Tb的儲存密度。

基本介紹

• 中文名：熱輔助磁性錄寫
• 外文名：Heat-assisted magnetic recording
• 英文縮寫：HAMR
• 實質：增加存儲密度
• 學科：計算機科學
• 技術範疇：cunchujish

發展背景

歷史

1. 公元1954年，服務於RCA的工程師們提出一項以熱和磁場來記錄資料的專利。這項專利最初的重點是磁帶存儲，是在這一領域的許多專利中的後續。
2. 1980年代，一種稱為磁光碟的大容量存儲設備的成功的商業化，它使用同樣的技術將資料寫入磁片。在當時，相較於純磁性儲存，磁光碟記錄的優點是一個位元的面積取決於鐳射點的面積而不是磁場範圍。1988年，一片5.25吋的磁光碟可以儲存650MB的資料，並計畫到數GB；一個5.25的磁碟大約100MB。
3. 硬碟技術快速發展, 在2011年，3.5吋硬碟的容量普遍已超過600GB，早在2000年就已經認為硬碟技術將遇到限制，而熱輔助錄寫將是加大儲存容量的一個方向。

熱輔助磁性錄寫的提出

存儲業界認為採用傳統的記錄方法其記錄密度極限為lTb/in2，這一極限產生的根本原因是記錄介質顆粒不斷變小時引發的超順磁效應。為了突破因超順磁效應而導致的磁記錄密度極限，熱輔助磁性錄寫技術得到了學術界和產業界的廣泛關注。

垂直寫入技術的限制特點通常是可讀性、可寫和穩定性，也就是著名的磁性寫錄三難（Magnetic Recording Trilemma）。HAMR是一個打破這三難並產生可行的解決方法的技術之一。問題是，要將資料儲存在非常小的位元面積且保有資料可靠性，磁性媒體的材料必須具有非常高的磁力頑性（coercivity）。在一些容量點（capacity point）中位元面積很小而且相應的磁力頑性很高，因此用於寫錄資料的磁場不能強到足以永久影響資料且資料可以不再被寫入磁碟。HAMR藉由提高溫度到居里點之上以暫時和局部的改變磁儲存媒體的磁力頑性來解決這個問題。當高於居里點時，儲存媒體將有效的失去磁力頑性並且形成一個真正可寫入資料的磁性寫入區域。

熱輔助磁性錄寫原理

HAMR記錄系統採用的是由磁光記錄發展而來的一種複合記錄方法，理論上可用於縱向和垂直磁記錄系統，而用於垂直磁記錄系統更為有效。原因是垂直磁記錄對記錄介質厚度沒有苛刻的要求，有利於磁阻磁頭的讀出。熱輔助磁記錄的原理是：選取室溫下矯頑力很大的材料，同時它具有合適的居里溫度點（-500K），當磁性材料被加熱到接近該溫度時，其矯頑力迅速下降，較低的寫入場即可使其磁矩重新定向。因此，當用於加熱的雷射和用於磁矩定向的磁頭場同時作用在記錄介質上時，在較小的寫磁場強條件下便可實現信息位在雷射作用區域的寫入。在雷射未照射的區域，由於介質有很大的矯頑力，所以受寫入磁場的干擾很小，在沒有磁.場作用的區域，這一過程對原有的磁化強度方向不產生任何影響。當雷射束除去後，隨著記錄區域的冷卻，該記錄區域將很快恢復到原來的高矯頑力狀態，從而該記錄位將是非常穩定的。採用這種方法既可以克服在高矯頑力介質上的寫入困難，又能改善信息位的熱穩定性。因此，運用該技術可顯著提高硬磁碟的面記錄密度。當記錄位的尺寸為25nm×25nm時，記錄密度就可以達到 。然而，如此誘人的目標變成現實並非易事，以1Tb/in2的記錄密度為例，如果磁碟轉速達到對應的介質線速度為25m/s時，則記錄一個bit位必須在1ns內完成。也就是說在1ns內要完成從加熱到冷卻的全過程，這在技術上具有相當的挑戰性。另外，加熱光斑聚焦到如此小的範圍也受到衍射效應的限制。採用短波長的藍光、近場光學技術以及固體浸潤式透鏡聚焦技術等有望使HAMR得到實際套用。

特性

熱輔助磁性錄寫的特點是熱能和寫入磁場同時作用於記錄位的磁性顆粒上。其中，熱能可以由雷射二極體提供，或者由高溫探針提供，而寫入磁場由磁頭或者線圈提供。實現熱磁寫入，熱源（光頭或探針）和磁頭分別位於碟片的兩側。

相比於商用硬碟所採用的縱向磁記錄技術和即將採用的垂直磁記錄技術。1999年提出的熱輔助磁記錄技術仍然處於實驗研究階段。從理論上講，熱輔助磁記錄技術能解決信息寫入和長久保存的問題，可以實現非常高的記錄密度；但這項技術能否套用到產品上，替代即將推出高用產品的垂直磁記錄技術還有很多不確定的因素。如最終將以何種方式實現對磁記錄的熱輔助作用，以及熱埔助磁記錄能否實現1-10Tbit/in2超高面記錄密度，在投入大量資源進行工業規劃之前，細緻地研究每一個可能出現的問題，提出解決方案並加以驗證，是這項技術實用化前需要做的工作。

未來展望

HAMR能增加磁錄寫的極限，超過100倍。可以達到每平方英寸50Tbits的存儲容量。

• Seagate相信使用HAMR技術就能生產出300Tbits（37.5TB）的硬碟。一些新聞網站錯誤的報導，Seagate將在2010年推出300 TB的硬碟。Seagate回應這個訊息，指出在2010年的時間表中已完成每平方英寸50Tbits的密度，這也可能包括位元規則介質（Bit Patterned Media）的組合產品。
• 截至2009年初，Seagate仍致力於HAMR並且達到每平方英寸250Gbits的存儲容量。這是2009年當時利用垂直錄寫實現的密度的一半。
• 2010年底，硬碟工業界預測下一個技術變革將在公元2014-2015年之間。
• 2012年3月，Seagate是第一個使用HAMR技術達到密度1Tbits/inch里程碑的硬碟製造公司。