Soojusabistatud magnetsalvestus

Soojusabistatud magnetsalvestuseks (ingl. Heat-Assisted Magnetic Recording e. HAMR) nimetatakse magnetilise andmesalvestuse tehnoloogiat, mis põhineb kõvakettamaterjali lokaalsel ja ajutisel kuumutamisel andmebiti väärtuse muutmise käigus. Tehnoloogia kasutamine võimaldab andmebiti kirjutamist väiksemale alale ning suurendab seeläbi oluliselt kõvakettale mahtuvate andmete hulka. Kõvaketastele andmete salvestamiseks on loodud palju erinevaid tehnoloogiaid, mille kõigi eesmärk on suurendada kõvaketta mahtu, jättes samas hinna võimalikult madalaks. Tänapäeval on enim levinud tehnoloogiateks näiteks ristsalvestamine (ingl. perpendicular magnetic recording e. PMR) ja osaliselt kattuvate domeenidega magnetsalvestus (ingl. shingled magnetic recording e. SMR). Samas kasutatakse näiteks ka kõvaketaste täitmist heeliumiga. Kõigil levinud tehnoloogiatel on sarnased piirangud andmetihedusele, kuid soojusabistatud magnetsalvestust hakkavad need piirangud mõjutama oluliselt kõrgemate andmetiheduste juures. Magnetsalvestuse võimaldamiseks peavad olema täidetud kolm kriteeriumit: biti ehk magnetdomeeni loetavus, kirjutatavus ning stabiilsus. Selleks, et andmeid magnetiliselt hoiustada, tuleb kõvaketas valmistada materjalist, millel on piisavalt suur Koertsitiivsus ehk magnetiline anisotroopia. Selline materjal on näiteks raua ja plaatina sulam. Põhimõtteliselt väljendab koertsitiivsus domeeni stabiilsust, kuna madala koertsitiivsusega bitid võivad loomuliku soojusliikumise tõttu oma väärtust muuta, põhjustades andmete riknemise. HAMR tehnoloogia eesmärk on tõsta bittide pindtihedust, mistõttu peab bittide enda suurus muutuma väiksemaks. Andmebitt on stabiilne siis, kui tema koertsitiivjõud on tugevam kui soojusliikumine. Mida väiksemaks bitt muuta, seda olulisemat rolli mängib soojusliikumine selle stabiilsuses ning seega seda suurem peab olema selle koertsitiivsus. Samas peab ketta kirjutuspea suutma andmebiti pööramiseks (domeeni ümbermagneetimiseks) tekitada kõvaketta materjali koertsitiivsusest tugevamat magnetvälja. Seni levinud tehnoloogiate abil ei ole aga võimalik tekitada kirjutuspeaga nii tugevat magnetvälja kui nii väikeste stabiilsete bittide ümberkirjutamiseks vaja oleks. Paljude materjalide koertsitiivsus sõltub temperatuurist. Kui magnetiseeritud materjali temperatuuri tõsta ajutiselt üle Curie temperatuuri, väheneb selle koertsitiivsus oluliselt seniks kuni temperatuur uuesti allapoole Curie temperatuuri langeb. Just seda efekti kasutabki soojusabistatud magnetsalvestamine, kus kõvakettamaterjalis soojendatakse korraga väga väikest ala, kus biti pööramine vajalik on. HAMR tehnoloogias kasutatav kirjutuspea erineb eelkäijate omast põhiliselt kahe elemendi võrra, milleks on laser ja lainejuht. Ainuüksi tavaliste laserite kasutamine ei ole HAMR tehnoloogias võimalik, kuna laserikiirt ei saa difraktsioonist tulenevate piirangute tõttu piisavalt väikeseks punktiks koondada. Sellest piirangust möödahiilimiseks kasutatakse pinnaplasmoneid, millena valguslaine saab levida ning mida difraktsioon ei mõjuta. Soojusabistatud magnetsalvestustehnoloogia abil info salvestamine toimub järgnevalt: Laser tõstab magnetdomeeni temperatuuri üle tema Curie temperatuuri. Domeeni koertsitiivsus langeb. Kirjutuspeas tekitatakse magnetväli ning domeeni magnetilise polarisatsiooni suund (biti väärtus) muudetakse. Magnetdomeeni temperatuur langeb alla Curie temperatuuri ning bitt on taas stabiilses olekus. Andmebiti salvestamise protsess võtab aega umbes 1 nanosekundi. Andmete lugemine ei erine HAMR tehnoloogia korral eelnevatest tehnoloogiatest. Soojusabistatud magnetsalvestustehnoloogia järeltulijaks usutakse olevat kuumutatud-punkt magnetsalvestus. Esimesed vihjed soojusega mõjutatud magnetsalvestuse kohta pärinevad 1959. aastast, kui Ameerika Raadiokorporatsiooni insenerid taotlesid patendi, mis kirjeldas soojuse kasutamist koos magnetväljaga info salvestamiseks. Tol ajal oli digitaalne andmesalvestus nagu seda tänapäeval tuntakse alles lapsekingades. Teadaolevalt hakkas ettevõte Seagate Technology HAMR tehnoloogiat arendama juba 1990.. aastatel, kuid esimesed kõvakettad jõudsid turule alles 2013. aasta lõpus. HAMR tehnoloogiaga loodetakse viia kõvaketaste andmetihedus 10 Tbpsi-ni (Tbpsi – terabit per square inch – terabitti ruuttolli kohta). 2012. aasta märtsis sai Seagate’ist esimene kõvaketaste tootja, kes saavutas HAMR tehnoloogia abil andmetiheduse 1 Tbpsi. 2012. aasta oktoobris saavutas TDK soojusabistatud magnetsalvestusega andmetiheduse 1,5 Tbpsi. 2017. aasta mais lubas Seagate HAMR tehnoloogial põhinevad kõvakettad turule tuua 2018. aasta lõpus. 2018. aasta lõpus teatas Seagate, et HAMR kõvaketas on arenduse lõppjärgus ning turule on lähiajal oodata 16 TB mahtuvusega kettaid. 2019. aastal planeeritakse arendada 20 TB mahtuvusega kettaid ning 2023. aastaks loodetakse saavutada 40 TB mahutavus. Seagate Technology HAMR Technology paper. Backblaze on HAMR HDD Technology (2017)., külastatud 10. jaanuaril 2019 Burns Jr., L., and Keizer, E.O. (1959). Magnetic Recording System. Western Digital Demos World’s First Hard Drive with HAMR Technology (2013)., külastatud 10. jaanuaril 2019 Seagate reaches One Terabit per Square Inch Milestone in Hard Drive Storage with New Technology Demonstration (2012)., külastatud 10. jaanuaril 2019 TDK Claims HDD Areal Density Record (2012)., külastatud 10. jaanuaril 2019 Seagate Ships 35th Millionth SMR HDD, Confirms HAMR-Based Drives in Late 2018., Shilov, A. (2017). Külastatud 10. jaanuaril 2019 Seagate Starts to Test 16 TB HAMR Hard Drives., Shilov, A. (2017). Külastatud 10. jaanuaril 2019