在5月21日和24日分別于清華大學(xué)和湖南大學(xué)舉行的學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)上，韋勒博士詳細(xì)介紹了存儲(chǔ)密度超過(guò)50Gbit/平方英寸產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，和在世界研究前沿的超越100Gbit/平方英寸的垂直磁記錄存儲(chǔ)系統(tǒng)。該講座還介紹了垂直磁記錄和激光磁記錄的物理過(guò)程，磁頭，磁介質(zhì)材料的選擇和局限，薄膜微結(jié)構(gòu)的要求，以及現(xiàn)有的科技怎樣迎接未來(lái)發(fā)展的挑戰(zhàn)。

韋勒博士在清華大學(xué)材料學(xué)院作學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)

    現(xiàn)今硬盤記錄介質(zhì)的磁性晶粒平均尺寸在8到10納米之間，晶粒尺寸分布標(biāo)準(zhǔn)偏差接近于20%。要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)高于100Gbit/平方英寸的存儲(chǔ)密度，需要記錄介質(zhì)有更小的顆粒（尺寸在5~8納米之間），更好的磁熱穩(wěn)定性即更高的磁晶各向異性，和更緊密的晶粒尺寸分布（小于10%）。在提高磁晶各向異性的同時(shí)，還要求磁頭有相應(yīng)提高的寫入磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)磁記錄。實(shí)驗(yàn)和理論都證明，在記錄磁層下面加入軟磁鏡像層不僅可以增強(qiáng)垂直記錄的寫入磁場(chǎng)，而且能限制該磁場(chǎng)于更小的區(qū)域，從而達(dá)到高記錄密度。希捷公司在2003年底完成170Gbit/平方英寸磁記錄演示。這是現(xiàn)今世界上最高的磁記錄密度演示，證明垂直記錄技術(shù)是十分可行，并有可觀的應(yīng)用價(jià)值。

    盡管如此，要實(shí)現(xiàn)Tbit/平方英寸存儲(chǔ)密度，還需要在磁頭和磁記錄介質(zhì)上有重大的改進(jìn)。一個(gè)最基本的限制來(lái)自于磁記錄介質(zhì)的濺射鍍膜工藝，要用這個(gè)工藝實(shí)現(xiàn)上述磁性顆粒尺寸和分布的難度很大。一項(xiàng)被稱之為“自組裝磁性顆粒陣列”（SOMA — self-organized magnetic array）的熱門技術(shù)被看好為未來(lái)磁介質(zhì)合成的手段。該技術(shù)有望讓3-4納米尺寸的鐵鉑合金顆粒在磁記錄介質(zhì)表面形成規(guī)則的密排分布。該鐵鉑合金具有化學(xué)有序結(jié)構(gòu)，其磁晶各向異性是常規(guī)使用的鈷鉑合金的10-20倍以上。更重要的是成熟的化學(xué)制備手段使獲得小于5%尺寸分布的納米顆粒成為現(xiàn)實(shí)。由于鐵鉑合金如此之高的磁晶各向異性，其室溫下的矯頑力也很大?，F(xiàn)有的寫入磁頭所提供的磁場(chǎng)不能有效的翻轉(zhuǎn)這些磁性顆粒的磁化方向，而自然界已知的軟磁材料都不能提供這種超高磁場(chǎng)。一種可能的解決方案是利用熱輔助磁記錄(HAMR=Heat Assisted Magnetic Recording)或稱激光磁記錄來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)擦寫。在字節(jié)寫入時(shí)用激光加熱磁頭正在寫入的區(qū)域，并在寫入后迅速冷卻，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入和保存。如果把HAMR技術(shù)與SOMA 技術(shù)結(jié)合起來(lái)，就有望使每個(gè)磁納米晶粒成為記錄單元。其最終實(shí)現(xiàn)的存儲(chǔ)密度接近于50Tbit/平方英寸！這相當(dāng)于如今硬盤產(chǎn)品的1000倍或在一元硬幣的表面上獲得2000GB的存儲(chǔ)容量。

    二、DoSTOR存儲(chǔ)專訪 暢談挑戰(zhàn)存儲(chǔ)極限技術(shù)

    DoSTOR：能不能簡(jiǎn)潔明了地說(shuō)明一下HAMR技術(shù)跟當(dāng)前的磁盤盤片技術(shù)最大的不同在那里？
  
    Dr. Weller：HAMR= Heat Assisted Magnetic Recording=熱輔助磁記錄。通常的存儲(chǔ)方式用磁場(chǎng)來(lái)改變記錄介質(zhì)的磁化方向從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄。而HAMR在利用磁場(chǎng)的同時(shí)還要對(duì)記錄單元加熱。記錄介質(zhì)在升溫后矯頑力下降，以便來(lái)自磁頭的磁場(chǎng)改變記錄介質(zhì)的磁化方向從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄。與此同時(shí)記錄單元也迅速冷卻下來(lái)使寫入后的磁化方向得到保存。

    與通常的磁記錄相比HAMR的優(yōu)越性在于，它可以利用更小的磁性顆粒，更強(qiáng)的磁晶各向異性。因而這些小的磁性顆粒的熱穩(wěn)定性會(huì)更好。其結(jié)果是降低了介質(zhì)的噪聲，因而這些小的磁性顆粒有更好磁熱穩(wěn)定性和更低的介質(zhì)噪音，從而達(dá)到更高的存儲(chǔ)密度。
  
    DoSTOR：我從您的報(bào)告中提到，HAMR通過(guò)激光的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，而且在進(jìn)行磁記錄前需要加熱，那是否意味著以后HAMR硬盤的散熱將是主要問(wèn)題？不知道Seagate在這方面有何對(duì)策？
  
    Dr. Weller：散熱是HAMR技術(shù)中一個(gè)很棘手的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)很高的擦寫速度，我們必須在記錄過(guò)程中對(duì)介質(zhì)單元迅速加熱并迅速降溫。這需要對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)的每一層薄膜進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。與此同時(shí)磁頭也需要保持足夠的冷卻，否則其讀取傳感器(讀出頭)和提供磁場(chǎng)的軟磁體(寫入頭) 都會(huì)受到損壞。

    至于整個(gè)硬盤內(nèi)部因于激光加熱升溫所增加的熱量則可以忽略不計(jì)。
  
    DoSTOR：從報(bào)告中，我還了解到HAMR所采用的磁頭跟現(xiàn)在的磁頭有非常大的不同。不知道具體有那些方面的不同點(diǎn)？我們知道當(dāng)前普遍采用GMR磁頭技術(shù)。那么，跟HAMR技術(shù)相對(duì)應(yīng)的將是什么磁頭技術(shù)？
  
    Dr. Weller：HAMR磁頭需要一個(gè)激光傳送系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一套聚焦光路和一個(gè)近場(chǎng)光學(xué)加熱單元。它們用來(lái)把光束傳遞到介質(zhì)表面并局限在小于100nm的加熱點(diǎn)內(nèi)。為了使寫入頭的磁場(chǎng)落在加熱點(diǎn)內(nèi)，一個(gè)辦法就是將加熱單元盡量貼近寫入頭。 寫入頭本身會(huì)與磁記錄磁頭所用的一樣或稍做些修改。而讀出頭則會(huì)直接依賴磁記錄磁頭所使用的讀取傳感器，與之毫無(wú)二致。
  
    DoSTOR：一直以來(lái)，硬盤的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率（即從磁盤到磁頭間的傳輸率）都被認(rèn)為是改進(jìn)硬盤性能的瓶頸，隨著HAMR技術(shù)的應(yīng)用，是否有望改變這種被動(dòng)的局面？
  
    Dr. Weller：磁盤與磁頭間數(shù)據(jù)傳輸快慢最終要看： 1)寫入頭的軟磁芯在線圈磁場(chǎng)的激勵(lì)下能多快地產(chǎn)生磁場(chǎng)；2) 介質(zhì)磁性顆粒的磁化方向能多快地被寫入頭磁場(chǎng)翻轉(zhuǎn)；3) 寫入頭磁場(chǎng)能多快地響應(yīng)線圈信號(hào)而不損失其磁場(chǎng)強(qiáng)度?，F(xiàn)有技術(shù)可以使這一切都發(fā)生在10-9秒左右，即數(shù)據(jù)記錄的頻率在1GHz (109 赫茲)左右。如果存儲(chǔ)密度達(dá)到Tbit/平方英寸，就要求3GHz的記錄頻率。一些實(shí)驗(yàn)室里的研究結(jié)果顯示大于5GHz是可以實(shí)現(xiàn)的。HAMR本身不會(huì)影響數(shù)據(jù)記錄的速度。
  
    DoSTOR：希捷將在那個(gè)系列的產(chǎn)品上最先應(yīng)用HAMR技術(shù)？是ATA的酷魚系列，還是SCSI的捷豹，或者是Savvio系列硬盤？因?yàn)锳TA硬盤的單碟容量一直以來(lái)都走在SCSI的前面，按這種方式推斷，我們是否可以認(rèn)為普通電腦用戶將最先使用到HAMR技術(shù)？
  
    Dr. Weller：HAMR技術(shù)被用來(lái)研制記錄密度大于500Gbit/平方英寸的硬盤。根據(jù)INSIC (International Storage Industry Consortium 國(guó)際記錄工業(yè)協(xié)會(huì)http://www.insic.org/ )的產(chǎn)品規(guī)劃這些硬盤將在2009年之后才會(huì)上市。相對(duì)于各種產(chǎn)品系列，筆記本電腦的硬盤一直擁有最高的記錄密度；HAMR技術(shù)很可能在所有系列的硬盤中使用。

    DoSTOR：隨著最新的磁盤技術(shù)、磁頭技術(shù)的應(yīng)用，硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率勢(shì)必會(huì)迅速提高。那在與之相對(duì)應(yīng)的硬盤數(shù)據(jù)保護(hù)、硬盤穩(wěn)定性與可靠性方面，希捷科技又有什么最新進(jìn)展呢？
  
    Dr. Weller：數(shù)據(jù)安全、硬盤穩(wěn)定性和可靠性對(duì)于希捷所有的產(chǎn)品都至關(guān)重要。HAMR技術(shù)開辟了新的領(lǐng)域使高磁晶各向異性的材料得以運(yùn)用。使用這些材料作為記錄介質(zhì)可以改善介質(zhì)的磁熱穩(wěn)定性，并因此可以將磁性顆粒做的更小，從而減少噪音。這些優(yōu)點(diǎn)使得HAMR硬盤具有高可靠性和高存儲(chǔ)容量。
  
    DoSTOR：作為一種新興的硬盤技術(shù)，HAMR是否會(huì)帶來(lái)硬盤制造成本上的壓力？未來(lái)的硬盤會(huì)繼續(xù)這樣便宜下去呢，還是單價(jià)攀升，但容量?jī)r(jià)格比會(huì)提高？
  
    Dr. Weller：HAMR并不會(huì)對(duì)未來(lái)硬盤產(chǎn)品的性價(jià)比產(chǎn)生負(fù)面影響。整個(gè)行業(yè)劇烈的價(jià)格戰(zhàn)可能會(huì)繼續(xù)上演，隨之而來(lái)的是硬盤每GB價(jià)格的持續(xù)下降。
  
    DoSTOR：最后想問(wèn)Weller博士一個(gè)問(wèn)題，希捷科技認(rèn)為硬盤未來(lái)發(fā)展方向是什么？能否預(yù)測(cè)一下，未來(lái)的三、五年或十年后，硬盤將是什么樣子？
  
    Dr. Weller：我預(yù)期2年之內(nèi)垂直磁記錄將被廣泛推介。我們最早將在2009年看到HAMR技術(shù)進(jìn)入產(chǎn)品。理論上，HAMR技術(shù)可以被延續(xù)至大于10 Tbit/平方英寸的存儲(chǔ)密度。因此在可以預(yù)見(jiàn)在未來(lái)的5-10年之后，HAMR技術(shù)將會(huì)廣泛存在。
  
    三、磁介質(zhì)研究專家 — 韋勒博士簡(jiǎn)介

希捷科技研究中心磁介質(zhì)研究總監(jiān)Weller博士

    美國(guó)權(quán)威的IEEE(電氣和電子工程師學(xué)會(huì))磁學(xué)和磁性材料分會(huì)每年評(píng)選三位杰出學(xué)者，資助他們就最前沿的課題在美國(guó)和日本進(jìn)行演講交流。希捷公司的材料科學(xué)家韋勒博士是2004年入選的杰出學(xué)者之一(http://www.ieeemagnetics.org/Newsletter/Jan04/Dist_lectures_2004.html)。韋勒博士于1982年獲得德國(guó)Marburg大學(xué)物理學(xué)學(xué)士學(xué)位，1985年獲得德國(guó)科隆大學(xué)物理學(xué)博士。1985年-1990年在德國(guó)Erlangen的西門子AG中央實(shí)驗(yàn)室工作，負(fù)責(zé)磁光記錄材料與磁光記錄介質(zhì)的制備與測(cè)試。1990到2000，在美國(guó)加州圣荷塞市IBM研究所，負(fù)責(zé)薄膜與多層膜的電子特性、磁性和磁光特性的研究. 于2000年4月加盟位于賓州匹茲堡市的希捷研究中心，擔(dān)任磁記錄介質(zhì)研究部主管。他近期關(guān)注的研究領(lǐng)域之一是探索超高密度磁記錄的可行性設(shè)計(jì)以及納米磁性材料的合成。

    韋勒博士是美國(guó)物理學(xué)會(huì)(APS)的永久會(huì)員， 也是IEEE 和美國(guó)真空學(xué)會(huì)(AVS)的會(huì)員。他擁有14個(gè)美國(guó)專利和15個(gè)待決專利申請(qǐng)。他發(fā)表了200多篇的科技雜志論文和科技圖書文章。他是《高密度磁記錄物理學(xué)》的編輯和作者之一。他曾為《應(yīng)用物理學(xué)》和IEEE《磁學(xué)和磁性材料通訊》擔(dān)任客座編輯，也是第八屆磁學(xué)磁性材料會(huì)議/國(guó)際磁學(xué)會(huì)議的論壇主席。韋勒博士是即將在今年科羅拉多巨石城(Boulder)舉行的磁記錄年會(huì)-TMRC和在2005年日本名古屋舉行的“國(guó)際磁學(xué)”年會(huì)的論壇主席。

多易