Tecnología de grabación vía terabit
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Tecnología de grabación vía al Terabit
Sumario
Uso de dispositivos móviles y de electrónica
Un uso cada vez mayor de dispositivos móviles y de electrónica de consumo con contenidos digitales pesados como vídeo, música o fotos, además del crecimiento de la cantidad de datos generados por las empresas, están disparando la necesidad de discos duros de todos los formatos sumamente fiables y de gran capacidad. Para responder a esas actuales necesidades de discos duros se ha implantado la tecnología de grabación magnética perpendicular (PM) que permite aumentar la capacitad de almacenamiento de los discos duros. Con esta tecnología la magnetización de cada bit de los datos se alinea verticalmente con el giro del disco, en lugar de hacerlo de modo longitudinal, como se ha vena do haciendo durante décadas en la industria del disco duro. Este cambio permite poner en un disco más datos de lo que es posible hacer con la grabación longitudinal convencional, además de proporcionar una plataforma para la futura expansión de la densidad de los discos duros.
Grabación magnética perpendicular
El concepto de grabación magnética perpendicular fue propuesto por primera vez por el profesor Shun-ichi Iwasaki del Instituto de Tecnología Tohoku en Japón en 1976. Pero, mucho antes aparecieron esporádicos esfuerzos en el desarrollo de la tecnología de grabación perpendicular.
Puede decirse que la primera vez que se mencionó el concepto fue en un programa de la carrera de Diseño de Computadoras de la Universidad de Berkeley de los finales de los años 40. Este programa se introdujo por la Oficina de Investigación Naval con el propósito de obtener una computadora basada en un tambor de memoria magnética. Las primeras compañías que demostraron un interés serio en la grabación magnética perpendicular fueron IBM y Ampex las cuales consideraron la tecnología como una solución para la industria de las cintas magnéticas de los finales de los años 50. Desde 1955 a 1961, la grabación perpendicular fue el mayor proyecto de unidad de disco encarado por IBM.
Posteriormente, la simplicidad y fortaleza en el mercado de la grabación longitudinal postergó el desarrollo de la tecnología perpendicular hasta la actualidad, cuando prácticamente se han alcanzado los límites de la tecnología longitudinal.
Se espera que la grabación perpendicular sea capaz de aumentar hasta 10 veces la densidad de almacenamiento de la grabación longitudinal para el mismo tipo de medio. Los primeros intentos de usar este sistema estuvieron en los disquetes durante la década de los 80, pero el sistema nunca fue seguro. En la actualidad existe un renovado interés en usarlo para los discos duros, que ya rebasa con rapidez sus límites.
Se estima que con la tecnología actual de 10 discos duros con grabación longitudinal, se alcance un límite de entre 15.5 y 31 Gb/cm² (100 a 200 gigabits por pulgadas cuadradas) debido al efecto superparamagnético, auque ese estimado se revisa continuamente. Con la grabación perpendicular se espera densidades del orden de 155 Gb/cm² (1 terabit por pulgadas cuadrada).
Para visualizar la diferencia entre la grabación longitudinal y la tecnología perpendicular, imagínese el plato de una unidad de disco. Los bits de datos en el disco son representados por partículas magnetizadas con sus polos orientados en uno u otro sentido. Hasta ahora, las partículas han estado alineadas paralelamente a la superficie del disco, como anillos concéntricos formados por minúsculas fichas de dominó. PMR levanta esas fichas de dominó sobre un extremo también en círculos concéntricos para apretar muchas más fichas en una superficie determinada.
El reto (diseño de almacenamiento magnético)
El principal reto al diseñar medios de almacenamiento magnéticos es mantener la magnetización del medio (es como se almacena la información) a pesar de las fluctuaciones térmicas disponible es muy alta en el punto determinado, habrá energía suficiente para eliminar esa magnetización ya la información almacenada en dicho punto se perderá. Ya que la energía necesaria para eliminar la magnetización de determinada región magnética es proporcional al tamaño de esta (cuanto mayor sea es mas estable y más inmune a la temperatura) y hay un limite mínimo para esas regiones magnéticas a cierta temperatura. Si el tamaño cae por debajo de ese mínimo, la región podría ser desmagnetizada en cualquier momento por la energía térmica disponible. La grabación perpendicular mantiene el mismo tamaño de región que el estándar, pero organiza las regiones magnéticas de forma más eficiente.
La explicación sencilla para la ventaja de la grabación perpendicular es que permite mayores densidades de almacenamiento alineando los polos de los elementos magnéticos (representan bits de información), perpendicularmente a la superficie del disco de grabación, como se muestra en la ilustración. Alinear los bits de esta forma ocupa menos espacio del necesario que si se hace longitudinalmente, por lo que pueden ser agrupados e incrementar el número de elementos magnéticos que pueden ser almacenados en un área dada.
La explicación real es algo más complicada e implica el uso de materiales magnéticos "más fuertes" (mayor coercitividad magnética) como medio de almacenamiento. Esto es posible gracias al hecho de que, en una disposición perpendicular, el flujo magnético es guiado por una capa magnética "más débil" y relativamente gruesa situada justo bajo la capa "más fuerte" (que complica considerablemente y aumenta el grosor total del disco). Esta capa magnética "más débil" y relativamente gruesa situada justo bajo la capa “mas fuerte” (que complica considerablemente y aumenta el grosor total del disco). Esta capa “más débil”
puede considerarse como una parte de la cabeza de escritura, y hace que ésta sea más eficiente y permita la producción de un mayor gradiente de escritura, esencialmente con los mismos materiales que para las cabezas de escritura longitudinales y el uso de medios de mayor coercitividad magnética. Un medio de mayor coercitividad es más estable térmicamente, ya que dicha estabilidad es proporcional al producto del volumen del bit (o grano magnético) por la constante uniaxial anisotrópica Ku, mayor para los materiales con alta coercitividad magnética.
Tecnología híbrida de almacenamiento
En la actualidad, muchos fabricantes de discos duros utilizan la tecnología de grabación magnética perpendicular para almacenar bits mucho más juntos en los "platos" del disco y permiten así dispositivos de mayor capacidad, pero con el efecto negativo del comportamiento cohesivo del medio al tenerlos muy próximos, lo cual genera que éstos pierdan sus propiedades magnéticas, por lo que es necesario una tecnología híbrida en la que se fusionen la grabación óptica asistida térmicamente con la perpendicular. Esa unión será de importancia crucial para este mercado, pues permite a los fabricantes alcanzar capacidades de almacenamiento diez veces mayores que las actuales.
Fujitsu Computer Products of America, Inc. desarrolló con éxito un "elemento óptico" con el que podrá grabar al usar un sistema que denominó "Thermal Assisted Magnetic Recording" (Grabación Magnética Asistida Térmicamente) en los futuros discos duros. Gracias a este elemento óptico, los ingenieros de Fujitsu consiguieron un tamaño del enfoque óptico inferior a los cien nanómetros, un importante hallazgo que permite la implantación satisfactoria de la tecnología de un terabit por pulgada cuadrada en las unidades de disco duro.
La combinación de las tecnologías de grabación óptica y magnética, pueden contrarrestar los efectos mencionados al grabar en "platos magnéticos", y dirigir calor al bit específico que se va a escribir. El calor es producido por la óptica,
mientras que la grabación magnética se encarga de transferir la información. En general, al escribir en el "plato" del disco, éste se calienta y así ayuda a mantener los datos, pues al estar muy juntos los bits en el medio magnético, tienden a interferirse los unos con los otros. La gran idea de Fujitsu es calentar el medio lo más posible con un láser para que la información quede retenida con mayor facilidad y luego enfriarlo rápidamente para estabilizarla.
A medida que las investigaciones y el desarrollo de la grabación terabit continúan avanzando, la grabación magnética asistida térmicamente se considera como una de las tecnologías más relevantes. Para que este método funcione es esencial un enfoque óptico muy pequeño con una alta eficiencia de transmisión óptica en el disco de grabación.
La implantación con éxito de la tecnología de grabación asistida térmicamente exige también que se apliquen los criterios siguientes:
• Los elementos ópticos deben incorporarse al proceso de fabricación de cabezales magnéticos de discos duros.
• El tamaño del haz de salida necesita reducirse a un tamaño mínimo para lograr una alta densidad de grabación de 1 terabit por pulgada cuadrada.
• La eficiencia de transmisión óptica debe ser elevada para calentar el enfoque óptico y facilite la grabación en medios magnéticos de alta coercitividad.
Al utilizar un elemento óptico diseñado expresamente para ello, se pudo alcanzar un tamaño de enfoque óptico de 88 nm x 60 nm con un 17% de eficiencia óptica. En este elemento óptico se adoptó una estructura de múltiples capas con un nivel óptico de transmisión. Fujitsu es la primera empresa del mundo que consigue enfoque óptico inferior a los cien nanómetros con un elemento óptico por capas. "Este logro con el elemento óptico de múltiples capas supone un hito
para el desarrollo de la grabación de alta densidad, así como para el sector del almacenamiento en general", afirma Georg Dietsch, Director de Productos de Almacenamiento del Fujitsu EMEA. "Con este éxito, Fujitsu abre un nuevo camino para que los fabricantes de discos duros puedan satisfacer debidamente las demandas de los proveedores de ordenadores y productos electrónicos de consumo que desean unidades de disco duro con capacidades muy elevadas .
Para el futuro
A pesar de que aún esta tecnología se encuentra en desarrollo y no está exenta de problemas, entre ellos el de cómo fabricar una unidad óptica para tales efectos, este anuncio entrega una idea de lo que puede esperarse en términos del almacenamiento en el futuro. Fujitsu confía que con esta tecnología podría llegarse a almacenar un terabit de información por pulgada cuadrada, y eso permitiría mayores capacidades de los discos duros.
Fuente
D.I Humberto Becerra López. Revista GIGA, Copextel, número 2, 2007, p. 12-14.
