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技术展望:当今电脑硬盘的发展趋势(一)

时间:2010-9-23 10:34:00 栏目:计算机基础知识 点击: 来源:不详

 [计算机基础知识]-本文简要:当今电脑硬盘的发展趋势 最近一年间,硬盘技术方面没有什么太大的突破,容量的增加和性能的增强更多的来源于工艺水平的提高和设计能力的加强。不过SATA接口已经顺利的全面取代了PATA接口,而10000转桌面硬盘和SATA2 接口也开始崭露头角。而更多的新技术则有待今后逐步投入使用,继续提高硬盘的容量和速...
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当今电脑硬盘的发展趋势

   最近一年间,硬盘技术方面没有什么太大的突破,容量的增加和性能的增强更多的来源于工艺水平的提高和设计能力的加强。不过SATA接口已经顺利的全面取代了PATA接口,而10000转桌面硬盘和SATA2 接口也开始崭露头角。而更多的新技术则有待今后逐步投入使用,继续提高硬盘的容量和速度。

一、新技术突破硬盘容量极限
毫无疑问,硬盘最重要的技术指标是存储容量,大多数硬盘被淘汰,不是因为损坏或速度不够快,而是容量不足。硬盘容量发展主线是记录密度的提高,记录密度的提高不仅让硬盘容量继续提升成为可能,而且还可在不提高转速的情况下提高性能,同时也让小型、微型硬盘的应用更加普及。尽管通过改进现有技术可以在一定幅度内继续提高,但已经接近理论极限,因此必需有新技术来支撑记录密度的继续提升。今后将从新型磁头技术、新型记录媒体技术、垂直记录技术以及 "HAMR"热磁技术等方面进行发展和应用,下面就给大家谈谈这些新技术的具体情况。

单牒容量188GB 的酷鱼7200.10 750GB硬盘 

目前硬盘广泛使用GMR(巨磁阻)磁头,利用了把盘片上的磁信息识别为电阻的MR(磁阻)效应,单牒容量可以做到100GB以上,但很快将达到极限。目前新型磁头技术主要有TMR磁头和CPP磁头等。提高硬盘记录密度不仅要求提高读取磁头的性能,另一方面,记录位缩小后更容易受到噪音的影响。为解决这种 "磁转变"噪音,可以通过缩小粒子粒径减少交错区域来解决。另外盘片的改进也在不断进行,比如通过减小记录层的膜厚度降低粒子高度,从而不会轻易受到相邻记录位的影响。
今后硬盘容量的提高将会越来越缓慢。因为已经使用了目前磁场强度最高的磁体,通过改进磁头和盘片结构提高记录密度正在逐渐接近水平记录方式磁体本身的极限。要突破这一极限,可以采用垂直磁记录方式,通过使磁场方向垂直于盘面,不仅能够进一步缩小磁体粒径,同时还能够确保一定的体积。这种方式的另一个效果是利用相邻记录位的磁场就能使记录位磁场保持稳定。垂直磁记录方式作为未来的高密度技术已开始被业界寄予厚望。与水平记录方式不同,采用这种方式不必把膜设计得非常薄,还可以确保粒子的大小,避免受热搅动的影响。
几年前提出的“湿盘” (wetdisk)技术,也在继续都到关注。当我们要把磁盘密度进一步增大,目前以金属薄膜盘片以及玻璃基片的"温盘技术"便无能为力了。我们知道,当磁盘密度达到一定程度时,信号便会变得更加微弱,并且相邻信号之间的干扰也更为严重。要解决只能把磁头进一步贴近盘片,但目前的磁头飞高已不到0.08微米,要进一步令磁头靠近盘片非常困难,因为这要克服磁头抖动及盘片细微凹凸等引起问题。为此,有人提出干脆把磁头紧贴磁盘(Contactrecording),于是一种全新的盘片技术“湿盘”(wetdisk)被提上的研发日程,“湿盘”可以最大限度地减少磁头与盘片的磨擦,但其中还有不少技术上与工艺上的问题有待解决。我们期待着这种新型磁盘材料的早日问世。
希捷公司则在今年发布了一种可在一平方英寸介质上存储50TB数据的技术,通过这一技术,超大容量的硬盘可能在不久的将来面世。这就是Heat Assisted Magnetic Recording(热辅助磁记录HAMR)的技术。这种技术使用激光热辅助手段,通过磁记录方式将数据记录到高稳定性介质上,从而大大提高了每平方英寸的存储量,使磁记录极限进一步超越人们的想象。HAMR结合了铁铂粒子自排列的磁阵列技术,将把所谓的磁记录超顺磁极限提高100倍以上,最终可以实现每平方英寸50 TB的存储密度。具体说HAMR技术在将要记录数据位的位置,用激光束精确地加热介质,就容易将数据写到它上面了,而且随后的快速冷却又可以使已写入的数据变得稳定,从而大大提高磁盘面密度纪录。

二、串行接口技术进一步发展
由于具备诸多优点,SATA接口在今年已经顺利普及,预计其生命期为十年左右,计划推出三代产品。目前使用的SATA1.0提供了150MB/s的传输速度。而 SATA2.0能提供300MB/s的传输率, SATA 3.0的速度至少可以达到600MB/s,且具备其他一些新特性,将目标瞄准了高端企业市场。


为真正体现出SATA接口优势,人们都期待着具有SATA 2.0特性硬盘[现在已正式更名为SATA Rev.2.5]的推出和应用。但是由于种种原因具有SATA 2.0特性硬盘普及的步骤还不够快,今年市场上出现了一些采用"SATAII"接口的新款硬盘,这里要明确一点,SATA II并不是真正意义上的具有SATA 2.0特性硬盘,最显著的一点是,其接口速度依然保持在150MB/s 。大家知道SATA硬盘分为原生(Native)与桥接(Bridge)两类,使用桥接方式的SATA接口,本质上仍为PATA,实际性能受到一定影响。真正原生串行硬盘是指接口速率为150MB/s,并支持命令队列等新功能、采用真正SATA控制器的产品。SATA II硬盘可以简单被视为是由桥接模式到原生模式的升级。
SATAII代表产品是迈拓最新推出的MaXLine III。这是是迈拓第一款真正意义上的SATA接口硬盘,所以在这款产品上大家将不会看到4针的电源接口,只使用15针符合SATA标准的电源接口。尽管接口速度仍然维持在150MB/s,但这款硬盘使用了部分SATA2.0特性的新技术,其中最引人注目的是本机命令排队(Native Command Queuing,NCQ),NCQ技术可以最大限度的消除硬盘的转动延迟和减少寻道距离。NCQ技术在SCSI硬盘中早就得到了广泛的应用,但到现在才正式引用到ATA硬盘中。

使用SATAII的MaXLine III  
SATA Rev.2.5真正的发展不是在Desktop平台,而是在企业应用中。在服务器领域SAS(Serial Attached SCSI)技术将得到广泛应用,但由于SCSI Ultra640标准一直没有被业界所采纳,所以相关厂商把SATA Rev.2.5特性作为SAS的一部分。长期以来,ATA只是在功能上被视为SCSI的子集,两者之间并不兼容。如今SAS在软硬件层面上都涵盖了SATA,企业级用户可以在同一环境中混用SAS和SATA驱动器,保持性能及价格的均衡。SAS就是 SCSI,却有串行连接的特性,SAS技术将会对光纤通道技术发起挑战,使企业磁盘市场又多一种选择。
外部SATA接口在今年也得到了初步发展,串行ATA技术在制定之初就未局限   

于机箱内部设备的使用。目前相关组织开始为外部SATA接口制定明确的标准,其中包括:高速的传输接口、不受噪音干扰的电缆、简单的层次架构和一些其他参数。
除了SATA,今年还有其他新型硬盘接口新标准得到了发展。英特尔在2004秋季IDF上推出了全新的CE-ATA接口,CE是消费电子(Consumer Electronics)的英文缩写。新规范概念上与个人电脑和服务器硬盘的Serial ATA接口相似。这意味 CE-ATA 将取代并行接口和大家熟悉的缎带式排线,改用小而薄的线缆和连接器形成串列,所需针脚数目也会减少,这将有助于降低耗电量和成本,并提高系统稳定性。

三、笔记本电脑硬盘新发展

   近些年随着移动计算技术的发展,笔记本电脑硬盘也在向着更小体积、更高速度、更省电、更安全 方向发展。
笔记本硬盘由于单蝶容量和转速的先天不足,其容量和性能与台式机硬盘相比有相当大的差距。不过7200转的2.5寸笔记本硬盘目前已经上市,配合8MB 以上的大容量高速缓存,性能有较大的提升。为进一步提高笔记本电脑硬盘性能,目前甚至有厂家考虑使用两块1.8英寸硬盘组成RAID 0,随着新技术的不断应用,突破笔记本电脑性能瓶颈指日可待。
除了性能提升,笔记本电脑硬盘也采用了很多新技术来提升容量,象日立硬盘采用的Femto Slider Head (毫微微米级滑行读写头)技术,使读写头与盘面之间的距离缩短了40%,增加了大约10%的纪录区域,实现了高密度化。此外还采用了IBM开发的一项所谓 "仙尘技术",(Pixie Dust),使硬盘的可靠性和存储密度大幅增加。仙尘技术实际上是IBM发明的一种稀有金属涂层,它能够克服当磁存储设备的存储密度到达一定限度的时候所出现的超磁效应。这样磁盘的存储密度就能进一步上升。为实现更高的记录密度,可以利用特殊的"钌层":使用1到2层磁体膜,在每个磁体膜之间夹入反铁磁体即钌膜。记录层磁场穿过钌膜时其磁性会发生反转。这样一来,钌膜正下方的磁体膜就会具备与记录层磁性正相反的磁场。由于磁场反向,因此就能够稳定地保持记录层的磁场强度。由于这些技术的采用,今年笔记本硬盘容量已经提升到100GB以上。

采用CF接口的微形硬盘
  
除了容量和性能的提升,小型化也是笔记本硬盘发展的一个趋势,随着超便携笔记本电脑的发展,1.8英寸笔记本硬盘今后将得到更广泛的应用,同时容量也将提升到60G以上。而更小的1英寸HDD(MicroDrive),容量已达到了5GB,当然,这种硬盘目前还只能作为笔记本电脑的辅助存储设备,随着今后容量提升到20G以上,应用在特殊的超小型笔记本电脑中也不无可能。
在安全性方面,由于硬盘是笔记本电脑中最容易受损的部件,而它又装载了用户的系统和数据,意外的跌落、撞击乃至晃动都有可能造成笔记本电脑数据丢失或硬盘损毁。针对这一问题,IBM研发了革命性的主动硬盘保护技术- -APS(Active Protection System,主动保护系统),使其对硬盘的保护由过去的被动方式转化为主动方式。APS是由内嵌于主板上的加速度感应芯片和预装在系统中的震动预测管理软件所组成,通过对笔记本各角度、震动、撞击的监测即对横纵加速度变化的监测,来决定是否将硬盘磁头从工作状态收回到磁头停止区(Parking Zone),从而减小撞击对硬盘的损害,保护硬盘及硬盘内的数据。
除了APS技术,硬盘"保护区域"也在保护笔记本硬盘数据安全上发挥作用。所谓"保护区域"简单说就是PC硬盘上一个特殊的隐藏区域,现在有一些笔记本电脑在出厂之前将硬盘的一部分容量做成“保护区域”,并将操作系统、预装软件备份在其中;当用户按住特定按键或者用恢复软盘启动主机时,硬盘收到ATA命令打开"保护区域";再用特定的软件将备份数据恢复到用户区域,系统就得到了恢复。



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栏目:计算机基础知识 作者:佚名 来源:不详
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