IDC预测，主流硬盘在2009年的容量将达到目前的5～10倍。到底采用什么技术可以打破现有硬盘记录容量的极限？又有哪些即将实用化的新技术能确保硬盘容量的持续增长呢？
1956年，世界上第一个磁盘系统在加利福尼亚的实验室里被研制成功，它的体积同普通沙发相差无几，而存储容量仅仅为5MB。时至今日，硬盘小型化已经成为现实，而容量的变化更是着实让人吃惊，市场上已经出现了硬盘容量为500GB的成熟产品，TB级的存储容量也不再是遥不可及的事。
增大容量遭遇瓶颈
从第一块硬盘诞生以来，如何提高它的存储容量就成为了最基本的问题。很显然，要想增大存储容量，从提高存储密度着手是最根本的解决办法。
我们先来看看磁盘的构造，在硬盘的众多零件当中，盘片和磁头是最为关键的两个部件，分别发挥着数据存储和数据读写的作用。这里主要来谈谈与新一代存储技术关系紧密的盘片。硬盘盘片的单面由多个层复合而成，最上面是润滑剂涂层，保证磁头的平稳运行；紧接着的是保护层，保护数据层不受损坏；再下来是磁记录层和铬底层，然后才是盘片的基体材料，也就是我们常说的“玻璃盘片”或者“铝盘片”。
磁记录介质是由很多微小的磁粒构成的，每个比特信息的存储大约需要100个这样的磁粒。为了提高磁录密度，磁粒本身必须很小，磁粒体积缩小，数据比特才会变小，硬盘才能够存储更多数据。不过，在减小磁粒尺寸的过程当中出现了一个问题，研究发现，磁粒尺寸越小，能使它进行极性翻转所需要的能量也就越小，磁粒在足够小时甚至会在室温下就能吸收热能而自动反转磁路，形成破坏数据的“逆转比特”，最终导致整个硬盘数据的丢失。这就是超顺磁效应(热稳定性)带来的挑战?D?D磁粒不可能无限制地缩小，因此也就大大限制了磁盘存储密度的进一步提高。
再从记录技术的角度来看，传统的记录方式是纵向记录模式，在这种模式下，磁场的磁化方向与盘片的表面方向是平行的，由磁粒组成的磁单元也是以水平方式在盘片的表面首尾相接，沿着盘片的旋转方向进行排列。让我们看看磁头写入信息的情况：磁单元在磁力作用下会在平面内进行180度的翻转，这样的相邻磁单元的连接方式就是N-N和S-S两种，根据我们的磁场知识很容易理解，这种同极邻接产生的斥力将导致状态十分不稳定，显然，这对于超顺磁效应带来的影响会更加敏感。
有没有办法能强行对抗顺磁效应呢？尝试使用高矫顽力的材料是一个办法，可是从材料名称上就可以自然地想到，这势必会导致磁头在写入信息时更加困难。在此看来，硬盘容量的进一步增大似乎在超顺磁效应面前显得困难重重。
这一问题的解决在2001年有了转机，AFC(反铁磁性耦合)介质在那一年步入了实用化阶段。这种介质感觉上很象“汉堡包”，是在两层特别的磁记录介质层(钴-铂-铬-硼合金)当中夹进一层金属钌。通过钌层把上下两个磁介质层进行分隔，这样就出现了方向不同的磁场，而且上下磁记录层的极性是相反的，这样的邻接方式产生的引力使状态稳定起来。
然而，这种方式虽然在一定程度上解决了顺磁效应的问题，但在硬盘的容量超过100GB的时候仍然遭遇了瓶颈。
垂直记录破解困局
垂直记录是相对于传统技术的纵向记录而言的，这项技术早在19世纪就已经被提出了，并在1976年形成了系统理论。上个世纪末，垂直记录模式在实验室当中逐渐走向了成熟，但真正“落地”，并在市场中形成实用产品则是今年的事。理论证明，垂直记录模式能够大幅度提高存储密度，可以达到500Gbit/平方英寸，如果与磁头发展等其他技术进行有效结合，硬盘存储容量有望在未来的10年内有10倍的增长。
让我们来看看垂直记录技术是如何在避免超顺磁效应的前提下，还能减小比特体积的。从概念上来理解垂直记录一点都不难，就是让磁粒从“躺”着到“站”起来，即排列方式由沿着磁盘面的端对端水平排列改为垂直摆放。
与纵向记录方式进行一下比较：采用纵向记录技术时，假想1和0相间的最高密度比特样式，相邻磁粒会以头对头、尾对尾的形式排列，在这种情况下，每个磁块互相排斥，遇到高温波动时，磁粒就会变得很不稳定；但在垂直记录技术中，磁粒一上一下垂直摆放，这时磁粒的极性方向就垂直于磁盘表面，采用了这种巧妙的方式，磁单元在磁盘表面上占的面积就减小了，在单位面积上的磁粒也就更多，等同于可以进一步提高存储容量；更重要的是，当磁单元被写入信息后，它将做180度的反转，这样就与相邻的磁单元变成了S-N的邻接方式，这种相邻的垂直比特(数据)就起到了互相稳定的作用，磁粒排列更加紧密，因此数据丢失的可能性就大大减小了。
为了满足垂直记录的要求，在整个垂直记录方式的硬盘盘面上，磁盘的记录层需要比纵向记录层的厚度要厚，这样每个微粒需要更大能量才能改变它的不同方向，小型磁粒也就更能抵御超顺磁现象的不利影响；而在硬记录层下面，还要加上一层软磁底层，这样做的目的就是让磁头可以提供更强的磁场，从而能够以更高的稳定性将数据写入介质当中。
目前，各大硬盘厂商纷纷看好这一技术并进行大力投入，日立存储宣布，他们采用这项技术已经实现了存储密度达到230Gbit/平方英寸，希捷、东芝、富士通、TDK等厂商也实现了100Gbit/平方英寸以上的存储密度。
这项技术虽然已经实用化，但一些技术难题仍然在探索当中。例如，试图发明新的读写磁头、试验一些具有更高磁化特性和表面经过改良的新材料、根据日益微小的磁化比特和信号维持噪音比率等等。
下一代记录技术展望
晶格介质记录
磁头的写入单位是由磁粒组成的磁单元，在同一磁道上极性相反的相邻磁单元之间的边界称为磁变换，通过比特单元是否包括磁变换来进行数据记录。既要准确探测到磁变换，又要避免超顺磁效应的影响，减小写入单位的尺寸是实现提高存储密度的方式之一，这就是晶格介质技术。
其基本原理就是，生成小尺寸、有序排列的“单畴磁岛”作为写入单位，通过这种技术的存储密度可以达到传统垂直记录的大约两倍。而且由于每个岛都是一个单磁畴，所以晶格介质的热稳定性也很好，几乎不会受到超顺磁效应的影响。
现在的光刻技术已经能够实现制造磁岛，这其中需要用到电子束刻蚀技术和纳米刻印复制技术，前者用于制造后者的模板，后者则将图样翻版到硬盘盘片的基板之上。在磁变换的过程当中，当被写入数据以后，磁岛必须保持单畴，这样数据才不会丢失，因此，除了制造工艺要取得突破以外，还需要磁头技术的配合。晶格介质记录这项技术目前还需要进行大量的实用化研究。
热辅助磁记录
前文提到过高矫顽力磁介质的使用，可以进一步减小磁粒尺寸。之所以过去的技术推广程度不高，是因为使用这种介质时，磁头写入需要极强的磁场，不仅使得磁头制造困难，而且也会对相邻区域的数据稳定性有一定影响。
现在，一种全新的记录方式可以有效解决这个问题----热辅助磁记录。其原理就是采用激光作为辅助，在写入介质时，使用激光照射写入点，这样磁头就可以利用热能，从而在磁场强度小的情况下也能顺利进行写入操作。难点就在于需要采用极细的激光束，普通激光不能满足需求，实验室当中流行的办法是采用近场光。
这项技术理论上可以将存储密度提高到5Tbit/平方英寸，即传统垂直记录技术的存储密度极限的10倍，目前还处在基础研究阶段。
垂直/纵向技术对比
磁录密度的历史发展趋势
链接：IDC关于垂直记录的预测
2009年使用垂直记录技术的硬盘将达到六亿三千万部，成为雄霸市场的新技术。
到2008年，小型硬盘(2.5 英寸以下)将占据硬盘产量的46% 以上，其中大多数会利用垂直记录技术来满足容量需求。
对整个硬盘行业的发展进行预测，垂直记录将成为2004至2008 年达到IDC 预测的15.5% 年复合成长率的主要推动因素。
在5年内，产品磁盘密度将会达到目前技术下磁盘密度的4至5倍；在10年内，垂直记录(包括混合方法)会使磁盘密度达到目前技术下磁盘密度的10倍。 |
