Hitachi: Leseköpfe für 4-TB-HDDs entwickelt

Hitachi teilte heute mit, die kleinsten Leseköpfe für Festplatten entwickelt zu haben. Durch diese neuen Leseköpfe soll der Weg für Speicherkapazitäten von bis zu vier Terabyte (TB) für PC- und Notebook-Festplatten geebnet werden.

Hitachi ist es nach eigenen Angaben gelungen Schreib-/Leseköpfe zu entwickeln, die zweimal kleiner sind als der heutige Stand der Technik. Die Größe der neuen Köpfe liegt im Bereich zwischen 30 bis 50 Nanometer, das entspricht in etwa einem 2000stel eines menschlichen Haares (circa 70 bis 100 Mikrometer). Die sogenannten „Current Perpendicular-to-the-Plane Giant Magnetoresistive“-Köpfe (CPP-GMR) werden voraussichtlich ab 2009 in Produkten ausgeliefert und ab 2011 ihr volles Potential erreichen. Die CPP-GMR-Kopf-Technologie hat einen geringeren elektrischen Widerstand bedingt durch die metallische Leitfähigkeit anstelle der Tunnel-Leitfähigkeit. Dies ermöglicht Hochgeschwindigkeitsbetrieb sowie eine weitere Miniaturisierung.

Hitachi präsentiert diese Entwicklung auf der 8. Perpendicular Magnetic Recording Conference (PMRC 2007) vom 15. bis 17. Oktober im Tokyo International Forum in Japan. Hitachi glaubt, dass CPP-GMR-Köpfe die Speicherdichte von Festplatten von 500 GBit auf ein Terabit pro Quadrat-Zoll erhöhen können, was einer Vervierfachung der derzeitigen Flächendichte entsprechen würde. Anfang des Jahres hat Hitachi die erste industriell hergestellte 1-Terabyte-Festplatte (siehe auch) mit 148 GBit pro Quadrat-Zoll auf den Markt gebracht. Aktuell ist die höchste erreichte Flächendichte einer Hitachi-Festplatte im Markt etwa 200 GBit pro Quadrat-Zoll. Diese Produkte arbeiten mit der TMR-Technologie (Tunnel Magneto Resistance). Die TMR-Anwendung besteht aus drei Lagen. Eine isolierende Schicht wird zwischen zwei ferromagnetische Beläge eingeschoben. Der TMR-Effekt bezeichnet den Wechsel der Widerstandsrichtung, welcher durch einen Richtungswechsel der oberen und unteren ferromagnetischen Schichten auftritt. Das Verhältnis des elektrischen Widerstands während dieser beiden Stadien wird als Magnet-Widerstand-Verhältnis bezeichnet.

Schreib-/Leseköpfe sowie Datenträger sind die zwei wichtigsten Komponenten, die Miniaturisierung und exponentielles Wachstum der Speicherkapazität der Festplatten bedingen. Um die Kapazität von Festplatten weiter zu erhöhen, müssen immer kleinere Datenpakete auf das Speichermedium passen. Entsprechend verkleinert sich auch der Schreib-/Lesekopf. Wird der Kopf jedoch immer kleiner, erhöht sich der elektrische Widerstand, der für einen Anstieg des Rauschpegels verantwortlich ist. Zudem wird die Lesegenauigkeit der Köpfe eingeschränkt. Ziel des Leseprozesses ist ein hohes Signalergebnis bei geringem Rauschen. Deshalb versuchen die Entwickler ein optimales Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) in der Lesekopf-Technologie zu erreichen. Mit der TMR-Technologie kann, laut Aussage der Entwickler, keine exaktes Auslesen bei Speicherkapazitäten von über 500 GBit pro Quadrat-Zoll gewährleistet werden.

Im Vergleich zu TMR hat CPP-GMR einen geringeren elektrischen Widerstand, der in einem geringeren elektrischen Rauschen, aber auch in einem kleineren Signalpegel resultiert. Deshalb war es notwendig, dass ein hoher Signalpegel bei reduziertem Rauschen erreicht wurde, bevor die CPP-GMR-Technologie umsetzbar war. Als Antwort auf dieses Problem hat Hitachi eine Hochleistungs-Technologie sowie eine Technologie zur Rauschreduktion für den CPP-GMR-Kopf entwickelt. Ein Magnetfilm mit hoher Elektronenspinstreuung wird in der CPP-GMR-Schicht eingesetzt, um die Signaleffizienz des Kopfes zu erhöhen. Das Ergebnis sind Leseköpfe mit einer Spurbreite zwischen 30 und 50 Nanometer und einem Signal-Rausch-Verhältnis von 30 und 40 Dezibel.

Schreibköpfe mit einer Spurbreite von 50 Nanometer werden voraussichtlich 2009 zum ersten mal in Produkten verfügbar sein, mit 30 Nanometer rechnet man um 2011. Aktuell haben TMR-Köpfe eine Spurbreite von 70 Nanometer. Der GMR-Effekt (Giant Magnetoresistive) wurde 1988 von Albert Fert und Peter Grünberg entdeckt. Die beiden Physiker wurden dafür letzte Woche mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.