Werksbesichtigung: So fertigt Seagate Festplatten-Schreibköpfe in Irland

Aktuelle und künftige Schreibtechnologien

Perpendicular Magnetic Recording

Stand der Schreib-Technik ist bei Festplatten seit einigen Jahren das sogenannte Perpendicular Magnetic Recording (PMR), bei dem die einzelnen Bits senkrecht zur Oberfläche beschrieben werden und daher dichter gepackt werden können. Erstmals in einer kommerziellen Festplatte verwendet wurde es 2004 von Toshiba, bevor etwas später auch Seagate und die anderen Festplattenhersteller das in der Theorie seit 1976 bekannte Verfahren einsetzten. Verglichen mit dem Longitudinal Magnetic Recording, bei dem parallel zur Platter-Oberfläche geschrieben wurde, sind die Bits bei PMR-Festplatten deutlich dichter gepackt, was höhere Speicherdichten ermöglicht.

Die aktuellsten Festplatten-Modelle von Seagate erreichen mit PMR eine Speicherdichte von ungefähr 700 Gbit pro Quadratzoll. Die Grenze des Machbaren ist damit zwar noch nicht erreicht, als Grenze für ein Massenprodukt erwarten die Ingenieure allerdings eine Speicherdichte von 1 Terabit/in². Da der Bedarf nach Speicherplatz auch weiterhin steigen wird, müssen neue Technologien her, zumal die Zunahme der Speicherdichte auch so hinter der Zunahme der Datenmenge zurückbleibt: Während die Datenwolke jedes Jahr um 40 Prozent wächst, nimmt die Speicherdichte im Schnitt „nur“ um 15 Prozent jährlich zu.

Problematisch beim Einsatz von PMR mit höheren Speicherdichten ist, dass die einzelnen Bits irgendwann zu klein werden. Die Empfindlichkeit der Teilchen gegen thermische Anregung wird dann so groß, dass sie leicht ihre ferromagnetischen Eigenschaften verlieren können und der superparamagnetische Effekt einsetzt, wodurch es zu spontanen Datenverlusten kommen kann, da die Teilchen keine bleibende Magnetisierung mehr halten können. Je leichter sich die Magnetisierung von Materialien ändern lässt, desto früher setzt beim Erhöhen der Datendichte der superparamagnetische Effekt ein. Um die Teilchengröße weiter zu verkleinern, das heißt die Speicherdichte zu erhöhen, benötigt man daher Materialien mit hoher magnetischer Anisotropie, die eine stabilere Magnetisierungsrichtung aufweisen. Im Umkehrschluss heißt dies aber auch, dass mehr Energie zum Schreiben von Daten auf den Datenträger benötigt wird. Da die magnetische Feldstärke, die ein Schreibkopf in einem sehr eng eingegrenzten Areal erzeugen kann, begrenzt ist, lässt sich daher auch die Speicherdichte mit PMR-Technik nicht beliebig erhöhen.

Heat Assisted Magnetic Recording

Als eine der in der Entwicklung befindlichen Zukunftstechnologien zur weiteren Steigerung der Speicherdichte propagierte Seagate daher erst kürzlich wieder das Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR). Das tut das Unternehmen zwar seit Jahren in unregelmäßigen Abständen (siehe auch), in den letzten Wochen und Monaten scheint man jedoch wichtige Fortschritte gemacht zu haben. In der Theorie soll mit HAMR eine Datendichte von 5 bis 10 Terabit pro Quadratzoll möglich sein; wie es in der Praxis aussieht, muss sich aber erst noch zeigen.

Die grundsätzliche Idee hinter HAMR ist, die Schreibköpfe mit einem winzigen Laser zu kombinieren. Dieser heizt die zu beschreibende Oberfläche in einem winzigen Bereich auf und reduziert dadurch die zum Schreiben nötige Stärke des Magnetfelds. Was in der Theorie einfach klingt, wirft in der Praxis einige Probleme auf. Da wäre zunächst die höhere Komplexität der Kombination aus Schreibkopf und Laser. Hinzu kommen die Nebeneffekte beim Einsatz des Lasers. Durch seinen Einsatz erreichen die Platter – lokal sehr stark begrenzt – kurzzeitig Temperaturen von rund 500 Grad Celsius, was die Haltbarkeit der Beschichtung aus diamantähnlichem Kohlenstoff sowie des Gleitmittels auf den Plattern beeinträchtigt. Ein Ziel der weiteren Forschungsbemühungen ist es daher, die nötigen Temperaturen zu senken.