硬盤技術縱橫談–前言
隨著科技進步，電腦發展越來越快，幾十年來硬盤作為存儲介質的中堅力量，無論從容量還是性能方面都有了翻天覆地的變化，但現在它在個人電腦中必要存儲設備的地位依然是不可動搖，在任何個人電腦系統中，硬盤都是最重要的部件之一。目前它也是用戶存儲數據的主要場所，平時我們所使用的操作系統、應用軟件、游戲及其它重要數據等都是存儲在硬盤中。
隨著電腦中其它配件日新月異，硬盤中出現的新技術也越來越多，看著自己捉襟見肘的硬盤，你對它到底了解多少呢？特別是對現在硬盤中采用的新技術有多少認識呢？這些新技術對于最終用戶帶了那些方面的好處，用戶在應用這些結合有新技術的硬盤時又該注意那些問題呢？在此《硬盤技術縱橫談》專題中，筆者就將就此進行深入探討。
總的來說，當今硬盤使用的新技術包括硬盤磁頭技術、盤片技術、接口技術、數據保護技術、震動保護系統和各類檢測技術等。在這些新技術中，不乏有一些技術是在原有技術的基礎上優化更新推出的新版技術，例如Data Lifeguard(Enhanced)、ShockBlock(Enhanced)、SeaShield(Enhanced)等。當然，也有一些新技術是完全新創的，例如IBM公司推出的AFC盤片技術和剛剛走近我們的Serial ATA（串行ATA）接口技術。
硬盤磁頭技術，顧名思義，就是爭對硬盤讀寫磁頭方面的新技術，更好的磁頭最明顯的一點就是具有更高的讀寫靈敏度，因此能大幅提升硬盤的單碟容量，單碟容量上去了，硬盤的總容量自然會有提高。這在現在數據急劇膨脹的信息時代，用戶對硬盤容量的要求當然是越大越好。硬盤盤片技術，也就是硬盤磁盤片所使用的新技術，更好的硬盤盤片技術最直接的好處也是硬盤的單碟容量可以做的更大，它是與硬盤磁頭技術是相輔相成的。
而對于硬盤數據保護技術和震動保護系統都是作為硬盤的輔助性技術，這些技術雖然不能對硬盤容量或性能產生直接的影響，但它們也是不可或缺的，想像一下，當硬盤數據傳輸率做的越來越高時，靠什么保障數據在高速傳輸過程中不發生錯誤或丟失呢？或者硬盤在強烈震動中，又如何保障用戶數據的安全性和可靠性呢？這些都是硬盤數據保護技術和震動保護系統所應該做的。硬盤失去了這些輔助性的保護技術是不可想像的。
一切從“頭”開始–GMR巨磁阻磁頭
正如的標題所說明的，硬盤磁頭對硬盤是至關重要的，目前市面上的硬盤幾乎都在使用GMR磁頭，而早些時候，硬盤磁頭有薄膜感應（FEI）磁頭、各向異性磁阻（AMR）磁頭和MR磁阻磁頭。此外，除了以上介紹的這四種磁頭外，我們還看到了關于CPP-GMR和OAW磁頭的相關資料，不過并沒有聽到使用這些磁頭技術的相關產品出現，可能這些都是各廠商的技術儲備，也可能是一些不成熟的過舊技術。
GMR(Giant MagnetoResistive)
存儲業界一直無休止地探索如何提高面密度和降低每兆字節的價格，其成果就是面密度每年提高50%左右。在這個征途中，最近發明的新技術??巨磁阻（GMR）磁頭樹起了顯赫的里程碑。例如應用于希捷公司Barracuda ATA 硬盤的GMR磁頭使面密度超過15Gbit/平方英寸，是現在讀/寫磁頭技術達到的面記錄密度的3倍以上。事實證明，GMR傳感器是迄今為止從硬盤讀取數據的最靈敏元件。
面密度是每英寸磁道上的位數乘以每英寸的磁道數。為了提高面密度，在過去10年中，磁頭技術經歷了3個重要的發展階段。它們是：
<> 薄膜感應（FEI）磁頭
<> 各向異性磁阻（AMR）磁頭
<> GMR
在1990年至1995年間，硬盤采用TFI讀/寫技術。TFI磁頭實際上是繞線的磁芯。磁盤在繞線的磁芯下通過時會在磁頭上產生感應電壓。TFI讀磁頭之所以會達到它的能力極限，是因為在提高磁靈敏度的同時，它的寫能力卻減弱了。
90年代中期，希捷公司推出了使用AMR磁頭的硬盤。AMR磁頭使用TFI磁頭來完成寫操作，但用薄條的磁性材料來作為讀元件。在有磁場存在的情況下，薄條的電阻會隨磁場而變化，進而產生很強的信號。硬盤譯解由于磁場極性變化而引起的薄條電阻變化，提高了讀靈敏度。AMR磁頭進一步提高了面密度，而且減少了元器件數量。由于AMR薄膜的電阻變化量有一定的限度，所以AMR磁頭的靈敏度也存在極限。這導致了GMR磁頭的研發，而GMR磁頭是IBM公司在MR磁頭技術的基礎上更新推出的。
GMR磁頭繼承了TFI磁頭和AMR磁頭中采用的讀/寫技術。但它的讀磁頭對于磁盤上的磁性變化表現出更高的靈敏度。GMR傳感器的靈敏度比AMR磁頭大3倍，所以能夠提高硬盤的面密度和性能。GMR磁頭工作原理是依賴于自旋的電子散射。為了說明GMR磁頭的工作過程，引入了自旋閥（SV）這個術語。下面如表1 所示就是GMR讀磁頭薄膜結構。
這種結構使自由層的磁化角度（自旋）的變化轉變成電阻值的變化和電壓輸出的變化，所以稱之為自旋閥。為了可靠穩定的工作，這些1.5納米厚的薄層（頭發絲直徑為10萬納米）必須有很高的晶體質量和極少的物理與磁性缺陷，否則就難以承受嚴酷的硬盤工作溫度條件。
CPP-GMR和OAW磁頭
CPP-GMR
CPP-GMR磁頭，中文全稱即垂直平面電流模式的大型抗磁化磁頭，它是日本計算機制造商富士通公司開發出了一種新型讀寫磁盤磁頭技術。使用這一技術的硬盤驅動器的記錄密度可高達每平方英寸300GB。硬盤記錄密度的增加將提高筆記本電腦和桌上型電腦的存儲容量，而價格只是略有上升。
富士通公司表示，目前2.5英寸硬盤的每個磁盤片存儲容量為30GB，如果這一新型磁盤技術在2到4年內實現商業化，那么將使得每個磁盤片的存儲容量提高到180GB，即是目前每個磁盤片容量的3倍。與現有的GMR磁頭相比，這一突破性的新型磁盤磁頭對信號更為敏感，而且讀寫數據的緊湊程度是現有GMR磁頭的三倍。富士通公司預計在兩年內實現商業化生產基于這種CPP-GMR磁頭的驅動器，主要用于PC和筆記本電腦中，尤其是用于期待市場繁榮的基于驅動器的消費電子產品中，如游戲控制臺和個人視頻錄像機等。
據富士通公司介紹，高容量的2.5英寸硬盤驅動器最終將取代笨重的3.5英寸硬盤驅動器。根據國際磁盤驅動器設備制造商協會（IDEMA）的統計，在過去的十幾年中，磁盤存儲容量的提高甚至要快于數據處理能力的提高，但制造商卻發現很難把自己的專門技術轉化為實際利益。硬盤存儲價格已經從1988年的每兆字節11.54美元降到了目前的每兆字節1美分，而獨立的硬盤制造商數量也從原來的75個減少到了目前的13個。
OAW
OAW英文全稱是英文Optically Assisted Winchester，即光學輔助溫氏技術。該技術是Seagate正在開發的一種新型磁頭技術，它把傳統的磁讀寫頭和低強度激光束結合在一起，激光束通過光纖進入磁頭，再通過一個微電機驅動的鏡子反射到磁盤表面，從而實現磁頭的精確定位。希捷公司認為OAW技術能夠在1英寸寬的范圍內寫入多于105000個磁道，硬盤單碟容量可達36GB以上，但該技術要進入實用階段還需二三年的時間。不過，現在硬盤的單碟容量已經達到了80GB，因此看來，OAW這項技術的市場前景不容樂觀。
總之，磁頭技術與硬盤單碟容量是息息相關的，只有更加先進的磁頭技術，才可能有更加敏感的磁頭部件，從而使更高容量的硬盤問世。
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