Loading article…
垂直記録（または垂直磁気記録、PMR ）は、従来型磁気記録（CMR ）とも呼ばれ、磁気媒体、特にハードディスクにデータを記録する技術です。これは、当時日本の東北大学の教授であった岩崎俊一によって1976年に初めて有利であることが実証され、2005年に初めて商用化されました。ナノスケール寸法で縦方向磁気記録（LMR）に対するPMRの比類ない優位性を示す最初の業界標準の実証は、 1998年にIBMアルマデン研究所で、カーネギーメロン大学（CMU）の国立科学財団（NSF）工学研究センター（ERC）であるデータストレージシステムセンター（DSSC） [ 1 ]の研究者と共同で行われました。[ 2 ]
垂直記録は、従来の縦方向記録の3倍以上の記憶密度を実現できます。 [ 3 ] 1986年、マクセルは1インチあたり100kB（39kB/cm）を保存できる垂直記録方式のフロッピーディスクを発表しました。[ 4 ] 垂直記録は後に東芝が1989年に3.5インチフロッピーディスクで2.88MBの容量（EDまたは超高密度）を実現するために使用しましたが、市場では成功しませんでした。2005年頃から、この技術はハードディスクドライブに使用されています。縦方向記録のハードディスク技術は、超常磁性効果により、1平方インチあたり100～200ギガビット（16～31 Gb/cm2 ）の限界があると推定されていますが、この推定値は常に変化しています。垂直記録は2007年に、 1平方インチあたり約1,000ギガビット（160 Gb/cm2 ）の情報密度を可能にすると予測されました。[ 5 ] 2010年8月現在 667 Gb/in 2 (103.4 Gb/cm 2 )の密度のドライブが市販されていました。2016 年には、市販の密度は少なくとも1,300 Gb/in 2 (200 Gb/cm 2 )でした。[ 6 ] 2021 年後半には、最も密度の高い Seagate ディスクは、消費者向けの 2.5 インチ BarraCuda でした。これは1,307 Gb/in 2 (202.6 Gb/cm 2 ) [ 7 ]の密度を使用していました。メーカーの他のディスクは、 1,155 Gb/in 2 (179.0 Gb/cm 2 )と1,028 Gb/in 2 (159.3 Gb/cm 2 )を使用していました。
磁気情報記憶媒体の設計における主な課題は、超常磁性限界によって引き起こされる熱ゆらぎにもかかわらず、媒体の磁化を維持することです。熱エネルギーが高すぎると、媒体のある領域の磁化を反転させるのに十分なエネルギーが発生し、そこに保存されているデータが破壊される可能性があります。磁気領域の磁化を反転させるのに必要なエネルギーは、磁気領域のサイズと一軸異方性定数K u の積であり、これは材料の保磁力と関連しています。磁気領域が大きく、材料の保磁力が高いほど、媒体は安定します。逆に、特定の温度と保磁力において、磁気領域には安定な最小サイズが存在します。これより小さいと、局所的な熱ゆらぎによって自然に脱磁される可能性が高くなります。垂直磁気記録では、ヘッドの書き込み磁場が垂直方向のジオメトリで媒体に効率的に浸透するため、保磁力の高い材料が使用されます。
垂直磁気記録方式の利点に関する一般的な説明は、図に示すように、ビットを表す磁気素子の極をディスクプラッタの表面に対して垂直に並べることで、より高い記憶密度を実現できるというものです。この説明は必ずしも正確ではありませんが、このようにビットを並べることで、縦方向に並べた場合よりもプラッタの面積を少なくすることができます。つまり、プラッタ上のセルをより密接に配置できるため、一定面積に記録できる磁気素子の数を増やすことができるのです。
実際のところ、もう少し複雑な事情があります。垂直磁気記録は確かに磁気記憶媒体のより深い部分まで記録されるため、全体のビット容量を損なうことなく、より狭いビット間隔が可能になります。[ 8 ] しかし、主な密度上の利点は、磁気的に「硬い」（保磁力が高い）材料を記憶媒体として使用することにあります。
これは、垂直配置では磁束が「ハード」データ記憶層の下にある磁気的に軟らかい（そして比較的厚い）下層を通過するため可能となる（これによりディスク全体の構造が著しく複雑化し、厚みが増す）。この下層は書き込みヘッドの一部と考えることができ、データ記憶層を横断する磁気回路を完成させる。より多くの磁束がデータ記憶層に浸透することで、書き込みヘッドは縦方向のヘッドよりも効率が良くなり、より強い書き込み磁場勾配が生成されるため、保磁力の高い磁気記憶媒体の使用が可能となる。
2000年代初頭、垂直記録が縦方向記録の能力を凌駕し、商業的成功を収めるに至った3つの重要な要因が重なった。[ 9 ]第一に、粒子間に酸化物偏析交換遮断を有する媒体の開発。[ 10 ]第二に、媒体上に薄い「キャップ」を使用して粒子間の交換結合のレベルを制御し[ 11 ]、媒体の厚さ全体にわたるスイッチングの伝播を強化すること。[ 12 ]第三に、1985年にマイケル・マラリーによって発明されたトレーリングシールドヘッドの特許が2005年に失効したこと。[ 13 ]このヘッドは、単純なポールヘッドよりも高い磁場勾配とより有利な磁場角度を提供する。[ 14 ]
ミネソタ大学のジャック・ジュディ教授が設立したバーティマグ・システムズ社。岩崎氏の同僚として、1984年に世界初の垂直磁気ディスクドライブ、ヘッド、ディスクを開発した。5MBのリムーバブルフロッピーディスクドライブは、IBM PCに搭載され、主要なコンピュータメーカーにデモンストレーションされた。バーティマグ社は、1985年のPC市場崩壊時に倒産した。
東芝は2005年にこの技術を使用した最初の市販ディスクドライブ（1.8インチ）を製造した。[ 15 ]その後間もなく、2006年1月にシーゲイト・テクノロジーは垂直記録技術を使用した最初のノートパソコンサイズの2.5インチ（64mm）ハードドライブ、シーゲイト・モーメンタス5400.3の出荷を開始した。シーゲイトは当時、2006年末までに同社のハードディスクストレージデバイスの大部分がこの新技術を利用すると発表した。
2006年4月、シーゲイトは最大300GBのストレージ容量を持ち、15,000rpmで動作する初の3.5インチ垂直記録式ハードドライブ、Cheetah 15K.5の出荷を開始しました。データ転送速度は73～125MB /秒で、従来製品より30%優れたパフォーマンスを発揮すると主張しています。
2006年4月、シーゲイトは、垂直磁気記録方式を採用し、最大容量750GBの3.5インチ（89mm） HDDシリーズ「Barracuda 7200.10」を発表した。ドライブの出荷は2006年4月下旬に開始された。
日立は20GBのマイクロドライブを発表した。日立初のノートパソコン用ドライブ（2.5インチ）は垂直磁気記録方式を採用し、最大容量160GBで2006年半ばに発売された。
2006年6月、東芝は200GBの容量を持つ2.5インチ（64mm）ハードディスクドライブを発表し、 8月から量産を開始すると発表。これにより、モバイルストレージ容量の基準が事実上引き上げられた。
2006年7月、ウェスタンデジタルは、WDが設計・製造した垂直磁気記録（PMR）技術を採用し、プラッタあたり80GBの容量を実現した2.5インチ（64mm）ハードドライブ「WD Scorpio」の量産開始を発表した。
2006年8月、富士通は2.5インチ（64mm）の製品ラインアップに、垂直磁気記録方式を採用したSATAモデルを追加し、最大160GBの容量を提供開始した。
2006年12月、東芝は、新しい100GBの2プラッターHDDは垂直磁気記録（PMR）に基づいており、「ショート」な1.8インチフォームファクタで設計されていると発表した。[ 16 ]
2006年12月、富士通は容量250GBと300GBの2.5インチ（64mm ）ハードディスクドライブ「MHX2300BTシリーズ」を発表した。
2007年1月、日立は同技術を用いた初の1テラバイトハードドライブを発表し[ 17 ]、同年4月に出荷を開始した[ 18 ]。
2008年7月、シーゲイト・テクノロジーはPMR技術を採用した1.5テラバイトのSATAハードドライブを発表した。
2009年1月、ウェスタンデジタルはPMR技術を採用した初の2.0テラバイトSATAハードドライブを発表した。
2009年2月、シーゲイト・テクノロジーは、 PMR技術を採用し、SATA 2またはSAS 2.0インターフェースを選択できる、7,200rpm、2.0テラバイトのSATAハードドライブを初めて発表した。