垂直記録

垂直磁気記録（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。1976年に当時の東北大学教授であった岩崎俊一氏によって初めてその利点が証明され、2005年に初めて商業的に実装されました。ナノスケール次元で縦磁気記録（LMR）に対するPMRの前例のない利点を示す最初の業界標準デモンストレーションは、 1998年にIBMアルマデン研究センターで、カーネギーメロン大学（CMU）にある国立科学財団（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]

利点

垂直記録は、従来の長手方向記録の3倍以上の記録密度を実現できます。 ^[3] 1986年にマクセルは、1インチあたり100kB（39kB/cm）の記録が可能な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、1989年に東芝が3.5インチフロッピーディスクに使用して2.88 MBの容量（EDまたは超高密度）を可能にしましたが、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るようになりました。長手方向記録のハードディスク技術は、超常磁性効果により、平方インチあたり100〜200ギガビット（16〜31 Gb/cm ² ）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。2007年には、垂直記録により、情報密度が最大約1,000 Gbit /in ²（160 Gbit/cm ²）になると予測されていました。^[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す。2016年、市販の密度は少なくとも1,300 Gb/in ² (200 Gb/cm ² )。^[6] 2021年後半、Seagateのディスクで最も密度が高かったのは、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。この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。 ^{[アップデート]}

テクノロジー

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変動にもかかわらず、媒体の磁化を保持することである。熱エネルギーが高すぎると、媒体の領域の磁化を反転させるのに十分なエネルギーがあり、そこに保存されているデータが破壊される可能性がある。磁性領域の磁化を反転させるために必要なエネルギーは、磁性領域のサイズと一軸異方性定数K _{uの積であり、これは材料の磁気}保持力に関係している。磁性領域が大きく、材料の磁気保持力が高いほど、媒体は安定している。逆に、特定の温度と保持力では、磁性領域には最小の安定サイズがある。それがそれより小さいと、局所的な熱変動によって自発的に消磁される可能性が高い。垂直記録では、ヘッドの書き込み磁場が垂直形状でより効率的に媒体に浸透するため、より高い保持力の材料を使用する。

垂直記録の利点に関する一般的な説明は、図に示すように、ビットを表す磁気要素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、より高いストレージ密度を実現するというものです。この説明は正確ではありませんが、このようにビットを並べると、縦方向に配置した場合よりもプラッタの面積が少なくて済みます。つまり、プラッタ上でセルをより近くに配置できるため、特定の領域に保存できる磁気要素の数が増えます。

実際のところはもう少し複雑です。垂直記録は確かに磁気記憶媒体のより深くまで浸透するため、全体のビット容量を失うことなくビット間隔を狭めることができます。^[8] しかし、主な密度の利点は、記憶媒体として磁気的に「硬い」（より高い保磁力）材料を使用することから生まれます。

これが可能なのは、垂直配置では磁束が「ハード」データストレージ層の下にある磁気的に柔らかい (比較的厚い) 下層を通して導かれるためです (ディスク全体の構造がかなり複雑で厚くなります)。この下層は書き込みヘッドの一部であると考えられ、データストレージ層を横切る磁気回路を完成させます。より多くの磁束がデータストレージ層を貫通すると、書き込みヘッドは縦型ヘッドよりも効率が良くなり、書き込み磁場勾配が強くなり、より高い保磁力の磁気ストレージメディアを使用できるようになります。

2000年代初頭、3つの重要な要素が重なり、垂直記録が長手方向記録の能力を超え、商業的な成功につながりました。^[9] 1つ目は、粒子間に酸化物分離交換ブレークを備えたメディアの開発です。^[10] 2つ目は、粒子間の交換結合のレベルを制御し、メディアの厚さを通じてスイッチングの伝播を強化するために、メディアに薄い「キャップ」を使用することです。[ ^11]^{[12] 3つ目は、1985年に}マイケル・マラリーが発明したトレーリングシールドヘッドの特許が2005年に失効したことです。^[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好ましい磁場角度を提供しました。^[14]

実装

Vertimag Systems Corporation は、ミネソタ大学の Jack Judy 教授によって設立されました。岩崎の同僚として、1984 年に最初の垂直ディスクドライブ、ヘッド、およびディスクを作成しました。5 MB の取り外し可能なフロッピードライブは、IBM PC で主要なコンピュータメーカーにデモされました。Vertimag は、1985 年の PC クラッシュで倒産しました。

東芝は2005年にこの技術を使用して最初の市販ディスクドライブ（1.8インチ）を製造しました。^[15]その後まもなく、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ラップトップサイズの2.5インチ（64 mm）ハードドライブ、シーゲイトモメンタス5400.3の出荷を開始しました。シーゲイトはまた、その時点で、2006年末までにハードディスクストレージデバイスの大部分でこの新しい技術を採用すると発表しました。

2006 年 4 月、Seagate は、最大 300 GB のストレージ容量を持ち、15,000 rpm で動作し、データレートが 73～125 MByte/sで、前世代の製品よりも 30% 優れたパフォーマンスを誇る、初の 3.5 インチ垂直記録ハードドライブ、Cheetah 15K.5 の出荷を開始しました。

2006 年 4 月、Seagate は、垂直記録方式を採用し最大容量 750 GB の 3.5 インチ (89 mm) HDD シリーズである Barracuda 7200.10 を発表しました。ドライブの出荷は 2006 年 4 月下旬に開始されました。

日立は20 GB のマイクロドライブを発表しました。垂直記録方式を採用した日立初のラップトップドライブ (2.5 インチ) は、最大容量 160 GB で 2006 年半ばに発売されました。

東芝は2006年6月、200GBの容量を持つ2.5インチ（64mm）ハードドライブを発表し、8月から量産を開始し、モバイルストレージ容量の基準を実質的に引き上げました。

2006 年 7 月、Western Digital は、 WD が設計および製造した垂直磁気記録 (PMR) 技術を使用してプラッタあたり 80 GB の密度を実現する WD Scorpio 2.5 インチ (64 mm) ハードドライブの量産を発表しました。

2006 年 8 月、富士通は2.5 インチ (64 mm) のラインナップを拡張し、垂直記録方式を採用したSATAモデルを追加し、最大 160 GB の容量を実現しました。

2006年12月、東芝は、新しい100GBの2プラッタHDDは垂直磁気記録（PMR）に基づいており、「短い」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 250 GB と 300 GB の 2.5 インチ (64 mm) ハードディスクドライブ MHX2300BT シリーズを発表しました。

2007年1月、日立はこの技術を採用した初の1テラバイトハードドライブ^[17]を発表し、2007年4月に出荷した^[18]。

2008 年 7 月、Seagate Technology はPMR テクノロジーを採用した 1.5 テラバイトの SATA ハードドライブを発表しました。

2009 年 1 月、Western Digital はPMR テクノロジーを採用した初の 2.0 テラバイト SATA ハードドライブを発表しました。

2009 年 2 月、Seagate Technology は、 SATA 2 または SAS 2.0 インターフェイスを選択できる PMR テクノロジーを採用した初の 7,200 rpm 2.0 テラバイト SATA ハードドライブを発表しました。

参照

参考文献

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外部リンク

「Get Perpendicular」日立リサーチの垂直記録を説明するFlashアニメーションと歌
垂直磁気記録（ハードカバー） Sakhrat Khizroev、Dmitri Litvinov著: ISBN 1-4020-2662-5

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