Aufzeichnungsverfahren von Festplatten

Für die Magnetisierung der einzelnen Sektoren der Magnetplatte kann ein von zwei möglichen Verfahren verwendet werden, die Null oder Eins sind, d.h. 1 Bit. Solcherart magnetisierter Bereich wird als eine Domäne bezeichnet. Die Domäne ist eine magnetische Partikel auf der Oberfläche der Platte, die über bestimmte Orientierung vom Süd- und Nordmagnetpol verfügt. Für die Aufzeichnung von Bit schafft der Magnetkopf ein bestimmt gerichtetes Magnetfeld, das auch die Domäne ausrichtet. Der Magnetisierungszeiger der Domäne bleibt im Laufe der längeren Zeitspanne beständig, auch nachdem die Wirkung vom Magnetkopf auf die magnetisierbare Oberfläche abgebrochen ist. Die Speicherdichte, Datengröße, die pro Einheit der Oberfläche gespeichert werden kann, ist mit der Partikelgröße der Domänen verbunden. Allgemeingebräuchlich sind folgende Größen der Speicherdichte:

• BPSI (Bits Per Square Inch) - Speicherdichte pro Flächeneinheit (areal density) - Daten, die auf 1Qinch der Magnetplatte gespeichert werden können.
• TPI (Tracks Per Inch) - die Dichte der Spuren (track density) - diese Größe gibt an, wie dicht die Spuren aneinander auf der Platte angeordnet werden. Es ermittelt die Anzahl an Spuren je Inch.
• BPI (Bits Per Inch) - lineare Dichte (linear or recording density). Diese Größe zeigt an, wie dicht die Daten auf Spuren gespeichert sind und wird in Bit pro Inch der Spur ermittelt.

Es gibt einige Grundursachen, warum die Partikelgröße der Domäne nicht grenzenlos verringert werden kann:

• Die Größe vom Magnetkopf. Zurzeit bestimmt ausgerechnet sie die Größe des minimalen magnetisierbaren Bereiches - die Domäne.
• Schwächung der ausgelesenen Signals und Erhöhung vom Geräuschpegel.
• Spontane Selbstentmagnetisierung der Domäne als Folge der Einwirkung der Temperatur.

Außer der Verringerung der Partikelgröße verwenden die Hersteller der Festplatten andere Verfahren, um die Speicherdichte zu erhöhen:

PRML (Partial Response Maximum Likelihood) - maximale Wahrscheinlichkeit bei der Teilantwort. Dieser Algorithmus der Umwandlung vom Analogsignal, das auf der Magnetplatte aufgezeichnet ist, basiert auf einer Reihe der Bestimmungen von Abbildererkennungstheorie. In der Methode PRML wird für die Entschlüsselung ein Satz der Abbilder eingesetzt, mit denen das ausgelesene Signal verglichen wird. Als Ergebnis wird solches Abbild angenommen, das am meisten ähnlich ist. Die Methode besteht aus zwei Teilen - das Untersystem Partial Response (Teilantwort) erfolgt Analog-Digitalumsetzung und verringert Geräusche, das Untersystem Maximum Likelihood (maximale Wahrscheinlichkeit) nimmt Digitalverarbeitung vom Signal vor, damit es die Form mit wenigsten Abweichungen annimmt. Dieser Algorithmus und dessen Weiterentwicklung EPRML werden praktisch auf allen modernen Festplatten verwendet.

AFC (Anti Ferromagnetically-Coupled) - antiferromagnetisches Paar (magnetisch abgetrennte Filme). Die Idee besteht darin, dass die Platte vom Winchester mit einem dreischichtigen antiferromagnetischen Film beschichtet ist. Zwei magnetische Schichten werden hier mit einer speziellen isolierenden Zwischenschicht aus Ruthen getrennt. Weil zwei untereinander angeordnete Magnetpartikel über antiparallele Ausrichtung vom Magnetfeld verfügen, bilden sie ein Paar, das gegen spontane Ummagnetisierung im Vergleich mit Einzelpartikel mehr resistent ist.

PMR (Perpendicular Magnetic Recording) - Senkrechter Magnetisierungszeiger. Dieses Verfahren erlaubt es die Speicherdichte der Daten praktisch doppelt zu steigern. Darüber hinaus werden die Probleme der Interferenz gemindert. Zum Unterschied von klassischer Aufzeichnungstechnologie werden die Magnetpartikel verwendet, die senkrecht nicht waagerecht zur Festplattenoberfläche ausgerichtet sind. Dabei sind benachbarte und abweichende Partikel nicht gleichpolig, was wie bekannt Abstoßen hervorruft. Es mindert die Entfernung zwischen Partikeln und erhöht die Speicherdichte der Festplatten.

Waagerechte Aufzeichnung

Senkrechte Aufzeichnung

HAMR (Heat Assistant Magnetic Recording ) bedeutet thermomagnetische Aufzeichnung. Die Idee besteht in der Nutzung von Magnetwerkstoffen, die Wärmestabilität der aufgezeichneten Bereiche der Oberfläche sicherstellen. Für die Aufzeichnung wird die Magnetpartikel mit Hilfe vom Laserbündel im Voraus erwärmt. Der Durchmesser vom Bündel bestimmt eine Fläche, die einem Bit entspricht. Bei der Temperaturerhöhung der Partikel erfolgt wesentliche Änderung deren Eigenschaften (Minderung der Koerzitivkraft). Auf solche Weise sind die erwärmten Bereiche für die Magnetisierung fähig. Für die Masseneinwanderung von HAMR in die Serienfertigung ist es notwendig, eine leistungsfähige Wärmeabfuhr für die Magnetplatten zu entwickeln, die während der Aufzeichnung der Daten aktiv ist.

SOMA (Self-Organized Magnetic Array) bedeutet selbstorganisierende Magnetgitter. Dieses Verfahren sieht die Bildung einer Monodispersionsschicht, d.h. "selbstorganisierende Magnetmasse" aus homogenen Eisen-Platin-Haufwerken mit einer Größe ca.2 nm (3 nm ist 10-15 Atome vom Feststoff, der Reihe nach angeordnet) voraus. Die Nutzung dieser Nanotechnologie verringert wesentlich die Unstabilität einzelner Magnetkugel und reduziert Domänegröße.