触摸海量存储的技术之光

给磁记录单元排座位——晶格介质记录技术

晶格介质记录技术，听起来很玄妙，实际上原理非常简单易懂。传统的磁记录方法在一整块磁性盘表面进行，所有的磁记录单元都是紧密靠在一起的。那么电脑怎么区分磁记录单元之间的区别呢？

从宏观角度来看，磁记录单元是一个一个表现出不同极性的点，在磁头飞过硬盘磁道时，会感知这些磁记录单元的信息，读取出如“SNNSNSNNSSN”这类信息，然后再翻译成“1”和“0”。从微观角度来看，这些紧靠在一起的磁记录单元之间的区分线并没有我们想象中的那样都是规整的直线。它们的“边界”像地图一样弯弯曲曲，看起来像是一块挤在一起的、能够表示出同样极性的“东西”。另外，传统硬盘的磁记录单元的体积都比较大，比如需要使用几十个磁畴、占据很大的面积才能保证数据稳定。

可以这样认为：目前的硬盘对磁记录单元的处理方式依旧属于“半粗放式”。硬盘对每一个磁记录单元的位置控制并不严格，只要在误差范围内即可。比如垂直记录技术，磁盘颗粒尺寸约为10nm，偏差范围在20%左右。用直观的数据来看，磁盘颗粒小有8nm的，大可以达到12nm。较大的磁记录单元体积，也能基本保证数据的稳定性。但要提高硬盘每平方英寸数据的密度，就必须降低磁记录单元的体积。这样又回到了上文的问题：存储的稳定性和有效性。在热辅助磁记录技术中，科学家使用了高矫顽力的材料。实际上还有一种方法可以既缩小磁记录单元体积，又保证数据的稳定性。

从技术本身来看，晶格介质技术和制造CPU的方法有些相似。首先，科学家会在制造硬盘的铝盘盘片表面涂上光阻剂，然后在光阻剂上用压印的方法形成很多微小孔，这些孔的尺寸甚至只有十几纳米。接下来，科学家用蚀刻的方法在盘片上腐蚀小孔，这些孔的深度有几纳米。后，对铝材表面进行氧化处理后，腐蚀出来的小孔深度会达到几百纳米，科学家在这一步会对小孔或者凸起的尖端进行处理，加入具有铁磁性的材料如钴，以及其它特殊的磁性稀土合金材料，终形成稳定无干扰的磁存储单元。当然，我们文中描述的只是晶格介质技术的一种实现方法。作为一个正在开发中的技术，科学家们会从不同的角度、使用不同的方法来解决问题。这些方法殊途同归：隔离、区分。

在电子显微镜下的晶格介质技术成品硬盘表面，会发现整齐的凸起和凹陷部分。每一个凹凸都代表了一个记录单元。

隔离每一个磁存储单元的效果是非常直接的：磁存储单元不用再害怕彼此之间的互相影响，超顺磁效应等都可能被控制在一个令人满意的幅度内。从另一个角度来看，晶格介质技术给硬盘一种新的发展思想—它不再用传统的多个小体积磁畴来存储数据，而使用单一的大体积磁畴，并将其置于相对孤立的“磁岛”上，大幅度降低了由于磁畴之间互相接触带来的影响。由于这种均匀的分隔设计，每一个磁存储单元的体积也会大幅度减小，空间将会被有效率的单元使用。一些规划中的数据表明，晶格介质技术会使用3～4nm的磁存储颗粒，它们的分布偏差少于5%，精确度更高。

这样一来，科学家就能使用更小的磁存储单元，从而大幅度提高硬盘的每平方英寸数据密度，根据目前的估计，采用晶格介质技术的硬盘甚至会高达每平方英寸50Tbit—大概在1元硬币那样的空间内就能够提供高达2TB的容量。这样的高容量足够应对未来很长一段时间内，硬盘对空间的需求。不过话说回来，晶格介质技术还存在很多问题，首要问题就是生产。目前的半导体制造技术还比较难以制造能满足5nm大小颗粒的沟槽。另外，对于硬盘这种同心圆排布的磁颗粒如何生产，也比较恼火，因为之前的半导体生产都是横平竖直的矩阵阵列，怎么样生产出圆形的、符合误差要求的沟槽和凸起，成为生产制造的首要难关。

春运和磁记录技术之间的关联

下面用一个例子来说明：我们知道，春运火车站前的广场往往人流攒动，几乎没有太多规律可循。现在，如果你把硬盘想象成春运火车站前广场，你就会发现很多相似的地方：火车站人挤人，乱哄哄—硬盘的磁存储之间会互相干扰；广场下雪了，大家都遭殃—磁存储单元脆弱，对温度敏感（越小越脆弱）；广场上的警察和管理人员在维持秩序—磁头每次读写，都会重新施加磁场给这些存储单元，维持磁场秩序。

左侧是传统硬盘的磁记录方式，对磁记录单元的利用较为粗放；右侧是经过晶格介质技术重新整理排列的磁记录单元。

这主要是因为人和人之间没有太多限制，他们想去哪里就去哪里。如果为旅客划分隔离区域，建立一个临时“安置房”用于维持次序，那么那些踩踏、盗窃、拥挤等事故就不会发生，或者发生率大大将降低。好了，科学家准备为所有的磁存储单元建立隔离区域了。他们在硬盘表面丈量好“宅基地”，利用光刻技术造好“房子”，然后将磁存储单元一个一个放上去。为磁存储单元造房子，这就是晶格介质技术的原理。