东芝利用MAS-MAMR实现30TBnearlineHDD！

今年1月，东芝公司宣布已经实现了世界上第一个通过 MAS-MAMR（微波辅助开关-微波辅助磁记录）改进 HDD（硬盘驱动器）记录性能的演示, 达到了磁记录技术的一个里程碑。这一突破依赖于东芝的双振荡型自旋扭矩振荡器设备(dual FGL STO)，该设备在今年1月于Joint MMM-INTERMAG会议上展示。

虽然有好几种方法可以提高HDD的数据容量，但东芝表示，MAS-MAMR方法可以在不牺牲数据传输速率、能源效率和可靠性的情况下实现数据容量增长。

新技术的关键是允许增加大量的存储容量，其中nearline HDD的容量有希望超过30TB。nearline HDD是online存储(可以立即使用)和offline存储(不能立即使用)之间的一种中间选择。

自1898年首次获得专利以来，磁记录技术一直存在至今。利用磁记录时，信息先转变成强弱变化的电流，这样的电流通过磁头，产生了强弱变化的磁场。磁带划过磁头时，磁带上的小颗粒被强弱不同的磁化，于是记录了一连串有关磁性变化的信息。该技术性能的一个关键方面是读/写磁头与记录介质之间的距离。一种提高性能的方法是减少介质的厚度和降低磁头高度。

相比于2021年开始发货的东芝18TB MG09 HDD，30TB的存储空间实现大幅增加。MG09使用FC-MAMR，其读/写头之间仅存在纳米级的间隙。它还使用了自旋力矩振荡器，通过产生微波来辅助记录，使磁粒子的方向更容易改变，减少了磁性转换所需的能量。

MAS-MAMR是在FC-MAMR的基础上改进的，它使用了一种双振荡型自旋转矩振荡器，该振荡器带有双层场发生器，可以更有效地产生微波，具有更低的电流、更专注于单个记录介质粒子。虽然MAS-MAMR还停留在理论阶段，但东芝已经打算利用它来对记录技术做出前所未有的改进。

为了实现这些性能增强，东芝必须解决一些矛盾。增加记录密度需要读写磁头和记录颗粒的小型化，但这样会降低记录介质的热稳定性，而这是数据完整性所必需的。

为了同时增加热稳定性和记录密度，必须使用一种能更好保持磁化的材料。这种材料的关键性能是矫顽力，矫顽力是记录材料颗粒所具有的磁方向变化阻力的程度。微波辅助磁化技术增加了材料的矫顽力，从而提高了记录性能。但高矫顽力也有缺点，它使写头更难产生磁场。

克服这一挑战的关键是引入外部能源，这就是MAS-MAMR与微波的关系。增加密度的一种方法是在介质的不同深度上写入数据。东芝利用微波辐射微调介质不同层的极性，可以大大增加数据记录的密度。然而，MAS-MAMR对记录性能的预期效果尚未得到证实，仍停留在理论层面。

东芝公司的双振荡型自旋扭矩振荡器(STO)器件通过一个双层场产生层(FGL)产生微波。双FGL STO可以有效产生微波，因为它在提供更多聚焦点的同时使用更少的电流，结合MAS-MAMR，可以显著提高记录性能。东芝在其配备STO的新记录头上报告了这种结果，证实了其稳定振荡。东芝表示，该技术使得MAS-MAMR在记录性能上第一次提高了约6db，下一步是使用存储容量超过30TB的HDD对其进行测试。

东芝透露，“MAS-MAMR作为一种实用的下一代磁记录技术，已经向前迈出了一大步，可以显著提高记录密度。”该公司打算将配备MAS-MAMR容量超过30TB的nearline HDD商业化。随着MAS-MAMR技术的进步，FC-MAMR技术也将继续发展，以不断提高存储能力。东芝的另一项研发战略是开发热辅助磁记录(TAMR)，以提供更广泛的存储选择。

数据存储需求

在磁记录技术取得进展之际，扩大数据中心的数字存储是许多公司受COVID-19刺激进行数字转型的一个关键方面。企业级存储的需求不断增长，这对云计算和数据中心所依赖的nearline HDD来说是个好兆头。Nearline HDD的需求预计到2025年将增长175亿美元，对更多存储容量的需求也将随之增长。

这种增长在某些方面是出乎意料的。因为SSD比HDD更快、更高效，是消费设备的首选。但HDD存储的高容量使其更适合企业使用。随着疫情期间远程工作的增加，以及随之而来的对数据中心大容量存储需求的刺激，《福布斯》估计，2021年高容量硬盘的出货量比2020年增长了50%，大大高出分析师的预期。据预测，到2022年，nearline HDD出货量的同比增长将从50%下降到20%。估计硬盘出货量为2.34亿台记录设备，比2021年的出货量下降约10%。

东芝并不是数据存储技术的唯一创新者。根据《Digital Journal》的一份报告，到2028年，全球下一代数据存储市场预计将增长8.2%。除了东芝，数据存储市场上的一些参与者包括戴尔EMC、IBM、惠普、西部数据、希捷、金士顿、SanDisk、美光科技、Nutanix、NetApp、Quantum、日立、Drobo、Avago Technologies、SimpliVity和Trintri。换句话说，为了满足日益增长和多样化的数据存储需求，市场存在着激烈竞争，而传统的存储方法正受到来自企业、消费者和政府日益增长的需求的压力。一些顶级的市场细分包括基于云的灾难恢复、全闪存存储阵列、混合阵列、全息数据存储和热辅助磁记录(HAMR)。

当东芝关注世界上第一个30TB HDD时，希捷发布的Mach.2 Exos 2X14据称是最快的HDD，其524MB/s的持续传输速率为304/384随机读写IOPS，平均延迟为4.16 ms。Mach.2Exos 2X14是一款高容量双驱动器HDD，其顺序读写性能是竞争对手的两倍。希捷公司同样也专注于开发HAMR技术，利用HAMR，记录介质颗粒的密度更大，同时通过在一纳秒内加热和冷却每个比特，保持磁性和热稳定性。该公司还制定了到2026年交付50TB HDD、2030年交付100TB HDD、2032年交付120TB+ HDD的宏伟目标。

西部数据是另一个主要的竞争对手，它使用的是能量增强垂直磁记录(ePMR)技术，这种技术有点类似于东芝的FC-MAMR技术，即写头被一个电流充电，产生一个额外的磁场，使其具有更强的稳定性。