【摘要】：根據(jù)國際數(shù)據(jù)公司(IDC)的報告,全球數(shù)據(jù)產(chǎn)生量在2016就已超過16ZB,到2025年將超過160ZB。伴隨著數(shù)字信息量的爆炸式增長,對大容量存儲設(shè)備的巨大市場需求推動了傳統(tǒng)磁記錄和各類新型存儲器件的不斷進步。與半導(dǎo)體、光存儲等方式相比,磁存儲在存儲成本、使用壽命和可修復(fù)性等方面依然具有優(yōu)勢,基于磁記錄技術(shù)的硬(磁)盤預(yù)計未來較長時間仍將作為主要存儲載體而占據(jù)大容量信息存儲市場的大部分份額。隨著磁記錄技術(shù)的快速發(fā)展,硬盤的存儲密度在過去長期呈現(xiàn)摩爾定律式的快速增長,存儲密度從早期的2kbpsi增長至目前商用的1.5Tbpsi~2Tbpsi,這種令人驚喜的增長速度得益于介質(zhì)、磁頭、頭盤接口、記錄方式等一系列新技術(shù)的運用,但隨著存儲密度的提高,磁記錄面臨愈來愈嚴峻的“三難”困境,提升趨勢減緩。為了突破存儲密度瓶頸,磁存儲學(xué)界和業(yè)界提出了交換耦合介質(zhì)、比特圖案化、能量輔助、瓦記錄、二維磁記錄等各種新技術(shù)。針對記錄介質(zhì)熱穩(wěn)定性難題,交換耦合介質(zhì)由高各向異性的硬磁層和低各向異性的軟磁層借由晶粒間的耦合作用縱向堆疊構(gòu)成磁性顆粒,硬磁層用于保證熱穩(wěn)定性,軟磁層用于促進硬磁層的翻轉(zhuǎn),進而降低介質(zhì)的翻轉(zhuǎn)場。針對磁頭寫入能力難題,瓦記錄通過鄰接磁道的相互部分覆蓋,減小磁道寬度,采用寬大的寫磁頭產(chǎn)生較強寫場,提高系統(tǒng)寫入能力,無需對傳統(tǒng)寫磁頭進行大的結(jié)構(gòu)改造,易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級。針對數(shù)據(jù)讀取難題,二維磁記錄從信號處理的角度實現(xiàn)高密度存儲下的低信噪比數(shù)據(jù)信號的回讀檢測和恢復(fù)。通過微磁學(xué)仿真,分析了交換耦合介質(zhì)下瓦記錄的寫入過程,為寫磁頭的設(shè)計優(yōu)化、交換耦合介質(zhì)制備參數(shù)的選擇和二維磁記錄的讀取提供了理論支持,從存儲介質(zhì)、寫磁頭設(shè)計、讀取信號處理三方面綜合交換耦合介質(zhì)、瓦記錄和二維磁記錄技術(shù)提升系統(tǒng)性能,為實現(xiàn)10Tbpsi的存儲密度提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。交換耦合介質(zhì)翻轉(zhuǎn)場理論研究和制備參數(shù)優(yōu)化。通過構(gòu)建交換耦合介質(zhì)的單顆粒和多顆粒沃羅諾伊三維有限元模型,分析了軟硬磁層各向異性、交換耦合效應(yīng)及飽和磁化強度等參數(shù)對介質(zhì)翻轉(zhuǎn)場的影響,并以此為理論基礎(chǔ)對以L10-Fe Pt為硬磁層的交換耦合介質(zhì)制備參數(shù)進行了選擇和優(yōu)化。以介質(zhì)翻轉(zhuǎn)場的角相關(guān)性為切入點,選擇適合的軟磁層材料,以10Tbpsi為目標,根據(jù)介質(zhì)翻轉(zhuǎn)場與磁頭寫入能力之間的關(guān)系,得到合適的磁性顆粒制造直徑和厚度。瓦記錄寫磁頭的建模及優(yōu)化。提出了交換耦合介質(zhì)下的瓦記錄擦除帶寬計算方法,該方法借助綜合寫入誤差計算擦除帶寬,結(jié)合介質(zhì)翻轉(zhuǎn)場的角相關(guān)性,可以對瓦記錄擦除帶寬進行量化分析,擴充了衡量系統(tǒng)性能的參考指標。分析了寫磁頭斜截角和圓角寫磁極對系統(tǒng)性能的影響,結(jié)果表明,磁頭以較小的斜截角運行時,擦除帶寬的變化幅度更小;寫磁頭應(yīng)設(shè)置合適的斜截角運行范圍,該范圍的下限應(yīng)以能提供足夠大的寫場強度為標準,上限應(yīng)考慮擦除帶寬的大小和增長趨勢;優(yōu)化的圓角寫磁極可以提高寫場梯度,降低鄰接磁道受到的逸散場,減小擦除帶寬。結(jié)合寫磁頭斜截角和圓角效應(yīng),優(yōu)化了瓦記錄磁頭設(shè)計,分析了交換耦合介質(zhì)下磁頭各項結(jié)構(gòu)參數(shù)對有效寫場強度和梯度以及擦除帶寬等性能指標的影響。對二維磁記錄的讀取通道進行了建模,提出了用以恢復(fù)寫入數(shù)據(jù)的對數(shù)幾率回歸預(yù)測模型,該模型將有效相鄰比特區(qū)域內(nèi)的回讀信號作為樣本特征向量,目標比特數(shù)據(jù)作為標記,通過對數(shù)幾率回歸算法預(yù)測原始數(shù)據(jù)。通過統(tǒng)計分析誤碼情況,發(fā)現(xiàn)了易錯編碼模式,在寫入數(shù)據(jù)時通過限制這些模式的受限編碼,可以降低預(yù)測模型的誤碼率。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP333
【圖文】：

1.1 引言隨著社會的發(fā)展，人們對獲取信息的需求愈發(fā)強烈，特別是近些年互聯(lián)網(wǎng)的普及使人們能夠更加便利地上傳和下載各種數(shù)據(jù)，個人和機構(gòu)在日常生活中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)快速增長，全社會產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量早已到達 ZB 級，人類社會已進入到大數(shù)據(jù)時代。預(yù)計未來數(shù)據(jù)的年增長率可能會超過 45%，這其中不僅有越來越多的個人和企業(yè)在互聯(lián)網(wǎng)上產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量，而且還有人們生活中接觸到的各種電子產(chǎn)品聯(lián)網(wǎng)時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量。2017 年 4 月希捷聯(lián)合 IDC 公司發(fā)布了《Data Age 2025 Study》報告[1]，如圖1.1 所示：到 2025 年，全球產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量預(yù)計將超過 160ZByte，而 2018 年，數(shù)據(jù)量還只是 33ZByte，這些數(shù)據(jù)也將給廣大用戶一個全新的體驗和商業(yè)機會。如此龐大的數(shù)據(jù)有三個主要來源：（1）核心（Core）：公司的數(shù)據(jù)中心和云端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)；（2）邊緣（Edge）：核心數(shù)據(jù)外的其他公司企業(yè)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)；（3）終端（Endpoint）：個人設(shè)備，如個人電腦、手機等產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

現(xiàn)代社會數(shù)字信息量的爆炸式增長及大數(shù)據(jù)分析的需要，對大容量存儲設(shè)備了巨大的市場需求，這推動了傳統(tǒng)磁記錄技術(shù)和各類新型存儲器件及相關(guān)技術(shù)斷進步。大規(guī)模數(shù)據(jù)中心采用包括硬盤和基于 NAND-Flash、SSD 的各種新興存術(shù)，同時在其他領(lǐng)域，特別是對于存檔或較少訪問的數(shù)據(jù)集，硬盤、磁帶和光儲依然是數(shù)據(jù)中心廣泛采用的存儲技術(shù)。與半導(dǎo)體存儲和光存儲等方式相比，儲具有顯著的單位存儲成本和綜合性能優(yōu)勢，據(jù) IDC 公司最新研究報告顯Where in the world is Storage），如圖 1.2 所示：在 2000 年，光存儲是首選的存儲，其份額一度達到了 60%，但由于綜合性價比劣勢，其市場份額逐年下降；磁儲一直是需要長期存儲和備份領(lǐng)域常用的介質(zhì)；由于各種電子設(shè)備，特別是手興起，閃存的市場份額開始顯現(xiàn)，未來可能會繼續(xù)擴大；這里特別需要提到的是 2017 年，基于磁記錄技術(shù)的硬（磁）盤在各種存儲介質(zhì)中的份額已增長至 6（磁）盤在未來仍將是大容量特別是企業(yè)數(shù)據(jù)中心市場的主體[2]。

華 中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 文小其尺寸則難以獲得高分辨率的回讀信號，無法為信息位的恢復(fù)提供足夠高的比。3)高噪音背景下回讀信號處理難題。當磁記錄密度達到一定程度時，每個信的大小將和磁性顆粒的大小相當，在回讀信號中存在較強的沿磁道方向上的碼擾和跨磁道方向上的道間串擾，即讀寫通道表現(xiàn)為二維串擾特征，回讀信號的需從這些串擾信號中提取出目標信息位信號，這會增大回讀信號處理的難度，地影響信號的質(zhì)量。為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，突破磁記錄密度增長的瓶頸，高級存術(shù)協(xié)會 ASTC 提出了用以提高面密度的磁記錄技術(shù)發(fā)展路線，如圖 1.3 所示[5]。

【相似文獻】

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1 王蔭君;磁存儲材料的未來發(fā)展[J];物理;1993年09期

2 張堅;;激光視盤及其應(yīng)用[J];醫(yī)學(xué)視聽教育雜志;1990年01期

3 龍斌;;日法科學(xué)家成功合成新型“平面”鐵氧化物[J];功能材料信息;2008年02期

4 李崇香;池濟宏;馮浩;牛振風;茹明博;陳春梅;楚春雙;姜風偉;;原子力顯微鏡原理及磁疇測量[J];河北北方學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年04期

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7 婁敏毅;王德平;黃文e

本文編號：2805539