Registro perpendicular

La grabación perpendicular (o grabación magnética perpendicular , PMR ), también conocida como grabación magnética convencional ( CMR ), es una tecnología para grabar datos en medios magnéticos , en particular discos duros . Shun-ichi Iwasaki , entonces profesor de la Universidad de Tohoku en Japón, demostró por primera vez sus ventajas en 1976 , y su implementación comercial tuvo lugar por primera vez en 2005. La primera demostración estándar de la industria que mostró una ventaja sin precedentes de la PMR sobre la grabación magnética longitudinal (LMR) a escala nanométrica se realizó en 1998 en el Centro de Investigación IBM Almaden, en colaboración con investigadores del Centro de Sistemas de Almacenamiento de Datos (DSSC) ^{[ 1 ]} , un Centro de Investigación de Ingeniería (ERC) de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) en la Universidad Carnegie Mellon (CMU). ^{[ 2 ]}

La grabación perpendicular puede ofrecer más de tres veces la densidad de almacenamiento de la grabación longitudinal tradicional. ^{[ 3 ]} En 1986, Maxell anunció un disquete que utilizaba grabación perpendicular que podía almacenar 100 kB por pulgada (39 kB/cm) . ^{[ 4 ]} La grabación perpendicular fue utilizada posteriormente por Toshiba en disquetes de 3,5" en 1989 para permitir una capacidad de 2,88 MB (ED o densidad extra alta), pero no tuvieron éxito en el mercado. Desde aproximadamente 2005, la tecnología se ha comenzado a utilizar para unidades de disco duro. La tecnología de disco duro con grabación longitudinal tiene un límite estimado de 100 a 200 gigabits por pulgada cuadrada (16 a 31 Gb/cm² ⁾ debido al efecto superparamagnético , aunque esta estimación está en constante cambio. En 2007 se predijo que la grabación perpendicular permitiría densidades de información de hasta alrededor de 1000 Gbit /in² ⁽ 160 Gb/cm² ⁾ . [ ^{5 ] A} partir de agosto de 2010 , las unidades con densidades de 667 Gb/in ² (103,4 Gb/cm ² ) estaban disponibles comercialmente. En 2016 la densidad disponible comercialmente era de al menos 1300 Gb/in ² (200 Gb/cm ² ) . ^{[ 6 ]} A finales de 2021, el disco Seagate con la mayor densidad era un BarraCuda de 2,5" dirigido al consumidor. Utilizaba una densidad de 1307 Gb/in ² (202,6 Gb/cm ² ) ^{[ 7 ]} . Otros discos del fabricante utilizaban 1155 Gb/in ² (179,0 Gb/cm ² ) y 1028 Gb/in ² (159,3 Gb/cm ² ) .

El principal desafío en el diseño de medios de almacenamiento de información magnética radica en mantener la magnetización del medio a pesar de las fluctuaciones térmicas causadas por el límite superparamagnético . Si la energía térmica es excesiva, puede ser suficiente para invertir la magnetización en una región del medio, destruyendo así los datos almacenados. La energía necesaria para invertir la magnetización de una región magnética es el producto del tamaño de dicha región y la constante de anisotropía uniaxial K _u , que a su vez está relacionada con la coercitividad magnética del material. Cuanto mayor sea la región magnética y mayor la coercitividad magnética del material, más estable será el medio. Por el contrario, existe un tamaño mínimo estable para una región magnética a una temperatura y coercitividad dadas. Si este tamaño es menor, es probable que se desmagnetice espontáneamente debido a fluctuaciones térmicas locales. La grabación perpendicular utiliza materiales de mayor coercitividad porque el campo de escritura del cabezal penetra el medio de manera más eficiente en la geometría perpendicular.

La explicación más común de la ventaja de la grabación perpendicular es que logra mayores densidades de almacenamiento al alinear los polos de los elementos magnéticos, que representan los bits, perpendicularmente a la superficie del disco, como se muestra en la ilustración. En esta explicación, que no es del todo precisa, alinear los bits de esta manera requiere menos espacio en el disco que si se hubieran colocado longitudinalmente. Esto significa que las celdas pueden colocarse más juntas en el disco, aumentando así la cantidad de elementos magnéticos que se pueden almacenar en un área determinada.

La realidad es un poco más compleja. La grabación perpendicular penetra más profundamente en el medio de almacenamiento magnético, lo que permite un espaciado de bits más estrecho sin perder volumen total de bits. ^{[ 8 ]} Sin embargo, la principal ventaja en densidad proviene del uso de un material magnéticamente más rígido (con mayor coercitividad) como medio de almacenamiento.

Esto es posible porque, en una disposición perpendicular, el flujo magnético se guía a través de una subcapa magnéticamente blanda (y relativamente gruesa) situada debajo de la capa de almacenamiento de datos "dura" (lo que complica y engrosa considerablemente la estructura total del disco). Esta subcapa puede considerarse parte del cabezal de escritura, completando un circuito magnético que atraviesa la capa de almacenamiento de datos. Al penetrar una mayor cantidad de flujo magnético en la capa de almacenamiento de datos, el cabezal de escritura es más eficiente que un cabezal longitudinal, genera un gradiente de campo de escritura más intenso y, por lo tanto, permite el uso del medio de almacenamiento magnético de mayor coercitividad.

A principios de la década de 2000, tres factores importantes confluyeron, permitiendo que la grabación perpendicular superara las capacidades de la grabación longitudinal y condujera al éxito comercial. ^{[ 9 ]} Primero, el desarrollo de medios con una separación de intercambio segregante de óxido entre granos. ^{[ 10 ]} Segundo, el uso de una fina "capa" en el medio para controlar el nivel de acoplamiento de intercambio entre granos ^{[ 11 ]} y para mejorar la propagación de la conmutación a través del espesor del medio. ^{[ 12 ]} Tercero, la expiración en 2005 de la patente del cabezal de escudo posterior inventado en 1985 por Michael Mallary . ^{[ 13 ]} Este cabezal ofrece gradientes de campo más altos y ángulos de campo más favorables que un cabezal de polo simple. ^{[ 14 ]}

Vertimag Systems Corporation, fundada por el profesor Jack Judy de la Universidad de Minnesota, fue la primera empresa fundada por él mismo. En 1984, como colega de Iwasaki, creó las primeras unidades de disco, cabezales y discos perpendiculares. Se realizaron demostraciones de disquetes extraíbles de 5 MB en ordenadores IBM a los principales fabricantes de computadoras. Vertimag quebró durante la crisis de los ordenadores personales de 1985.

Toshiba produjo la primera unidad de disco disponible comercialmente (1,8") que utilizaba esta tecnología en 2005. ^{[ 15 ]} Poco después, en enero de 2006, Seagate Technology comenzó a distribuir su primer disco duro de 2,5 pulgadas (64 mm) del tamaño de una computadora portátil que utilizaba tecnología de grabación perpendicular, el Seagate Momentus 5400.3. Seagate también anunció en ese momento que la mayoría de sus dispositivos de almacenamiento de disco duro utilizarían la nueva tecnología para finales de 2006. 

En abril de 2006, Seagate comenzó a distribuir el primer  disco duro de grabación perpendicular de 3,5 pulgadas, el Cheetah 15K.5, con hasta 300 GB de almacenamiento, funcionando a 15.000 rpm y afirmando tener un rendimiento un 30 % superior al de sus predecesores con una velocidad de datos de 73 a 125 Mbyte/s .

En abril de 2006, Seagate anunció la Barracuda 7200.10, una serie de discos duros de 3,5 pulgadas (89 mm) que utilizaban grabación perpendicular con una capacidad máxima de 750 GB. Los discos comenzaron a distribuirse a finales de abril de 2006. 

Hitachi anunció un Microdrive de 20 GB . El primer disco duro para portátiles de Hitachi (de 2,5 pulgadas) basado en grabación perpendicular salió al mercado a mediados de 2006, con una capacidad máxima de 160 GB.

En junio de 2006, Toshiba anunció un disco duro de 2,5 pulgadas (64 mm) con una capacidad de 200 GB, cuya producción en masa comenzaría en agosto, elevando así el estándar de capacidad de almacenamiento móvil. 

En julio de 2006, Western Digital anunció el inicio de la producción en serie de sus discos duros WD Scorpio de 2,5 pulgadas (64 mm), que utilizan la tecnología de grabación magnética perpendicular (PMR) diseñada y fabricada por WD para lograr una densidad de 80 GB por plato. 

En agosto de 2006, Fujitsu amplió su gama de unidades de 2,5 pulgadas (64 mm) para incluir modelos SATA que utilizaban grabación perpendicular, ofreciendo una capacidad de hasta 160 GB. 

En diciembre de 2006, Toshiba dijo que su nuevo disco duro de dos platos de 100 GB se basa en la grabación magnética perpendicular (PMR) y fue diseñado en el formato "corto" de 1,8 pulgadas. ^{[ 16 ]}

En diciembre de 2006, Fujitsu anunció su serie MHX2300BT de discos duros de 2,5 pulgadas (64 mm) , con capacidades de 250 y 300 GB. 

En enero de 2007, Hitachi anunció el primer disco duro de 1 terabyte ^{[ 17 ]} que utilizaba esta tecnología, el cual entregó en abril de 2007. ^{[ 18 ]}

En julio de 2008, Seagate Technology anunció un disco duro SATA de 1,5 terabytes que utilizaba tecnología PMR.

En enero de 2009, Western Digital anunció el primer disco duro SATA de 2,0 terabytes que utilizaba tecnología PMR.

En febrero de 2009, Seagate Technology anunció el primer disco duro SATA de 2,0 terabytes y 7200 rpm que utilizaba tecnología PMR, con la opción de interfaz SATA 2 o SAS 2.0.

• Intercambio de medios de comunicación de primavera
• Grabación magnética asistida por calor (HAMR)
• Grabación magnética superpuesta (SMR)

• SN Piramanayagam, J. Appl. Física. 102, 011301 (2007).

• "Get Perpendicular" Una animación Flash y una canción que explican la grabación perpendicular de Hitachi Research.
• Grabación magnética perpendicular (Tapa dura) por Sakhrat Khizroev , Dmitri Litvinov : ISBN 1-4020-2662-5