수직 기록 방식
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1. 개요
수직 기록 방식은 자기 기록 기술의 한 종류로, 자기장의 방향을 자화막의 수직 방향으로 배열하여 데이터를 저장하는 방식이다. 2005년 도시바가 최초로 상용화했으며, 수평 자기 기록 방식보다 높은 저장 밀도를 제공하여 하드 디스크 드라이브의 용량 증가에 기여했다. 수직 기록 방식은 단자극 헤드와 연자성체 언더레이어를 사용하여 자화막을 통과하는 자속 회로를 만들고, 자기 이방성을 수직으로 배치하여 자화하기 쉽게 만든다.
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| 수직 기록 방식 |
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2. 역사
2. 1. 초기 개발
2. 2. 상용화 및 발전
도시바는 2005년에 수직 자기 기록(PMR) 기술을 사용하여 최초의 상용 1.8인치 하드 디스크 드라이브를 생산했다.[15] 2006년 1월, 씨게이트 기술은 수직 기록 기술을 사용한 최초의 2.5인치 노트북용 하드 드라이브인 씨게이트 모멘터스 5400.3을 출시했다. 씨게이트는 2006년 말까지 대부분의 하드 디스크 저장 장치가 이 기술을 사용할 것이라고 발표했다.2006년 4월, 씨게이트는 최대 300GB, 15,000rpm으로 작동하는 3.5인치 수직 기록 하드 드라이브인 치타 15K.5를 출시했다. 이 드라이브는 이전 제품보다 30% 더 나은 성능을 제공하며, 데이터 신호 전송률은 73–125 Mbyte/s였다. 같은 달, 씨게이트는 최대 750GB 용량의 3.5인치 HDD 시리즈인 바라쿠다 7200.10을 발표했다.
히타치는 20GB 마이크로드라이브를 발표했다. 히타치의 수직 기록 기반 첫 2.5인치 노트북 드라이브는 2006년 중반에 출시되었으며 최대 160GB 용량을 지원했다. 2006년 6월, 도시바는 200GB 용량의 2.5인치 하드 드라이브를 발표했으며, 8월에 대량 생산을 시작했다. 2006년 7월, 웨스턴 디지털은 플래터당 80GB 밀도를 달성하는 WD 스콜피오 2.5인치 하드 드라이브의 대량 생산을 발표했다. 2006년 8월, 후지쯔는 최대 160GB 용량을 제공하는 수직 기록 SATA 모델을 포함하도록 2.5인치 라인업을 확장했다.
2006년 12월, 도시바는 새로운 100GB 2 플래터 HDD가 수직 자기 기록(PMR)을 기반으로 하며 "짧은" 1.8인치 폼 팩터로 설계되었다고 밝혔다.[16] 같은 달, 후지쯔는 250GB와 300GB 용량의 MHX2300BT 시리즈 2.5인치 하드 디스크 드라이브를 발표했다.
2007년 1월, 히타치는 이 기술을 사용한 최초의 1테라바이트 하드 드라이브를 발표했으며,[17] 2007년 4월에 출시했다.[18] 2008년 7월, 씨게이트 기술은 PMR 기술을 사용하는 1.5테라바이트 SATA 하드 드라이브를 발표했다. 2009년 1월, 웨스턴 디지털은 PMR 기술을 사용하는 최초의 2.0테라바이트 SATA 하드 드라이브를 발표했다. 2009년 2월, 씨게이트 기술은 SATA 2 또는 SAS 2.0 인터페이스를 선택할 수 있는 PMR 기술을 사용하는 최초의 7,200rpm 2.0테라바이트 SATA 하드 드라이브를 발표했다.
3. 기술적 특징
수직 자기 기록 방식에서는 자화막의 깊이(수직) 방향으로 자기장을 발생시키는 '''단자극(Single Pole Type: SPT) 헤드'''가 사용된다.[23] 단자극 헤드는 연자성체로 만들어진 코어 주위에 구리선을 감아, 거기에 흐르는 전류의 방향을 제어함으로써 자화막의 자화 방향을 제어한다. 즉, 데이터를 기록한다. 주요 차이점은 매체 바로 위 부분의 구조인데, 수평 자기 기록 방식의 링 헤드가 갭(코어에 있는 작은 틈새) 부분에서 새어 나오는 자속으로 기록하는 데 반해, 단자극 헤드에서는 코어에 의해 매체 바로 위까지 유도된 자속이, '''자화막을 통과하여''' 반대쪽 자극으로 흘러 들어가도록 설계된다.[21]
단순히 갭이 없는 단자극 헤드를 준비한 것만으로는 자화막을 수직 방향으로 자화하는 것은 어렵다. 헤드의 자속이 자화막을 통과하지 않기 때문이다. 그래서 수직 자기 기록 방식에서는 이 자속의 통로를 만들기 위해 자화막 아래에 연자성체로 만들어진 "언더레이어"를 준비한다.[24] 이로 인해 마치 두 개의 자기 헤드로 자화막을 사이에 두고, 그 갭 내에서 기록하는 것과 같다고 표현해도 좋을 정도로 안정적인 자속 회로를 만들 수 있다.[25]
하지만, 이 언더레이어의 자구에 기인하는 스파이크 노이즈가 재생 신호에 중첩되는 것이 문제였다. 이는 언더레이어를 2층 구조로 만들어 해결하였다.[20] 이처럼 수평 자기 기록 방식에 비해, 헤드 및 미디어의 구조는 복잡하다.
매체의 자화막에는 수직 방향으로 자화하기 쉬운 특성을 미리 부여해 둔다. 즉, 자기 이방성이 수직이 되도록 자성체를 배치한다.
3. 1. 수평 자기 기록 방식과의 비교
수직 기록 방식은 수평 자기 기록 방식에 비해 더 높은 저장 밀도를 달성할 수 있다. 수평 기록 방식에서는 비트를 나타내는 자기 요소의 극이 디스크 플래터 표면에 평행하게 배열되지만, 수직 기록 방식에서는 수직으로 정렬된다. 이로 인해 수직 기록 방식에서는 플래터에 셀을 더 가깝게 배치할 수 있어 주어진 영역에 더 많은 자기 요소를 저장할 수 있다.[8]
수직 기록 방식의 주요 이점은 자기적으로 "더 뻣뻣한"(더 높은 보자력) 재료를 저장 매체로 사용할 수 있다는 것이다. 수직 배열에서는 자기 선속이 "단단한" 데이터 저장 층 아래의 자기적으로 연성(상대적으로 두꺼운) 하부 층을 통해 안내되기 때문에, 쓰기 헤드가 종방향 헤드보다 더 효율적으로 작동하고 더 강력한 쓰기 필드 구배를 생성할 수 있다. 이를 통해 더 높은 보자력의 자기 저장 매체를 사용할 수 있게 된다.[14]
2000년대 초반, 수직 기록 방식이 종방향 기록 방식의 성능을 능가하고 상업적 성공을 거두게 한 세 가지 중요한 요소는 다음과 같다.[9]
- 입자 사이에 산화물 분리제가 있는 매체 개발[10]
- 입자 간의 교환 결합 수준을 제어하고[11] 매체의 두께를 통한 스위칭의 확산을 향상시키기 위해 매체에 얇은 '캡'을 사용하는 것[12]
- 1985년 마이클 말라리가 발명한 트레일링 실드 헤드에 대한 특허 만료 (2005년)[13]
자기 정보 저장 매체를 설계할 때, 초상자성 한계로 인해 발생하는 열적 변동에도 불구하고 매체의 자화를 유지하는 것이 중요하다. 열 에너지가 너무 높으면 매체의 영역에서 자화를 반전시켜 저장된 데이터를 파괴할 수 있기 때문이다. 수직 기록은 수직 기하학에서 헤드의 쓰기 필드가 매체에 더 효율적으로 침투하기 때문에 더 높은 보자력 재료를 사용한다.
3. 2. 장점
수직 기록 방식은 기존의 수평 기록 방식보다 3배 이상의 저장 밀도를 제공할 수 있다.[3] 1986년, 맥셀은 100 kB/inch를 저장할 수 있는 수직 기록 방식을 사용하는 플로피 디스크를 발표했다.[4] 2005년경부터 이 기술은 하드 디스크 드라이브에 사용되기 시작했다. 수평 기록 방식은 초상자성 효과로 인해 100~200 Gb/in²의 추정 한계가 있지만, 수직 기록 방식은 더 높은 저장 밀도를 제공할수 있을것으로 예측되었다.[5]4. 한국의 관련 기업
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