内忧外患知天命：2006年硬盘技术综述

磁头的迁就与进步

垂直记录不仅能够加大磁层的厚度，增强磁位单元抵抗超顺磁性的能力，同时也使相邻的磁位单元由纵向记录的首尾相接转为平行排列，可以互相稳定。不难看出，它具有夹层结构的所有优点，区别在于革命更加彻底。

夹层结构对磁头的影响不大，而垂直记录则不然——确切地说，它需要改变写入元件的设计。在纵向记录的时代，由于磁位单元位于盘片的表面，写入元件基本上自身即可形成磁场回路，只需在下方开一个缝隙，便可利用该狭缝磁场向磁位单元写入磁变换。

LMR与PMR的写入磁头对比

垂直记录技术的核心恰恰在于磁位单元的磁化方向垂直于盘片表面，这意味着不能再沿用环式（ring）写入元件，而必须改用单极（monopole）写入元件。单极写入元件的底部呈开放式结构，一端是信号极（Signal Pole），另一端是返回极（Return Pole）。信号极较窄，因此其下方的磁通量密度较高，从而可以将磁变换写入经过的磁位单元；返回极较宽，降低了磁通量密度，所以能保证下方通过的磁位单元不会被错误地改写。

PMR磁头工作示意图

此外，为了形成磁场回路，磁层的下方还要加入较厚的软磁底层（Soft Underlayer）。软磁底层让磁头可以提供更强的磁场，从而能够以更高的稳定性将数据写入磁位单元。

相对而言，磁头的读取元件仍然可以用GMR，譬如WD第一款采用垂直记录技术的2.5英寸硬盘便沿用了GMR磁头。不过，随着磁录密度的继续增长，灵敏度更高的下一代磁头（确切地说是读取元件）技术将会逐步普及开来。

TMR（Tunnelling MagnetoResistive，隧道磁阻，也称“隧道巨磁阻”——有人据此简写为TGMR或TuMR）的磁场灵敏度比GMR更高，并具有很强的抗静电能力，被公认为是后者的替代技术。隧道阻抗随铁磁层的磁化状态而变化的隧道磁阻效应在1975年被发现，1995年人们在室温下实现了TMR效应。除磁头外，MRAM（Magnetoresistive Random Access Memory）是TMR效应在存储器中应用的另一个成功例子。

传统的CIP（Current In Plane，电流在平面内）型GMR元件与TMR元件及CPP（Current Perpendicular to Plane，电流垂直于平面）型GMR元件的对比，GMR已吸取了部分TMR的优点，两者间的分野不再明显

有趣的是，TMR磁头不约而同地首先在各家硬盘厂商的“末代”纵向记录硬盘中得到应用，譬如希捷Barracuda 7200.8（2004年）和7200.9（据内部人士透露，时隔一年的两个系列本质上是同一个设计）、迈拓DiamondMax 11、三星SpinPoint M60和T133（2005年第四季度）、日立Deskstar T7K500（2006年第二季度），以及WD在2006年7月底开始量产的单碟160GB Caviar。原因主要有两个：一是纵向记录技术发展到接近极限，磁位单元可感知的磁场信号已非常微弱，需要更加灵敏的读取元件；二是设计者有必要在转向垂直记录技术之前积累运用TMR磁头的经验，否则两个一起上的话变量太多。

TMR磁头和垂直记录技术之间没有必然的关联，因此两者的发展路线并不重合，但普及时间却赶在了一起。也就是说，TMR磁头差不多也是从2006年开始获得较为广泛的采用，每家硬盘厂商都有了相应的产品，而2007年“垂直记录+TMR”将成为新品的主流搭配。不过，TMR的影响力比垂直记录技术要逊色一些，新闻效应就更不可同日而语了。