垂直记录的铺路石：500GB级SATA硬盘横评

垂直记录改变硬盘设计：盘片大不同

垂直记录（PMR）技术毫无疑问是近两年来最热门的话题，笔者的2006年硬盘技术综述也对其诞生背景和技术原理进行了较为详细的介绍，本页则主要探讨从纵向记录（LMR）技术转向垂直记录技术对硬盘设计和制造所产生的一些影响。

纵向记录技术（上）与第一代垂直记录技术（下）的原理对比，可以看到相同的部分没有重复标注。PMR写入元件的P2下端为信号极（Signal Pole），P1下端为返回极（Return Pole）

与纵向记录相比，垂直记录将磁位单元的磁化方向由沿着盘片旋转形成的圆周首尾相接改为垂直于盘片所在的平面上下排列，旋转了整整90°，因此盘片和磁头的结构都要做出相应的改变。纵向记录的磁位单元两个磁极都在盘片表面上，磁头采用所谓的“环”（Ring）式写入元件，通过其下方的狭缝磁场即可将磁变换记录到磁位单元。垂直记录的原理决定了其磁位单元只有一个磁极暴露在盘片表面上，必须改用底部开口很大的单极（Monopole）写入元件，并在磁记录层的下面加入较厚的软磁底层（Soft Underlayer，SUL），单极写入元件的信号极和返回极之间的磁场通过磁记录层和软磁底层形成完整的回路。信号极一端很窄，其下方的磁通量密度因而较高，可以将磁变换写入对应的磁位单元；返回极一端较宽，使得下方的磁通量密度大为降低，保证不会错误的改写磁位单元。

在软磁底层的配合下，其与单极写入元件的信号极之间的磁场强于环式写入元件的狭缝磁场，因此垂直记录技术允许使用具有更高矫顽力的磁记录材料，这意味着磁位单元的体积可以继续减小，进一步提高磁录密度。软磁底层不仅有很好的磁通过性，还能加强读回（readback）信号并有助于降低相邻磁道间的串扰。

日立垂直记录盘片的结构，从上至下依次为：碳外壳、氧化物隔离磁层、生长底层、晶种层、软磁底层、反铁磁体耦合（AFC）、软磁底层、玻璃或金属基板

相对而言，盘片结构的变化更为显著。不一样的磁层和软磁底层的引入，增加了与磁记录有关的层的厚度，意味着如果基板厚度不变，整个盘片的厚度将会上升。表面看来，一个软磁底层的厚度“不过”几百纳米（nm），似乎只要略微减小基板厚度，即可保持盘片厚度不变。但实际上，目前仅有的两款3.5英寸垂直记录硬盘——希捷Barracuda 7200.10/ES的750GB型号和日立Deskstar/Cinemastar 7K1000——均采用了厚度为69mil（约1.75mm，1mil为千分之一英寸）的盘片，而此前的纵向记录产品则长期采用50mil（约1.27mm）规格的盘片。

69mil是除50mil之外的另一个标准规格——软磁底层的影响还没大到必须将盘片增厚近0.5mm的程度。至于为什么不牺牲基板厚度而维持50mil，希捷和日立的解释稍有出入。希捷无锡工厂的厂长表示，减小基板厚度会影响盘片的刚性，特别是对直径较大的3.5英寸盘片，而2.5英寸盘片就不存在这个差异；如果采用刚性更好的玻璃盘基（即俗称的“玻璃盘片”），应该可以做到50mil，但不管怎样，希捷将努力在以后的产品中将盘片厚度降回来。

Deskstar/Cinemastar 7K1000使用的同样是铝质盘基，日立方面称盘片厚度是一个综合考虑的问题：盘片有自己的震动频率，不同的厚度在气流中的震动频率也不一样，设计时要避免产生共振，还有散热等很多问题需要权衡。必须照顾到每一个技术细节，首要目标是让产品达到一个稳定的质量，即具有足够高的可靠性。决定厚度的不仅是一个原因，而是有很多原因，必须在设计中仔细选择每个技术参数并通过大量的实验，才能得到优化的结果。

尽管希捷方面坚称其内部采购垂直记录盘片的价格并不比纵向记录盘片更高，但成本肯定是有一定上升的——倒不是因为盘片厚度增加了，而是垂直记录技术对盘片中贵金属含量的需求较大，譬如日立在其垂直记录盘片的氧化物磁层中采用了钴铬铂（cobalt-chromium-platinum，CoCrPt）合金，而软磁底层所用的材料也不像基板那么简单。所以，即使两种盘片的厚度相同，垂直记录一方仍将在成本上处于劣势，厂商们所能做的就是通过不断的技术进步予以化解。