Компания Sony сообщила о новом рекорде плотности записи на магнитную ленту. Совместно с IBM Research (Цюрих) они добились плотности 201 Гб на квадратный дюйм. Это означает, что на ленту в стандартном картридже TS1155 JD размером 109×125×24,5 мм поместятся не стандартные 15 ТБ, а 330 ТБ информации (с учётом удлинения ленты на 6,4% благодаря уменьшению её толщины). Что такое 330 ТБ? Например, этого достаточно, чтобы вместить 3379 сжатых копий всех Википедий (на всех языках). Или 330 миллионов книг.
Совместное достижение стало возможным благодаря инновационной магнитной ленте, новой смазке и точному позиционированию магнитной головки.
На сегодняшний день ленточные накопители — самый безопасный, энергоэффективный и дешёвый метод долговременного хранения больших объёмов информации. Это идеальное решение для резервных копий и видеоархивов, для хранения информации с радиотелескопов и Большого адронного коллайдера (собственно, у всех у них нет другого варианта, кроме как хранить собранные данные на ленточных картриджах). Сейчас лента находит новое применение в Big Data и как «холодное» хранилище в дата-центрах и облачных сервисах.
IBM пишет, что сейчас ленточные накопители переживают свою вторую молодость, а с новой плёнкой Sony они будут актуальны ещё очень долго. Хотя такая плёнка с нанопокрытием будет явно дороже в производстве, чем обычная лента с покрытием из феррита бария (BaFe).
Новая лента состоит из нескольких слоёв наночастиц, а техника её производства чем-то напоминает производство интегральных схем.
Более детально структуру плёнки можно рассмотреть под просвечивающим электронным микроскопом (фото внизу).
Как видим, нижний слой мягкой подложки CoZrNb (14 нм), а также слой TiCr (2 нм) имеют аморфную, хаотичную структуру, а вот дальше начинается самое интересное. Следующий слой подложки NiW (10 нм), а также промежуточные плёночные слои рутения (это один материал, но он наносится при разных условиях, так что образуется два слоя) и собственно магнитный слой CoPtCr-SiO2 (14 нм) состоят из колоннообразных групп зёрен. Именно поэтому на поверхности магнитного слоя образуется такая структура, похожая на пчелиные соты, как видно на верхней фотографии (в левом верхнем её углу). Ширина каждой «соты» — около 7 нм.
В конце концов, поверх магнитного слоя находится надёжная защита из алмазоподобного углеродного наноструктурированного покрытия (DLC) толщиной 5 нм.
Все слои наносятся на полиамидную основу толщиной менее 5 мкм. Собственно, такая и есть толщина этой плёнки.
На следующей иллюстрации схематично показано, как происходит нанесение этих слоёв в вакуумной камере. Применяется способ «рулон за рулоном» (roll-to-roll) — способ непрерывной подачи рулонного материала для осаждения на него материалов толщиной, сравнимой с размерами атома. Процесс идёт при комнатной температуре.
Запись и чтение информации с такой плёнки были бы невозможны, если бы не новая смазка, которую тоже разработала компания Sony. Дело в том, что для записи/чтения информации с такой плотностью нужна очень большая чувствительность головки, и поэтому она должна быть чрезвычайно близко к ленте. На фотографии изображение головки практически сливается с её отражением. Изобретённая смазка эффективно снижает трение между магнитной головкой и поверхностью плёнки, при этом намертво «прилипает» к магнитному слою.
Роль IBM Research в этой работе заключалась в разработке алгоритмов обработки сигнала с учётом принципов обнаружения шума и продвинутых технологий сервоуправления для позиционирования головки с точностью 7 нм. Собственно, работа магнитной головки в этом ленточном накопителе — практически полностью заслуга IBM Research.
Что самое интересное, 330 терабайт — это ещё не предел. На видео внизу д-р Марк Ланц (Mark Lantz) из IBM Research говорит, что в будущем плотность информации на ленте можно ещё больше увеличить.
Презентация научной работы Sony и IBM Research состоялась 2 августа 2017 года на конференции Magnetic Recording Conference (doi:10.1109/TMAG.2017.2727822, pdf).
