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一段历史带你领略机械硬盘的兴衰

gecimao 发表于 2019-04-13 15:58 | 查看: | 回复:

  据说,要充分了解一个行业、一款产品、一种文化最好的方式就是了解它的历史。SSDfans们如此热衷于SSD,自然会对它的前世今生非常感兴趣。SSD逐渐取代了传统的机械硬盘,占领市场,或许可以说机械硬盘就是它的前世吧。不如今天就借历史的眼光,来挖掘一下硬盘的发展史。

  在SSD出现之前,所有的计算机都是安装的机械硬盘,机械硬盘的诞生自然是为了解决数据存储问题。

  世界上第一块硬盘诞生于1956年,名为IBM 350 RAMAC(Random Access Method of Accounting and Cotrol),由IBM设计并制造。它和现代意义上的硬盘还是有很大区别的,这体现在它庞大的占地面积和现在看起来落后的机械组建。这款产品使用了50张24英寸的表面涂有磁浆的盘片,而存储容量仅为5MB,但这在当时也足以令人震惊。

  1968年,IBM成功研发出温彻斯特技术,这一技术奠定了之后硬盘的发展方向。温彻斯特技术的主要内容包括:将磁头、盘片、主轴等运动部分密封起来,形成一个头盘组合件(HDA),密封状态保证了内部组件不会受到灰尘污染;磁头悬浮块采用小型化轻浮力的磁头浮动块,盘面涂润滑剂,实行接触起停。即盘片不转时,磁头停靠在盘片上,盘片转速达到一定高度时,磁头浮起,与盘片保持一定距离。其精髓在于提出了:“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片,磁头悬浮在高速转动的盘片上方,而不与盘片直接接触,避免摩擦”,现代磁盘也沿用了这一方法。

  1973年,IBM发布了一款新型硬盘IBM 3340。这是IBM公司制造出的第一台采用“温彻斯特”技术的硬盘,实现了硬盘制造的巨大突破。不过这款产品规格仍为14英寸,由两个分离的盘片构成,每张碟片容量为30MB。在之后的发展过程中,硬盘容量虽然扩大了不知多少倍,但一直沿用“温彻斯特”硬盘的工作模式,可以说“温彻斯特硬盘”是“现代硬盘之父”。

  1979年,IBM发明了薄膜磁头(Thinfilm Head)技术,这项技术能显著减少磁头和磁片的距离,为进一步缩小硬盘体积、增大容量、提高读写速度提供了可能。同年,IBM推出IBM3370,存储容量达571MB。

  IBM 又一次向前迈进了一大步,推出了一款名为MR HEAD(Magneto Resistive)的产品,这种磁头在读取数据时对信号变化相当敏感,使得盘片的存储密度能够比以往提高数十倍,他工作方式在于将读写两个磁头分开,读写磁头不再具电感特性,而是对磁场变化相当敏感的电阻特性磁头。

  MR磁头是通过阻值变化而并不是电流变化来感应信号的幅度,因而对信号变化相当敏感,读取数据的准确性也大大提高。并且由于读取信号的幅度与磁道宽窄无关,所以磁道可以做得很窄,从而提高了盘片密度,达到200MB/平方英寸,而使用传统的磁头只能达到20MB/平方英寸,这也是MR磁头的先进之处,因此,这一技术后来也被广泛应用。

  1991年,IBM推出来容量为1GB的3.5英寸硬盘0663-E12,这款硬盘使用了MR磁头,使普通用户使用的硬盘容量首次达到了1GB,标志着硬盘进入GB时代。

  GMR(GiantMagnetoresistive)和MR磁头一样,采用了特殊材料的电阻值随磁场变化的原理来读取盘片上的数据,不同之处在于,巨磁阻磁头使用了磁阻效应更好的材料和多层薄膜结构。如果说MR磁头能够达到3~5Gb每平方英寸的存储密度,那么使用GMR之后,存储密度可以达到10~40Gb每平方英寸,相对于以前提高了8倍之多,这使硬盘的存储密度又上了一个台阶。

  1999年,迈拓(Maxtor)推出了其DiamondMax40产品,即钻石九代,单碟容量高达10.2GB。这促使了大容量硬盘的诞生,也加快了硬盘发展的脚步,直到2003年,经历了一些波折之后,基本上达到民用硬盘一个暂时的顶峰。

  2000 年2月23日,希捷又推出转速高达15000RPM的Cheetah X15系列硬盘,其平均寻道时间只有3.9ms,这可算是当时世界上最快的硬盘了,同时它也是到目前为止转速最高的硬盘。当时来讲家用硬盘已经开始攀比速度,希捷的这次SCSI速度革命除了树立自己在SCSI行业中形象之外,还有就是要彻底拉开SCSI硬盘与IDE家用硬盘之间的差别,以来保证 SCSI硬盘在行业中的地位和利润增长点。

  2000 年3月16日,IBM将自己苦心研究多年的“玻璃盘片”拿出台面,并且推出了两款采用这个盘片的硬盘,Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV,其中Deskstar 75GXP系列产品的最高容量达75GB,是当时最大容量的硬盘,而Deskstar 40GV的数据存储密度则高达14.3十亿数据位/每平方英寸,这再次涮新数据存储密度世界记录。这两款硬盘均使用玻璃取代传统的铝作为盘片材料,这能为硬盘带来更大的平滑性及更高的坚固性,而玻璃材料在高转速状态下具有更高的稳定性。

  不过可惜的是,两年之后腾龙系列的硬盘纷纷出现问题,暴露出了玻璃盘片的严重质量缺陷。虽然此时IBM开始悬崖勒马,开始当腾龙5推出的时候继续采用了铝质盘片,却无法挽回这一品牌带给消费者的心理阴影。

  2001年5月,IBM发布“仙尘”技术(Pixie Dust),这种技术通过一种名为AFC的抗铁磁耦合介质,在硬盘内部存储数据的盘面上加上一层薄薄的钌元素。它能够克服当存储设备的存储密度到达一定限度的时候所出现的超磁效应。这样磁盘的存储密度就能进一步上升,能使磁盘存储更多的数据。

  2007年,日立推出其第一款突破TB级容量的硬盘,利用了垂直记录技术,在磁盘区域密度达到极限,磁盘容量受到超顺磁效应限制的情况下,实现了磁盘容量的进一步提升。

  随着固态硬盘的兴起,机械硬盘似乎大势已去,而且受制于物理规则,机械硬盘的瓶颈难以突破,从2012年起,机械硬盘的发展几乎停滞了,各大厂商也纷纷将注意力转向固态硬盘,但近年来,随着存储需求增大,又有人打起了机械硬盘的主意。毕竟和固态硬盘相比,机械硬盘存在着价格和容量上的优势。希捷宣布的几项技术:热辅助磁记录存储技术(HAMR)、多致动器技术(multi-actuator)都是致力于提升机械硬盘性能。

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