Registrazione magnetica dati oltre i limiti

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Fujitsu, il gigante dell’informatica giapponese, ha annunciato LEXIS (Layer EXchange Interaction Stabilized): una tecnologia con la quale ha dimostrato di poter registrare 56 Gigabit su una superficie di un pollice quadrato

Era il 1956 quando IBM presentava in prima mondiale “RAMAC”: il primo hard disk da 24 pollici capace di registrare 2.000 bit su una superficie di un pollice quadrato.
Da allora ne sono passati di “bit” sotto i ponti. Tra il 1956 ed il 1991 la densità  superficiale è aumentata ad un tasso del 23%: un raddoppio di capacità  ogni tre anni. Nei sei anni successivi, l’incremento medio annuo della densità  superficiale è aumentato fino al 61%, facendo un salto in avanti previsto da pochi. Di fatto, la capacità  dei supporti magnetici è raddoppiata ogni anno e mezzo.
Solo tre anni fa si riteneva che la tecnologia magnetica fosse molto vicina a raggiungere i suoi limiti e, in quest’ottica, molte aziende produttrici di hard disk iniziarono a diversificare investendo in ricerca e sviluppo nella tecnologia ottica.
Osservando gli anni passati, ci accorgiamo che dal 1997 ad oggi la capacità  dei supporti magnetici ha proseguito nella sua folle corsa, raddoppiando ogni 10/12 mesi.
Oggi su un disco da 3,5 pollici in commercio si registrano 14,3 Gbit per pollice quadrato, ciò significa una densità  di registrazione 7,15 milioni di volte superiore a quella del primo hard disk della storia. Con questa densità  di registrazione si riescono a conservare sulle due superfici di un singolo disco magnetico da 3,5 pollici 20 Gigabyte di informazioni.

Il limite superparamagnetico
Nell’ambito delle tecnologie informatiche, neppure quella più promettente dei semiconduttori (sulla base della quale si costruiscono i famosi microprocessori), regge il confronto. In base alla legge di Moore i transistor cablati sui chip sempre più infinitesimali dei computer raddoppiano la frequenza ogni 18 mesi.
Si riteneva che all’inizio del nuovo millennio si sarebbero raggiunti i limiti fisici della tecnologia: “il limite superparamagnetico”. In base a questo limite “la dimensione di un bit registrato raggiungerebbe un punto in cui, teoricamente, non è più stabile” (definizione che si ritrova nel libro statunitense “Magnetic Recording, the first 100 years”). Ciò comporta che ogni particella magnetica che ritiene una carica, deve essere grande abbastanza ed isolata a sufficienza per non interagire con la particella adiacente.
Questo limite che sembrava oramai prossimo, è invece ancora lungi dall’essere raggiunto. Le società  leader di questo mercato se lo contendono aspramente investendo cifre iperboliche nello sviluppo ulteriore di tale tecnologia.
In una corsa contro il tempo, i leader spingono la propria tecnologia al fine di introdurre sul mercato hard disk più capaci, più veloci e più silenziosi prima degli altri, anche se spesso queste nuove prestazioni non sono richieste dal mercato. Se solo pochi anni fa i 20 GB per piatto sembravano un sogno, oggi si può con certezza affermare che i 300 GB per piatto sono alla nostra portata.

La parola ai laboratori
La guerra degli annunci tecnologici inizia alla fine del 1999 con la notizia che un consorzio formato dalle società  Read Rite, HMT e Marvell Semiconductor ha raggiunto in laboratorio una densità  di registrazione di 36 Gigabit per pollice quadrato.
Poco dopo, a marzo 2000, Seagate riconquista la leadership, dimostrando nei sui laboratori di aver toccato il traguardo di 45 Gigabit per pollice quadrato. Questo risultato sorprendente è stato possibile impiegando una testina di lettura GMR (Giant Magneto Resistive) ed una testina di scrittura induttiva, entrambe montate su di un braccio portatestine di dimensioni ridotte (pico-slider). Unitamente a queste, grazie ad un processo fotolitografico capace di ridurre le dimensioni di una traccia ad un terzo di micrometro è stato possibile raggiungere una densità  eccezionale di 70.000 tracce per pollice.
La risonanza di questo annuncio non aveva ancora cessato di produrre i suoi echi, quando ad aprile 2000, TDK e NEC rivelano che prototipi di nuove testine TMR (Tunnel Magnetio Resistive) sviluppate presso i propri laboratori, sono in grado di migliorare il rapporto segnale/rumore delle testine GMR. Grazie alle testine TMR è possibile raggiungere i 50 Gigabit per pollice quadrato. L’entrata in produzione di questa nuova tecnologia è prevista per il 2002.
Solo poche settimane dopo la leadership passa nuovamente di mano. Tre società , Komag, Read Rite e Marwell annunciano di aver raggiunto 50,2 Gigabit per pollice quadrato adottando le tradizionali testine GMR ed una densità  di 90.900 tracce per pollice. Oltre all’aumentata densità  di tracce per pollice il sorprendente risultato è ottenuto grazie ad un supporto magnetico termicamente stabile a bassa coercività . Un rappresentante di Read Rite, afferma, per l’occasione, che la stessa tecnologia permetterà  di raggiungere dagli 80 ai 100 Gigabit per pollice quadrato.
I colpi di scena non finiscono qui. Hitachi comunica che ha sviluppato, insieme al MITI (Ministry of International Trade and Industry) giapponese, una tecnologia capace di registrare 52,5 Gigabit per pollice quadrato. Il solo dettaglio tecnologico rivelato scuote le fondamenta consolidate della tecnologia: si tratta di registrazione verticale, e non longitudinale come la tradizione vorrebbe. E’ questa una strada ipotizzata nel passato ma mai dimostrata fino a tale momento. A detta di Hitachi questa tecnologia può facilmente raggiungere gli 80/100 Gigabit per pollice quadrato.
Solo pochi giorni dopo, Fujitsu, il gigante dell’informatica giapponese, annuncia LEXIS (Layer EXchange Interaction Stabilized): una tecnologia che ha dimostrato di poter raggiungere i 56 Gigabit per pollice quadrato. Fujitsu ha lavorato sul problema del surriscaldamento (degradamento termico), che rende instabili le informazioni memorizzate fino a poterne determinare la perdita, e che rappresentava il principale limite allo sviluppo della tecnologia di memorizzazione ad alta densità . Il gruppo di sviluppo di Fujitsu è stato capace di ridurre gli effetti del fenomeno della degradazione termica delle informazioni inserendo uno strato protettivo sotto alla superficie sulla quale vengono registrati i dati. Questo nuovo strato protettivo non limita la lettura delle informazioni bensì, accostandosi magneticamente alla superficie di registrazione (anti-ferromagnetic coupling), la stabilizza preservando i segnali memorizzati dalla degradazione. Questa tecnologia combinata con le nuove testine TMR, è in grado, secondo Fujitsu, di raggiungere una densità  di registrazione di 300 Gigabit per pollice quadrato.
Abbandonando il campo delle realtà  dimostrabili, IBM ci introduce nel mondo più etereo della ricerca pura, affermando che nuovi materiali chimici con proprietà  magnetiche innovative, permetteranno di produrre hard disk con capacità  di 100 volte superiore a quelle attuali. Questo significa che le prospettive indicate da IBM, seppure ancora da dimostrare, indicano che è possibile raggiungere densità  di registrazione di 1.750 Gigabit per pollice quadrato.

Non si vive di sola informatica
Una tecnologia che sembrava essere arrivata al capolinea ha dunque ancora molti “assi nella manica” da giocare non solo nel settore tradizionale dei computer, ma anche nei mercati più ampi e diffusi delle apparecchiature di largo consumo.
Tra due o tre anni vedremo gli hard disk crescere talmente in capacità  e prestazioni da rendere possibile la registrazione di filmati ad alta definizione in tempo reale. Questo cambierà  la modalità  con la quale vedremo la televisione permettendoci di guardare solo le trasmissioni di nostro gradimento (pay per view), nel momento in cui desideriamo (video on demand) e con la possibilità  di accedere alla sequenza del film da qualsiasi punto istantaneamente.
Hard disk sempre più piccoli e capaci troveranno posto in videocamere digitali, sistemi di navigazione satellitare, sistemi di videoregistrazione ed in tutti i campi dove è richiesta grande capacità  di memorizzazione, accesso immediato, e velocità  di trasferimento dei dati.
Al fine di raggiungere tali obiettivi, sono necessarie tecnologie complementari in grado di ridurre i consumi, aumentare la resistenza alle vibrazioni ed agli urti e ridurre la rumorosità . Molte di queste tecnologie sono già  in stato avanzato di sviluppo e già  oggi è possibile acquistare hard disk le cui emissioni sonore sono difficilmente percepibili dall’orecchio umano.

Dove sono i limiti?
Attualmente possiamo solo affermare che un limite allo sviluppo della tecnologia magnetica esiste sicuramente, ma nessuno è ancora in grado di vedere fino a dove si estende e quale sia il confine invalicabile.
Di certo sappiamo che ci aspettano ancora molti anni di sorprese insospettabili e di applicazioni difficilmente immaginabili.
La battaglia è aperta, i giocatori noti, il campo di battaglia collocato idealmente nell’oceano Pacifico fra Giappone e Stati Uniti, le armi costituite da investimenti colossali in Ricerca & Sviluppo e da gruppi di ricercatori/scienziati sempre più nutriti.
Ne vedremo delle belle.

[A cura di Newton ]