磁带非但没被淘汰容量还比硬盘大

2022-10-24 | 来源: 量子位 | 转到微信 | 有0人参与评论 | 字体: 放大缩小 | 收藏 | 打印

580TB数据能存一盘磁带上？？？

没扯淡，这是已经实现的事。

IBM和富士胶片一项技术突破显示，他们已找到方法将单盒磁带容量提升到580TB。

这大约等同于12万张DVD存储量，放256GB的SD存储卡上，能装满2320张。该数字一举刷新了磁带存储密度的世界纪录，且相关研究已发表于《IEEE磁学汇刊》。

不少人印象中，磁带分AB面，得两部分加起来才存得下一张港台专辑，容量连CD也没法比，再加上速度慢体积大等缺点，相信很多00后都没见过（暴露年龄系列）。

怎么不仅没被淘汰，反而突然能存这么多数据了？

新材料叠加纳米级分布Buff

根据研发团队披露信息，磁带介质应用了超细锶铁氧体磁性颗粒。

该材料化学式为SrFe(12)O(19)，是一种黑色具备永久磁性的物质，常用于微波装置、记录介质、磁光介质、电讯和电子工业。

以往磁带是将另一种物质，钡铁氧体颗粒，涂覆在存储介质上。

开启读取时，让磁头（一块电磁铁）接触磁带，带上磁性物质变化形成电磁感应，进而变成数据被读取进系统里。

反之，写入则由磁头施加强磁场，改变盘带上磁粉的磁性分布。

△ 图源：hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/

新成果中，研究人员将材料改换成了锶铁氧体。

其颗粒比原材料小60%，使之均匀排列在磁带介质上，可提升存储密度，实现纳米级读取及更高信噪比。

下图为电子显微镜下，锶铁氧体与钡铁氧体颗粒大小对比：

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更细颗粒的磁性材料不仅可存储更高密度信息，也让磁带介质表面更光滑。

研究者使用40μm × 40μm原子力显微镜观察锶铁氧体与钡铁氧体磁带表面，新材料磁带面更为光滑，平均粗糙度Ra为1.1nm，原材料Ra为2nm。

更新材料之外，研究团队还改进生产设备，让材料更均匀分布在磁性层与非磁性层上，提升表面光滑度。

磁头也经过切割处理，变成一个斜面，再在读取部分加入一个20毫米的空气轴承，进一步减小摩擦力。

对上述改进系统进行测试，团队发现，当使用超窄的29nm宽度TMR传感器读取时，其线性密度可达702Kbpi，在电流为22毫安时，信噪比（SNR）数值达到最大：

此外，团队还用上了一套伺服控制器，该设备保证了磁头在读取时，可在磁带面进行相对位置的精确定位，操作精细度达3.2nm。

在上述几种技术加持下，当磁带开启读取，整个带面介质以15km/h速度划过，但磁头仍可精准找到DNA分子1.5倍宽度的读取位置。

为减小误码率，研究团队在一块定制FPGA面板上，实现了四个通道同时读取，然后对其求平均，结构如下：

研究团队基于上述系统，测试了大约600万个样本数据，编解码错误率随着更高线性密度而增高，使用64态D3-NPML检测器可得最佳性能。

该情况下，750kbpi线性密度比特误码率（BER）为4.5e-2，正好不高于设定阈值，当线性密度为702kbpi，BER为2.8e-2。

值得一提的是，除了EPR4检测器外，其他检测器错误率在该线性密度下，误码率也均满足设定要求：

关于未来应用，研究团队认为，此项成果成本更低、长期耐用、能耗低更安全，将成为技术巨头、学术机构及超大规模数字基础设施公司数据归档的首选，尤其在安全要求高、数据量庞大的混合云领域。

不过在何时量产落地问题上，参与方之一的富士胶片认为，还需十年左右。

磁带的默默发展

多数人眼中，盒式磁带淡出我们的视野也已约20年，但它仍在很多我们看不见细分领域得以应用。

就拿互联网行业来说，由于磁盘读写依靠电磁感应，且存储无需通电，天生处于网络离线状态，这使得该介质安全性高，断电也无所谓，常备用于备份数据，包括谷歌及微软Azure。