Дискотека с 80-х

Незадолго до появления знаменитой «персоналки» от IBM я работал в Академии наук. Как-то мне пришлось везти на уазике из Пущино в Москву два шкафчика размером с холодильник каждый. Это были дальние потомки многотонного RAMAC - первого в мире магнитного диска (1956 г.), который приводился в движение промышленным электромотором с приводом велосипедной цепью. Шкафчики были меньше, но вмещали столько же - по 5 Мб. Они гудели, тряслись, как стиральная машина во время отжима, и часто ломались. Но самой страшной проблемой были тараканы, по слухам, отпрыски какой-то южноамериканской породы, привезенные одним из сотрудников института с целью физиологических экспериментов. Не один аппарат был потерян для науки - насекомые заползали в шкафчик и размазывались по магнитной поверхности дисков размером с детское велосипедное колесо.

Спустя два года IBM решила проблему, выпустив PC/XT - первый персональный компьютер со встроенным жестким диском компании Seagate. Тараканы в маленькую коробочку пролезть не могли, а вот данных в ней умещалось целых 10 Мб. В конце 83-го PC/XT появился и в нашей лаборатории, но мы не сразу поняли, что видим начало технологической революции. После появления PC/XT емкость памяти стала расти с бешеной скоростью (на удвоение уходило меньше года), а цена с примерно такой же скоростью падать.

Шли годы, и ученые стали предсказывать, что дни магнитной записи сочтены. Но каждый раз происходила очередная революция, незаметная для окружающих: к усовершенствованию диска подключались нанотехнологии, физика магнетизма, квантовые эффекты, высокоточная механика, химия поверхностей… В минувшую субботу, 8-го марта, мир отпраздновал 25-летие первого персонального винчестера. Слухи о скорой кончине магнитного диска сейчас сильны, как и потребность в нем. Но потребность, как и емкость дисков, будет только расти.

Сегодня магнитный диск стоит недорого, обычно не больше $100 за сотни гигабайт, а то и терабайт, настоящий ширпотреб. Цена эта смехотворна, ведь обычно диск приносит производителю всего несколько центов прибыли, а то и убытки, когда компания пытается расширить свою долю рынка и насолить конкурентам. И уж почти никто не знает, что современный диск - пожалуй, одно из самых сложных устройств, созданных человечеством, настоящее чудо технологии. Нобелевская премия по физике 2007 г. присуждена за эффект гигантской магниторезистивности (GMR). Этот эффект, широко разрекламированный как основной двигатель прогресса в магнитной записи, на самом деле лишь приложение одной из десятков суперсовременных технологий, живущих внутри наших компьютеров.

ЖЕСТКОЕ ПОРАЖЕНИЕ

Еще в начале 90-х создатели первых магнитных дисков из IBM были уверены: они совершили такой скачок, что остальная промышленность никогда их не догонит. В исследовательских лабораториях корпорации, куда я пришел работать в 1995 г., трудились отцы-основатели практически всех направлений в технологии современной магнитной записи. У IBM был повод гордиться. Они изобрели первые в мире тонкопленочные головки и среды. Они заменили малоэффективные индуктивные головки на куда более чувствительные головки с гигантским магниторезистивным эффектом и одновременно заменили старый метод детектирования сигнала на новый. Одно его таинственное название PRML (Partial response maximum likelihood, «Частичный отклик - максимум правдоподобия») повергало конкурентов в трепет.

До прихода в корпорацию я работал в фирме, разрабатывающей тестирующее оборудование для дисковой промышленности - мне надо было выяснить, что же такое сделала IBM в детектировании сигналов. Тщательно прочитав все имеющиеся статьи и отчеты о конференциях, я подумал, что все это написано с тем расчетом, чтобы навести страх на окружающих, дав им минимум информации. Как выяснилось позже, это во многом было действительно так - но в ряде случаев и сами авторы не могли точно объяснить, как работает то, что они изобрели.

Спустя несколько лет те же гуру IBM не могли поверить, что конкуренты давно обогнали их в методах детектирования. Им пришлось доказывать это, раз за разом преодолевая инерцию мышления. В конце концов они спохватились, но было уже поздно. Примерно такая же история произошла и с чувствительными читающими головками. Несмотря на заверения о том, что IBM «впереди планеты всей» на десятилетия, спустя всего пару лет головки конкурентов превосходили IBMовские.

В то же время было значительно сокращено финансирование исследовательских работ (руководство IBM решило, что они все равно самые передовые) и одновременно допущен ряд административных ошибок - успешный отдел распустили, а его функции передали японскому филиалу. «Винчестерный» бизнес IBM из прибыльного становился убыточным, и пять лет назад детище IBM было продано Hitachi, которая хотела утвердиться на рынке записи.

ЕЩЕ КАПЕЛЬКУ

Сложность современных магнитных дисков достигла такого уровня, что я предпочитаю не задумываться над тем, что происходит внутри коробочки.

Одна из основных проблем, которую сейчас приходится решать, - устойчивость записанной информации. Для того чтобы записанная на диск информация сохранялась в течение десятков лет, необходимо, чтобы тепловой фон среды не приводил к спонтанному размагничиванию битов информации. Достичь этого трудно. Для повышения плотности записи требуется как можно меньший размер элементарных «зернышек» магнитной среды, но при уменьшении до нескольких нанометров устойчивость таких «зернышек» теряется. Я работал с экспериментальными средами и с интересом наблюдал тепловой распад на экране осциллографа - записанные биты информации дрожали, уменьшались и через минуту исчезали с экрана. Но несмотря на сопротивление законов физики разработчики продолжают бить рекорды.

Так, осенью прошлого года компания Western Digital установила очередную планку - была продемонстрирована запись 500 гигабит информации на площади в квадратный дюйм (2,54х2,54 см). Поскольку я принимал участие в нескольких таких «рекордах», в таких случаях вспоминаю анекдот про алкоголика и кошку, которую он выжимал («Ну кисонька, ну еще, ну еще капельку»). При разработке новых продуктов в дисковой промышленности происходит ровно то же самое. По крохам, по долям выжимается все возможное из среды, записи, чтения, детектирования... Последние годы инженеры мечтают о плотности терабит на квадратный дюйм. Думаю, что эта цель будет достигнута в течение года-двух.

ФЛЭШ ПРОТИВ МАГНИТА

Тем не менее многие специалисты предрекают скорый уход на покой магнитных дисков. Некоторые основания для таких прогнозов, безусловно, есть - флэш-память, например, стремительно дешевеет, а ее плотность каждый год удваивается.

Разработчики пытаются создать трехмерные микросхемы и судя по всему добьются успеха, так что не исключено, что лэптоп с 200–300 гигабайтами флэш-памяти по доступной цене появится через несколько лет. Но у электронной памяти достаточно своих проблем. При уменьшении размеров записывающих ячеек время хранения информации уменьшается - сейчас речь идет примерно о десяти годах.

К тому же одной из основных и до сих пор нерешенных проблем является ограниченное число циклов записи - примерно через сто тысяч циклов происходит разрушение барьера, и ячейка памяти перестает работать. Музыку и фотографии на флэш-памяти хранить можно, а вот постоянно переписывать содержимое ячеек нельзя. Мои знакомые пробовали ставить флэш-память вместо диска в один из компьютерных серверов - она отказала через две недели, ресурс перезаписи был исчерпан. Так что в ближайшие годы диски не исчезнут, скорее наоборот, потребность в них возрастет - теперь на них хранят видеоинформацию, и чем дальше, тем больше.

В прошлом году я еще работал в Кремниевой долине в Hitachi, купившей у IBM заводы и разработчиков магнитных дисков. В холле, как музейный экспонат, был выставлен один из первых RAMACов. Когда к огромному металлическому шкафу подводили экскурсантов, у тех пропадало всякое сомнение в незыблемости «магнитного» бизнеса. Во время одной из экскурсий директор лаборатории привычным движением открыл дверцы шкафа, демонстрируя гостям электронную начинку прибора, совершившего революцию в хранении данных. К его ужасу, внутри лежала коробочка размером с ладонь, хранившая 1 терабайт данных (в 200 000 раз больше, чем RAMAC). На коробочке была приклеена записка: «Привет из будущего!» Эту шутку с постоянно эволюционирующим жестким диском, наверное, повторят еще не раз.

Автор – ведущий исследователь калифорнийской фирмы Integral Solutions Int'l