比特图案介质的超高密度瓦记录关键技术研究

Due to the superparamagnetic effect of continuous thin-film magnetic media, the hard disk recording density is close to its theoretical limit. In order to break through the bottleneck of magnetic recording density, there is an urgent need to explore new magnetic recording mechanisms and enabling technologies. Bit patterned media (BPM) makes the recording islands achieve a higher thermal stability through magnetic separation, and hence overcomes the superparamagnetic effect which efficiently reduces the bit spacing. Shingled magnetic recording (SMR) uses a 'stacking roof tiles' like way to write data of the next track partially over the written track, and hence not only guarantees the strength of the writing field but also offers a practical way to reduce the track spacing. Shingled magnetic recording on the bit pattern media is expected to achieve 2~10Tb/sq-in of area density, however this approach still faces certain problems, such as: how to design a rational layout of bit patterns for adapting to shingled magnetic recording; how to understand the process of shingled magnetic recording on bit patterned media for optimizing the write head; how to design the data organization structure of shingled recording disk for ensuring the hard drive performance. To this end, we plan to do research mainly on the following contents: the layout strategies of bit patterns, the signal influence of patterns' layout and morphology on shingled magnetic recording process, the process model and data organization of shingled magnetic recording. The aim is to construct the model and implementation method of shingled magnetic recording on bit patterned media, and hence provide the theoretical support for hard disk recording density being drastically increased to 2~10 times the theoretical limit of existing recording technology.

因连续薄膜介质超顺磁效应问题，现硬盘记录密度已接近其理论极限。为突破磁记录密度瓶颈，亟需探索新的磁记录机理和实现技术。比特图案介质通过将记录位进行磁性分离，使记录介质获得更高的热稳定性，以应对超顺磁效应而有效缩小位间距；瓦记录则通过像叠放屋瓦似地在已写磁道上部分覆盖记录下一磁道数据，从而既保障写入场强又可实际减小道间距。在比特图案介质上采用瓦记录方式，有望实现2~10Tb/sq-in的面记录密度，但随之面临如下核心问题：1）如何实现比特图案的合理布局以适应瓦记录？2）如何认识比特图案介质的瓦记录过程以优化写磁头设计？3）如何实现瓦记录的数据组织以保证硬盘性能？为此，本项目拟对比特图案介质的布局策略、图案布局与形貌对瓦记录的信号影响、瓦记录过程模型和瓦记录的数据组织进行研究。目标是建立比特图案介质的瓦记录模型和实现方法，为硬盘记录密度大幅提高到现有技术理论极限的2~10倍提供理论支持。

信息技术是当今世界发展最为快速的核心技术之一，而存储技术为推动信息技术的发展提供了重要的基础。在各种存储技术之中，磁存储以其较低的成本、极高的记录密度以及高可靠性等优点在存储领域中占据着重要的位置。超高密度磁记录是磁存储行业的发展方向，其中如何利用新型的记录介质、创新的磁头结构和记录方法，以使磁存储系统的记录密度达到10 Tbit/in2成为磁存储领域备受关注的战略性研究课题。.瓦记录采用与传统磁头结构类似的写磁头，无需大规模改变现有磁头结构，亦能提供更强的写入能力，其实现难度与制造成本低，因此被认为是实现10 Tbit/in2磁记录密度的有效途径。本项目系统的研究了利用瓦记录实现10 Tbit/in2存在的关键技术，并探索瓦记录与ECC技术相结合来实现超高密度磁记录密度的可行性，为实现超高密度磁记录密度提供理论依据。项目的主要研究内容包括：.（1）利用微磁学计算对比了不同位元排布方式和不同制造公差对位元的翻转场分布的影响。结果表明，当保持所有排布方式的面密度相等时，等腰三角形位元排布是最优排布，因为其目标位元受到周围位元的静磁场作用与等边三角形排布几乎一样小，同时其对道密度的要求比等边三角形排布更低。.（2）采用三维有限元与微磁学仿真的方法，对瓦记录磁头进行了建模与微磁学分析，设计了适用于10 Tbit/in2密度下瓦记录系统的写磁头结构，并分析了瓦磁头在不同外加驱动场、ABS面宽度、锥形磁头侧面倾角以及锥形磁头与屏蔽层间隙等因素作用下对瓦磁头有效写场与侧写场梯度的影响。.（3）研究了瓦记录磁头在运动过程产生的斜交角效应，利用该效应将磁盘中的热数据保存在一定的斜交角范围内，可以减小磁头对这一区域写过程中的误码率。.（4）提出了一种瓦记录磁头写角边缘场记录方式中磁头有效写场与侧写场梯度的计算方法，给出了衡量瓦记录性能的标准——误码率的计算方法，为优化磁头设计提供了理论依据。.（5）研究了将瓦记录与ECC介质相结合，实现10 Tbit/in2磁记录密度的可行性。ECC介质有较低的比特位元翻转场，同时保持超高密度记录所需的热稳定性。但将瓦记录与ECC结合会产生介质矫顽力的角相关性问题。利用ECC位元的合理排布，可以使记录比特位避开高误码率的区域，将ECC介质角相关性带来的记录性能损失降至可以接受的范围。.以上研究结果为实现10Tbit/in2磁记录密度提供了理论基础。