磁带非但没被淘汰,容量还比硬盘大了???

詹士 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI
 
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》 。
磁带非但没被淘汰,容量还比硬盘大了???

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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 。
磁带非但没被淘汰,容量还比硬盘大了???

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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 。
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△ 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:
【磁带非但没被淘汰,容量还比硬盘大了???】
磁带非但没被淘汰,容量还比硬盘大了???

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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 。
磁带非但没被淘汰,容量还比硬盘大了???

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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:
磁带非但没被淘汰,容量还比硬盘大了???

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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:
磁带非但没被淘汰,容量还比硬盘大了???

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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 。


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