在過去50年的大部分時間里，硬盤的面密度——一個用以衡量工程師能在給定區域內塞進多少位數據的指標——每年平均增長近40%。但最近，這一增長速率已經放緩至10%左右。從事磁存儲工作的人都很清楚這個問題，但只是在過去一年左右的時間里，希捷和西部數據這兩家領先的硬盤制造商的高管才在如何解決這個問題上公開表露分歧。在2017年10月發布的一系列聲明中，西部數據承諾將于2019年開始銷售基于微波輔助磁記錄（MAMR）技術的硬盤驅動器，而希捷表示，到2020年，它將在市場上推出使用熱輔助磁記錄（HAMR）技術的硬盤驅動器。

如果一家公司的解決方案被證明是優越的，那么它將重塑這個價值240億美元的行業，并為磁存儲技術未來十年的發展奠定基礎。希望存儲大量數據的公司確實有其他選擇，但介于更快、更昂貴的基于閃存的固態硬盤和更慢、更便宜的磁盤之間的硬盤仍然是企業存儲需求的首選。

希捷現在的目標是在2020年推出基于HAMR的20+TB硬盤驅動器，而西部數據承諾，MAMR驅動器的容量將在今年晚些時候達到16 TB左右。西部數據預計，MAMR硬盤的容量將迅速擴大，到2025年達到40TB；而希捷認為它可以通過HAMR實現類似的容量，盡管該公司尚未公開宣布達成該目標的時間。

這兩家公司本質上是從同一個地方起步的，它們的硬盤都有幾個關鍵組件。例如，磁盤是一個薄薄的盤片，上面覆蓋著由無數個顆粒組成的某種形式的磁性材料，每個顆粒沿某個特定的方向的磁化。一個簇中有十個左右的顆粒，它們的磁化方向相同，代表一個比特。

在驅動器內部，電機以每分鐘5000至11000轉的速度轉動硬盤。懸在磁盤上方僅2納米處的是讀/寫磁頭，希捷和西部數據對于如何改造該組件分歧嚴重。這個磁頭產生自己的磁場，當需要寫入0或1時，會用它來根據需要翻轉顆粒的磁化方向。磁頭上的傳感器通過測量磁盤上方的磁場波動來讀取數據。

隨著時間的推移，設計人員已使這些顆粒變得越來越小，從而允許更多的比特存儲在磁盤的相同區域內。但如果要存儲下更多比特，這些顆粒必須變得非常小，以至于周圍的熱能可能導致它們自發地翻轉，從而擦去它們所保存的數據。

縮小的顆粒：五年前，磁盤上最小的顆粒直徑為9.5納米（左）。如今性能最好的磁盤上的顆粒只有7納米寬。隨著讀/寫磁頭技術的新發展，未來的磁盤將依賴于5.6納米的微小顆粒（右）。圖片來源：希捷。

為了防止這種擦除，制造商已經開始使用新的材料（如鐵鉑合金）來制造帶有磁性“更硬”顆粒的磁盤，這種顆粒在室溫下不會隨便翻轉。不幸的是，這樣的改變也使得傳統的讀寫/磁頭無法翻轉顆粒，因為它們無法產生足夠強的磁場并將磁場聚焦在如此小的區域上。

硬盤行業需要的是一種翻轉比以前更難以改變其磁化方向的顆粒的方法。這正是希捷和西部數據所說的它們已在開發的技術。

HAMR和MAMR都采用了一種簡單的策略：向硬盤上的目標顆粒發射一些能量，你可以臨時性地用一個有實效的量級的外部磁場來翻轉它們的磁性方向。一旦能量消失，這些顆粒就會恢復對室溫下自發性翻轉的免疫力。

希捷的研究人員想要使用激光器的光，但是將激光直接照射到磁盤上會加熱一個太大的點，導致其他顆粒也會翻轉。他們不得不以某種方式將激光的能量集中到一個比光束本身的波長更窄的區域上。

為了實現對這一過程的精密控制，研究人員制作了一個裝有紅外激光器并可將它產生的一小部分光導向一個直徑僅為200納米的微小金屬盤上的磁頭。希捷的研究人員稱這個金屬盤為“棒棒糖”，因為在形狀上它像一個帶有伸向一側的短樁的圓形物。

當光到達棒棒糖時，它會激發表面等離子體，這些等離子體是在大多數金屬的表面都能出現的具有振蕩密度的電子束。這些等離子體將能量傳遞給短樁，其特殊形狀為能量離開棒棒糖提供了阻力最小的路徑。

一旦進入短樁，等離子體通過所謂的“避雷針效應”將能量釋放到磁盤的一個小窄條上。這種放電會將磁盤加熱，在非常短的時間內，讀寫磁頭產生的磁場可以改變小區域內顆粒的磁化方向，然后磁盤中內置的散熱層將能量帶走。

這個方案在早期的測試中運作良好，但希捷公司的研發管理技術專家和高級主管Jan-Ulrich Thiele和他的團隊很快就遇到了一個大問題:由黃金制成的棒棒糖的短樁一直在熔化。它會工作幾分鐘，然后變成一個小小的金色斑點，使驅動器不再有用。Thiele說：“我們也許可以寫半軌道數據，然后整個短樁就會消失?！?/p>

熔化：這組圖像顯示了“棒棒糖”（也稱為近場換能器）的短樁，它在希捷早期版本的HAMR技術中，它會熔化并從磁盤表面消失。圖片來源：希捷。

他回憶起時任首席執行官的Steve Luczo在2012年使用原型HAMR 驅動器向華爾街分析師們做的一場令人神經緊繃的演示。希捷運去了一箱10個驅動器，并派了一名工程師陪同Luczo，這樣，如果第一個驅動器（或第三個驅動器）崩潰，工程師就可以迅速將其更換掉，從而演示可以繼續。Thiele說：“平均來說，那時那些驅動器持續了大約10個小時。但它們的持續時間差異很大——有些持續了10分鐘，而另一些持續了更長時間，而你不知道你要用的那個能持續多長時間?！?/p>

為了讓HAMR的驅動更加可靠，Thiele的團隊重新設計了磁頭，以便更好地將多余的光和熱量引離棒棒糖，他們還改用了一種新材料，并使棒棒糖更厚。Thiele說，現在，一個HAMR磁頭可以寫入PB量級的數據而不會崩潰，希捷已經制作了5萬多個HAMR驅動器來完善這項技術。

但是，一些客戶可能會因為擔心熱量對磁盤的長期影響而回避這項技術。IDC的John Rydning表示：“大多數企業客戶可能會更喜歡MAMR技術。，他們對這種技術隨著時間的推移不太可能出現可靠性問題的信心略高一些，因為它不會產生那么多熱量?！?/p>

在傳統的硬盤驅動器中，寫入元件產生一個磁場來翻轉顆粒并存儲數據。但在下一代驅動器中，顆粒太小而不能以這種方式翻轉。插圖：James Provost。

使用HAMR，來自激光器的一小部分光會激發“棒棒糖”上的表面等離子體，這些等離子體將能量傳遞給顆粒，使它們更容易用傳統磁場翻轉。插圖：James Provost。

對于MAMR，由一個稱為自旋轉矩振蕩器的組件產生的微波場同樣可影響顆粒并使得它們能被翻轉。插圖：James Provost。

西部數據認為，MAMR和HAMR一樣具有潛力，應該在行業路線圖上占有一席之地（目前該路線圖上僅列有HAMR）?！拔覀兲岢隽艘粭l平行路徑，但希捷堅持認為HAMR具有更長期的生存能力，這一點我們并不認同?！蔽鞑繑祿撠熆偛窟\營的高級副總裁Thao Nguyen說。

就MAMR來說，讀/寫磁頭被修改為包括有一個稱為自旋轉矩振蕩器的器件，該器件由至少兩個磁層組成。當直流電通過第一個磁層時，電子的自旋就會極化。然后，電子通過第二個磁層，這一層被有意設計成具有相反的磁性排列。在第二階段，自旋極化的入射電子會影響磁層內的那些電子，使其磁化方向發生輕微的變化，然后再穿過磁層到達另一側。

這種相互作用在第二磁層的電子磁矩中產生了擺動。這個過程會發射出一個微波場，這個微波場可以調諧到涂覆硬盤的磁性材料的共振頻率——約15至20千兆赫。當這個磁場振蕩時，它會在下方磁盤上的一小片顆粒中激起類似的擺動，使它們更容易翻轉。

Nguyen聲稱MAMR的可靠性是HAMR的50倍。但希捷公司負責研發的副總裁Steve Hwang對這種自旋轉矩振蕩器能否產生足夠高的、可以影響將來用于硬盤的更小的顆粒的頻率表示懷疑。

Hwang說：“MAMR充其量不過是一次性游戲。就面密度而言，它只會再向前推進一代，或者可能兩代。”

卡內基梅隆大學數據存儲系統中心主任Jian-Gang (Jimmy)Zhu并不擔心MAMR的擴展能力。根據他的計算，一個自旋轉矩振蕩器可以產生高達40GHz的頻率，使MAMR能夠支持四到五倍于當今驅動器的容量。他說：“在我看來，這是沒有爭議的。頻率根本不是個問題。”

Nguyen說西部數據已經注意到了實驗性MAMR驅動器的“其他效果”。他說，部分由于這些效果，公司已經實現了超出預期的能力。盡管他拒絕提供細節，但他預計西部數據將在一兩年內在科學期刊上發表其研究結果。

西部數據于2017年10月宣布了其將MAMR商業化的計劃，這在希捷總部引發了一系列活動。Thiele說：“我們重新審視了所有的假設，然后說，‘他們很有可能制造出能夠正常工作的MAMR設備’。我們仍然認為，憑借我們現有的資源，我們可以更快地前進?！?/p>

Zhu的模型和理論工作為MAMR的發展奠定了基礎。他認為，MAMR落后了一兩步，原因很簡單，據他估計，這些年來企業在開發HAMR上花費了20多億美元，而到目前為止它們在MAMR上只花費了1億美元。

最終，希捷和西部數據不需要說服對方，他們只需要說服客戶相信其技術是優越的。與此同時，兩家公司都沒有把自己的賭注只押在一種技術上——希捷在繼續研究MAMR，而西部數據的Nguyen則聲稱其HAMR技術“與希捷的一樣先進”。

兩種技術可能不會有明顯的優劣之分。高級存儲技術聯盟（Advanced Storage Technology Consortium）創始人兼顧問Mark Geenen說：“我還沒有與完全只購買其中一種產品的任何一個客戶交談過。我認為公司要么會購買其中一種，要么兩種都購買。”

目前，希捷和西部數據的工程師們正在埋頭苦干，努力在截止日期之間完善HAMR和MAMR，并設法確保這些新技術能夠在現有的生產線上可靠地大批量生產。當每家公司發布其第一款產品時，那些巨額賭注可能終于開始得到回報。