Predstavljajte si letalo, ki leti en milimeter nad tlemi
in vsakih 25 sekund obkroži Zemljo,
pri tem pa prešteje vse travne bilke.
Če to pomanjšate do te mere, da se prilega vaši dlani,
dobite nekaj enakovrednega sodobnemu trdemu disku,
predmetu, ki lahko vsebuje več informacij kot vaša lokalna knjižnica.
Kako pa lahko hrani toliko informacij na tako majhnem prostoru?
V središču vsakega trdega diska je skladovnica hitro vrtečih se plošč
z bralno/pisalno glavo, ki leti nad vsako od površin.
Vsaka plošča je prekrita s prevleko mikroskopskih magnetiziranih kovinskih zrn
in vaši podatki tam ne živijo v obliki, ki bi jo prepoznali.
Namesto tega so zapisani kot magnetni vzorec,
ki ga tvorijo skupine teh drobnih zrn.
V vsaki skupini, znani tudi kot bit,
imajo vsa zrna magnetizacijo poravnano
v eno od dveh možnih stanj,
ki ustrezata ničlam in enicam.
Podatki se na disk zapišejo
s pretvorbo bitnih nizov v električni tok,
ki ga dovaja elektromagnet.
Ta magnet tvori polje, ki je dovolj močno, da spremeni smer
magnetizacije kovinskih zrn.
Ko so informacije enkrat zapisane na disk,
pogon uporabi magnetni bralnik, da jih pretvori nazaj v uporabno obliko,
zelo podobno gramofonski igli, ki utore na plošči prevaja v glasbo.
Toda kako lahko dobimo toliko informacij iz samo ničel in enic?
Tako, da jih damo mnogo skupaj.
Na primer, črko predstavlja en bajt ali osem bitov,
vaša povprečna slika pa zavzame več megabajtov,
vsak od njih pa ima 8 milijonov bitov.
Ker mora biti vsak bit zapisan na fizični del diska,
venomer iščemo načine za povečanje gostote zapisa na disku
oz. koliko bitov lahko stisnemo na kvadraten palec.
Gostota zapisa modernih trdih diskov je okoli 600 gigabitov na kvadratni palec,
300-milijonkrat več kot pri IBM-ovemu prvemu trdemu disku iz leta 1957.
Ta neverjetni napredek v kapaciteti shrambe
ni bil rezultat le pomanjševanja vsega,
ampak je vključevalo številne inovacije.
Tehnika, imenovana proces litografije tankega filma,
je inženirjem omogočila pomanjšanje bralno/pisalne glave.
In navkljub svoji velikosti, je bralnik postal bolj občutljiv
z izkoriščenjem novih odkritij na področju magnetnih in kvantnih lastnostih snovi.
Biti so lahko bili tudi bolj zgoščeni zahvaljujoč matematičnim algoritmom,
ki filtrirajo motnje magnetne interference
in najdejo najbolj verjetne bitne nize iz vsakega kosa povratnega bralnega signala.
Nadzor nad termičnim raztezanjem glave,
ki ga omogočimo z grelnikom pod magnetnim zapisovalnikom,
ji je omogočilo lebdenje na manj kot petih nanometrih nad površino diska,
kar je približno širina dveh vej DNK.
Zadnjih nekaj desetletij
je eksponentna rast kapacitete računal- niškega pomnilnika in procesorske moči
sledila vzorcu, ki ga poznamo kot Moorov zakon,
ki je 1975 predvidel, da se bo gostota informacij podvojila vsaki dve leti.
Vendar pa je pri okoli 100 gigabitih na kvadratni palec
nadaljnje pomanjševanje magnetnih zrn, ali njihovo še večje tlačenje skupaj,
predstavljalo novo tveganje imenovano super-paramagnetni učinek.
Ko je prostornina magnetnega zrna premajhna,
njegovo magnetizacijo zlahka zmoti toplotna energija
in lahko povzroči, da se biti nenamenoma zamenjajo,
kar vodi k izgubi podatkov.
Znanstveniki so to omejitev rešili na presenetljivo enostaven način:
s spremembo smeri zapisovanja iz vzdolžne v navpično,
kar je omogočilo gostoto zapisa blizu enega terabita na kvadratni palec.
Nedavno se je potencialna meja ponovno zvišala
z uporabo toplotnega magnetnega zapisovanja (HAMR).
Ta uporablja še bolj termično stabilen zapisovalni medij,
čigar magnetno odpornost se za trenutek zniža
s segrevanjem določene točke z laserjem
in omogočenim zapisovanjem podatkov.
In medtem ko so ti pogoni trenutno v fazi prototipov,
imajo znanstveniki v rokavu že nov potencialni trik:
medij bitnih vzorcev (BPM),
na katerem so lokacije bitov razvrščene v ločene nano strukture,
kar potencialno omogoča gostote zapisa 20 terabitov na kvadratni palec
ali več.
Zahvalimo se torej lahko skupnim prizadevanjem večih generacij inženirjev,
znanstvenikov snovi
in kvantnih fizikov,
da se to orodje neverjetne moči in natančnosti
lahko vrti v vaši dlani.