让你的硬盘更稳定!日立热悬浮控制技术深度解析

　　随着对高容量存储设备的需求不断增长，硬盘厂商不断为基础性的磁记录技术问题寻找创新的解决方案。其中一大挑战是如何在写入时有效地覆盖写入位置原有的数据，这对在不同的操作温度和读写任务负载条件下的可恢复的软错误率(SER)的表现非常关键。影响数据覆盖的一项重要参数是读写磁头与记录磁盘之间的间距，通常称为飞行高度。

　　飞行高度的主要影响因素在于朝着记录磁盘凸出的读写元件。读写元件与记录磁盘的间距随着温度以及的硬盘的读写任务负载而变化。众所周知，在不同的操作温度下或在磁盘上位置的不同，读写磁头的机械飞行高度也不同。在以往，硬盘中都内置了温度感应器以监视硬盘的操作温度，同时录写电流可获相应调整以补偿磁头飞行高度的变化以及适应磁盘介质的矫顽力。

硬盘结构图

　　由于磁头上的凸起元件采用特殊的制造材料，其膨胀、收缩的速度也比其他部分快。当资料被写入磁盘时，电流将通过磁头的录写线圈，这样产生的一个副作用是使录写元件受热膨胀，导致磁头读写元件向磁盘进一步凸起。因此，磁头读写元件与磁盘之间的有效间距缩短，进而使读写稳定性下降。由于凸起的幅度随温度而变化，如何保持读写的稳定性，最简单的方面就是确保磁头和磁盘的有效距离不变，而最简单的方法就是保持磁头读写区温度趋于稳定。日立开发的热悬浮控制技术(简称TFC)，就是通过这一原理。它能通过磁头上内置的加热元件直接控制读写磁头的凸起元件，使读写磁头与记录磁盘之间的间距更稳定。在日立最新推出的5K160移动产品系列中，就采用了这一技术。

磁头结构的横切面

　　上图展示了磁头的横切面以及加热器与读写元件的相对位置。这个独立加热器的结构使得读写元件的凸起幅度得到独立控制，摆脱了读写元件在读写程序中所产生的影响。为了给独立的加热元件提供所需电流，须在前置放大器上增加另一电路，同时还需在磁头上加入另外两条线路。加热器的电流由独立的控制功能控制。

温度加热器启动时的温度分布

　　上图展示了当电流通过加热元件时磁头热量分布图。当电流通过加热器元件时，磁头加热会使读写元件的凸起幅度增加，缩短了它与磁盘的间距。

普通读写元件在热悬浮控制技术调整前的凸起幅度

读写元件在热悬浮控制技术调整时的凸起幅度

　　上图显示了加热器通电前后，读写元件与磁盘之间的间距变动。在磁头达到稳定温度前有固定的等待时间，因此可在读写程序执行前，预先启动加热器。当间距已达到稳定的目标值时，读写过程便可进行。

在热悬浮控制技术下进行的录写程序

在热悬浮控制技术下进行的读取程序

　　上图显示了相对于读写过程开始的时间，电流应用于加热器元件的时间。值得注意的是，在录写程序执行期间，录写电流运作，而流向加热器的电流将减少。因为录写元件通电将导致温度上升，继而增加凸起幅度，而减少流向加热元件的电流可消除上述影响。其结果是在整个数据录写过程中，读写元件与磁盘的间距将保持一致。

　　读写性能的测试显示使用热悬浮控制技术可将软错误率降低30%到40%，这标志着软错误率(SER)的显著改善，因而提升了硬盘整体的性能及可靠性。使用热悬浮控制技术可使写入的数据更趋于一致，因为在整个录写程序中，录写元件与磁盘之间的间距保持了固定的距离，从而更好地覆盖已写入数据，同时所有数据的SER也将更一致化。此外，在广泛的温度范围内达到较一致的数据写入表现可使写入电流在不同操作温度下有更好的表现。与上一代的产品比较，热悬浮控制技术对邻近磁道干扰(ATI)现象也有显著的改善。