นักวิจัยคิดค้นเทคนิคใหม่ที่(อาจ)ทำให้ฮาร์ดดิสก์เร็วขึ้นกว่าเดิม 100 เท่า

By: terminus
Writer
on Thu, 09/02/2012 - 23:14

ฮาร์ดดิสก์แบบจานแม่เหล็กที่เราใช้อยู่ทุกวันนี้อาศัยหลักการของแม่เหล็กไฟฟ้าในการเก็บข้อมูล หัวอ่านที่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้าจะทำหน้าที่ทั้งการอ่านข้อมูลและเขียนข้อมูลลงบนจานแม่เหล็ก แต่การใช้หัวอ่านแม่เหล็กไฟฟ้าเขียนข้อมูลแต่ละบิตนั้นต้องใช้เวลาประมาณ 1 นาโนวินาทีในการเหนี่ยวนำให้ขั้วแม่เหล็กบนจานสลับขั้ว เป็นข้อจำกัดที่ทำให้ฮาร์ดดิสก์ไม่สามารถเร็วขึ้นไปมากกว่านี้ได้ นักวิทยาศาสตร์พยายามหาวิธีใหม่ๆ เพื่อที่จะลดเวลาตรงนี้มานานแล้ว

และล่าสุดทีมวิจัยที่นำโดย Alexey Kimel แห่ง Radboud University Nijmegen ประเทศเนเธอร์แลนด์ ก็ค้นพบเทคนิคที่สามารถสลับขั้วแม่เหล็กบนจานแม่เหล็กได้ในเวลาเพียง 1/10,000 นาโนวินาที

เทคนิคใหม่นี้อาศัยแสงเลเซอร์กับจานแม่เหล็กพิเศษที่ทำจากโลหะอัลลอยของเหล็กและกาโดลิเนียม (gadolinium) อะตอมของเหล็กกับกาลิโดเนียมถูกวางเรียงตัวกันเป็นโครงผลึกบนผิวจานโดยจัดให้ขั้วของอะตอมทั้งสองธาตุหันกันไปคนละทิศ ในภาวะปกติขั้วแม่เหล็กรวมของโครงผลึกจะชี้ไปในทิศเดียวของกาโดลิเนียมเพราะกาโดลิเนียมเป็นแม่เหล็กแรงกว่า

เมื่อฉายเลเซอร์ลงไปเป็นเวลาสั้นมากๆ ประมาณ 1/10,000 นาโนวินาที โครงผลึกแม่เหล็กจะร้อนขึ้นอย่างฉับพลัน ขั้วแม่เหล็กของธาตุเหล็กจะกลับด้านอย่างรวดเร็ว ขณะที่กาโดลิเนียมจะกลับขั้วช้ากว่า ทำให้ขั้วของเหล็กเกิดอาการหมุนไปมาอยู่สักพักโดยมีกาโดลิเนียมทำหน้าที่คล้ายๆ กับหลักยึด พอเย็นลงขั้วแม่เหล็กของเหล็กและกาโดลิเนียมก็จะหยุดนิ่งวางตัวในทิศที่ตรงกันข้ามกับที่เป็นอยู่ในตอนแรก ส่งผลให้ขั้วแม่เหล็กของโครงผลึกสลับด้านไปเหมือนกับการที่หัวอ่านแม่เหล็กไฟฟ้าเขียนบันทึกข้อมูลลงบนจานแม่เหล็ก แต่ว่าใช้เวลาน้อยกว่ามาก

หากว่าเทคนิคนี้พัฒนามาใช้ได้จริง ความเร็วในการเขียนข้อมูลลงบนฮาร์ดดิสก์ก็จะเพิ่มขึ้นถึง 100 เท่าของความเร็วในปัจจุบัน!

ข่าวร้ายคือเราคงจะไม่ได้เห็นฮาร์ดดิสก์ความเร็ว 100X วางขายเร็วๆ นี้แน่ เนื่องจากเทคโนโลยีที่ต้องการยังไม่ก้าวหน้าพอที่จะทำในเชิงพาณิชย์ แหล่งกำเนิดเลเซอร์ที่ Alexey Kimel ใช้ในการทดลองนี้มีความยาวเกือบ 1 เมตร แถมยังราคาแพงมากอีกด้วย

งานวิจัยนี้เผยแพร่ใน Nature Communications, doi:10.1038/ncomms1666

ก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์หลายคนก็เคยทดลองใช้ความร้อนช่วยลดเวลาในการเขียนข้อมูลลงบนจานแม่เหล็กมาแล้ว แต่ส่วนใหญ่มักจะได้ผลที่ไม่น่าประทับใจนัก เพราะการกลับขั้วของแม่เหล็กด้วยความร้อนเป็นสิ่งที่ดูเหมือนจะเกิดแบบสุ่มทำให้คาดเดาควบคุมไม่ได้ งานของ Alexey Kimel ช่วยบอกให้เรารู้ว่าหัวใจสำคัญเทคนิคนี้คือเวลาที่ใช้ต้องเป็นเวลาที่สั้นมากๆ หากยิงเลเซอร์นานเกินไป ขั้วแม่เหล็กของผลึกจะหลอมปนกันจนมั่ว

อย่างไรก็ตาม นักฟิสิกส์ยังคงอธิบายไม่ได้ว่าทำไมการเร่งความร้อนระยะสั้นๆ ถึงสลับขั้วแม่เหล็กได้อย่างงดงาม ขณะที่ความร้อนที่นานเกินไปกลับให้ผลมั่วๆ ที่ใช้ประโยชน์อะไรไม่ได้

ที่มา - ScienceNOW

10 Comments

Perl's picture

กำลังมีความหวังจนกระทั่งอ่านมาถึงย่อหน้าท้ายๆ..

hisoft's picture

การใช้เวลาในการกลับขั้วน้อยลง หมายความว่าเราสามารถทำระยะทางบนจานหมุนสามารถเคลื่อนที่ผ่านหัวอ่านได้มากกว่าเดิมในระยะเวลาเท่าเดิม หรือพูดง่าย ๆ ว่าสามารถหมุนจานให้เร็วกว่าเดิมได้ใช่หรือไม่ครับ?

จากข้อบน ถ้าใช่ ผมเข้าใจว่า HDD ปัจจุบันเร็วสุดอยู่ที่ 15,000 rpm นั่นหมายความว่าเราสามารถอ่าน/เขียนข้อมูลได้แม้หมุนด้วยความเร็ว 1,500,000 rpm ใช่หรือไม่ครับ?

จากข้อสองสมมติว่าเราไม่นับเรื่องความทนทานของตัวจานว่ามันจะรับแรงเครียด (หรืออะไรสักอย่าง) จากการหมุนระดับนั้นได้มั้ย หรือเราจะรับส่งข้อมูลได้ทันหรือเปล่า ตรงที่ว่า "ทำให้ขั้วของเหล็กเกิดอาการหมุนไปมาอยู่สักพักโดยมีกาลิโดเนียมทำหน้าที่คล้ายๆ กับหลักยึด พอเย็นลงขั้วแม่เหล็กของเหล็กและกาลิโดเนียมก็จะหยุดนิ่ง" ขั้วแม่เหล็กจะหยุดนิ่งทันการหมุนรอบถัดไปหรือเปล่าครับ? (เผื่อมันเกิดจะเรียกข้อมูลจุดนั้นพอดีแม้ว่าแทบเป็นไปไม่ได้ที่จะเรียกข้อมูลจากจุดที่เพิ่งเขียนไป)

จากข้อสอง (อีกที) การหมุนด้วยความเร็วขนาดนั้น แรงเหวี่ยง มีผลต่อทิศทางขั้วแม่เหล็กให้เปลี่ยนไปเองหรือเปล่า? (ไม่นับจากที่ว่ามันจะหมุนไปมาพักนึงหลังให้ความร้อน เอาภาวะที่มันนอนอยู่นิ่ง ๆ ก่อนหมุน)

ถามซะยาวเลย (^.^) ขอบคุณครับ

The Phantom Thief

tekkasit's picture

ในแง่ข้อมูลทั่วๆไป นั่นคือ average latency ยังไม่เปลี่ยนแปลง แต่ (potential) throughput น่าจะดีขึ้น

สมมติว่ายังไม่เปลี่ยนความเร็วรอบ ทำให้ latency โดยเฉลี่ยยังเท่าเดิมอยู่ เพราะต้องรอหัวอ่านวนถึงตำแหน่งที่แทรคข้อมูลอยู่ แต่เมื่อหัวอ่านเข้าถึงแทร็คที่ข้อมูลอยู่ หัวอ่านสามารถอ่านและเขียนได้ด้วยความเร็วที่สูงขึ้น ด้วยเทคโนโลยีใหม่ที่วา นั้นหมายความว่าเราสามารถคิดเทคนิคการวางตัวของข้อมูลใหม่ อาจจะทำให้แทร็คกว้างขึ้นสิบเท่าแล้วใส่หัวเลเซอร์ไปสักสิบตัว อย่างน้อยก็ได้ความเร็วเพิ่มขึ้นในการอ่าน/เขียนข้อมูลมากขึ้น หรือใช้เทคนิคด้านวัสดุศาสตร์ทำให้โดเมนแม่เหล็กเล็กลงอัดข้อมูลต่อหน่วยพื้นที่ได้อีก

lancaster's picture

Platter มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 3 นิ้วนิดๆ ตีซะ 8 ซ.ม. แสดงว่าเส้นรอบวงของจานข้อมูล มีความยาวประมาณ 25 ซ.ม.

ถ้า Harddisk หมุนที่ 1,500,000 RPM แปลว่ามันหมุน 25,000 รอบ/วินาที ขอบนอกสุดของ Platter จะเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 6250 เมตร/วินาที

อ่าาา เร็วพอๆกับดาวเทียมเลย

hisoft's picture

555 เทียบได้เห็นภาพดีครับ

แล้วแรงเหวี่ยงขนาดนั้นข้อมูลบนจานมันจะหายไปไหมครับ? (ขั้วแม่เหล็กบนตัวจานมันจะกลิ้งมั้ย)

The Phantom Thief

phziaz's picture

อ่านเขียนเร็วขึ้น แต่มอเตอร์ก็หมุนได้เท่านี้