Senkrechte Aufzeichnung

Perpendicular Recording (englisch für Senkrechtaufzeichnung), auch Perpendicular Magnetic Recording, PMR, ist eine Aufzeichnungstechnik bei magnetischen Datenträgern. Der Effekt wurde 1976 an der Universität Tōhoku in Japan nachgewiesen und 2005 erstmals kommerziell eingesetzt.

Funktionsweise

Bei Perpendicular Recording stehen die magnetischen Momente, die zusammen mit den verwendeten logischen Schreibverfahren wie PRML jeweils ein logisches Bit repräsentieren, nicht parallel zur Rotationsrichtung des Datenträgers (longitudinal), sondern senkrecht dazu (perpendikular). Dies führt zu einer potenziell wesentlich höheren Datendichte (etwa drei Mal so dicht^[1]; bei gleicher Oberfläche lassen sich also mehr Daten unterbringen.

Die bei Festplatten vorher vorherrschende longitudinale Aufzeichnungstechnik ermöglichte eine maximale Datendichte von 100-200 Gigabit pro Quadratzoll (15,5-31 Gigabit pro Quadratzentimeter). Sie wird beschränkt durch den superparamagnetischen Effekt, der dazu führt, dass benachbarte Bits aufgrund der Nähe zu Nachbarbits ihre Magnetisierung ändern (Datenverlust). Perpendicular Recording ermöglicht dagegen eine Datendichte von bis zu 1 Terabit pro Quadratzoll (155 Gigabit pro Quadratzentimeter).

Festgestellt wurde dies erstmals 1976 von Professor Shun-ichi Iwasaki am Tohoku Institute of Technology in Japan.

Nachteilig ist, dass die kleineren Weiss-Bezirke auch einen kürzeren Abstand zwischen Schreib-/Lesekopf und der Magnetoberfläche bedingen, um die Daten noch schreiben und lesen zu können. Daher ist diese Aufzeichnungstechnik technisch schwieriger zu realisieren.

Das Gegenstück zum Perpendicular Recording ist das bisher eingesetzte Longitudinal Recording (englisch für Längsaufnahme). 3,5"-Festplatten erreichen somit eine maximale Kapazität von derzeit 2 TB, 2,5"-Festplatten kommen auf derzeit 320 GB. Das entspricht einer durchschnittlichen Datendichte von 264 GBit pro Quadratzoll bzw. 20,46 GBit pro Quadratzentimeter.

Die Festplattenkapazitäten können durch diese neue Aufzeichnungstechnik um das max. Zehnfache gesteigert werden. Zudem wird durch die deutlich höhere Datendichte ein Zuwachs der Lese-/Schreibgeschwindigkeit erreicht, da der Lesekopf pro Umdrehung mehr Daten liest und damit bei gleicher Umdrehungszahl die Datenrate steigt.

Bei magnetischen Weg- und Winkelmesssystemen hat die Deutsche Firma HighResolution GmbH erfolgreich das perpendicular Magnetisieren eingeführt. Der Vorteil bei dieser Magnetisierungstechnologie, die dort "Permagnet" genannt wird, ist folgender: Sämtliche Partikel des magnetischen Maßkörpermaterials werden vorzugsweise ausgerichtet. Das erhöht zum einen die mögliche Genauigkeit eines Maßkörpers (hier werden jetzt Genauigkeiten von +-3µm erreicht), außerdem wird die Feldstärke durchschnittlich um circa 30-40% im Vergleich zum Stand der Technik (longitudinal) mit dem gleichen Material erhöht.

Geschichte

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• Bei Disketten mit erweiterter Aufzeichnungsdichte – Extended Density (ED) – wird dieses Aufzeichnungsverfahren seit Einführung 1991 benutzt, um auf einer 3,5"-Diskette eine Kapazität von 2,88 MB (IBM-formatiert) bzw. 4 MB (unformatiert) unterzubringen, was der doppelten Kapazität einer durchschnittlichen mit Longitudinal Recording beschreibbaren HD-3,5"-Diskette selbiger Größe entspricht. Weitere Verbreitung fand dieser Datenträger jedoch nicht.
• Am 17. August 2005 hat Toshiba als erster Festplatten-Hersteller eine Festplatte für den Endverbraucher mit dieser Technik ausgeliefert. Dieser erste, veröffentlichte Typ ist eine 1,8"-Festplatte mit einer Speicherkapazität von 40 GB und einer Geschwindigkeit von 4.200 Umdrehungen pro Minute.
• Am 17. Januar 2006 hat Seagate mit der Auslieferung von 2,5"-Festplatten (Momentus 5400.3) begonnen, die eine Speicherkapazität von 160 GB bereitstellen. Dies entspricht einer Datendichte von 132 GBit pro Quadratzoll.
• Am 28. März 2006 kündigt Fujitsu die MHV2200BT an, eine Festplatte im 2,5"-Format mit 200GB. Die Notebook-Festplatte dreht mit relativ langsamen 4200 U/min und hat einen 8 MB großen Cache, die Zugriffszeit liegt bei 12 ms. Die MHV2200BT ist seit Mai 2006 verfügbar.
• Am 24. April 2006 hat Seagate die Serie Barracuda 7200.10 angekündigt, die eine Speicherkapazität von 750 GB bereitstellen werden. Die Serverplatten der Serie Cheetah 15K.5 werden mit 15 000 U/min drehen, max. 300 GB Kapazität bieten und höchstwahrscheinlich einen neuen Geschwindigkeitsrekord mit Transfer-Raten um 100 MB/s aufstellen. Bei beiden Serien werden die neuen TMR-Köpfe eingesetzt, die ein stärkeres Lesesignal als konventionelle GMR-Köpfe liefern.^[2]
• Am 18. Mai 2006 hat Hitachi die Serie Travelstar 5K160 für Juni angekündigt. Die 2,5"-Laufwerke speichern max. 160 GB, das ergibt eine Datendichte von 131,5 GBit pro Quadratzoll. Sie sind mit 8 MB Cache ausgestattet und kommen bei 5400 U/min auf eine Zugriffszeit von 5,5 ms. Die Festplatten verwenden verbesserte, aus der Longitudinal Recording stammende GMR-Leseköpfe. Datasheet (englisch)
• Am 4. Juni 2006 hat Toshiba auf der Computex die MK2035GSS vorgestellt. Die 2,5"-Festplatte mit 200 GB Speicher bietet einen 8 MB großen Cache und schafft es mit 4200 U/min auf eine Zugriffszeit von 12 ms. Die MK2035GSS wird Toshibas erste Festplatte mit Perpendicular Recording sein, die TMR-Köpfe verwendet. Seit August 2006 liefert Toshiba die ersten Modelle aus.
• Am 7. Juni 2006 veröffentlichte Seagate Informationen zeitgleich mehrere neue Modelle:
  • Die ST18, Seagates erste 1,8"-Festplatte kommt mit nur einer Scheibe aus und speichert 60 GB.
  • Die LD25-Serie kommt ebenfalls mit nur einer Scheibe aus und bietet Kapazitäten von 20, 40, 60 und 80 GB. Diese Serie ist für den Einsatz in Home-Entertainment-Geräten konzipiert und ist wie die ST18 voraussichtlich im 1. Quartal 2007 verfügbar.
  • Die DB35-Serie bietet Kapazitäten von max. 750 GB und soll in vor allem in Festplattenrekordern zum Einsatz kommen. Die Auslieferung ist für das 3. Quartal 2006 angesetzt. ^[3]
  • Die Momentus-Serie (2,5" Notebook-Festplatten) bekommt unter anderem Zuwachs in Form der Momentus 5400 PSD (Power-Saving Drive). Diese Hybrid-Festplatte ist mit 256 MB-Flashspeicher ausgestattet. Die Momentus 5400.2 FDE besitzt eine hardware-basierte AES-128-bit-Verschlüsselung. Die Momentus 7200.2 zeichnet sich durch ihre hohe Drehzahl aus und wird nur mit SATA-Schnittstelle erhältlich sein. Die neuen Momentus-Modelle bieten alle einen 8 MB großen Cache und max. 160 GB Kapazität und werden für das 1. Halbjahr 2007 angepriesen.^[4]
  • Für den Serverbereich wurde die Savvio 10K.2 und die Barracuda ES vorgestellt. Erstere ist ein 2,5"-Laufwerk mit 73 oder 146 GB, dass sich durch seine hohe Ausfallsicherheit auszeichnet (0,55% AFR). Die Barracuda ES ist ebenfalls für den Betrieb 24 Stunden pro Tag, 7 Tage pro Woche ausgelegt (0,73% AFR), zielt aber mit Kapazitäten von max. 500 GB (Fibre-Channel-Version) bzw. 750 GB (SATA-Version) auf andere Einsatzgebiete, wie Backup-Systeme oder Network Attached Storage, ab.
  • Auch bei externen Festplatten hat Seagate vor, Perpendicular Recordung einzusetzen. Die 8 GB fassende, Pocket Drive genannte, Festplatte ist ungefähr so groß wie eine Streichholzschachtel, bietet einen USB 2.0 Anschluss und wird ab Juli 2006 den Weg zu den Händlern finden. Schon ausgeliefert wurden 300 oder 500 GB fassende eSATA-Laufwerke und 750 GB (188 GB pro Platte) fassende, Pushbutton genannte, Festplatten mit USB bzw. Firewire-Anschluss.^[5]
• Am 13. Juni 2006 stellte auch Samsung 2,5"-Festplatten mit Perpendicular Recording vor. Die Laufwerke der M80-Serie fassen 80 bis 160 GB, drehen mit 5400 U/min und bieten einen 8 MB großen Cache. Verfügbar voraussichtlich im Juli 2006.
• Am 5. Januar 2007 stellte Hitachi die Deskstar 7K1000 mit bis zu einem Terabyte Kapazität vor.
• Am 10. Juli 2008 (Verkauf ab September 2008) stellte Seagate die Barracuda 7200.11 mit bis zu 1,5 Terabyte Kapazität vor. Dabei fassen die 4 Magnetplatten jeweils 375 GB, drehen mit 7200 U/min und bieten einen 32 MB großen Cache.
• Am 27. Januar 2009 stellte Western Digital die WD Caviar Green 2 TByte vor. Auf den 4 Magnetplatten finden jeweils 500GB Platz. Die Festplatte arbeitet mit 7200 U/min und besitzt einen 32 MB großen Cache. ^[6]

Siehe auch

• Heat Assisted Magnetic Recording

Quellen

1. ↑ [1]
2. ↑ Seagate News und Factsheet (PDF) zur Cheetah 15K.5
3. ↑ Seagate News zu ST18, LD25 und DB35
4. ↑ Seagate News zu Momentus-Modellen
5. ↑ Seagate News zu den externen Modellen
6. ↑ http://www.westerndigital.com/de/products/products.asp?driveid=576

Weblinks

• Seagate stellt neuen Speicher-Rekord auf
• Werbe-Animation der Firma Hitachi
• hochgenaue magnetische Weg- und Winkelmesssysteme (englisch)

Schreibverfahren für magnetische und optische Datenträger

Physisch: Magnetisierung | Longitudinal Recording | Perpendicular Recording | GMR-Effekt | TMR-Effekt
Logisch: Frequency Modulation (FM) | Modified Frequency Modulation (MFM) | Non Return to Zero (NRZ) | Group Coded Recording (GCR) | Run Length Limited (RLL) | Partial Response/Maximum Likelihood (PRML) | Extended Partial Response/Maximum Likelihood (EPRML) | Eight-to-Fourteen-Modulation (EFM)