硬盘是如何实现扩大容量的？

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想要知道硬盘是如何实现扩容的，我们首先得了解一下什么是硬盘容量。

硬盘容量 = 柱面数(表示每面盘面上有几条磁道，一般总数是1024) × 磁头数(表示盘面数) × 扇区数（表示每条磁道有几个扇区，一般总数是64）× 扇区(存储基本单元，大小一般为512B/4KB)。目前的主流硬盘容量为500G～2TB。

而影响磁盘容量主要有两个因素——碟片的密度和碟片的数量。因此想要提高硬盘容量我们就得从这两个方向入手。

首先增加碟片数量，由于市场的总体趋势还是在向着更为轻薄的方向来进行，因此大多厂家是依靠减少磁轨的宽度，降低磁轨间的间隙来实现容量的扩充。例如：2014年9月西数发布的一款10TB充氦硬盘，之所以能实现这一突破，正是靠的充氦技术。硬盘充氦技术是将硬盘做成全密封结构，同时在硬盘中充入氦气。而氦气是一种低密度气体，其密度只有空气的1/7。这就意味着在相同气压下，硬盘盘片在充氦腔体内的阻力将大大低于在空气腔体中的阻力。阻力减小，硬盘电机耗电量降低，硬盘转动更加平稳。这样硬盘内部盘片可以做得更薄，而转动平稳，减少了两片盘片间的气流干扰，这就可以减少两张盘片间的距离。以往，即便是大容量硬盘，内部最多只能安装5张盘片，而使用充氦技术后，即便安装7张盘片，硬盘不仅厚度没有增加，发热量、耗电量、甚至连重量都有降低。这样在单碟容量没有增加的情况下，硬盘容量可增加40%。

此外就是提高碟片密度，但是提高碟片密度的方式也分为两种：一种是保持现有密度增加碟片大小，一种是在现有的碟片规格上增加其密度。保持现有密度增加碟片大小除了碟片的尺寸问题，还包括碟片的偏振，因为碟片直接增加了，其工作在的边缘振幅必然增大，从而影响磁头的定位，严重时候还会导致故障频繁发生，所以这种方式被所有硬盘厂商否决了。那么，剩下唯一可行的方案就是在现有碟片的规格上增加其密度。

目前提高碟片密度的方式有普通垂直纪录技术(PMR)、叠瓦式磁记录技术(SMR)、热辅助磁记录(HAMR)，还有BPM/TDMR/DT等。

其中普通垂直纪录（Perpendicular Magnetic Recording）技术是一种最为成熟的技术。借助该技术，目前实现了制造8TB硬盘。我们知道在硬盘的盘片上有许多记录数据磁性物质称为记录单元。早期的硬盘记录方式中每个单元之间是扁平排列，每个记录单元的磁极方向为水平于盘片。而垂直记录技术中每个记录单元是垂直于盘片方向的。因此垂直记录技术可以使磁盘的存储密度更大，从而提高总容量。

SMR叠瓦式磁记录技术通过减少磁轨间隙的空间浪费来提升容量。其原理是写磁头在写完一个磁轨转入下一个磁轨时，不再是像以往那样，与上一磁轨拉开一定的距离再进行操作，而是在原磁轨的下方，就直接开始写入下一轨的记录。让磁轨像是房顶的瓦片那样，进行重叠，每一个磁轨的宽度，只略大于读磁头所需要的宽度，这就极大的减少了空间浪费。不过该技术依然存在问题，磁盘在重写一个磁轨的数据时，其写入动作会连影响到下一个磁轨。为保证数据安全性，希捷在每隔几个叠瓦式磁轨后，设置一个宽度略宽于写磁头的非叠瓦磁轨，来进行磁轨分组，每次重写到这一位置时，就不会影响到其他磁轨了。但是分组又会直接影响到叠瓦式硬盘的效果，分组太少，会浪费硬盘的大量性能，而分组太多，又会影响到磁盘密度，降低叠瓦技术的增容优势。因此，叠瓦技术在性能与容量间，存在一定的矛盾。

热辅助磁记录(HAMR)技术，该技术依靠的是在写入磁头上，安装一个激光器，在进行写入操作时，激光照射盘体，令写入区域温度悬殊升高，在高温下，磁体的顺性增加，磁头只要有极小的磁场，就可以让磁体极化，而在迅速冷却后，磁体极性就被保留下来，这样，读写磁头，磁轨都可以大幅度减小，从而极大的提升磁记录密度。但是由于该技术在写入稳定性上和成本上存在问题，导致其并没有得到广泛应用。

至于BPMR、TDMR以及DT等对工艺有着极高的要求，目前仅处于研究阶段，未进入到实际的商业生产中。

可以预想在不远的未来硬盘的容量会不断突破。而如今我们在追求硬盘容量的同时则更加看重硬盘的速度，这也是为什么现在SSD大受欢迎的原因了。