Harddisk Dengan Teknologi MAMR

Harddisk dengan teknologi MAMR atau Microwave Assisted Magnetic Recording yang ditemukan oleh Profesor Jimmy Zhu dari Carnegie Mellon University. Teknologi ini merupakan perekaman magnetik memanfaatkan gelombang mikro (microwave) untuk menyimpan data.

Teknologi PMR – Perpendicular Magnetic Recording (perekaman magnetik tegak lurus). Atau dikenal dengan nama CMR – Conventional Magnetic Recording (perekaman magnet konvensional) saat ini mencapai batas kerapatan areal. Karena area bit menjadi terlalu kecil untuk mempertahankan polaritas magnet yang stabil. Sedangkan teknologi MAMR menggunakan media perekam yang lebih stabil yang dapat mempertahankan area bit yang lebih kecil.

Teknologi MAMR adalah kombinasi teknologi MAS – Microwave Assisted Switching (saklar dengan bantuan microwave) dan STO – Spin Torque Oscillator (pemutar yang menghasilkan listrik). MAS adalah teknologi saklar magnetisasi di mana saklar magnetisasi melalui eksitasi gerakan presesialnya oleh medan frekuensi radio. Sedangkan STO digunakan sebagai pembangkit medan frekuensi radio dalam teknologi MAMR.

Teknologi perekam magnet dengan bantuan energi

Ada 2 tipe utama perekaman magnetik berbantuan energi, yakni 
teknologi MAMR dan HAMR. MAMR – Microwave Assisted Magnetic Recording menggunakan STO – Spin Torque Oscillator untuk menghasilkan file bidang microwave. Penerapan gelombang mikro ke media perekam membantu mengurangi medan magnet yang diperlukan
untuk membalikkan magnetisasi sel bit, dan dengan demikian meningkatkan kemampuan menulis.

HAMR – Heat Assisted Magnetic Recording (Perekaman Magnetik dengan Bantuan Panas). Sebaliknya, HAMR menggunakan cahaya jarak dekat untuk memanaskan secara lokal sel magnetis dari media perekam mendekati suhu ke titik Curie untuk mengurangi koersivitas
menengah dan meningkatkan kemampuannya untuk ditulis.

MAMR diperkirakan dapat mereduksi medan magnet yang diperlukan untuk pembalikan magnetisasi sekitar sepertiga sedangkan HAMR secara teoritis dapat mengurangi perekaman yang diperlukan medan magnet hampir ke nol dengan memanaskan media perekam ke titik Curie. Namun, kobalt-kromium-platinum (Co-Cr-Pt) paduan yang digunakan untuk media perekaman saat ini memiliki titik Curie yang lebih tinggi dari 500°C tergantung komposisinya, sehingga sulit untuk digunakan HAMR. Oleh karena itu perlu dikembangkan bahan baru untuk Media perekam HAMR. Selain itu, memanaskan media perekam suhu tinggi dapat menurunkan karakteristik atas perlindungan media.

Write Head MAMR

Sebuah STO ditambahkan ke Write Head MAMR untuk menghasilkan bidang microwave. STO ditempatkan di celah antara
kutub magnet utama yang menghasilkan medan magnet perekam dan
kutub magnet bantu. STO memiliki FGL – field generation layer (medan generation layer) yang menghasilkan medan gelombang mikro dan SIL – spin injection layer (putaran injection layer) yang menginjeksikan torsi spin ke dalam FGL.

Magnetik FGL dan SIL dipisahkan oleh lapisan non-magnetik konduktif. Selama operasi tulis, celah di Write Head MAMR memiliki medan magnet yang bervariasi dengan medan magnet perekam. Akibatnya, FGL dan SIL dimagnetisasi ke arah medan magnet di dalam celah. Saat arus DC diterapkan ke STO, FGL menginduksi gerakan presesi magnetisasi karena
interaksi antara SIL dan FGL melalui torsi putaran (osilasi). Osilasi FGL
magnetisasi menghasilkan medan gelombang mikro, menyebabkan keduanya (gelombang mikro dan medan magnet) diterapkan pada medium rekaman.

Media perekam untuk MAMR

Media perekam untuk MAMR perlu dibuat secara efisien
menghasilkan resonansi feromagnetik dengan magnetisasi media
sesuai dengan gelombang mikro yang dipancarkan oleh STO.
Secara khusus, bidang anisotropi (Hk) dari butiran media harus
disesuaikan sehingga memenuhi kondisi resonansi di
frekuensi osilasi microwave.

Namun, peningkatan Hk menyebabkan peningkatan koersivitas magnetik medium. Untuk menghindari hal ini, media MAMR memiliki banyak lapisan perekaman dengan nilai Hk yang berbeda untuk menyeimbangkan energi efisiensi microwave dan koersivitas magnetis media perekam.

Kebutuhan pasar

Dengan penyebaran smartphone, berbagai sensor, cloud
komputasi, dan inovasi digital lainnya, volume data digital yang dihasilkan telah berkembang pada tingkat eksponensial. Dalam tahun-tahun mendatang, jaringan seluler generasi 5G dan
mobil otomatis akan mulai digunakan secara komersial. Dan ini memacu lebih jauh pertumbuhan volume data digital yang dihasilkan. Sebagai itu,
industri sedang mengerjakan pengembangan pembelajaran mesin dan
teknologi kecerdasan buatan (AI). Karena itu harddisk volume besar
dengan latensi yang wajar dan biaya rendah sangat penting sebagai pendorong teknologi peningkatan harddisk.

Grup Toshiba telah terlibat dalam teknologi perekaman magnetik (MAMR) dengan menggunakan head dengan spin torque oscillator (STO) untuk meningkatkan kinerja perekaman. Mengembangkan STO yang sangat kompak dan teknologi simulasi skala besar untuk MAMR.

Pada tanggal 11 Oktober 2017 diadakan acara “Innovating to Fuel the Next Decade of Big Data” di Silicon Valey. Pada acara ini, Western Digital mendemonstrasikan harddisk pertama yang menggunakan teknologi MAMR. Rencananya akan diluncurkan pada tahun 2019. Menurut John Rydning, Research Vice President, Hard Disk Drives, IDC mengatakan bahwa demonstrasi teknologi MAMR dari Western Digital ini merupakan sebuah terobosan signifikan bagi industri harddisk.

Spin Torque Oscillator (STO)

Selama bertahun-tahun, perusahaan pembuat hard disk telah mengembangkan bantuan energi untuk menulis media magnet koersivitas magnetik yang tinggi. Media koersivitas tinggi memerlukan medan magnet yang sangat tinggi. Ini diperlukan untuk mencapai perekaman dengan kepadatan tinggi. 

Sepuluh tahun yang lalu, Dr. Jimmy Zhu dari Universitas Carnegie Mellon berbicara mengenai penggunaan radiasi gelombang mikro untuk membantu mengalihkan butiran magnetik ke dalam media perekaman magnetik yang kuat. Sehingga tidak perlu menggunakan pemanasan sinar laser . Jadi meletakkan alat mekanika kuantum yang disebut Spin Torque Oscillator (STO) di celah kepala perekaman magnetik. Listrik menghasilkan radiasi gelombang mikro. Perekaman harddisk dengan teknologi MAMR dapat mendorong kepadatan area hard disk drive dari 1,3 Tbpsi (tera-bit per inci persegi) saat ini  menjadi setidaknya 4.5 Tbpsi.

Mike Cordano, President and Chief Operating Officer Western Digital mengatakan karena volume, kecepatan, varietas, dan usia panjang dari Big Data dan Fast Data semakin meningkat. Teknologi Harddisk Dengan Teknologi MAMR merupakan generasi terbaru menjadi dibutuhkan bukan hanya untuk mendukung kapasitas yang terus membesar, tetapi akhirnya untuk membantu pelanggan menganalisis dan mengumpulkan wawasan ke data terkoneksi kami yang terus meningkat.

Spin Torque Oscillator digunakan untuk menghasilkan sebuah bidang microwave yang meningkatkan kemampuan untuk merekam data dalam kepadatan yang tinggi tanpa mengorbankan reliabilitasnya. Proses Damascene juga menyediakan kemampuan untuk membenamkan spin torque oscillator yang memungkinkan perakitan kepala-kepala MAMR. Kombinasi dari teknologi ini memberikan Total Cost of Ownership (TCO) yang superior di semua ukuran data center cloud dan enterprise.

Teknologi simulasi MAMR

Teknologi simulasi MAMR skala besar mampu melakukan analisis terintegrasi dari suatu urutan proses MAMR. Termasuk penerapan perekam medan magnet, osilasi STO, respons sel magnet di
media perekam, dan pembentukan domain magnetik. Berjalan pada grafik
unit pemrosesan (GPU) yang biasanya digunakan untuk pembelajaran mesin dan sistem berbasis kecerdasan buatan.

Pertama, kami menghitung karakteristik osilasi dan gelombang mikro
emisi STO menggunakan model Write Head MAMR yang disederhanakan. Hasil simulasi menunjukkan bahwa STO berosilasi pada frekuensi 21 GHz
dan gelombang mikro dilokalisasi di sekitar STO. Artinya STO memiliki karakteristik osilasi yang sesuai MAMR.

Selanjutnya, kami mensimulasikan proses penulisan media perekaman
menggunakan medan magnet yang dihasilkan oleh STO dan Write Head.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa penerapan 20 GHz gelombang mikro meningkatkan rasio signal-to-noise (SNR) dari write head hingga 7 dB. Ini menunjukkan bahwa MAMR layak dan dapat memberikan kepadatan perekaman yang lebih tinggi dari metode konvensional.

Pengukuran STO menunjukkan osilasi stabil pada 23 GHz. Selanjutnya, kami memeriksa rekaman karakteristik media MAMR. Saat STO aktif, MAMR menyediakan sekitar 10 dB kinerja penimpaan yang lebih tinggi daripada magnet konvensional.

Aplikasinya

Studi akademis menunjukkan bahwa MAMR memiliki kemampuan untuk memperluas peningkatan kepadatan areal menjadi 4Tb per inci persegi. Bandingkan dengan sebelumnya. Perekaman dengan SMR – Shingled Magnetic Recording (sistem media tumpuk) hanya memperoleh 1.300 Gb /inch. Sementara teknologi PMR – Perpendicular Magnetic Recording hanya memperoleh 1.100 Gb / inch.

Untuk mengurangi turbulensi udara dari pergerakan komponen, Werstern Digital bakal mengisi ruang internal harddisk dengan gas helium, seperti yang sudah diterapkan di harddisk enterprise. Rencana Western Digital (WD) adalah Harddisk Dengan Teknologi MAMR muncul untuk pasar data center pada 2019. Kapasitas 40 TB ditargetkan pada 2025. WD masih menunda pemasaran harddisk MAMR atau HAMR untuk tahun 2023 karena masih memiliki kejanggalan dan belum siap sepenuhnya.