Kevés elektronikai eszköz büszkélkedhet olyan sikertörténettel, mint a merevlemez. Az '50-es években született elképzelésből a '80-as évek közepe óta a PC-k egyik legalapvetőbb részegysége vált, amelynek tárolókapacitása és sebessége folyamatosan növekedik, fizikai mérete és ára azonban egyre csökken. Kérdés azonban, hogy mi várható a technika e területén a jövőben.

A merevlemezes meghajtók történelmük során számos esetben ütköztek olyan akadályokba, amelyeket még sok szakember is leküzdhetetlennek tartott. A merevlemezek azonban továbbra is a számítógépek fő permanens adattároló eszközei maradtak, sőt az utóbbi időben egyre népszerűbbek bizonyos szórakoztatóelektronikai berendezésekben is. Bár az utóbbi időben sorra jelennek meg a különféle alternatív adattárolási technológiák, a merevlemez a szakértők szerint továbbra is igen fényes jövő előtt áll.

1997 óta a meghajtók tárolókapacitása óriási, éves szinten mintegy 100 - 150 százalékos ütemben fejlődik, vagyis a merevlemezek mérete hozzávetőleg minden nyolc hónapban megduplázódik. Korábban rengetegszer elhangzott a merevlemezekkel kapcsolatban, hogy sosem lehetnek elég nagyok. Bár az jelenleg is igaz, hogy nincs akkora merevlemez, amit ne lehetne néhány nap alatt teljesen feltölteni, a piacon kapható átlagos méretű meghajtók immár jóval nagyobb kapacitással rendelkeznek, mint amire egy átlagfelhasználónak valójában szüksége van.

A merevlemezek tárterületének gyors ütemű növekedése lehetővé tette, hogy az eszközök olyan területeket is meghódítsanak, mint például a videózás, amely közismerten rendkívül tárolókapacitás-igényes alkalmazás. Szintén az alkalmazási területet bővíti a meghajtók egyre csökkenő fizikai mérete, az egyre halkabb működés, és a korábbiakhoz képesti nagy fizikai ellenállóképesség. Több gyártó, például az IBM és a Toshiba egy ideje olyan kisméretű merevlemezeket is kínál, amelyek könnyedén beépíthetőek akár egy PDA kéziszámítógépbe is. A fizikai ellenállóképesség, illetve a halk működés kiemelt fontossággal bír a digitális videókamerákban, valamint a digitális videófelvevőkben való alkalmazás esetén.



Mindezek mellett a merevlemezes meghajtókat továbbra is hátráltatja a tárolókapacitáshoz képest csak meglehetősen lassan növekedő adatátviteli sebesség, valamint a viszonylag nagy elérési idő, amely az eszközök fizikai kialakításából adódóan csak nehézkesen csökkenthető a jelenlegi értékek alá. A kérdés tehát az, milyen fejlődés várható az elkövetkezendő években e területeken, milyen megoldásokkal próbálják a gyártók leküzdeni az eléjük gördülő az akadályokat.

1952 januárjában Reynold Johnson, az IBM egyik mérnöke azt a feladatot kapta, hogy állítson fel egy új kutatólaboratóriumot, amelyet később neki kellett menedzselnie, és a kutatásokat is a tapasztalt szakember vezette. Az IBM nem szabta meg konkrétan, hogy mit kell az új laboratóriumban kifejleszteni, így Johnson véletlen elérésű adattároló eszközök fejlesztésébe kezdett csapatával, és kifejlesztette a világ első merevlemezét. A RAMAC 350 névre hallgató eszköz prototípusa 1955-ben készült el, egy évvel később pedig elkezdődött a sorozatgyártás.

Az első merevlemezes meghajtó 5 MByte tárolókapacitással rendelkezett -- ennyi adatot tudott eltárolni 50 darab egyenként 24 hüvelykes átmérőjű lemezén. A RAMAC 350 lemezei percenként 1200 fordulatot tettek meg, a meghajtó elérési ideje 1 másodperc, adatsűrűsége pedig 2 kbit/négyzetcol volt. A két hűtőgép méretű eszköz 10 ezer dollárba került megabyte-onként.

A merevlemezes meghajtók adatsűrűsége, amely a legfontosabb jellemző, innentől gyors növekedésnek indult. Hogy miért az adatsűrűség a legfontosabb? Mert közvetlen befolyással van a meghajtó tárolókapacitására, méretére, árára, és nem utolsó sorban teljesítményére is. Az IBM adatai szerint a merevlemezek adatsűrűsége 1970 és 1991 között mintegy 25 százalékkal növekedett évente. 1991-től kezdődően azonban új lendületet vett a fejlődés, és a növekedés mértéke elérte az évi 60 százalékot. 1997 óta ez az érték évi 100 százalék körül, illetve afölött van. A fejlődés felgyorsulásában nagy szerepe volt az IBM GMR technológiájának. A GMR (Giant MagnetoResistive - Óriási mágneses érzékenységű) író/olvasó fejek a korábbi MR (Magnetoresistive) változatokat váltották, és a többi gyártó is hamar átállt alkalmazásukra.

1980-ban egy átlagos merevlemez adatsűrűsége 2 Mbit/négyzetcol volt. A Seagate ekkor adta ki első 5,25 colos merevlemezét 5 MByte kapacitással. A meghajtó mérete megegyezett a jelenlegi, asztali gépekben lévő CD meghajtókkal, magassága azonban kétszer nagyobb volt. Ezzel megkezdődött az asztali merevlemezek kora.


A világ legkisebb merevlemeze, az IBM Microdrive 1999 közepén jelent meg
A merevlemezek adatsűrűsége két tényezőtől függ. Ezek a sávsűrűség, amely azt mutatja meg, hogy colonként (2,54 cm) hány sáv található meg a lemezen (TPI - Track Per Inch), és a lineáris sűrűség, amely a sáv adott hosszán eltárolt adatbitek számát mutatja. Mindkét tényező attól függ, hogy egy adatbitet mekkora méretű "folt" képvisel a lemezen. Ezen foltok mérete a merevlemezek fejlődésével folyamatosan csökkent. A kérdés az, meddig folytatódhat tovább ez a tendencia, egy bizonyos határon túl ugyanis az adatbiteket tároló foltok mágneses állapotának megváltoztatásához olyan kis energia is elegendő lesz, amelyet a folt a könyezeti hőből is fel tud venni. Ekkor a foltok állapota instabillá válik, és a technológia alkalmatlanná válik az adattárolásra. Ezt a jelenséget szuperparamágneses effektusnak illetve határnak nevezik, és elképzelhető, hogy a technológia hamarosan beleütközik. Az is lehetséges azonban, hogy még sokáig csökkenhet a foltok mérete, mire a technológia eléri ezt a határt, mivel nem lehet pontosan tudni, hol is van valójában.

A szakértők néhány évvel ezelőtt 50 - 100 Gbit/négyzetcolban határozták meg a várható határt, ez a feltételezés azonban megdőlni látszik mivel laboratóriumi körülmények között már készítettek 106 GBit/négyzetcol adatsűrűségű meghajtót. A piacon lévő meghajtók legnagyobb adatsűrűsége jelenleg 35,1 Gbit/négyzetcol. A jelenlegi álláspont szerint a szuperparamágneses határ 150 - 200 Gbit/négyzetcol környékén lehet. Ez az adatsűrűség jelenleg még távolinak látszik, de egyes tanulmányok szerint azonban az ipar alig 3-5 éven belül elérheti, a következő generációs technológiák viszont csak a jövő évtizedben készülnek el.

Az állítás utolsó részével a merevlemez gyártók, mint a Seagate, a Maxtor, és az IBM, nem értenek egyet. Dr. Mark Kryder, a Seagate Research elnökhelyettese szerint 150 - 200 Gbit/négyzetcol környékén szükség lesz valamiféle váltásra, de a technológia alapjai a közeljövőben nem fognak drasztikusan megváltozni. Elmondása szerint az író/olvasó fejek tömegének, valamint az adathordozó anyagok szemcseméretének csökkentése olyan változás, amely a múltban is folyamatosan történt. Kryder szerint 4-5 év múlva új technológiára kell majd áttérni, de addigra a kutatók és a technológia már készen fognak állni a váltásra.

A merevlemezek, mint ismeretes, mágneses jelekkel tárolják az információt. A jelenlegi eszközök hosszirányú rögzítést alkalmaznak, ami annyit tesz, a mágneses mező északi és déli pólusa hosszában helyezkedik el a lemez felületén. Kryder szerint a merőleges rögzítéssel 1 Tbit/négyzetcolig növelni lehet majd az adatsűrűséget, de az egyébként jelenleg is elérhető (csak szükségtelen) technológia nem nyújt majd hosszútávú megoldást. A szakértő úgy véli, a hosszútávú megoldás a termikusan segített adatrögzítési eljárásban, illetve a mintázott adathordozóban rejlik. Ted Deffenbaugh, a Maxtor termékstratégia részlegének elnökhelyettese hasonlóképp látja a dolgokat. Elmondása szerint a szuperparamágneses effektus réme már régóta jelen van az iparban, és 150 Gbit/négyzetcol környékén várhatóan bele is ütközik a technológia. - Idővel mindenképp szemben találjuk magunkat vele - mondta Deffenbaugh. - Vannak azonban trükkjeink amelyeket szükség esetén felhasználhatunk. Mivel azonban minden ilyesfajta módosítás óriási pénzösszegekbe kerül, ameddig lehet, nem váltunk.

A gyártók a jelek szerint nem tartanak az akadályba ütközéstől, mivel úgy vélik, szükség esetén képesek lesznek megkerülni azokat. A merevlemezek kapacitásának jelenlegi növekedési üteme azonban aligha lesz tartható a jövőben. A kutatók szerint a növekedés mértéke évi 60 százalékosra fog csökkenni.

Az IBM a közelmúltban vezette be merevlemezei körében az AFC (Antiferromagnetically Coupled) technológiát, amelyet a társaság csak pixie dustnak (tündérpor) hív. A gyártók ezidáig a mágneses adathordozó réteg folyamatos elvékonyításával érték el, hogy a mágneses jelek közötti átmenet élesebb legyen, és az adatbitek közelebb kerülhessenek egymáshoz. Mivel ez a tendencia a szuperparamágneses effektus miatt nem folytatható tovább, az IBM egy három atom vastagságú, nem mágnesezhető Rutherium réteget visz föl két mágneses hordozóréteg közé. Az alsó mágnesezhető réteg ezekután mindig ellentétesen mágneseződik fel, mint a felső, tehát ahol a felső rétegnek északi pólusa van, ott az alsónak déli lesz, és megfordítva.


Hagyományos lemez

AFC lemez
Az eljárással tovább növelhető a hordozó termikus stabilitása, és egyúttal tovább csökkenthető az adatbiteket tároló foltok mérete anélkül, hogy a szuperparamágneses effektus bekövetkezne. Az IBM elmondása szerint a technológia legnagyobb előnye, hogy nem drágítja meg a merevlemezek előállítását, így a piaci ár is alacsonyan maradhat. Az IBM mellett a többi merevlemez gyártó is mostanában tervezi az AFC-hez hasonló megoldások bevezetését. Az AFC hozzávetőleg 100 Gbit/négyzetcol adatsűrűségig lehet önmagában is megfelelő megoldás.

A merevlemezek tárolókapacitásának növekedését azonban nem csak a fizikai kialakítás határozza meg. A gyártók tervei szerint a merevlemezek 2006-ra elérik az 1 Tbit/négyzetcol adatsűrűséget, ami a mai legújabb meghajtók közel 30-szorosa. Nem nehéz belátni, hogy ehhez a szoftverek oldaláról is komoly módosításokra, változtatásokra lesz szükség. A szoftverek korábban korlátot képeztek 528 MByte-nál, 2,1 GByte-nál, bizonyos esetekben 8,4 GByte-nál, 32 GByte-nál, jelenleg pedig 137 GByte-nál. Mivel a meghajtók kapacitása kezdi elérni a 137 GByte-os korlátot, sőt a Maxtor már 160 GByte-os meghajtót is gyárt, elengedhetetlen bizonyos módosítások bevezetése.

A Maxtor Corp. idén júniusban előterjesztett egy javaslatot az ANSI T13 bizottságnak, amely az ATA specifikációt ellenőrzi. A Maxtor javaslata alapján az ATA/ATAPI-6 már 48 bites szektorcímzést fog alkalmazni, amellyel a maximális megcímezhető tárolókapacitás 144 petabyte-ra, azaz 144 ezer TByte-ra növekedik. Mindez egy ideig megoldja a problémák egyik részét, de továbbra is maradnak olyan korlátok, amelyeket meg kell szűntetni. Az operációs rendszerek döntő többsége jelenleg 32 bites szektorcímzést használ, amely 2,2 TByte-ban limitálja a legnagyobb kapacitást. A Maxtor szerint az ATA interfész immár nem lesz behatároló tényező, de a gyártó szerint 2004-re elérhetővé válik a 2,2 TByte kapacitás, amelynek átlépése jelentős változtatásokat igényel az operációs rendszerek oldaláról. A SCSI interfész szintén 2,2 TByte-ig megfelelő a jelenlegi formájában, ezért a jövőben hasonlóképp módosításokra szorul.


A mai leggyorsabb merevlemezek már 15000 fordulatot tesznek meg percenként
A merevlemezek kapacitása mellett hasonlóképp fontos tényező a sebesség is. A meghajtók írási/olvasási sebessége az egyre nagyobb fordulatszám, illetve adatsűrűség miatt folyamatosan növekedik, ennek üteme azonban jóval lassabb, mint a tárolókapacitásé. Az ATA és SCSI interfészek sebessége a múltban folyamatosan követte a merevlemezek gyorsulását, és soha nem vált a teljesítményt visszafogó tényezővé. Az ATA specifikáció jövője azonban kissé bizonytalan. A merevlemez gyártó Maxtor Corp. a jelenlegi Ultra ATA-100 leváltására fejlesztette ki az Ultra ATA-133-at, amely az előbbi 100 MB/s adatátviteli sebességét 133 MB/s-ra növeli. A chipóriás Intel ugyanakkor már egy merőben új megoldáson dolgozik, amelyet a társaság Serial (soros) ATA-nak nevezett el, és szükségtelennek látja az Ultra ATA-133-at. A PC ipar nagy társaságai megoszlanak a kérdésben, hogy érdemes-e váltani az Ultra ATA-133-ra a 150 MB/s sebességű Serial ATA bevezetése előtt, az azonban egyértelmű, hogy előbb vagy utóbb, de a Serial ATA veszi át a főszerepet.

Drasztikus változást hozhat a merevlemez iparba a meghajtók szórakoztatóelektronikai eszközökben való elterjedése is. Általánosságban elmondható, hogy a szórakoztatóelektronikai eszközök más igényeket támasztanak a merevlemezekkel szemben, mint a számítógépek, ugyanakkor a legtöbb módosítás mindkét területen előnyös. Rob Pait, a Seagate vezető marketingmenedzsere úgy véli, a közeljövőben egyre több merevlemez talál majd helyet magának a nappalikban, elsősorban olyan eszközökben, mint amilyenek a játékkonzolok, a videófelvevők, valamint a digitális audióeszközök. Pait szerint azonban az általános elterjedéshez szükség lesz néhány változtatásra a merevlemezekben. Ezek közül az egyik legfontosabb a zajszint csökkentése, egy audiólejátszó, játékkonzol, vagy videófelvevő esetében ugyanis nem engedhető meg akkora működési zaj, mint amit egy átlagos merevlemez kelt. Pait szerint a legújabb Seagate Barracuda ATA merevlemezek alig 20 dB zajt bocsátanak ki, ami már elfogadhatónak számít. Az átlagos emberi fül 25 dB-től kezdi el hallani a hangokat, ezért az új meghajtó zajának észrevétele lehetséges, de nehéz.

A működési zajszint csökkentésében elsődleges szerepe van az FDB (Fluid Dynamic Bearing - Folyadék csapágyazású) motoroknak, amelyek csendesebbek a hagyományos golyóscsapágyaknál. A halkabb működés mellett az FDB motorok mégegy óriási előnnyel bírnak. A golyók méretkülönbségéből, illetve nem tökéletesen gömb alakjából adódóan a legprecízebb golyóscsapágy sem jár tökéletesen pontosan. Ennek következtében az adatok nem pontosan kör alakban kerülnek fel a lemezre. Az olaj-alapú FDB motorok minimálisra csökkentik ezt a hibát, így a sávok közelebb kerülhetnek egymáshoz a lemezen, ami tovább növeli az elérhető adatsűrűséget.

A megbízhatóság, valamint a mechanikai behatásokkal szembeni ellenállóság szintén rendkívül fontos egy szórakoztatóelektronikai eszközben alkalmazott merevlemez esetében. Ted Deffenbaugh a Maxtortól úgy véli, egy számítógépre kevésbé jellemző, hogy például egy kisgyerek a földre ejti, mint például egy játékkonzolra. - Az iparnak immár megvannak a megfelelő szenzorai, amelyek érzékelik, ha a merevlemez súlytalanságba kerül, vagyis zuhan, így az érzékeny író/olvasó fej még azelőtt rögzíthető, mielőtt a meghajtó földet ér - mondta Deffenbaugh. A vezető szerint ezek a technológiák most kezdenek elterjedni, és néhány éven belül általánossá válnak. Nyilvánvaló okokból kifolyólag a halkabb működés, illetve egy ütéssel szembeni védelem előnyt jelent a számítógépekben való alkalmazás esetén is.


Deffenbaugh szerint a Maxtor mindezek mellett olyan koncepciókat is vizsgál, mint például a merevlemez extrakapacitásának felhasználása egy meghajtón belüli, hardveres biztonsági mentéshez. Véletlen adatvesztés, illetve vírus esetén például a merevlemezen lévő kapcsoló segítségével át lehetne váltani egy tegnapi állapotra. Biztonsági mentést szoftveres úton is lehet készíteni, de az automatikus, hardveres megoldás Deffenbugh szerint egyszerűbb és megbízhatóbb, ráadásul a mai árak mellett nem kerül túlzottan sokba. Az ilyen képességekkel ellátott merevlemezek 2-3 éven belül megjelenhetnek a piacon.

Az elkövetkező években változás várható abban a megközelítési módban is, ahogy a merevlemezek felírják az adatokat. A jelenlegi megoldásokban lelassítja az írás folyamatát, hogy mindig várni kell a megfelelő lemezterület fókuszba kerülésére. A jövő merevlemezei a tervek szerint mindig az optimális területre fognak írni, majd egy későbbi időpontban, amikor a meghajtó éppen készenléti állapotban van, optimalizálják az adatokat. Mindez szintén megoldható szoftveres úton is, a vezető azonban úgy véli, a hardveres megvalósítás ezesetben is hatékonyabb.

Azt, hogy ezek, és a hasonló módosítások valósággá fognak-e válni a közeljövőben, egyelőre nehéz lenne megmondani. Annyi azonban biztos, hogy a merevlemezes meghajtók az elmúlt 45 évben sikerrel vették a különféle alternatív megoldások által felállított akadályokat, és minden jel arra utal, hogy a merevlemezek az elkövetkezendő években sem találnak legyőzőre.