矢量记录技术：通过创新的读头设计提高高密度磁记录（HAMR）的磁盘面积密度

硬盘驱动器行业面临存储需求危机，转而采用热辅助磁记录（HAMR）提升存储密度。现有读头设计受限于尺寸缩小，二维磁记录（TDMR）虽能部分缓解但效果不足。本文提出新型读头架构，结合垂直和平行磁场检测，解决向量读头偏置问题，有效提升千位每英寸（KBPI）和千轨每英寸（KTPI），突破原有尺寸限制，显著提高磁记录面密度（ADC）至约4Tb/in2。

　　

摘要：

硬盘驱动器（HDD）行业需要大量的数据存储容量，为了应对这一挑战，研究人员正在探索诸如热辅助磁记录（HAMR）等创新技术。在HAMR技术中，可以实现更高的每英寸千比特数（KBPI）和每英寸千轨道数（KTPI），从而获得大约 的面积密度容量（ADC）。然而，现有的读取器架构限制了BPI和TPI的提升，因为它们需要缩小读取器的尺寸以便读取更小的比特长度和更窄的轨道宽度。最近，二维磁记录（TDMR）在读取过程中显示出提高ADC和减轻读取器尺寸缩放的能力，但这种改进仍不足以解决数据存储危机。在本文中，我们提出了一种新型的读取头设计，该设计能够同时垂直于（使用传统读取器）和平行于（使用矢量读取器）记录层表面来检测磁场。我们还提出了其他替代的读取器设计，这些设计可以解决矢量读取器偏置方面的限制，并且能够实现与矢量读取器相似的性能。因此，我们新设计的读取器架构减少了读取器尺寸的缩放问题，并且能够以高TPI恢复数据，从而实现更高的ADC。

引言

由于人工智能和先进通信等现代技术的发展，对数据存储的需求正在呈指数级增长。另一方面，硬盘驱动器（HDD）行业正面临数据存储危机，因为现有的数据存储架构在提高面积密度容量（ADC）方面已接近其极限[1]、[2]。为了满足这一巨大的数据存储需求，HDD行业已经从垂直磁记录（PMR）转向了热辅助磁记录（HAMR）。在HAMR系统中，通过写入更小的比特和更窄的轨道可以提高ADC。然而，更短的比特长度意味着更高的KBPI，这要求使用更小的磁粒尺寸。虽然更窄的轨道可能不需要更小的磁粒尺寸，但这可能需要开发新的读回机制。读取器宽度的缩放也接近其极限[3]，单个读取器已不足以进一步提高ADC[4]。多年来，研究人员提出了一些替代技术，如双读取器多传感器磁记录（2R MSMR）[5]、二维磁记录（TDMR）[5]、[6]和旋转读取头（RRH）[4]、[6]，以增加HAMR系统的ADC。在这些方法中，TDMR在给定读取器尺寸的情况下提供了更高的ADC，并且在读取器尺寸缩放方面具有一定的灵活性[5]。图1展示了各种读取技术，其中两个相邻轨道上的两个写入比特可以产生四种可能的状态（++、??、?+和+?）。然而，在TDMR中，当读取器宽度与矢量记录相同的情况下，读取器只能区分三种状态，无法区分+?和?+。这种限制使得TDMR的有效ADC降低到了特定每英寸千轨道数（KTPI）下的原始ADC的