从硬盘单碟容量纵览硬盘发展
在尽享高速+海量所带来的快感之时，我们曾一路走过的硬盘发展之路，没有理由将之遗忘。借着硬盘单碟突破1TB之际，笔者本期和大家一起重踏硬盘发展之路。
2011年5月4日，这是一个值得我们记住的日子。在这一天，希捷公司发布了全球首款单碟1TB硬盘。单碟1TB硬盘的出现，意味着在不久的将来，5TB、10TB乃至更大容量的硬盘将广泛被个人用户使用，个人海量存储已不再是遥不可及的事。
从技术来看，硬盘的技术含量绝不弱于CPU的技术含量，二者可以说是相差无几。在容量不断翻倍的背后是无数科学家的心血。放眼现今，只有极少数国际大厂才称得上掌握了硬盘核心技术。随着1TB单碟硬盘面世和SSD的推出，硬盘已步入一个新阶段。
硬盘开山鼻祖，单碟100KB问世
将时间退回到1957年，在这一年，IBM研发了世上第一台硬盘IBM 350 RAMAC。“一台”硬盘？没错！这确实是“一台”硬盘，而不是“一块”。这台硬盘的容量仅为5MB，却由50个直径为24英寸的盘片组成，转速为1200r/min。在现在看来，这只不过是是一台数据记录机罢了。现在来看，5MB的容量连一个《愤怒的小鸟》PC版也装不下。
温切斯特时代，单碟步入MB级
就在IBM 350 RAMAC面世后不久。IBM于1968年研制了Winchester（温切斯特）技术，但当时只是一个技术理论，还没有将技术产品化。1973，IBM首次将温切斯特技术应用在IBM 3340上，IBM 3340的出现再次令世界为之惊叹。但是该硬盘的容量也仅为60MB（单碟30MB），今天看来，这样小的容量连一个PC版《植物大战僵尸》也嫌小。IBM 3340是首款采用温切斯特技术研发的硬盘，温切斯特技术的精髓在于：在一个密闭盒子中安装磁片，磁头悬浮在高速转动的盘片上方但不与盘片直接接触，利用磁头读取数据并沿盘片径向移动。温切斯特技术的出现一直影响着硬盘的发展，虽然现今硬盘已经发生了翻天覆地变化，我们使用的硬盘容量为数TB，但其本质并无太大区别，IBM 3340也因此成为现今硬盘真正意义上的祖先。
IBM 350 RAMAC是硬盘的开山鼻祖
单碟容量进入GB级时代
由于IBM于1991年生产的3.5英寸的硬盘采用了MR磁阻磁头，故使得硬盘的整体容量首次达到了1GB。1GB的容量在当时看来已经是非常庞大的了，当时在业界也引起了非常大的轰动。
首款采用温切斯特技术的IBM 3340硬盘
MR技术的出现，使得硬盘拥有更高的实际记录密度，从而扩充了硬盘的整体容量，提高了硬盘对数据的吞吐量。
如果说温切斯特技术和MR技术将硬盘引入一个新纪元，那GMR巨磁阻则令硬盘迎来一次质的飞跃。1994年，IBM公司利用巨磁阻效应研发出新型的硬盘磁头，即巨磁阻磁头。巨磁阻磁头的出现，令磁盘密度在原来的基础上提高了17倍，单个硬盘体积大大减小，硬盘容量进一步扩大。GMR与MR都是利用特殊材料的电阻值随磁场变化的原理来读取盘片上的数据，但是GMR磁头使用了磁阻效应更好的材料和多层薄膜结构，比MR磁头更为敏感，相同的磁场变化能引起更大的电阻值变化。而为激动人心的是，巨磁阻的出现令单碟容量突破10GB！
单碟容量成功破10GB
在20世纪接近尾声的时候，硬盘技术有了革命性的突破。1999年9月，迈拓宣布了首块单碟容量高达10.2GB的ATA硬盘，从而把硬盘的容量引入了一个新里程碑。在这之后的很长一段时间里，总体容量飙升至40.9GB的硬盘逐渐走进了千家万户，满足了用户对于存储密集型应用的要求。从1999年开始，主流硬盘的传输模式也由Ultra DMA/33（数据传输率为33MB/s）逐步朝着Ultra DMA/66（数据传输率为66MB/s）过渡。经过一年多的发展之后，Ultra DMA/66传输模式已经日渐成熟。2000年以后，支持ATA/100的硬盘逐渐成为市场的主流。
IBM Deskstar 16GP
然而就在新世纪元年里，希捷发布了转速高达15000r/min的Cheetah X15系列硬盘，其平均寻道时间只有3.9ms，这是当时全球传输速率快的硬盘，同时也是当时转速高的硬盘。此系列产品的内部数据传输率高达48MB/s，数据缓存为4MB～16MB，支持Ultra160/m SCSI及Fibre Channel。总之，希捷的Cheetah X15系列将硬盘的性能提高到了一个新高度。同样是在这一年，硬盘业界还出现了一件振奋人心的消息，即昆腾与迈拓合并案。如果说希捷在产品容量和速度方面是业界的大贡献者，那么昆腾和迈拓在产品噪音的优化改善方面，也同样在业界扮演着举足轻重的角色。昆腾的“Quiet Drive Technology”安静驱动器技术曾在7200r/min Atlas V和Atlas 10000r/min系列硬盘上应用，使得昆腾硬盘发出的噪声比其他品牌的同类产品要低得多。
单碟突破百GB，SATA引领风潮
2003年9月，希捷发布了酷鱼7200.7 PLus 200GB，其单碟容量达到了100GB，标志着硬盘迎来新的海量时代。随着单碟容量突破100GB，希捷顺势推出基于SATA架构研发的新一代硬盘。SATA技术亮点除了更快的传输速度，NCQ也是亮点之一。NCQ称为“全速命令队列(Native Command Queuing，NCQ)”，如图所示，NCQ硬盘采用类似乱序的方式读取，而非是顺序读取，这样的好处能大大地提高整个工作流程的效率，极大提高了读写效率。
未采用NCQ的硬盘（左）与采用NCQ的硬盘（右）
NCQ的引入虽未能提高硬盘单碟容量，但一定程度上提升了硬盘读写速率，用户等待程序装载的时间得以缩减。虽然NCQ理念前卫，但真正得到普及却是两年后的事情。目前的硬盘基本上都支持NCQ，要开启NCQ，需在主板中进行设置。
垂直记录让单碟突破160GB
虽然巨磁阻能够有效提升硬盘容量，但硬盘记录数据方式沿用了水平记录方式。2004年之后的数年内，硬盘容量只能“龟速”提升，单碟容量始终未能突破160GB，究其原因是传统的水平记录已不能适应硬盘容量增长。垂直记录技术的出现使得面临容量极限的硬盘看到了新的曙光。首款采用垂直记录技术的硬盘是希捷Momentus 5400.3系列（2.5英寸）。然而，真正引起大众关注的却是希捷3.5英寸的Barracuda 7200.10系列产品。它得益于垂直记录引入，硬盘发展迎来新的黄金时代，容量得以不断翻倍。
希捷Momentus 5400.3
从水平记录技术与垂直记录技术的基本原理图不难看出，垂直记录与水平记录根本区别便是将原本水平放置的磁性物质改成垂直放置。这样一来，原本“首尾相接”的磁性物质变成“肩并肩”排列，硬盘容量一下子提升了不少。虽然垂直记录的思路不错，但原本水平写入数据的模式岂不是要改变？没错，由于写入模式改变，原来在水平面上产出磁场写入数据的模式必须改成垂直，以产生磁化方向垂直于盘片表面的磁场。
水平记录技术与垂直记录技术的原理
细心的读者也许发现，在示意图中，采用垂直记录的盘面比水平记录盘面要厚一些，实际上也是这样吗？确实如此！由于垂直记录的盘面加入软衬层，厚度提升为69mil（约1.75mm，1mil为千分之一英寸），比水平记录盘面厚19mil。厚度增加，会影响性能吗？按目前情况而言，厚度增加并不会影响性能。目前业界已经不断努力，在保证性能不受影响前提下降低盘面厚度。
值得一提的是，垂直记录技术的出现，令原本用于水平记录读取的巨磁阻磁头不再适应（因为巨磁阻磁头读取的灵敏度不太高）。好在各大厂商“不忍心”其从此消失，不断致力改造，时至今日，各大硬盘仍有巨磁阻磁头的身影。但随着新型的隧道磁阻磁头大量引入，巨磁阻磁头也将会退出历史舞台。
单碟250GB硬盘初尝甜头
2008年对于普通用户来讲，或许是平凡不过的一年。然后，这一年里，硬盘技术有了飞跃式的突破，仅一年的时间，主流硬盘的容量就在原来的基础上翻了两倍。虽然希捷Momentus 5400.3系列（2.5英寸）是应用垂直记录技术的代表作品，然而，真正引起大众关注的却是希捷3.5英寸的Barracuda 7200.10系列产品。
在2008年，希捷首推了单碟250GB的硬盘（ST3250410AS 7200.10 250GB），延续SATA 3Gb/s接口。作为希捷的竞争对手，西部数据也不甘示弱，于同年推出单碟334GB的产品。
自2008年接下来的几年时间里，几乎所有的硬盘品牌都推出了自己麾下的垂直系列产品，垂直记录已经成为了硬盘产品一个约定俗成的“技术标配”。事实证明，垂直记录技术的推出不仅从技术上彻底改变了硬盘产品的面貌，也在业界和市场方面对硬盘产生了深远的影响。
奏响海量存储号角——单碟突破500GB
希捷新一代硬盘7200.12系列大的特点是带来了单碟500GB的容量，这一产品的出现，代表着用户能以更少盘片构建更大的容量，而发热量和故障几率却大大降低。从当时的市场来看，希捷7200.12系列作为首先上市的500GB硬盘，其价格竟与原来的7200.11 500GB保持一致，这也触发了很多玩家有了掏包尝试的欲望。
希捷 Barracuda 7200.12是希捷的第12代产品，在经历了前11代产品的技术更新与变革之后，第12代产品除了在容量上有突破，在可靠性、传输性能方面也都有明显改善。根据希捷官方资料来看，此代硬盘与前代（即7200.11）相比，前者的技术基于改进的垂直记录（PWR），大持续传输率从115MB/s提升到了160MB/s。
不仅如此，它在绿色环保方面也做了改进，噪音和功耗控制得更为出色。这一点也是希捷非常重视的。第12代产品除了完全符合ROHS规范外，其中70%的制造材料是可回收的，这一点也是希捷非常重视的。
融聚时代——固态混合硬盘独领风骚
虽然巨磁阻与垂直记录引入，硬盘迎来新的黄金时代。单碟容量在2010年已高达750GB，但受制于传统机械硬盘的结构，读写速度与传输速度始终无法与SSD相媲美。为突破传统硬盘速率限制，希捷发布首款融合SSD的硬盘，即Momentus XT 固态混合硬盘，机械硬盘性能得以大幅提升。固态混合硬盘集成4GB的SLC NAND闪存，通过Adaptive Memory自适应存储技术，能自动判断哪些数据读写频率高，随之将其从HDD硬盘移至闪存，加快读写速度。我们有理由相信，固态混合硬盘的到来，传统硬盘必将再“进化”，新形态将统治传统硬盘的未来。
希捷Momentus XT是固态混合硬盘里颇具代表性的产品
展望未来
水平记录模式统治硬盘将近半个世纪，垂直记录技术的广泛应用使得水平记录终归退出了历史舞台。当然，光靠一个技术是无法彻底将水平记录赶走。如果说垂直记录技术是三叉戟中长的那一个矛头，那么新型磁头和磁盘介质则是另外的两个矛头。三管齐下，硬盘发展迎来新的黄金时代。
在不少人看来，传统的机械硬盘终归会被固态硬盘替代。可笔者并不这样认为，因为SSD会获得了追求性能、追求轻便的用户热捧，占据中高端市场。而机械硬盘则凭借较好的性价比和容量，统治中低端市场。当垂直记录技术面临极限，图案化介质技术就很有可能成为硬盘记录的替代者。运用图案化介质技术，硬盘容量将有望突破10TB！可能对于普通用户来讲，技术都封装起的神秘匣子，越来越便宜的硬盘价格则是技术竞争带给用户直接的利益。
