【東芝】世界で初めて「共鳴型マイクロ波アシスト記録(MAS-MAMR)」によるHDDの大幅な記録能力の改善を実証

2021-12-27
株式会社 東芝
東芝デバイス&ストレージ株式会社

世界で初めて「共鳴型マイクロ波アシスト記録(MAS-MAMR)」による
HDDの大幅な記録能力の改善を実証
~30TB超の大容量ニアラインHDDの早期の実用化を目指す~
                                            
概要
 当社グループは、 ハードディスクドライブ(以下、HDD)のさらなる大容量化を実現する次世代磁気記録技術「共鳴型マイクロ波アシスト記録 (以下、MAS-MAMR) (*1)」を用いて、HDDの記録能力が改善することを世界で初めて(*2)実証しました。本技術を用いることで当社グループは今後、30TBを超える大容量ニアラインHDDの早期の実用化を目指します。

 当社グループは、HDDの記録密度を向上するブレークスルー技術の一つとして「マイクロ波アシスト磁気記録(MAMR:Microwave Assisted Magnetic Recording)」方式の開発を進めており、本年、スピントルク発振素子を利用したアシスト記録技術「磁束制御型マイクロ波アシスト記録(FC-MAMR TM) (*3)」を採用した18TBのHDDを製品化しています。今般実証したMAS-MAMRは、マイクロ波を記録メディアに局所的に照射することで記録能力を向上させる技術で、FC-MAMRTMより記録密度をさらに高められることが原理的に示されていますが、未実証であることが課題となっていました。

 当社グループは、MAS-MAMRの原理的優位性を実証するため、HDDのメディアメーカーである昭和電工株式会社(以下、昭和電工)とヘッドメーカーであるTDK株式会社(以下、TDK)と協力して本技術の開発を進めてきましたが、今般、両社の協力のもと、MAS-MAMRによる記録能力の改善の実証に成功しました。

 当社グループは本技術の新開発スピントルク発振素子およびその発振特性を、2022年1月10日~14日に開催される国際会議(2022 Joint MMM-INTERMAG Conference)にて発表する予定です。

開発の背景
 新型コロナウイルス感染症の世界的大流行を受け、急激に進化する社会のデジタル化・リモート化を支える重要な情報インフラの一つとして、情報のストレージ容量の拡大へのニーズがますます増大しています。データセンターにおけるストレージの中心となる大容量ニアラインHDDの市場規模は25年には2兆円になることが予想されています。(*4)。

 このような市場環境において今後もHDDのさらなる大容量化が求められています。HDDの記録密度を上げるためには、記録メディアの磁性体粒子の微細化、熱的に安定する磁性体粒子の実現、十分な記録能力の実現、という3つの相反する特性を同時に実現する必要があります。これは「トリレンマの壁」と呼ばれています。HDDの記録メディアは、微細な磁石である磁性体粒子がその表面に敷き詰められており、これらの磁性体粒子の磁化方向によって情報を保持します。記録密度は記録ビットの微細化により向上する一方、磁性体粒子の大きさの縮小が必要となり、安定性(熱的安定性)が劣化します。安定性の劣化がデータの消失につながります。

 記録密度を高めても各粒子の安定性を高めるためには、磁化方向を維持する「保磁力」の高い材料を使用することになります。「保磁力」を高めると今度は記録に必要な十分な磁界が記録ヘッドから得られなくなるため、外部からエネルギーを加えてアシストしながら記録する、次世代大容量記録技術が必要となります。
 このトリレンマの壁を打破するため、次世代大容量記録技術の研究開発が進んでいます。マイクロ波を利用してアシストするMAS-MAMRは記録密度の大幅な向上が期待されるものの、理論検討が先行し、共鳴型マイクロ波アシスト記録効果(以下、MAS-MAMR効果)の発現およびMAS-MAMRの記録能力改善が未実証であることが課題となっていました。

本技術の特長
 そこで当社グループは、2層のマイクロ波磁界発生層でマイクロ波を照射する「双発振型スピントルク発振素子」を新たに提唱し、本素子の開発を行いました。「双発振型スピントルク発振素子」により、より少ない電流で効率的にマイクロ波を発生させ、局所的に照射することが可能になります。本素子を記録ヘッドに組み込んで使用することにより、MAS-MAMRによる記録能力の向上が実現します。
 今般、MAS-MAMRを実証するため、当社グループ、昭和電工、TDKの3社の協力体制のもと、TDKは本素子搭載記録ヘッド、昭和電工は磁気記録メディアの新規な開発をそれぞれ行い、当社グループにて本記録ヘッドに搭載の本素子の安定的な発振を確認しました。
 その後、当社グループは、新たに開発した素子・記録ヘッド・メディアを組み合わせることで、MAS-MAMR効果の発現を確認し、MAS-MAMRの記録能力(*5)の改善(約6dB)を世界で初めて実証しました。本技術を用いることで、将来的に30TBを超える大容量ニアラインHDDの実現が可能となります。
 今般の実証により、MAS-MAMRは記録密度の大幅な向上が可能な実用的な次世代大容量記録技術として、大きな一歩を踏み出しました。
図1:双発振型スピントルク発振素子(新開発スピントルク発振素子)の構成と発振スペクトル
図2:共鳴型マイクロ波アシスト記録(MAS-MAMR)による記録能力改善

今後の展望
 当社グループは、MAS-MAMR技術を用いて30TBを超える大容量HDDの早期の実用化を目指します。当社グループは、MAMR技術(FC-MAMRTM・MAS-MAMR)による現行のニアラインHDDの容量拡大に向けた開発を継続するともに、熱アシスト磁気記録(TAMR:Thermal Assisted Magnetic Recording)」方式の開発も並行して推し進め、広範なストレージニーズに対応してまいります。

*1 MAS-MAMR:Microwave Assisted Switching Microwave Assisted Magnetic Recordingの略。
*2 当社グループ調べ。2021年12月24日時点。
*3 FC-MAMRTM:Flux Control MAMRの略。磁束制御型マイクロ波アシスト記録。FC-MAMRTMは、東芝デバイス&ストレージ株式会社の商標です。
*4 出典:株式会社テクノ・システム・リサーチ  HDD Market Trend(Annual) 2021年12月
*5 上書き特性値を評価。

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この企業の情報

組織名
株式会社 東芝
ホームページ
https://www.toshiba.co.jp
代表者
綱川 智
資本金
20,055,800 万円
上場
(旧)東証1部
所在地
〒105-8001 東京都港区芝浦1丁目1-1
連絡先
03-3457-4511

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