进入2014年以来，机械硬盘在容量上终于再一次爆发，5TB、6TB、8TB硬盘先后问世，甚至10TB硬盘也已经蓄势待发。对于未来，ASTC（先进存储技术联盟）表示，在十年内，硬盘容量还将增加10倍，到2025年机械硬盘容量将达到100TB！

机械硬盘的容量为何能够暴增呢？未来又有哪些技术为机械硬盘的进一步增容保驾护航呢？

充氦技术

增容原理：让硬盘内可以多安装更多盘片，增加20%～40％的容量

代表厂商：西数HGST(原日立）

就在今年9月，HGST宣布即将推出10TB硬盘，这又让机械硬盘的容量上了一个新台阶。而HGST之所以能实现这一突破，靠的正是充氦技术。正如名字表现的那样，充氦技术最大的变化就是取消了传统硬盘上的通气孔，而将硬盘做成全密封结构，同时在硬盘的腔体中充入氦气。

图：充氦硬盘无通气孔，采用密封结构，内部充入氦气

填充氦气就可以增加容量，这是为什么呢？我们知道，氦气是一种低密度气体，其分子量只有4，而空气是一种复杂的氮氧混合物，其平均分子量是28，氦气密度只有空气的1/7。意味着在相同气压下，硬盘盘片在充氦腔体内的阻力大大低于在空气腔体中的阻力。阻力减小，硬盘电机耗电量降低，硬盘转动更加平稳。这样硬盘内部盘片可以做得更薄，而转动平稳，减少了两片盘片间的气流干扰，这就可以减少两张盘片间的距离。同时还能够借助氦气提升热传导效率。

说到这，知道充氦技术提升容量的原因了吧－－这一技术允许硬盘在相同厚度的空间中安装更多张盘片。以往，即便是大容量硬盘，内部最多只能安装5张盘片，而使用充氦技术后，即便安装7张盘片，硬盘不仅厚度没有增加，发热量、耗电量、甚至连重量都有降低。这样，在单碟容量没有增加的情况下，硬盘容量可增加40%！

充氦硬盘和传统空气硬盘对比

小贴士：真空硬盘，那不行

    充氦让硬盘盘片转动阻力减小？为什么不干脆将硬盘内部抽成真空，那转动阻力不是更小吗？

这种做法真不行！一方面，硬盘内部抽成真空时，硬盘盘体会承受很大的气压，要想抗住这种压力不变形，外壳就得变厚，盘底就得变厚。另一方面，在真空环境下，盘片产生的热量难以通过气体传递到硬盘外壳上散发出去。最重要的是，硬盘在工作时，磁头是依靠盘体旋转产生的气流悬浮在磁盘上方的，这要是抽成真空，没有气流支撑，磁头就会和盘片来个亲密接触，造成硬盘损坏。

叠瓦技术

增容原理：让磁道重叠，以增加约25%的磁记录密度，提升单碟容量

代表厂家：希捷

    在正式发布的产品中，目前希捷8TB产品暂居容量榜首。该硬盘采用了5盘片设计，单碟容量将达到了1.6TB，较之之前的单碟1.25TB增加了25%以上，堪称现阶段的单碟之王，而带来这一奇迹的正是叠瓦技术。

希捷的首款8TB机械硬盘

我们知道，以往要提高存储密度，依靠的是减少磁轨的宽度，降低磁轨间的间隙来实现的，尽管硬盘厂家已经将这一套机制发挥到近乎极致。但这套存储机制本身就会浪费一定的空间，毕竟磁轨间的间隙再小，那也是存在的。同时为了让磁轨极化，硬盘上的写输入磁头必然要比读磁头间隙大一些，这固然有利于减少读数据时不小心跑到邻近磁轨的几率，但较宽的磁轨和磁隙，对磁密度可是有不小的影响。

图：传统记录方式的磁轨较宽和磁隙存在影响了磁记录密度

而叠瓦技术就减少磁轨间隙的空间浪费，也就是说，写磁头在写完一个磁轨转入下一个磁轨时，不再是像以往那样，与上一磁轨拉开一定的距离再进行操作，而是在原磁轨的下方，就直接开始写入下一轨的记录。让磁轨像是房顶的瓦片那样，进行重叠，每一个磁轨的宽度，只略大于读磁头所需要的宽度，这就极大的减少了空间浪费，这也是叠瓦技术名称的来源。

   图：叠瓦技术将取消磁隙，并将磁轨重叠，提升空间利用率。

不过，叠瓦技术的实际磁轨小于写入磁轨，也带来一个巨大的问题，那就是磁盘在重写一个磁轨的数据时，其写入动作会连影响到下一个磁轨，连下一磁轨的数据一并改写。为保证数据安全性，那就只好对下一磁轨进行重写，可这又影响到下下一磁轨。如此循环，难道，叠瓦式因此在改写数据时，要来一次全盘重写？

当然不是，希捷解决方案是分组技术，也就是每隔几个叠瓦式磁轨后，设置一个宽度略宽于写磁头的非叠瓦磁轨，这样，每次重写到这一位置时，就不会影响到其他磁轨，写入动作也就完成了。

    分组就直接影响到叠瓦式硬盘的效果，分组太少，每个分组大，就意味着即便是数据小小的改变，也要复写至分组结束，这样，就会浪费硬盘的大量性能，而分组太多，由于最后一个磁道采用非叠瓦结构，又会影响到磁盘密度，降低叠瓦技术的增容优势。因此，叠瓦技术在性能与容量间，存在一定的矛盾。

未来增容靠什么？

热辅助磁写入（HAMR）

扩容原理：通过加热磁体，使磁盘更容易极化，增加磁密度，预期提升磁密度5~10倍

预计应用时间：2018年

    热辅助磁写入，依靠的是在写入磁头上，安装一个激光器，在进行写入操作时，激光照射盘体，令写入区域温度悬殊升高，在高温下，磁体的顺性增加，磁头只要有极小的磁场，就可以让磁体极化，而在迅速冷却后，磁体极性就被保留下来，这样，读写磁头，磁轨都可以大幅度减小，从而极大的提升磁记录密度。实际上，热辅助磁写入早在多年前就被提出，但由于在成本和记录稳定性上存在一定缺陷，其商用进程一再被推迟，而下一个时间表可能在2018年左右，这次，热辅助磁写入技术能如约到来吗？

晶格介质磁记录(BPMR)

扩容原理：在晶体微孔中填入磁性材料，减少磁性材料相互影响，提升磁密度，预期提升磁密度5~10倍

预期应用时间：2020年

    传统的磁记录就像是粗放式记录方式，几十上百个磁性单元才组成一个记录模块，而相邻磁性单元的相互干扰，这些因素，都极大的影响了磁记录密度。而晶格介质，就是利用金属结晶而形成的孔洞，如阳极氧化的氧化铝在氧化过程中，就会形成大量纳米级的微孔，在这些微孔中填充如磁性材料，这就形成了晶格介质存储。这样，磁体间影响小，存储稳定性很高，甚至用单个磁性单元就可以存储一个字节，这就让存储密度能得到很大的提高。但让结晶微孔形成磁记录所需的线性排列，适合的孔径等等适合存储的因素，对于工艺有极高的要求，因此，投入商用，还需要到2020年左右。

图：传统磁记录（左）与晶格介质磁记录（右）