¿Cómo funciona un disco duro?

¿Cómo almacena tanta información en tan poco espacio?

En el corazón de cada disco duro hay una pila de discos giratorios de alta velocidad con un cabezal de grabación que vuela sobre cada superficie.

Cada disco está recubierto con una película de granos de metal magnetizados microscópicos, y sus datos no viven allí en una forma que pueda reconocer. En cambio, se registra como un patrón magnético formado por grupos de esos diminutos granos.

En cada grupo, también conocido como bit, todos los granos tienen su magnetización alineada en uno de dos estados posibles, que corresponden a ceros y unos.

Los datos se escriben en el disco convirtiendo una cadena de bits en corriente eléctrica alimentada a través de un electroimán. Este imán genera un campo lo suficientemente fuerte como para cambiar la dirección de magnetización del grano de metal. Una vez que esta información se escribe en el disco, la unidad utiliza un lector magnético para volver a convertirla en una forma útil, al igual que una aguja de fonógrafo traduce los ritmos de un disco en música.

¿Cómo se puede obtener tanta información con solo ceros y unos?

Bueno, poniendo muchos de ellos juntos. Por ejemplo, una letra se representa en un byte, u ocho bits, y su foto promedio ocupa varios megabytes, cada uno de los cuales tiene 8 millones de bits. Debido a que cada bit debe escribirse en un área física del disco, siempre buscamos aumentar la densidad del área del disco, o cuántos bits se pueden comprimir en una pulgada cuadrada.

La densidad aérea de un disco duro moderno es de aproximadamente 600 gigabits por pulgada cuadrada, 300 millones de veces mayor que la del primer disco duro de IBM de 1957. Este increíble avance en la capacidad de almacenamiento no fue solo una cuestión de hacer todo más pequeño, sino que involucró múltiples innovaciones

Una técnica llamada proceso de litografía de película delgada permitió a los ingenieros encoger al lector y al escritor. Y a pesar de su tamaño, el lector se volvió más sensible al aprovechar los nuevos descubrimientos en propiedades magnéticas y cuánticas de la materia.

Los bits también podrían empaquetarse más juntos gracias a los algoritmos matemáticos que filtran el ruido de la interferencia magnética y encuentran las secuencias de bits más probables de cada porción de la señal de lectura.

Y el control de la expansión térmica de la cabeza, habilitado al colocar un calentador debajo de la grabadora magnética, le permitió volar a menos de cinco nanómetros por encima de la superficie del disco, aproximadamente del ancho de dos cadenas de ADN.

Crecimiento de la capacidad de almacenamiento

Durante las últimas décadas, el crecimiento exponencial de la capacidad de almacenamiento y el poder de procesamiento de las computadoras ha seguido un patrón conocido como la Ley de Moore, que en 1975 predijo que la densidad de la información se duplicaría cada dos años.

Pero a alrededor de 100 gigabits por pulgada cuadrada, reducir aún más los granos magnéticos o apretarlos más juntos planteaba un nuevo riesgo llamado efecto superparamagnético.

Cuando un volumen de grano magnético es demasiado pequeño, su magnetización se ve fácilmente alterada por la energía térmica y puede hacer que los bits cambien involuntariamente, lo que provoca la pérdida de datos.

Los científicos resolvieron esta limitación de una manera notablemente simple: cambiando la dirección de grabación de longitudinal a perpendicular, permitiendo que la densidad aérea se acerque a un terabit por pulgada cuadrada.

El límite potencial se ha incrementado una vez más a través de la grabación magnética asistida por calor recientemente. Esto utiliza un medio de grabación aún más estable térmicamente, cuya resistencia magnética se reduce momentáneamente al calentar un punto particular con un láser y permitir que se escriban los datos.

Y aunque esas unidades se encuentran actualmente en la etapa de prototipo, los científicos ya tienen el próximo truco potencial bajo la manga. Es un medio con patrones de bits, donde las ubicaciones de los bits se organizan por separado. Con estructuras de tamaño nanométrico, potencialmente permite densidades aéreas de veinte terabits por pulgada cuadrada o más.

Gracias a los esfuerzos combinados de generaciones de ingenieros, científicos de materiales y físicos cuánticos, esta herramienta de increíble potencia y precisión puede girar en la palma de su mano.