DoSTOR编辑观点 诺贝尔奖证明数据存储的价值

DoSTOR存储在线 10月9日北京报道：瑞典皇家科学院9日宣布，将2007年诺贝尔物理学奖授予法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔，以表彰他们发现了"巨磁电阻"效应。瑞典皇家科学院说："今年的物理学奖授予用于读取硬盘数据的技术，得益于这项技术，硬盘在近年来迅速变得越来越小。"

不知道当巨磁阻效应在硬盘业界统领江湖的时候，有没有人想到巨磁阻效应会成为诺贝尔奖的座上宾。而作为数据存储领域最重要的基础技术（或者称为基础物理现象）之一，能够让发现者获得诺贝尔奖，这更说明了现今世界对数据存储的重视与的迫切要求。

巨磁阻效应为何物？

瑞典斯德科尔摩皇家科学院发布的颁奖声明称，阿尔贝·费尔和彼得·格林贝格尔1988年各自独立发现了一种全新的物理效应-巨磁电阻效应，巨磁电阻效应是指材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在显著变化的现象。该系统非常有助于从硬盘中读取数据，因为机器在读取数据时必须把用磁记录的信息转换成电流。随着这项发现公布，一些研究者和工程师开始在制作读取头中加以应用，1997年首个应用巨磁电阻效应的读取头研制成功，很快成为标准技术，即便今天最新的读取技术也均由巨磁电阻效应发展而来。

巨磁电阻（GMR）效应于是1988年被发现，从技术上来讲，磁性金属和合金一般都有在一定磁场下电阻改变的现象，人们把这种现象称为磁电阻。减小幅度比通常磁性金属与合金材料的磁电阻数值约高10余倍，一般将其定义为GMR＝其中（H）为在磁场H作用下材料的电阻率（0）指无外磁场作用下材料的电阻率。所谓巨磁阻就是指在一定的磁场下电阻急剧减小，对于传统的磁电阻效应大一个数量级以上，因此名为巨磁电阻(Giant Magnetoresistanc)，简称GMR。

20世纪90年代，人们在Fe/Cu，Fe/Al，Fe/Al，Fe/Au，Co/Cu，Co/Ag和Co/Au 等纳米结构的多层膜中观察到了显著的巨磁阻效应，由于巨磁阻多层膜在高密度读出磁头、磁存储元件上有广泛的应用前景，因此业界对巨磁阻效应的研究一直没有停止。

在磁存储领域大放异彩

磁盘或者称作硬盘是现在的IT业界核心之一，虽然我们的数据存储放在硬盘、闪存、磁带、光盘等等介质上面，但是硬盘仍然是数据存储的主流介质，位置难以撼动。除了在企业存储领域硬盘对磁带发起的强大攻势，在个人数字设备，如MP3、MP4、PDA等产品中，硬盘也占据了越来越大的市场，尤其是当硬盘做的足够小，足够轻便时，这种趋势也更加明显了，同时，因为硬盘可以做的密度更高，体积更小，在企业级存储设备中，应用高容量小型硬盘已经成为了趋势，因为在保证性能的前提下，这样的设备可以提供更高的密度，某些情况下还可以降低能耗。

但是，缩小硬盘并不想我们所想象的那么简单，提高硬盘存储数据密度一直是业界专家所关心的，而巨磁阻效应让这一切成为了可能。

我们知道硬盘是由碟片和磁头组成的，每片碟片以转动轴为轴心，以一定的磁密度间隔划分出许多圆环型的刺刀，而每个磁道又划分出若干扇区，磁头就是从这些扇区中读取数据的。当数据扫过各个扇区时，各个扇区时记录的不同磁信号就被转换成电信号，电信号的变化进而被转换成为"０"和"１"，成为所有信息的原始机器码。磁头通过感应每个扇区的磁性变化来读取这些数据，磁头就像一个感应磁变化的感应器，利用巨磁阻效应，非常弱小的磁性变化就能导致巨大电阻变化，从而让磁头可以感觉到非常小的磁性变化。

硬盘越做越小，但是容量却需要保持不变甚至越来越大，这也就要求扇区所占的物理面积越来越小，如果物理面积减小，势必造成磁性变化不明显，磁头也就越来越难以准确读取数据，而当有了利用巨磁阻效应制成的磁头之后，磁头对扇区磁性变化的敏感度有了很大提升，从而满足了用户对容量的需求。

事实上，在1994年，IBM公司就研制成了全世界第一个巨磁电阻效应读出磁头，将磁盘记录密度一下子提高了17倍，达5亿bit/平方英寸，并在后来达到了达到11亿bit/平方英寸，很多人认为巨磁阻效应是硬盘在与光盘的那一次“下一代介质之战”时制胜的法宝之一。

目前，用巨磁电阻(GMR)材料构成的磁电子学新器件，已成功地应用于计算机存储领域，SPIN-VALVE GMR材料就是其中之一。由于利用了SPIN-VALVE GMR材料而研制的新一代硬盘读出磁头，已经把存储密度提高到2000年的560亿bit/平方英寸，并且GMR磁头已占领磁头市场的百分之九十到九十五。现在磁记录存储密度已超过所有的存储方式。正是利用GMR材料，才使得存储密度在最近几年内每年的增长速度达到3-4倍。随着低电阻高信号的TMR的获得，实现存储密度到1000亿bit/平方英寸，将是近一两年的目标。而利用SPIN-VAVLE，TMR材料和半导体集成技术正在研制一种新的计算随机存储器芯片，由于0和1状态的设置的原理来源于磁性材料特有的磁滞效应，因此在突然断电时也不会丢失信息。半导体的非易失存储器是以极微小的电容器，是利用存储一份电荷来保存信息。如果断电，这份电荷就要耗尽，信息就会丢失。另外采用GMR的磁随机存储器将比半导体的非易失存储器速度快而廉价。

信息时代 数字宇宙

其实，虽然巨磁阻效应对磁存储的影响极为深远，但是我们并不想多谈巨磁阻效应是什么或者到底是什么原理让其在硬盘业界大放异彩，大家只要记住两点即可：

1、巨磁阻效应在磁存储领域有着重要的作用

2、巨磁阻效应对提高硬盘密度有着极大的贡献

 诺贝尔奖我们更不用多说，虽然这一次恐怕依然没有中国人获奖，但是作为存储业界的一份子，我们看到了这样一个事实：

科学家因为改变存储技术而获得诺贝尔奖，这说明了存储在现在社会生活中的重要作用。

在我之前的一篇文章《拯救数字宇宙中的残酷存储现实》中，我谈到了IDC的一份报告，这份报告显示：

2007年，创建的信息量将首次超出可用的信息存储容量。而我，对这句话现在深信不疑。同时，IDC中国副总经理万宁先生在一次研讨会上指出，到2010年，信息装置量和用户量还会增长50%，信息创建将更加便宜，用户将更加多，对过去数据的激活和使用会更加频繁，所有这些将创建更多的数字信息。

而在IDC的《数字宇宙膨胀：到2010年全球信息增长预测》报告中，对未来的数据存储做了如下的介绍：

2006年产生、获取和复制的数字信息总量为1288×1018个比特。用计算机用语来说，就是161EB或1610亿GB。这大约是有史以来出版的图书信息总量的300万倍。从2006年到2010年，数字宇宙的信息量将增长6倍多，从161EB增加到988EB。

在这份报告里，我们看到的是一个几乎被数字信息淹没的世界，越来越多的数字信息被创造出来，除了每天都要面对的电脑之外，我们的生活也和这些信息密切相关，比如说天气预报，我们每天看到的天气预报，是通过对大量过往历史数据和新的卫星图片、航拍照片而分析出来的，只有信息更多更准确，图片更清楚才可以获得准确的预报。另外，当Google的股价朝着300美元挺进的时候，我们发现，如此多的信息让我们只要掌握一种简单的方法就可以成为"专家"，那就是搜索，而在搜索背后，是人类从第一台计算机ENIAC开始就积累起来的数字信息。

我们生存在一个“信息时代 数字宇宙”当中，所有人都不难想象，如果有一天我们人类丢失了我们的所有数据，世界将会变成什么样子，那些数据，那些知识，已经不仅仅是人类的智慧或是研究成果，而是维持正常社会生活与人类进步的基本动力，但是当越来越多的信息被创造出来之后，我们必须要有更高密度的存储介质来完成储存工作。

人类依赖信息，而信息依赖存储，这也就难怪瑞典斯德科尔摩皇家科学院将这次的诺贝尔物理学奖颁给这两位发现巨磁阻效应的科学家了，因为他们的发现改变了我们的存储，也间接的改变了我们的世界。

我相信，诺贝尔奖的垂青，说明存储已经成为了我们日常生活的一部分，成为了全球关心的问题，而不仅仅是一些冰冷的IT设备。

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