Comment fonctionne un disque dur ?

Comment fait-il pour stocker autant d'informations dans un si petit espace ?

Au cœur de chaque disque dur se trouve une pile de disques rotatifs à grande vitesse avec une tête d'enregistrement survolant chaque surface.

Chaque disque est recouvert d'un film de grains métalliques magnétisés microscopiques, et vos données n'y vivent pas sous une forme que vous pouvez reconnaître. Au lieu de cela, il est enregistré comme un motif magnétique formé par des groupes de ces minuscules grains.

Dans chaque groupe, également appelé bit, tous les grains ont leur aimantation alignée dans l'un des deux états possibles, qui correspondent aux zéros et aux uns.

Les données sont écrites sur le disque en convertissant une chaîne de bits en courant électrique alimenté par un électroaimant. Cet aimant génère un champ suffisamment puissant pour modifier la direction de l'aimantation du grain métallique. Une fois ces informations écrites sur le disque, le lecteur utilise un lecteur magnétique pour les restituer sous une forme utile, un peu comme une aiguille de phonographe traduit les sillons d'un disque en musique.

Comment pouvez-vous obtenir autant d'informations à partir de zéros et de uns ?

Eh bien, en en mettant beaucoup ensemble. Par exemple, une lettre est représentée sur un octet, ou huit bits, et votre photo moyenne occupe plusieurs mégaoctets, dont chacun est de 8 millions de bits. Étant donné que chaque bit doit être écrit sur une zone physique du disque, nous cherchons toujours à augmenter la densité surfacique du disque, ou le nombre de bits pouvant être comprimés dans un pouce carré.

La densité aérienne d'un disque dur moderne est d'environ 600 gigabits par pouce carré, 300 millions de fois supérieure à celle du premier disque dur d'IBM de 1957. Cette incroyable avancée en matière de capacité de stockage n'était pas seulement une question de rendre tout plus petit, mais impliquait plusieurs nouveautés.

Une technique appelée processus de lithographie à couche mince a permis aux ingénieurs de réduire le lecteur et l'écrivain. Et malgré sa taille, le lecteur est devenu plus sensible en profitant des nouvelles découvertes sur les propriétés magnétiques et quantiques de la matière.

Les bits pourraient également être rapprochés grâce à des algorithmes mathématiques qui filtrent le bruit des interférences magnétiques et trouvent les séquences de bits les plus probables à partir de chaque morceau de signal de lecture.

Et le contrôle de la dilatation thermique de la tête, activé en plaçant un radiateur sous l'écrivain magnétique, lui a permis de voler à moins de cinq nanomètres au-dessus de la surface du disque, soit environ la largeur de deux brins d'ADN.

Croissance de la capacité de stockage

Au cours des dernières décennies, la croissance exponentielle de la capacité de stockage et de la puissance de traitement des ordinateurs a suivi un modèle connu sous le nom de loi de Moore, qui, en 1975, prévoyait que la densité de l'information doublerait tous les deux ans.

Mais à environ 100 gigabits par pouce carré, réduire davantage les grains magnétiques ou les resserrer les uns contre les autres posait un nouveau risque appelé l'effet super-para-magnétique.

Lorsqu'un volume de grain magnétique est trop petit, sa magnétisation est facilement perturbée par l'énergie thermique et peut provoquer une commutation involontaire de bits, entraînant une perte de données.

Les scientifiques ont résolu cette limitation d'une manière remarquablement simple : en changeant la direction d'enregistrement de longitudinal à perpendiculaire, permettant à la densité aérienne d'approcher un térabit par pouce carré.

La limite potentielle a encore été augmentée récemment grâce à l'enregistrement magnétique assisté par la chaleur. Cela utilise un support d'enregistrement encore plus stable thermiquement, dont la résistance magnétique est momentanément réduite en chauffant un point particulier avec un laser et en permettant l'écriture des données.

Et tandis que ces disques sont actuellement au stade de prototype, les scientifiques ont déjà le prochain tour potentiel dans leurs manches. Il s'agit d'un support à motifs binaires, où les emplacements des bits sont disposés séparément. Avec des structures de taille nanométrique, permet potentiellement des densités aériennes de vingt térabits par pouce carré ou plus.

Grâce aux efforts combinés de générations d'ingénieurs, de scientifiques des matériaux et de physiciens quantiques, cet outil d'une puissance et d'une précision incroyables peut tourner dans la paume de votre main.