O que é Densidade de Área em um HD?
Os discos rígidos (HDDs) ainda são uma das formas mais comuns de armazenamento de dados, apesar da crescente popularidade dos SSDs (unidades de estado sólido). Uma das principais métricas que determinam o desempenho e a capacidade de um HDD é sua densidade de área. Esse parâmetro refere-se à quantidade de dados que podem ser armazenados em um determinado espaço físico no disco.
À medida que a demanda por maior capacidade de armazenamento e velocidades de leitura e gravação mais rápidas cresce, a densidade de área tem se tornado uma das principais áreas de pesquisa e inovação no desenvolvimento dos HDDs.
Neste artigo, vamos explorar o que é densidade de área, como ela é calculada, os avanços recentes e as tecnologias envolvidas para aumentar a densidade de armazenamento em um HDD.
O que é Densidade de Área?
A densidade de área de um HDD é a quantidade de dados que podem ser armazenados por unidade de área em um prato do disco rígido. Em termos simples, ela descreve quão compactados os dados estão dentro do disco, o que afeta diretamente a capacidade total do HDD. A densidade de área é uma combinação de dois fatores fundamentais: TPI (Trilhas por Polegada) e BPI (Bits por Polegada).
1. TPI (Trilhas por Polegada) refere-se à quantidade de trilhas (ou círculos concêntricos) que podem ser posicionadas em uma polegada de diâmetro do disco. Cada trilha pode armazenar uma quantidade específica de dados.
2. BPI (Bits por Polegada) é a quantidade de bits que podem ser armazenados ao longo de uma única trilha. Ou seja, é a densidade de dados dentro de cada trilha do disco.
A densidade de área é, portanto, o produto de TPI e BPI:
Densidade de Área = TPI × BPI
Em um HD, as trilhas são armazenadas em discos circulares chamados de pratos, e cada prato possui duas superfícies magnéticas(superior e inferior) onde os dados são gravados. A quantidade de dados armazenados em cada prato depende tanto da quantidade de trilhas que podem ser empilhadas quanto da quantidade de bits que podem ser armazenados ao longo de cada trilha.
TPI e BPI - Crédito Imagem: Divulgação
Como se Calcula a Densidade de Área?
O cálculo da densidade de área é bastante simples, mas envolve compreender a relação entre o número de trilhas e o número de bits por trilha. Vamos explicar de forma mais detalhada como isso funciona:
1. Trilhas por Polegada (TPI): Essa é uma medida de quão próximas as trilhas são umas das outras. Em discos rígidos modernos, o número de trilhas por polegada pode ser da ordem de dezenas de milhares, e em discos de alta densidade, esse valor pode ultrapassar os 100.000 TPI. Quanto mais trilhas cabem em uma polegada, maior será a capacidade de armazenamento.
2. Bits por Polegada (BPI): Isso mede a densidade de dados ao longo de cada trilha. O BPI pode variar dependendo da tecnologia de gravação utilizada, e pode alcançar centenas de milhares ou até milhões de bits por polegada em discos de alta capacidade.
Para calcular a densidade de área, você precisa multiplicar o TPI pelo BPI.
Por exemplo, se um disco rígido tem 100.000 trilhas por polegada e 1.000.000 de bits por polegada, a densidade de área seria:
Densidade de área = 100.000 × 1.000.000 = 10 ^ 11 bits por polegada quadrada.
Esse valor indica quantos bits podem ser armazenados em uma área de 1 polegada quadrada no disco rígido.
Avanços Recentes na Densidade de Área dos HDDs
Nos últimos anos, houve enormes avanços na densidade de área de discos rígidos. Esses avanços são impulsionados por tecnologias cada vez mais sofisticadas, que permitem que mais dados sejam compactados em uma área cada vez menor. Historicamente, os HDDs tinham uma densidade de área muito baixa, mas à medida que a demanda por mais armazenamento aumentava, os engenheiros buscaram maneiras de aumentar essa densidade.
1. PMR
Uma das primeiras grandes inovações foi a Gravação Magnética Perpendicular (PMR, na sigla em inglês). Antes da PMR, a gravação magnética nos HDDs era feita de forma longitudinal, o que limitava a densidade de área. Com a gravação perpendicular, as partículas magnéticas são orientadas verticalmente em relação ao disco, permitindo que as trilhas sejam mais próximas umas das outras e aumentando a densidade de armazenamento.
2. HAMR
Nos últimos anos, uma das tecnologias mais promissoras para aumentar a densidade de área foi o HAMR (Gravação Magnética Assistida por Calor). Essa tecnologia utiliza um laser para aquecer momentaneamente a área do disco onde os dados estão sendo gravados, permitindo que os bits sejam gravados de forma mais densa e estável, visando otimizar a capacidade de armazenamento.
3. MAMR
Outra tecnologia inovadora é a MAMR (Microwave-Assisted Magnetic Recording), que usa micro-ondas para fornecer a energia necessária para gravar dados em densidades mais altas.
4. TDMR
A Gravação Magnética Bidimensional (TDMR) é uma tecnologia que aumenta a precisão na leitura de dados em altas densidades. Utilizando múltiplas cabeças de leitura para captar informações de uma mesma trilha, os HDDs com TDMR conseguem reduzir os ruídos de sinal causados pela interferência entre as trilhas. Ao realizar uma nova leitura da trilha com um sensor adicional, colocado bem próximo, os efeitos da interferência podem ser significativamente reduzidos.
5. Armazenamento em Camadas de Nanotecnologia
Com a nanotecnologia, os fabricantes de HDDs estão explorando a possibilidade de criar camadas magnéticas extremamente finas e altamente controláveis. Isso permitiria criar trilhas ainda mais finas e compactadas, aumentando ainda mais a densidade de área.
Pesquisa recente aponta o grafeno como material promissor para substituir os revestimentos à base de carbono (COCs) para armazenamento de densidade ultra-alta em mídia magnética.
TPI e BPI: Caminhos para Aumentar a Densidade de Área
Como mencionado anteriormente, há dois caminhos principais para aumentar a densidade de área de um prato do HD: aumentar o número de trilhas por polegada (TPI) e aumentar o número de bits por polegada (BPI).
Aumentar o TPI
Aumentar o TPI significa que mais trilhas são empilhadas em uma área menor. Isso é um grande desafio técnico, pois quanto mais trilhas são colocadas em um disco, maior a possibilidade de interferência magnética entre elas. No entanto, avanços em materiais e tecnologias de gravação, como a gravação perpendicular e as técnicas de controle de fluxo magnético, têm permitido esse aumento na densidade.
Aumentar o BPI
Já o aumento do BPI envolve a maior compactação dos bits ao longo de uma trilha. Isso requer não só uma maior precisão nas cabeças de leitura/gravação, mas também o uso de tecnologias avançadas como a gravação assistida por microondas ou por calor, que permitem manipular os bits de forma mais precisa.
Conclusão
A densidade de área em HDDs é um dos fatores cruciais que determinam a capacidade e o desempenho dos discos rígidos. À medida que a tecnologia evolui, as fabricantes estão conseguindo aumentar a densidade de armazenamento, o que resulta em discos rígidos com maior capacidade e menores custos por gigabyte. As tecnologias que estão sendo exploradas, como HAMR e MAMR, têm potencial para transformar o mercado de HDDs, oferecendo mais espaço de armazenamento em discos de 3,5 polegadas, até mesmo para aplicações que requerem altíssima capacidade de dados.
Além disso, as inovações em TPI e BPI continuarão a desempenhar papéis vitais, com os engenheiros buscando equilibrar as demandas de maior capacidade e maior confiabilidade de leitura/gravação. O futuro dos HDDs parece promissor, com densidades de área aumentando de forma exponencial, o que poderá atender a necessidades de armazenamento em constante crescimento em várias indústrias, desde o setor de servidores até a computação pessoal.
