¿Qué es la Densidad de Área en un disco duro?
Los discos duros (HDD) siguen siendo una de las formas más comunes de almacenamiento de datos, a pesar de la creciente popularidad de los SSD (unidades de estado sólido). Una de las métricas clave que determinan el rendimiento y la capacidad de un HDD es su densidad de área. Este parámetro se refiere a la cantidad de datos que se pueden almacenar en un espacio de disco físico determinado.
A medida que crece la demanda de mayor capacidad de almacenamiento y velocidades de lectura y escritura más rápidas, la densidad de área se ha convertido en una de las áreas clave de investigación e innovación en el desarrollo de discos duros.
En este artículo, exploraremos qué es la densidad de área, cómo se calcula, los avances recientes y las tecnologías involucradas en el aumento de la densidad de almacenamiento en un disco duro.
¿Qué es la densidad de área?
La densidad de área de un HDD es la cantidad de datos que se pueden almacenar por unidad de área en un plato de disco duro. En términos simples, describe qué tan comprimidos están los datos dentro del disco, lo que afecta directamente la capacidad total del HDD. La densidad de área es una combinación de dos factores fundamentales: TPI (pistas por pulgada) y BPI (bits por pulgada).
1. TPI (pistas por pulgada) se refiere al número de pistas (o círculos concéntricos) que se pueden colocar en una pulgada de diámetro del disco. Cada pista puede almacenar una cantidad específica de datos.
2. BPI (Bits por pulgada) es el número de bits que se pueden almacenar en una sola pista. En otras palabras, es la densidad de datos dentro de cada pista del disco.
Por tanto, la densidad de área es el producto de TPI y BPI:
Densidad de área = TPI × BPI
En un disco duro, las pistas se almacenan en discos circulares llamados platos, y cada plato tiene dos superficies magnéticas (superior e inferior) donde se graban los datos. La cantidad de datos almacenados en cada plato depende tanto del número de pistas que se pueden apilar como del número de bits que se pueden almacenar a lo largo de cada pista.
TPI y BPI - Crédito de imagen: Divulgación
¿Cómo se calcula la densidad del área?
Calcular la densidad de área es bastante simple, pero implica comprender la relación entre el número de pistas y el número de bits por pista. Explicaremos con más detalle cómo funciona esto:
1. Pistas por pulgada (TPI): Esta es una medida de qué tan cerca están los senderos entre sí. En los discos duros modernos, el número de pistas por pulgada puede ser de decenas de miles, y en discos de alta densidad, este valor puede superar los 100.000 TPI. Cuantas más pistas quepan en una pulgada, mayor será la capacidad de almacenamiento.
2. Bits por pulgada (BPI): mide la densidad de datos a lo largo de cada pista. El BPI puede variar según la tecnología de grabación utilizada y puede alcanzar miles o incluso millones de bits por pulgada en discos de alta capacidad.
Para calcular la densidad del área, debes multiplicar el TPI por el BPI:
Por ejemplo, si un disco duro tuviera 100.000 pistas por pulgada y 1.000.000 de bits por pulgada, la densidad del área sería:
Densidad de área = 100.000 × 1.000.000 = 10^11 bits por pulgada cuadrada.
Este valor indica cuántos bits se pueden almacenar en un área de 1 pulgada cuadrada en el disco duro.
Avances recientes en la densidad del área del disco duro
En los últimos años, ha habido enormes avances en la densidad de área de los discos duros. Estos avances están impulsados por tecnologías cada vez más sofisticadas que permiten empaquetar más datos en un área cada vez más pequeña. Históricamente, los discos duros tenían una densidad de área muy baja, pero a medida que aumentó la demanda de más almacenamiento, los ingenieros buscaron formas de aumentar esa densidad.
1. PMR
Una de las primeras innovaciones importantes fue la Grabación Magnética Perpendicular (PMR). Antes de PMR, la grabación magnética en discos duros se realizaba longitudinalmente, lo que limitaba la densidad del área. Con la grabación perpendicular, las partículas magnéticas se orientan verticalmente con respecto al disco, lo que permite que las pistas estén más juntas y aumenten la densidad de almacenamiento.
2. HAMR
En los últimos años, una de las tecnologías más prometedoras para aumentar la densidad de área ha sido HAMR (Grabación magnética asistida por calor). Esta tecnología utiliza un láser para calentar momentáneamente el área del disco donde se escriben los datos, permitiendo que los bits se escriban de forma más densa y estable, con el objetivo de optimizar la capacidad de almacenamiento.
3. MAMR
Otra tecnología innovadora es MAMR (Grabación magnética asistida por microondas), que utiliza microondas para proporcionar la energía necesaria para registrar datos a densidades más altas.
4. TDMR
La grabación magnética bidimensional (TDMR) es una tecnología que aumenta la precisión al leer datos a altas densidades. Al utilizar múltiples cabezales de lectura para capturar información de la misma pista, los discos duros con TDMR pueden reducir el ruido de la señal causado por la interferencia entre pistas. Al releer la ruta con un sensor adicional colocado muy cerca, los efectos de las interferencias se pueden reducir significativamente.
5. Almacenamiento en capas de nanotecnología
Con la nanotecnología, los fabricantes de discos duros están explorando la posibilidad de crear capas magnéticas extremadamente delgadas y altamente controlables. Esto permitiría la creación de senderos aún más delgados y compactos, aumentando aún más la densidad del área.
Investigaciones recientes señalan al grafeno como un material prometedor para reemplazar los recubrimientos a base de carbono (COC) para el almacenamiento de densidad ultraalta en medios magnéticos.
TPI y BPI: caminos para aumentar la densidad del área
Como se mencionó anteriormente, hay dos formas principales de aumentar la densidad de área de un plato de disco duro: aumentar la cantidad de pistas por pulgada (TPI) y aumentar la cantidad de bits por pulgada (BPI).
Aumentar el TPI
Aumentar el TPI significa que se apilan más pistas en un área más pequeña. Este es un desafío técnico importante, ya que cuantas más pistas se colocan en un disco, mayor es la posibilidad de que se produzcan interferencias magnéticas entre ellas. Sin embargo, los avances en materiales y tecnologías de grabación, como la grabación perpendicular y las técnicas de control del flujo magnético, han permitido este aumento de densidad.
Aumentar el BPI
Aumentar el BPI implica una mayor compresión de bits a lo largo de una pista. Esto requiere no solo una mayor precisión en los cabezales de lectura/escritura, sino también el uso de tecnologías avanzadas como el microondas o la grabación asistida por calor, que permiten manipular los bits con mayor precisión.
Conclusión
La densidad de área en los discos duros es uno de los factores cruciales que determinan la capacidad y el rendimiento de los discos duros. A medida que la tecnología evoluciona, los fabricantes pueden aumentar la densidad de almacenamiento, lo que resulta en discos duros con mayor capacidad y menores costos por gigabyte. Las tecnologías que se están explorando, como HAMR y MAMR, tienen el potencial de transformar el mercado de HDD, ofreciendo más espacio de almacenamiento en discos de 3,5 pulgadas, incluso para aplicaciones que requieren una capacidad de datos extremadamente alta.
Además, las innovaciones en TPI y BPI seguirán desempeñando papeles vitales a medida que los ingenieros busquen equilibrar las demandas de una mayor capacidad y una mayor confiabilidad de lectura/escritura. El futuro de los discos duros parece prometedor, con densidades de área que aumentan exponencialmente, lo que podría satisfacer las crecientes necesidades de almacenamiento en una variedad de industrias, desde el sector de servidores hasta la informática personal.
