HDDの中はナノメートル単位の精密機械だった

HDDの中で、データを読み書きするヘッドは、回るディスクのすぐ上を飛んでいます。すき間は読み書きする所でおよそ1〜2ナノメートル、データの列の間隔は約50ナノメートル。なぜここまで精密でないといけないのか、どうやって保っているのかを、3DCGで拡大して追いかけます。 空気でヘッドを浮かせる「空気のばね」、ヒーターでさらに近づける方法、位置の印を読んでトラックをたどる仕組み、止めるときに坂へ逃がす仕組み、そして最新の熱アシスト記録(HAMR)まで。 0:00 冒頭 0:36 1章 なぜナノメートルの精度が要るのか 2:54 2章 ヘッドはどうやって浮いているのか 4:38 3章 どうやって、さらに近づけるのか 6:07 4章 1本のトラックを、どうたどるのか 8:04 5章 何がヘッドをずらし、どう抑えるのか 9:35 6章 止めるとき、ヘッドはどうするのか 10:28 まとめ ※すき間の1〜2ナノメートルは、2015年の研究報告で、ヒーターで近づけた読み書きする所の値です。製品ごとの値は確認できませんでした。ヒーターを使わない浮く高さ(約10〜12ナノメートル)は、研究で紹介された設計の値です。 ※トラックの間隔(2019年の約58ナノメートル、2026年の約50ナノメートル)は、東芝の製品資料の平均の密度から計算した目安です。時速130キロは、直径およそ10センチ(95〜97ミリ)のディスクを毎分7200回転で回したときの外側の速さの計算で、内側ほど遅くなります。 ※「1ナノメートル離れると信号は4分の3ほど」は、上向きと下向きが20ナノメートルで一回りする並びで、離れるほど弱まる関係(スペーシング損失)から計算した例です。「ふくらんだ量の6割ほど」は、2010年の研究の計算の例です。 ※「1秒に約3万回」は、研究の実機の印の配置(1周に256か所)と毎分7200回転からの計算です。いまの製品の印の数は確認できませんでした。 ※圧電素子による細かい動き、回転に合わせて繰り返すずれの先回りの補正、揺れのセンサー、ヘリウム、電源が切れたときの発電は、一部の製品の工夫です。製品や世代によって、仕組みは異なります。 ※坂(ランプ)を使わず、ディスクの内側の決まった帯に着地させる方式(CSS)の製品もありました。 ※空気を使うHDDは、フィルターの付いた小さな穴で外と気圧を合わせるため、動かしてよい高さが製品ごとに決まっています(例:3,000m程度まで)。 ※ヘッドとディスクのすき間はほこりよりはるかに狭いので、HDDのふたは開けないでください。強いクリック音が続くときは故障の疑いがあります。 ※3Dは特許・論文の図と製品資料をもとにした模式で、特定の機種の再現ではありません(ヘッドの底の形は研究の設計の例)。すき間・ふくらみ・トラックの間隔は大きく描き、空気の流れ、圧力の色、磁気の矢印、位置の印の数も模式です。 ※ナレーションはAIの合成音声です。 【参考資料】 ・Marchon ほか「The Head-Disk Interface Roadmap to an Areal Density of 4 Tbit/in²」Advances in Tribology(2013) ・Matthes・Brunner・Knigge・Talke「Head Wear of Thermal Flying Height Control Sliders as a Function of Bonded Lubricant Ratio, Temperature, and Relative Humidity」Tribology Letters(2015) ・Liu・Zheng・Bogy(UC Berkeley CML)「Thermal Flying-Height Control Sliders in Hard Disk Drives」ほか技術報告(2010) ・Juang・Bogy・Bhatia「Air Bearing Surface Design for Flying Height Control Slider with Piezoelectric Nanoactuator」(2005) ・東芝レビュー 74巻6号(2019)・76巻6号(2021)・81巻5号(2026)の3.5型HDDの製品開発論文 ・東芝 MG09SCA/SCP SAS Specification(2021) ・Seagate Exos X24 Product Manual(2023)、Seagate「HAMR」技術資料(2017)、Seagate報道発表「次世代Mozaic 4+を発表」(2026年3月3日) ・Western Digital「Explained: Helium Hard Drives」(2023)、技術資料(2020・2024) ・HGST「Rotational Vibration Safeguard」白書 ・Nie・Sheh・Horowitz「Optimal H∞ Control For Hard Disk Drives With An Irregular Sampling Rate」ACC(2011)、Horowitz ほか「Dual-stage servo systems and vibration compensation in computer hard disk drives」Control Engineering Practice(2007) ・TDK Headway Technologies「Technologies」(2026年10月閲覧) ・特許:東芝 US20240062778A1・US12211529B1、Western Digital US11869541B1・US20240274153A1、Maxtor US7310194B1・US6961203B1、Hitachi GST US7274529B2、古河電気工業・UACJ WO2022107680A1 #技術の種明かし #HDD #ハードディスク #仕組み #3DCG