利用鍶鐵氧體磁性粒子，現在一捲磁帶可以儲存580 TB的資料

580 TB資料能存一捲盤磁帶上？沒開玩笑，這是已經是事實了。

IBM和富士軟片一項技術突破顯示，他們已找到方法將單盒磁帶容量提升到580 TB。

這大約相當於12萬張DVD儲存量，如果要存在256GB的SD記憶卡上，那得拿來2320張。這個數字一舉刷新了磁帶儲存密度的世界紀錄，且相關研究已發表於《IEEE磁學彙刊》。

在不少人印象中，磁帶分AB面，得兩部分加起來才存得下一張音樂專輯，容量連CD也沒法比，再加上速度慢體積大等缺點，2000年出生的人，大概沒看過這東西了。

而磁帶為什麼不僅沒被淘汰，反而突然能存這麼多資料了？

新材料疊加奈米級分布Buff

根據研發團隊披露資訊，磁帶介質應用了超細鍶鐵氧體磁性顆粒。

該材料化學式為SrFe(12)O(19)，是一種黑色具備永久磁性的物質，常用於微波裝置、記錄介質、磁光介質、電訊和電子工業。

以往磁帶是將另一種物質，鋇鐵氧體顆粒，塗覆在儲存介質上。

開啟讀取時，讓磁頭（一塊電磁鐵）接觸磁帶，帶上磁性物質變化形成電磁感應，進而變成資料被讀取進系統裡。反之，寫入則由磁頭施加強磁場，改變磁帶上磁粉的磁性分布。

▲ 圖片來源：hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/

新成果中，研究人員將材料改換成了鍶鐵氧體。

其顆粒比原材料小60%，使之均勻排列在磁帶介質上，可提升儲存密度，實現奈米等級讀取及更高訊號雜訊比。

下圖為電子顯微鏡下，鍶鐵氧體與鋇鐵氧體顆粒大小對比：

更細顆粒的磁性材料不僅可儲存更高密度資訊，也讓磁帶介質表面更光滑。

研究者使用40μm × 40μm原子力顯微鏡觀察鍶鐵氧體與鋇鐵氧體磁帶表面，新材料磁帶面更為光滑，平均粗糙度Ra為1.1nm，原材料Ra為2nm。

更新材料之外，研究團隊還改進生產設備，讓材料更均勻分布在磁性層與非磁性層上，提升表面光滑度。

磁頭也經過切割處理，變成一個斜面，再在讀取部分加入一個20毫米的空氣軸承，進一步減小摩擦力。

對上述改進系統進行測試，團隊發現，當使用超窄的29nm寬度TMR感測器讀取時，其線性密度可達702Kbpi，在電流為22毫安培時，訊號雜訊比（SNR）數值達到最大：

此外，團隊還用上了一套伺服控制器，該設備保證了磁頭在讀取時，可在磁帶面進行相對位置的精確定位，操作精細度達3.2nm。

在上述幾種技術加持下，當磁帶開啟讀取，整個帶面介質以15km/h速度劃過，但磁頭仍可精準找到DNA分子1.5倍寬度的讀取位置。

為減小誤碼率，研究團隊在一塊定制FPGA面板上，實現了四個通道同時讀取，然後對其求平均，結構如下：

研究團隊基於上述系統，測試了大約600萬個樣本資料，編解碼錯誤率隨著更高線性密度而增高，使用64態D3-NPML檢測器可得最佳性能。

該情況下，750kbpi線性密度位元錯誤率（BER）為4.5e-2，正好不高於設定閾值，當線性密度為702kbpi，BER為2.8e-2。

值得一提的是，除了EPR4檢測器外，其他檢測器錯誤率在該線性密度下，誤碼率也均滿足設定要求：

關於未來應用，研究團隊認為，此項成果成本更低、長期耐用、能耗低更安全，將成為技術巨頭、學術機構及超大規模數位基礎設施公司資料歸檔的首選，尤其在安全要求高、資料量龐大的混合雲領域。

不過在何時量產進入實用階段，參與方之一的富士軟片認為，還需十年左右。

磁帶的默默發展

多數人眼中，卡式磁帶淡出我們的視野也已約20年，但它仍在很多我們看不見細分領域得以應用。

就拿網路行業來說，由於磁片讀寫依靠電磁感應，且儲存無需通電，天生處於網路離線狀態，這使得該介質安全性高，斷電也無所謂，常備用於備份資料，包括Google及微軟Azure。

2011年，Google一個軟體更新意外導致Gmail中4萬個帳戶電子郵件被刪除，所幸的是，他們使用了磁帶備份，這些資料得以恢復。

也有諮詢機構建議大型公司考慮將部分資料轉移到磁帶上儲存，存放時間可達30年。

▲ 現代磁帶庫。圖片來源：spectrum.ieee.org

磁帶另一大好處是耐操不易損壞，一捲磁帶從高處落下不太會影響其資料儲存，相比之下，硬碟等介質的環境適應性較差。

油氣地震等野外勘探領域中，還有相當數量的資料被存在磁帶上，再運回資料中心處理分析。相應地，不少細分領域IT工程師仍在做磁帶資源管理系統開發。

▲ 圖片來源：IBM

有需求自然有供給，IBM、索尼、富士軟片、昆騰等技術公司支撐了磁帶這些年來發展與產品推廣。

即使近些年，磁帶容量仍以大約每年33%速度增長，大約兩到三年翻一倍，業內也有人將其稱為磁帶摩爾定律，背後都是這些公司在發力。

當然，藍色巨人IBM在其中扮演了突出角色。

90年代後期，IBM就和惠普及資料儲存公司希捷成立了LTO聯盟，推出了一種更開放的格式，打開終端市場。

2015年他們又與富士軟片合作，使用超小鋇鐵氧體顆粒，實現了商業產品12倍的資訊密度儲存紀錄。

2018年在和索尼合作中，他們將倍數擴大到20倍。

發展至今，在IBM最新LTO-9格式磁帶上，其原始儲存量已可達18TB。

這些升級一方面來自於磁性材料升級，也源於讀寫軌道增加，磁帶盒內及讀取設備的結構升級及控制精度最佳化。

▲ 圖片來源：IBM

磁帶雖說仍在發展，且單位GB的儲存成本更低，但我們普通人目前還用不到。

其原因主要在於讀取寫入設備過於昂貴，而且單捲磁帶仍是線性讀寫方式，其資料傳輸速度相對較低，對大眾來說，還是機械硬碟等存放裝置更合適。

▲ IBM 磁帶驅動設備

資料來源：