接下来，我们来详细介绍每种 Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 元素，了解它如何帮助 Seagate 实现突破性磁密度。
超晶格铂合金介质
为追求更高的磁密度，Seagate 开发出超晶格铂合金介质，代表了磁性存储介质的一项重大突破。这一突破性技术通过使代表数据的磁位更难翻转，解决了纳米尺度下磁不稳定性的挑战。为了开发出“更硬”的存储层，即比传统硬盘具有更高磁矫顽力的存储层，Seagate 工程师打造了一种超晶格结构，其中每个原子的精准布局都起着至关重要的作用。
在 Mozaic (魔彩盒) 平台中，数据必须以磁位的形式存储，并且位密度要比传统 PMR 硬盘更高，因此必须从头开始重新思考记录介质。Mozaic 3+™ (魔彩盒 3+) 介质使用先进的材料和结构，能够以远超过去任何硬盘技术的精度写入数据。该介质不再只是一个被动元件，而是数据存储过程的主动参与者，允许在相同的物理空间内存储更多数据。
这项技术的本质在于使用铂 (Pt) 和铁 (Fe) 粒子，它们构成了 Seagate Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 硬盘的记录载体。每个纳米粒子的大小只有几纳米，可以充当一个独立的数据位。这种介质具有高磁矫顽力，意味着材料的磁取向不会随着时间而变化，确保每个数据位保持稳定，不会因为相邻数据的写入而发生改变，由此实现了纳米级细粒度，同时防止数据位之间出现磁扰动。这种创新技术使得 Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 以令人惊叹的精度写入数据，同时保持周围数据的完整性。
记录介质的特有磁合金有利于预先确定磁取向。这种取向对于稳定单个数据位的磁态至关重要，从而减少其对热波动的敏感性。另一个至关重要的原因在于，Seagate 选择了化学有序的颗粒状铁铂 (FePt) 合金。其具有高磁各向异性，能够满足记录位实现记录磁密度所需的稳定性。
在超晶格铂合金介质中实现高度有序是成就 Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 技术的关键。这涉及到精密的制造工艺，需使用外延生长将 FePt 薄膜沉积在特殊玻璃衬底上的结晶衬层上。这些衬底充当模板，在沉积过程中决定 FePt 颗粒的取向和排序。随后的高温退火进一步促进了 FePt 颗粒的有序排列，导致相变，增强了介质的磁性能和晶粒取向。
这种精密控制的复杂工艺确保超晶格铂合金介质能提供一个坚固、稳定的平台，用于高密度数据存储。超晶格结构中原子的精确排列使得 Seagate 介质能够显著提高 Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 硬盘的磁密度，标志着数据存储技术的重大进展。
等离子写入器
由于该介质在磁性上变得“更硬”以防止数据不稳定，因此，这种设计需要有革命性的写入器。
写入器操作的核心在于能够精准地加热超晶格铂合金介质，需要在两纳秒内将温度升高至 800 ℉（426.67 ℃）以上。这种迅速的热循环对于 Mozaic (魔彩盒) 实现高效的记录过程至关重要。 这项操作十分复杂，需要将一束精确控制的激光通过光子漏斗引导至量子天线。这些组件共同创建一个等离子场，加热磁碟上的一个聚焦区域，以准备好接受磁芯写头写入的数据。
磁芯写头的设计经过演变迭代，可与 Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 技术无缝集成。从激光集成到耐磨性，每一处改进都经过深思熟虑，旨在提高 Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 的效能。
等离子写入器的组成部分
等离子体写入器由传统的磁芯和三个开创性的新元素组成，每个元素都具有特定的功能，以实现在 Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 平台内的写入操作：纳米光子激光、光子漏斗和量子天线。
我们来详细了解每个新元素：
纳米光子激光：
纳米光子激光是 Seagate 广泛创新的产物，它改变了数据存储技术的格局。
该激光负责提供能量，短暂改变超晶格铂合金介质的磁性质，准备好聚焦区域以进行数据写入。这种能量效应的精确性和短暂性使得每个磁盘上可存储的数位密度得以增加。通过与光子漏斗和量子天线协同精密控制，激光只会加热介质上必要的纳米颗粒，降低它们的磁阻，使数据能够在更低的磁场强度下写入。受控的加热确保只有正在写入的位受到影响，而周围数据保持稳定和完整。
Seagate 开创了一种成本更低且可扩展的工艺，将激光与先进的记录头技术相结合。Seagate 进行了广泛的表征，确保我们内部制造的激光与其他领先制造商保持相同水平的一致性和质量，从而实现了长期的供应灵活性。
我们对纳米光子激光的设计考虑周密入微，重点关注激光的类型和波长、功率输出、光束质量以及调制控制等因素。每个参数都经过微调，以确保激光在写入过程中的有效性和精度。集成到写头中是一项精确的对准工作，确保通过光子漏斗传送的激光束通过量子天线准确聚焦在记录介质上。
热管理是激光设计的另一个关键方面。Seagate 采用高效冷却机制来耗散记录过程中产生的能量，从而保持稳定性和可靠性。这些设计优化不仅仅是为了实现更高的磁密度，它们可确保 Seagate 通过 Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 平台，继续保持在可持续和可靠的大容量数据存储领域的领导地位。
光子漏斗：
光子漏斗是以严格的准确度将激光光束直接导向量子天线的波导。结合运用先进材料科学和纳米制造，光子漏斗的结构设计旨在限制激光的路径，保持光束在传播至目标时的完整性和功率。材料的选择需要深思熟虑；高折射率对于高效引导光线、减小散射或损耗至关重要。
Seagate 在波导技术方面的突破不仅体现在材料选择上，还包括结构设计。光子漏斗的几何形状和尺寸经过精心计算，可确保高效的模态匹配，即光线与量子天线之间的协同作用，以最大程度地提高能量传输效率。这种精确度不仅仅在于控制光线，更是强化数据存储潜力的关键。通过提供聚焦光束在记录介质的精确点加热，漏斗是 Seagate 能够增加磁密度的关键所在，使得更多的数据能够储存在硬盘的同一物理空间内。
大批量生产这种元件要求 Seagate 突破传统方法开拓创新。热管理策略是漏斗设计中必不可少的一部分。Seagate 的冷却机制确保漏斗在最佳温度范围内工作，保持稳定性，延长记录头的使用寿命。
量子天线：
量子天线是由 Seagate 工程师发明的，融合了极其复杂的量子物理学和材料科学技术，旨在增强 Mozaic (魔彩盒) 的记录能力。
其主要功能是在极其精准的尺度上将激光能量转换为热能，实现平台的高密度数据写入。主要工作原理是通过生成表面等离子激元，即金属表面的电子受光诱导而发生量子级振荡。这种转换过程具有高度局部化的特点，仅影响写入数据的磁盘区域。
Seagate 开发量子天线需要在多个领域实现创新。天线本身就是精心制造的产物，根据光学吸收性能和耐受记录过程中热量影响的能力而选择了适合的材料。专注于等离子体特性使得量子天线能够有效地限制激光的能量，实现集中而精准的加热。
在写头组件中集成量子天线是设计中至关重要的一个方面。这需要精准对准，以确保激光的能量准确聚焦在记录介质上，实现逐位写入数据所需的精确定位加热。
量子天线作为转换器，将入射的激光光线转化为高强度的近场电磁场。然后利用这个电磁场局部加热记录介质，超过其居里温度，降低磁位的矫顽力，使其重新排列，从而写入数据。量子天线的设计增强了激光近场能量与写头磁场之间的协调，以确保精度。
该设计还融入了先进的热管理策略。这对于确保以所需的精度进行快速加热和后续冷却至关重要，以保持周围数据的完整性，维护存储过程的总体稳定性。
量子天线是帮助硬盘实现更高磁密度的主要因素。它代表了传统记录技术的重大进步，实现了在纳米尺度上操作数据的能力。
磁密度提高
在这些等离子写入器组件的协同租用下，磁密度大幅提升。通过解决整合激光二极管、精确控制漏斗和优化量子天线方面的挑战，Seagate 的 Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 技术能够以比过去任何硬盘都更密集的方式编码数据。这得益于热管理、材料工程和组件微型化方面的进步，体现了创新与实际应用之间的平衡。
12nm 集成控制器
12nm 集成控制器的作用体现在多个方面。以优化的 TCO 大规模交付这种磁密度需要采用一种独特的方法，能够控制硬盘上的一切电子元件，从执行到记录和安全。这就需要一个集成控制器，即完全由 Seagate 硅设计专家自主开发的片上系统 (SOC)。
该控制器整合了读取通道、磁盘管理和数据交换协议，成为硬盘的操作核心。它控制主轴转速，管理磁头移动，并以前所未有的精度执行读取、写入和运动控制。将多个功能集成到单一的硅晶片上足以证明其技术的复杂性。这个定制的 SoC 非常适合这一应用，并经过特定计算、速度、内存和功率效率优化，有助于减少浪费。
控制器包含 Seagate 自有的高性能 RISC-V CPU 等创新技术，这是有史以来首次用于控制硬盘功能的 RISC-V 处理器，与先前的解决方案相比，性能提高了三倍。通过这种性能提升，先进算法得以实现，进而帮助提高磁密度。
记录改进包括自动多圈恢复（AMRR，用于自动化高影响数据恢复操作）、自动相邻轨道干扰消除 (ATIC) 以及增强的迭代外部码（IOC，负责将 LDPC 解码的修正能力与基于轨道的 ECC 结合起来）。
12 纳米集成控制器的一个关键特性是其伺服核心，设计用于更精确地定位数据轨道。处理器拥有经过优化的微架构，加上特定于指令的延迟缩短，能够在关键伺服工作负载中提供增强性能。这包括实时处理干扰检测、自适应控制特性、前馈补偿和高采样率计算。该处理器执行相同数量的工作所需的时间不到以前的处理器的一半，这一点非常重要，因为需要对伺服进行快速实时调整，使执行器能够保持在非常窄的数据轨道上。
由于硬盘现在每英寸拥有超过百万条数据轨道，哪怕是环境声音都可能影响执行器的准确性。Seagate 伺服处理器以皮秒为间隔运行，每秒处理高达 40 亿位，执行复杂的算法以抵消潜在的干扰，并通过实施驱动器磁头的三阶段执行器所需的精准移动，保持硬盘的跟踪精度。
Seagate 控制器包括一个完全定制的读通道模拟前端，以超过 4Ghz 的速率进行采样，相当于每四分之一纳秒进行一次新的采样。而且，这些处理增强并不会影响功率效率。
从 28 纳米芯片过渡到 12 纳米芯片是技术上的又一次飞跃，可帮助降低芯片成本和功耗。这种工艺技术的转变对于在相同芯片面积内容纳更多晶体管、降低电压需求并提供改进的电源特性至关重要。
RISC-V 架构起到了关键作用，提供有利于特定应用计算任务的定制化，包括模拟和机器学习模型训练。此外，使用开放安全架构为当今以数据为中心的环境十分重视的安全数据传输铺平了道路。
此外，Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 还有些特定修改，如“Mode-hop”缓解，进一步增强了硬盘的可靠性和性能，确保 Seagate 旗舰企业硬盘在高密度存储解决方案中保持领先地位。
通过集中管理从设计到制造的整个过程，Seagate 保障了对硅芯片集成和性能的直接控制权，因此而成为唯一具有这种能力的硬盘制造商。
第 7 代自旋电子读取器
更小的写入数据颗粒只有在能够被读取时才能发挥作用。该读取器与等离子写入器的子组件一起集成，也需要不断进化。Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 采用量子技术，包括全球最紧凑、最敏感的一种磁场读取传感器“第 7 代自旋电子读取器”。
第 7 代自旋电子读取器的关键特性在于超窄轨道宽度，确保从目标轨道精准读取数据，尽可能减少来自相邻轨道的串扰。
该读取器的核心在于隧道磁电阻效应，这是一种量子力学现象，即磁性隧道结 (MTJ) 中的电阻会根据被绝缘层隔开的磁性层的相对方向而变化。读取器的设计可确保高分辨率磁性读回，尽可能减少轨道间干扰，这对于准确读取 Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 硬盘中比传统硬盘更小、更密集的记录位至关重要。
读取器包括一个复杂的层叠结构，集成在读头组件中。该层叠结构包括各种磁性和非磁性层，每一层在读回过程中发挥特定的作用。这些层共同工作，将记录位的磁信号转换为电信号，然后对其进行处理和解码以检索存储的数据。
磁性层的组成和性质经过精心选择，可提供最佳性能。磁性层包括自由层 (FL)，对来自记录数据的外部磁场敏感；参考层 (RL)，维持稳定的磁定向；以及合成反铁磁体 (SAF)，作为缓冲层，防止 RL 的磁定向影响 FL。
为了使读取器层叠能够用于 Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 技术，我们选择了具有热稳定性的材料和层厚，以承受写入过程中的温度波动。隧道结的阻挡层采用氧化镁 (MgO)，经过受控氧化，可调整读取器的灵敏度和效果。
读取器的层叠结构是使用多室沉积工艺在持续的真空条件下构建的，以防止污染。在层叠过程中所需的精度要求对每一层的厚度实施精确控制，这对于读取器的性能至关重要。
Seagate 的创新层叠设计优化了灵敏度和信噪比，实现了从 Seagate 的超晶格铂合金介质中的准确读回，并使 Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 硬盘实现了更高的数据密度。
跳脱云之外：所有数据密集型应用的未来
Seagate 的 Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 技术将在满足不断增长的数据密集型应用的需求方面发挥关键作用。从企业到云数据中心，跨多个领域的数据呈现指数级增长，这需要更加经济高效的数据存储解决方案，也是推动 Seagate 追求更高磁密度的动力。
受益于磁密度进步的数据密集型应用包括需要大量数据集进行训练的机器学习模型、需要存储和传输 4K 和 8K 内容的视频流服务，以及积累大规模基因组序列的医学研究数据库。
Seagate 的 Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 平台不仅将为超大规模和云数据中心带来这些技术进步，还有各种存储产品。
随着这项技术陆续集成到 Seagate 的各种硬盘系列中，如 IronWolf Pro、SkyHawk 和 Exos，其种种益处也将显现在各种应用中，从多云和混合云环境到大容量和中等容量存储需求。各类数据密集型应用将越来越依赖于 Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 提供的大容量的高效解决方案。
Seagate 的 Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 不仅仅是一项技术进步，更是对支持数字世界持续增长的承诺。该平台的磁密度技术将在支持数据密集型应用的持续增长方面发挥基础性作用，为新服务的开发和现有服务的扩展奠定基础。
展望未来，存储、访问和利用大量数据的能力将成为推动创新、充分发挥数字时代潜力的核心要素。Mozaic 3+ (魔彩盒 3+) 的问世说明 Seagate 不只是紧跟数据爆炸性增长的步伐，更是主动引领发展，推动存储解决方案朝着激发无限数据潜力的未来发展。
