CN110931057A - 具有磁性头-盘接口（hdi）的数据存储盒 - Google Patents

具有磁性头-盘接口（hdi）的数据存储盒 Download PDF

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Abstract

本申请公开了具有磁性头‑盘接口(HDI)的数据存储盒。用于盒库存档系统中数据存储的装置。在一些实施例中，提供了多个便携式数据存储盒。每个盒具有密封的壳体，该壳体包封具有与可旋转数据记录介质相邻的磁数据换能器的至少一个头‑盘接口(HDI)。访问站具有控制电子器件，该控制电子器件被配置为在存储器和加载到访问站的所选择的盒的换能器之间传输数据信号。访问站进一步具有外部音圈电机(VCM)，外部音圈电机被配置成接合所选择的盒的换能器并跨介质的记录表面推进换能器。传送机构可以用于自动地将盒加载到访问站。多个盒可以被顺序地或同时地加载以支持多种数据传输操作。

Description

具有磁性头-盘接口(HDI)的数据存储盒
发明内容
本公开的各种实施例总体上涉及盒库存档存储系统，其使用可旋转磁记录介质和相关联的磁数据读/写换能器来存储数据。
在一些实施例中，提供了多个便携式数据存储盒。每个盒具有密封的壳体，该壳体包封具有与可旋转数据记录介质相邻的磁数据换能器的至少一个头-盘接口(HDI)。访问站具有控制电子器件，该控制电子器件被配置为在存储器和加载到访问站的所选择的盒的换能器之间传输数据信号。访问站进一步具有外部音圈电机(VCM)，该外部音圈电机被配置成接合所选择的盒的换能器并跨介质的记录表面推进换能器。传送机构可以用于自动地将盒加载到访问站。多个盒可以被顺序地或同时地加载以支持多种数据传输操作。
鉴于以下详细讨论和附图，可以理解表征本公开的各种实施例的这些和其他特征和优点。
附图简述
图1提供了根据本公开的各种实施例的头-盘接口(HDI)的功能框表示。
图2示出了使用如图1描绘的一个或多个HDI的数据存储系统。
图3A和3B示出了可以被用于一些实施例中的不同的轨道格式。
图4是根据各种实施例的盒存档存储系统的功能框图。
图5示出了图4的系统的机柜空间。
图6描绘了图4的系统的传送机构。
图7是图4的访问站的功能表示。
图8是一些实施例中的HDI盒的示意性表示。
图9A和9B示出了盒的不同激活方案。
图10A和10B示出了盒的替代配置。
图11示出了盒壳体的示意性描绘。
图12示出了访问站的键控激活轴。
图13示出了访问站的传感器模块。
图14示出了系统与多个盒同时进行的交互。
图15是存档存储例程的流程图。
图16示出了根据一些实施例有用的存储器层级结构。
具体实施方式
本公开总体上涉及使用具有磁性头-盘接口(HDI)的可移动盒以将用户数据存储在盒库存档系统中。
大容量存储系统使用多个数据存储设备来提供高数据容量的非易失性存储器(NVM)存储空间。这些设备可以一起物理地组合到机架或其他存储包壳中，并且可操作地连接以在更大的网络系统中提供存储节点。
本领域中可获得各种各样的数据存储介质以提供NVM存储器。这些包括固态存储器(例如，NAND闪存)、可旋转磁记录盘、可旋转光盘、磁记录带等。这些中的每一个和其他形式的存储介质具有各种优缺点，包括不同的有效传输速率、访问时间、使用寿命、成本等。
长期存储，也称为冷存储或存档存储，可以通过使用具有一群便携式数据存储盒的盒库存档系统来实现。盒被布置在机架或其他布置中。传送机构(例如，机械臂)选择并加载各种盒到中央读/写数据访问站，以促进利用容纳在盒内的数据存储介质的数据传输操作。此类系统提供大量的存储容量，尽管与其中所有存储介质都保持在可同时访问状态中的其他数据存储系统相比处于相对较低的平均数据传输速率。
本公开的各种实施例总体上涉及用于存储数据的装置和方法。如下文所解释的，一些实施例提供具有布置在机柜空间(也称为机架或包壳)内的一群便携式数据存储盒的盒库存档系统。每个盒包括密封壳体，该壳体包封至少一个可旋转磁记录介质(盘)和至少一个数据读/写换能器(头部)。
每个头部被配置为通过由盘的高速旋转建立的大气流在对应盘的磁记录表面附近被空气动力学地支撑。(多个)头部使用致动器跨(多个)记录表面被径向地推进。头部被配置为向限定在记录表面上的数据轨道写入数据。
头部和盘表面的每个组合被称为头-盘接口(HDI)，因此本公开的盒可以被表征为各自有至少一个HDI的HDI盒。每个盒的密封壳体保护(多个)HDI远离可能干扰盒的操作的污染物。
传送机构(例如，机械臂)具有被配置为选择性地将每个盒从机柜空间内的非活跃位置依次加载到活跃位置的末端执行器。访问(读/写)站被提供在活跃位置处并且适于接收所加载的盒。
访问站具有电气接口和机械接口。电气接口被配置为向盒的有源元件提供电功率、数据和控制信号。机械接口包括外部主轴电机和外部音圈电机(VCM)。主轴电机被配置为以所选择的旋转速度使(多个)磁记录盘旋转。外部音圈电机(VCM)被配置为使致动器旋转以将头部放置在记录表面附近。
以这种方式，如本文所体现的本系统中的每个盒与传统的硬盘驱动器(HDD)类似，但是不具有对于以其他方式使盒能以独立的方式操作将是必要的某些机械和电气特征。因此，每个盒通常采用HDD减去主轴电机、VCM、控制电子器件、和/或可以从盒卸载并由访问站供应的其他元件的形式。从各个盒中移除这些元件有利于在访问站级进行合并，这允许以极低的成本提供具有磁盘存储益处的大规模的高容量存储系统。
以对示出数据存储系统100的多个方面的图1的评论开始，可以理解本公开的各种实施例的这些和其他特征和优点。系统100包括与可旋转磁记录介质(盘)104相邻的读/写数据换能器(头部)102。盘104被配置为由主轴电机106以所选择的旋转速度旋转。
盘104设有数据记录表面108，由头部102以下文解释的方式将数据写入数据记录表面108。薄层润滑剂110可以被保持在记录表面108上以减少来自头部102和盘104之间的无意接触的损害。磁头和磁盘记录表面的这种组合被称为头-盘接口(HDI)。虽然图1中仅示出了单个HDI，但是将理解的是，可以通过在盘104下方提供名义上与头部102相同的第二头部来形成第二HDI，以访问记录表面108的相对侧上的下记录表面。
头部102包括具有面对盘表面108的空气轴承表面(ABS)114的滑块112。ABS 114被配置为响应于由盘的高速旋转建立的大气流，而使滑块112维持在与盘104的稳定的空气动力学支撑关系中。虽然滑块112被示出为名义上平行于盘，但实际上滑块可以以所选择的姿态“飞行”，例如，与滑块的前缘相比，后缘保持更靠近记录表面。
各种有源元件结合在滑块112中或在其上，以支持与盘104的数据传输操作。图1所示的元件包括写入元件(W)116、读取传感器(R)或读取器118、激光二极管(L)120、飞行高度调节机构(F)122以及传感器(S)124。这些各种元件仅为示意性的而非限制性的，因此，可以省略这些元件中的一个或多个，并且可以根据需要将一个或多个其他元件(例如，微致动器、NFT、温度传感器等)结合到头部设计中。
写入元件116可以采用磁写入线圈的形式，该磁写入线圈适于建立时变磁场以将相应的磁图案写入记录表面108的嵌入式记录层126。在没有限制的情况下，可以设想写入元件采用具有相关联的磁导极结构的垂直磁写入线圈的形式，但是也可以使用其他形式。
读取器118可以采取磁阻(MR)传感器的形式，该磁阻传感器适于响应于通过传感器传递到由表面108的选择性磁化产生的磁场的偏置电流的幅度变化而检测由写入元件写入的磁化图案。因此，读取器118感测并返回先前写入记录层126的数据。
激光二极管120形成热辅助磁记录(HAMR)系统的一部分，该系统引导电磁能量以在写入操作期间提供对存储盘104的局部加热。HAMR系统将介质的温度升高到处于或高于介质的居里温度(Curie temperature)的级别，从而暂时降低介质的磁矫顽力，以便于将数据写入记录层。
飞行高度调节机构122可以包括电阻元件或类似结构，该电阻元件或类似结构通过滑块112的热膨胀来调节滑块112和表面108之间的飞行高度(间隙距离)。传感器124可以是接触传感器、接近度传感器或用于在操作期间检测滑块的相对飞行高度的变化的其他形式的传感器。
滑块112由头部万向架组件(HGA)128机械地支撑，该头部万向架组件128将滑块放置在跨表面108的不同径向位置附近。HGA 128可以被配置为允许滑块在滑块邻近旋转盘的飞行期间沿着多个轴在有限范围内旋转(例如，俯仰、偏转、滚动)。
图2示出了在一些实施例中包含根据图1描述的一个或多个HDI的数据存储系统130的功能框图。系统130包括顶级控制器132，该顶级控制器132在与主机设备(未单独示出)的数据传输期间提供系统的整体通信和控制。控制器132可以采用硬件电路和/或一个或多个可编程处理器电路的形式，这些硬件电路和/或一个或多个可编程处理器电路执行存储在控制器存储器133中的程序指令(例如，固件)。
数据路径贯穿系统以电路形式被建立，该数据路径包括主机接口(I/F)134、通道电子器件、以及前置放大器/驱动器电路(前置放大器)140，该通道电子器件包括写入通道136和读取通道138。缓冲存储器142在主机和(多个)HDI之间的数据传输操作期间临时存储数据集。
为了执行写入操作，主机提供写入命令以及要被写入系统130的相关用户数据(写入数据)。写入数据被布置成固定尺寸的可寻址块(例如，逻辑块地址或LBA)，这些可寻址块由写入通道138编码并被提供给前置放大器140，该前置放大器140进而将适当的双向写入电流施加给写入元件116(参见图1)，以将由写入通道编码的相关写入数据写入相关联的盘104。
为了执行读取操作，主机提供读取命令给请求的一组用户数据(也被称为读取数据或回读数据)。读取数据由读取器118通过与记录层126的磁相互作用感测，由前置放大器140约束(condition)，并且由读取通道138处理以将请求的数据返回给主机。
给定的写入或读取命令将包括传输所标识数量的通过逻辑地址(例如，LBA)标识的用户数据块的指令。尽管LBA被用作逻辑块寻址的说明性示例，但是包括键-值等的其他寻址技术也可以被使用。系统130将维持跟踪物理地址(例如，物理块地址或PBA)的映射结构，在该物理地址处各种LBA存储在系统内。
闭环伺服控制电路144将(多个)头部102放置在相关的(多个)盘104附近，以执行这些和其他数据访问操作。伺服控制数据被写入各种数据记录表面108(图1)，由读取通道138的解调部分解调，并作为位置输入提供给伺服电路144。作为响应，伺服电路144将诸如控制电流的控制输入施加给耦合到(多个)头部102的音圈电机(146)。伺服电路144还提供诸如主轴电机电流的速度控制输入给主轴电机106，以维持盘处于需要的旋转速度。
各种数据记录表面108可以被布置成具有一群数据轨道，诸如图3A中150处所表示。数据轨道150包括嵌入式伺服字段152，该嵌入式伺服字段152围绕相关表面成角度地间隔开，并且可以像轮子的轮辐一样跨相关表面径向地延伸。在沿着给定半径的每对相邻的伺服字段152之间是数据区域154，在数据区域154中一个或多个数据扇区被布置为存储用户数据。每个数据扇区可以被配置为存储固定数量的用户数据，诸如512字节(B)、1024B、4096B等。
在一些情况下，叠瓦式磁记录(SMR)技术可以被应用，如图3B中的一组叠瓦式轨道160所示。SMR通常涉及写入轨道的带，使得每个连续被写入的轨道与该带中的先前写入的轨道部分地重叠。这利用了诸如116(图1)的写入元件的有效宽度可以比相关读取器(118)的有效宽度宽的事实。在这种情况下，更大的数据密度可以通过以下操作在记录表面上实现：最初关于写入元件的有效操作能力而写入轨道，然后将轨道的径向宽度修整为对应于读取器的检测能力的宽度。
各种轨道150、160可以是嵌套的同心轨道，使得每个轨道以不同的标称半径被写入，或者轨道可以是在所选择的径向方向上(例如，朝向盘的最内或最外直径)连续推进的螺旋轨道。
根据各种实施例，系统130描绘了盒库存档存储系统200的多个方面，系统200的功能块表示在图4中提供。通常，系统200作为大容量存储系统操作，为存档数据提供大规模数据存储能力，存档数据即在被请求时不一定需要是立即可访问的数据。
存档数据有时被称为冷数据，因为系统将被配置为在可以执行数据访问操作之前容忍明显更大量的延迟；也就是说，在响应于主机命令可以将写入数据写入系统或者可以从系统检取读取数据之前，可能存在大量延迟。根据系统配置，与冷存储相关联的延迟可以在几百毫秒(ms)到几秒或更长的范围内被衡量，但不限于此。
这与所谓的热数据形成对比，热数据通常需要是立即可访问的，即具有相对少量的延迟，诸如(不限于)小于1毫秒到几毫秒或更多的量级。将理解，诸如“热数据”和“冷数据”之类的术语必然是相对的和不精确的，并且将取决于介质类型以及控制器能力的样式和布置。尽管如此，对于本领域技术人员和具有设计和使用这种系统的现实生活经验的人，这些术语在数据存储上下文中是有用的。
无论在给定系统中存在什么总体性能能力，热数据都是被赋予优先级并分配给存储器层级结构中的促进以相对高的数据传输速率的高效的读取和写入传输的区域的数据类型。这种热数据处理系统的示例包括多设备存储包壳，其中诸如SSD、混合SSD、HDD等的多个存储设备同时保持在操作就绪状态，以提供由这样的多个设备形成的操作随机访问存储器空间，以促进以由与系统相关的限制(例如，处理器和通道的IOPS速率等)决定的速率的大规模的数据传输。
相反，冷数据被理解为存储在存储器层级结构的相对较慢的方面中的数据类型，并且因此可以表示备份数据、在相对不频繁的基础上引用的数据、快速传输不一定是关键任务的数据，等等。尽管不是限制性的，但是冷数据存储通常以这样的方式布置，该方式为在没有先采取某些措施以将记录介质与电子器件进行物理配对的情况下，则整个存储器空间不是立即可寻址的，将记录介质与电子器件进行物理配对对于促进和完成由用户请求的数据交换是必须的。用户理解，冷数据存储提供与热数据存储相比显著降低的数据传输速率性能，但是以可以由冷数据存储解决方案提供的相关的成本减少。
系统200包含多个元件，每个元件将会在下文中被详细讨论。这些元件包括所谓的HDI盒的库或群202、传送机构204、访问站206、主机I/F和控制模块208、以及系统存储器210。在该上下文中，术语“HDI盒”反映了这样的事实，即盒被配置为名义上密封的壳体，其中包封有至少一个外部致动的HDI。
HDI盒的群202可以被布置在机柜空间212内，如图5示意性描绘的那样。机柜空间有时也被称为机架、存储机架、包壳等。盒202将会被布置成便于传送机构204(图5中未示出)的就绪的访问和操纵。在一些情况下，机架212将适于装配在对应于工业标准42U机柜的整体尺寸内或者否则具有该整体尺寸，或者将具有其他合适的尺寸以便集成到现有的数据存储环境内，诸如现有的基于磁带的解决方案。
盒可以各自具有与现有HDD形状因子类似的标称形状因子，例如3-1/2英寸形状因子(例如，标称146mm×101mm)、2-1/2英寸形状因子(例如，标称101mm×73mm)等。在这种情况下，3-1/2英寸形状因子盒可以使用具有最外径为95mm、97mm等的可旋转磁记录介质(例如，磁记录盘104)，2-1/2英寸形状因子盒可以使用具有OD(最外径)为65mm、67mm等的磁记录盘104，等等。在其他情况下，非标准形状因子可以被提供给相应的盒最外面的尺寸，并且可以根据需要使用各种尺寸的可旋转磁记录介质。
尽管可以在给定的应用中使用任何复数个盒，构想系统可以根据需要容纳数十、数百或数千个盒(或更多)。此外，该系统可以被布置成可缩放和模块化的，使得多组盒可以被添加、移除、更换等。因为各个盒名义上是密封的(如下面更全面地说明的)，所以机架212可以是敞开的以便于来自周围环境的空气流通和热传导。另一方面，因为在给定时间只有一个盒、或者替代地只有盒的相对较小的子集将是活跃的，所以可以根据需要将机架与周围环境隔离，因为与其中所有盒是同时活跃的系统相比，该系统的运行产生的总热量将是显著较低的。
图6是来自图4的传送机构204的简化的示意性描绘。设想，传送机构204可以被表征为机械臂，该机械臂适于单独地将各种盒202轮流放置、选择、抓握、移动和加载到访问站206中。传送机构204进一步被配置为从访问站206移除现有盒并将该盒返回诸如到其先前存储的位置或到机架内的不同位置。这样，传送机构可以采用除了图6中通常表示的形式之外的任何数量的形式。
为此，传送机构204可包括末端执行器214，末端执行器214适于机械地抓握所选择的盒(例如，与所选择的盒建立接触接合状态)。诸如光学传感器、CCD元件、接近度传感器等的各种传感器216启用对传送机构的闭环位置控制。
传送机构204将采用适合于操作环境的配置，并且无论何种形式将适合于在非活跃位置218和活跃位置220之间依次传送每个盒202，非活跃位置218诸如机架212内的指定存储位置(见图5)，访问站206放置在该活跃位置220处以使所选择的盒能从去激活状态转换到激活(操作)状态。尽管设想了诸如204的自动传送机构，但这不是必需的。例如，在进一步的实施例中，各种盒可以是可由用户手动加载到访问站206的。
图7示出了访问站206的功能性布置。访问站206可以被表征为包含两个主要子组件：电气接口222和机械接口224。将理解，电气接口222和机械接口224，结合盒的原有元件(下文中讨论)，以这样的方式组合，以提供在上面讨论的图2中的系统130的所有元件。虽然图7中示出了用于访问站206的特定实施例，但是其他布置也可以根据需要被使用。
通常，电气接口222向所选择的盒202提供命令、控制和数据信号，以便于数据访问(例如，读取或写入)操作。在这种访问操作服务期间，机械接口224提供所需的机械输入，最显著的是主轴和VCM致动。
电气接口222包括数据流控制电路226、读/写控制电路228、主轴控制电路230以及VCM控制电路232。不作为限制，数据流控制电路226对应于系统130的控制器和主机接口方面，读/写控制电路228至少对应于系统130的通道方面，以及主轴控制电路230和VCM控制电路232至少对应于系统130的伺服方面。这些元件形成访问站206的部分并且对于每个盒202是相同的，除了一个盒202与另一个之间的微小变化，诸如存储在系统存储器210中的不同控制参数和其他信息，这些不同控制参数和其他信息单独地与不同盒相关联。其他电路也可以根据需要并入电气接口，例如放大器电路、头部选择电路、多路复用器等。
机械接口224包括外部主轴电机234、外部VCM 236、盒读取器238以及各种其他如框240所指示的与所选择的盒202在访问站206中的对准和锁定(固定)相关联的各种各样的元件。如上文图2所描述的，外部主轴电机234操作以使(多个)盘以所需的旋转速度旋转，且外部VCM 236操作以使(多个)头部旋转到所需的径向位置。
盒读取器238表示适于在给定盒访问操作期间检测和确认正确盒已经被加载的机构。框240表示各种对准特征，例如锁定销、夹具等，这些对准特征确保盒在访问站内牢固且适当地对准。框240还表示系统的其他方面，诸如与盒的各种访问位置配合的电气连接器等。如上文所述，机械接口的每个元件都被应用于加载到访问站的每个盒。
现在将以对图8的评论开始讨论各种HDI盒202的配置方面。如上文提到的，每个盒202在名义上密封的壳体中包含一个或多个HDI，以便以类似于在HDD中执行的方式来促进数据的磁性非易失性存储器(NVM)存储。为此，图8中的示例性盒202包括壳体242以提供密封的内部环境。设置在壳体内的盘堆244包括一个或多个轴向对准的磁记录盘104，磁记录盘104被安装到盘毂(hub)组件246。
旋转致动器248设置在盘堆附近，以使(多个)头部102跨相关联的盘表面推进。如图8所示，致动器248围绕固定的枢轴点旋转超过盘堆244的OD，并且包括一个或多个致动器臂250，致动器臂250通常在朝向盘堆的方向上突出。每个致动器臂250支撑一个或多个HGA128(见图1)。音圈252从致动器248的中央主体部分与致动器臂250相对地延伸。尽管示出了旋转致动器，但是其他致动配置可以被使用，包括跨(多个)盘104以基本上线性的方式推进(多个)相关联的头部102的线性致动器。
柔性电路组件254耦合到致动器248，以向致动器的有源元件(例如，头部、音圈)提供数据和控制信号传导路径。柔性电路组件254包括柔性电路，该柔性电路形成动态回路以保持传导路径与致动器电气通信，当头部102跨盘104被径向平移时不在致动器上施加过大的偏置力。
柔性电路回路终止于隔板连接器256，隔板连接器256延伸穿过壳体242以促进与访问站206的电气接口222的互连(见图7)。尽管为了清楚起见没有单独示出，但是导体沿致动器臂和多个HGA被路由到多个HDI的相应元件。
在一些情况下，柔性电路组件254包含如图所示安装到致动器248的一侧的前置放大器电路(见图2，140)。以这种方式，每个盒202具有其自己的本地前置放大器140。在其他情况下，前置放大器140可以为结合到访问站206的电气接口222中的单个前置放大器，因此单个前置放大器驱动每个盒202中的所有头部，并且盒库中的盒202中没有一个具有单独的本地前置放大器。其他合并电路，例如信号放大器、头部选择开关等，可根据需要并入访问站。
可以被结合在HDI盒202中的其他元件包括设置在盘堆244的OD附近的斜坡加载/卸载构件258，以在盒不处于使用中时便于头部102的卸载和固定。替代地，可以提供接触开始-停止(CSS)区域260作为在盘堆244的ID附近的纹理化表面，以允许多个头部102在去激活期间安全地停下来。一个或多个盘护罩262可以布置在其他位置以遮盖盘堆的OD，并且可以策略性地放置内部再循环过滤器264以在操作期间过滤空气污染物。
基本上任何其他特征也可以结合到盒202中，包括湿度和大气控制特征、盘分离器板、致动器锁等。总之，每个盒202通常类似于独立的HDD，除了便于盒的独立操作所需的HDD的元件被合并到访问站206中。
图9A示出了根据一些实施例的图8的盒202的立面横截面视图。在本示例中，设想盒包括两(2)个磁记录盘104、三(3)个致动器臂250和四(4)个头部102，以提供总共四(4)个HDI。可以根据需要使用任何相应数量的这些相应元件，只要存在至少一个盘表面和一个相关头部以在盒内提供至少一个HDI。
如图所示，两个盘104使用主轴毂266被安装到盘毂组件246，主轴毂266具有径向突出的毂凸缘268，毂凸缘268支撑最下面的盘的ID。盘垫片270在盘之间建立所需的间隔距离。上盘夹具272使用螺纹紧固件274将盘和垫片夹紧就位。盘毂组件246被布置成使用环形可旋转耦合部276在壳体242内可旋转。耦合部276可以包括一个或多个密封件、轴承等，这些密封件、轴承有助于盘堆的旋转，同时密封延伸穿过壳体的孔278。以这种方式，壳体242内的内部环境的剩余部分保持密封以抵抗外部环境。
当盒202被加载到访问站206时，孔278便于将外部主轴电机234(图7)的主轴280插入主轴毂266中。这提供了主轴280和主轴毂266之间的机械接合，从而允许在主轴电机234的激活和主轴控制电路230的操作时盘堆244的旋转。
壳体242被进一步提供与音圈252相邻的薄片(thinned section)282。与壳体的剩余部分相比，薄片282位于线圈附近并且为壳体提供显著减小的高度(例如，在平行于盘旋转轴的方向上)。如图9A所描绘，薄片282便于插入上VCM磁体284与下VCM磁体286之间。VCM磁体形成图7的外部VCM236的部分。
通过将非磁性(例如，顺磁性)材料用于壳体242，由访问站206的VCM控制电路232提供的电流可以经由柔性电路组件254被路由到内部音圈252。换句话说，通过内部线圈252产生的磁场之间的磁相互作用建立磁路287，磁体284、286的外部提供的磁场如上面图2所描述地放置头部102。
在替代实施例中，一个或多个永磁体可以被安装到壳体242内的致动器248以代替音圈252，并且可以提供一个或多个外部音圈以如前所述从外部激活致动器。前一种方法(外部VCM磁体)的优点是致动器248的配置与可由特定源制造的其他HDD的潜在相似性，从而提供使用类似制造工艺提供HDI盒的规模经济。后一种方法(外部VCM音圈)的优点是控制电流不需要被内部地路由到盒中。在这两种情况下，致动器248的主体部分被支撑以在壳体242的范围内旋转，诸如通过传统的盒轴承组件的使用等。
接着图9A，将盒202插入访问站206中将包括：与电气接口222进行必要的电气互连(诸如图8，通过与隔板连接器256的接合)，并且与机械接口244进行必要的机械互连，包括将壳体242的薄片282插入VCM磁体284、286之间的空间中(或相应地，插入外部VCM音圈中)以及对主轴280的插入。
薄片282的实际形状(例如，面积范围、垂直方向上的厚度等)将取决于各种因素，包括外部磁体/线圈的尺寸和取向、致动器在盒内的相对位置、当致动器在其整体旋转行程上移动时致动器的左右间隙要求等。在一些情况下，壳体(或其部分)可由注塑塑料、铝或其他金属、陶瓷、复合材料(包括塑料和金属的混合物)、或任何其他合适的刚性的和必要时非磁性的材料形成，该材料密封壳体内部，同时允许VCM的外部方面足够靠近壳体内部，以通过磁路的操作实现致动器的运动。
图9B示出了类似于上面讨论的盒202的替代盒202A。相同的附图标记已用于图8和9A中出现的类似组件。
在图9B中，致动器248的直接接合是使用致动器轴288提供的，致动器轴288从外部VCM 236延伸穿过壳体242中的对应孔290，以与致动器248的致动器毂292配合。以这种方式，致动器轴288接合致动器毂292，以响应于提供给外部VCM 236的控制输入而跨盘表面径向地推进头部102。尽管为了清楚起见未示出，但是类似于用于主轴毂的耦合部276的旋转耦合部可用于对孔290进行密封，以维持壳体内的所需的内部气体环境。
在这一点上，将理解，术语“外部VCM”等将被理解为与前述讨论一致，以描述整个VCM在盒壳体外部或VCM的(多个)磁体和(多个)线圈的至少一部分在盒壳体外部的系统，诸如图8、9A和9B中不同示例地。在每种情况下，致动器具有被外部VCM(例如，磁场、机械耦合等)外部致动的致动特征(例如，内部音圈252、内部永磁体、内部致动器毂等)，且致动特征在没有外部VCM存在以对致动特征起作用的情况下，不能独立地操作以推进头部。
相似地，术语“外部主轴电机”等将被理解为与前述讨论一致，以描述整个主轴电机在盒壳体外部或者主轴电机的至少一部分在盒壳体外部的系统。例如，具有相关线圈、布线等的定子部分可以被插入盒中以与具有各种磁体等的主轴电机的转子部分配合。如前所述，在没有外部主轴电机存在以作用在盘堆上的情况下，盘堆不能以所选择的速度旋转。
图10A和10B示出了另一HDI盒202B的俯视表示和立面表示。盒202B类似于图9A中的盒202，且具有带有曲线延伸特征的非标准形状的密封壳体242A。薄片282A容纳致动器248的旋转运动。
图11示出了对应于上文讨论的密封壳体242、242A的密封壳体300。壳体300被示意性示出，且没有与为了清楚说明而放大的各种特征按比例扩大。
壳体300由上壳体构件301和下壳体构件302形成，上壳体构件301和下壳体构件302一起配合形成具有配置为如上所述的容纳一个或多个HDI的内部密封空间303的包壳。环形密封垫圈304沿着下构件302的周边延伸，以在上构件301和下构件302之间的接合处建立流体密封。
在一些情况下，上构件301可以被表征为基本上平面的顶盖，并且下构件302可以被表征为浴缸形基板。其他壳体配置也可以被使用，诸如蛤壳型壳体等。设想本公开的密封壳体将对相关盒进行密封以与壳体外部的周围环境隔绝。
如图11所描绘的，密封壳体300被表征为通风壳体。压力均衡通风口305延伸穿过上构件(顶盖)301。通风口305提供了从内部303到周围环境的薄的、迂回的细长路径。通风口305允许壳体300内的内部大气压力与周围大气的大气压力均衡，同时限制空气污染物进入壳体内部。在颗粒可能进入通风口305的程度上，这种颗粒将倾向于聚集并粘附到迂回路径的侧壁而不是进入内部303。因此，在被密封以防止可能干扰内部303内的(多个)HDI的外部颗粒的引入的情境下，图11中的通风壳体配置被密封。当在内部303内使用正常大气(例如，名义上78％的N、21％的O等)时，通风壳体特别适合。
在替代实施例中，壳体300可以通过消除通风口305而被表征为气密密封的壳体。在这种情况下，壳体300被完全密封隔绝周围大气，并且被配置为维持在内部303中以所选择的浓度(诸如95％或更大等)的诸如惰性气体(例如，He、N等)的隔离的大气。在该后一种情况下，将使用合适的材料来确保包埋(entrapped)的内部环境维持在盒的使用寿命的操作浓度。
图12是键控接合轴306的示意性描绘。轴306具有大致D-形状，具有圆柱形外表面部分307和平坦(键)部分308。轴306的非对称形状使得能够将轴有角度地对准并锁定到具有相应特征的插入毂(例如，参见图9A-9B)。
在一些情况下，相应的主轴280和VCM轴288可以被提供有这些或类似类型的键控特征。替代地，插入轴可以是对称的，诸如圆柱形，并且电子电路可以用于检测相应的电机和毂的相对取向。可以在毂和/或轴上提供顺应性材料，以在插入后进一步确保和维持机械接合。
图13示出了在进一步的实施例中的图7的盒读取器模块238的多个方面。每个盒202可以各自被提供以机器和/或人类可读的格式的外部标记，诸如以唯一标识相关盒的盒标识(ID)值的形式。在一些情况下，该信息的至少一部分可以以在外部施加的粘合标签上的条形码的形式。
光学读取器312被配置为检测和解码来自标签的信息。读取器312提供该信息给系统控制器电路314，系统控制器电路314可以形成图4的主机I/F和控制电路208的部分。控制器可以访问布置成相关存储器中的数据结构的一个或多个数据库316，以确保正确的盒已经被加载。与所检测到的盒相关联的信息可以从系统存储器210检取，诸如固件、参数、控制设置和使得访问站206能够激活所加载的盒并与其执行数据传输所需的其他合适的数据。此类特征也可以被存储在指定位置处的盒中的一个或多个盘上。该数据的密度可以低得多，以提高数据完整性并易于在初始化期间检取信息。
图14更详细地示出了根据一些实施例的盒库存档系统200的多个方面。图12中引用的系统控制器314可以操作以控制上面讨论的系统的各种方面，系统控制器314现在总体上被称为主机接口电子器件318、通道电子器件320和电机电子器件322。在一些情况下，包括操作(多个)相关盒所需的编程的新的固件组以及相关的控制参数和其他数据被加载到本地存储器324。
到目前为止所讨论的实施例已经设想了一次加载单个盒202以进行访问操作。在进一步的实施例中，可以从一群盒中选择盒的组(子集)以执行并发数据访问。该可选的后一种情况在图13中由附加盒202C描绘。将理解的是，此类操作通常将需要访问站206内的附加能力以允许多个设备被同时操作，诸如多组外部主轴电机、VCM、控制电子器件等。
该方法的优点是，诸如RAID(独立盘的冗余阵列)、设备间NVMe命名空间等的多设备数据存储技术可以在已经加载所需的盒的子集后被实施。多个传送机构和/或将现有盒捆绑到相关联的子组中可以进一步被用于减少加载所请求的盒所需要的时间。在一个非限制性示例中，系统可以被提供数百个盒，该数百个盒一次以最多十六(16)个盒的组被访问。可以根据需要使用其他相应数量的盒和子组尺寸。
将注意，所有存储器类型都具有其自身相关联的优点和缺点。目前，固态存储器(例如，具有NAND闪存的固态驱动器等)通常用于为热数据传输提供支持，而诸如混合SSD(闪存和可旋转介质二者)、HDD、光盘和磁带的较慢形式的存储器可以根据需要被用于为系统建立更慢、更长期的存储需求。然而，可旋转磁存储介质的随机访问性质以及与之相关的更大数据密度和传输速率使得可旋转磁记录介质从性能角度来看在许多方面优于光盘和磁带。
例如，光盘倾向于是一次写入或预先记录的，倾向于使用恒定线速度技术(因此光盘需要依据光学换能器的半径被加速或减慢)，并且由于来自相邻符号的光学干扰而不能使用叠瓦式轨道技术来提高数据密度。类似地，磁带是顺序的并且导致随机访问的显著延迟，因为相应的磁带卷轴需要操作以将线性磁带推进到所选位置。因此，相信使用如本文所述的HDI盒的冷存储解决方案可以以相当的成本水平提供相对于现有解决方案(例如，光盘、磁带)显著提高的数据存储容量和数据传输速率性能。
图15示出了根据一些实施例的用于操作所执行的各种操作步骤的存档存储例程400。诸如200的盒库存档系统在步骤402处被配置为具有一群盒(诸如202、202A、202B、202C)，每个盒具有如上所述的至少一个磁性HDI。系统被进一步提供诸如204的传送系统，传送系统适于将一个或多个盒单独地或共同地移动到诸如206的访问站。
在操作期间，所选择的盒(或盒的子集)在步骤404处从存储机架212被识别出。每个所选择的盒在步骤406处被加载到访问站，以接合适当的电气和机械接口。
之后，在步骤408处对每个加载的盒执行数据传输操作。该操作包括：访问站的诸如234的外部主轴电机以所选择的旋转速度使可旋转磁性介质旋转的操作，以及访问站的诸如236的外部VCM将(多个)HDI的(多个)头部放置到(多个)盘上的各种访问位置(例如，轨道)的操作。
一旦数据传输操作完成，在步骤410处，每个所选择的盒被移除并返回到存储机架，在这之后，响应于外部主机提供的各种主机命令，前述步骤根据需要被重复。
图16示出了根据进一步的实施例的层级存储器系统420。设想，存储器系统420按照主机系统提供的要求，处理来自主机系统422的数据。存储器系统420包括热数据存储系统424、盒库检取系统426以及较慢数据存档系统428。
热数据存储系统424可以包括诸如SSD、混合设备、HDD等的数据存储设备的阵列，数据存储设备的阵列被同时操作并且可以以相对较低的延迟时间被访问。来自热数据存储系统424的数据集可以不时地被移植到盒库检取系统426，盒库检取系统426将通常对应于上面讨论的系统200。虽然与系统424相比提供了较慢的性能，但是一旦所选择的盒已被加载，系统426仍将提供与HDD性能相当的数据传输性能。
如进一步期望的，来自盒库检取系统426的数据集可以进而被迁移到较慢的长期数据存档系统428，长期数据存档系统428可以包含光盘或磁带作为用于数据存储的介质。虽然系统426中的数据保留能力被设想为等于或超过系统428的数据保留能力，但是设想，为了历史数据保留目的，系统将会将较低优先级数据迁移到系统428的较慢存储器。
现在将理解，本文提出的各种实施例可以提供多个益处。通过给每个HDI盒提供至少一个内部HDI，可以确保每个头部/盘组合的兼容性和记录密度/性能与当前一代的HDD的兼容性和记录密度/性能相匹配。由于盘堆可以提供大量的数据容量和持续的数据写入流送能力，因此盒可以被加载以便以快速和高效的方式接收大量数据。通过使盒的加载错开(例如，加载第一盒并进行数据传输，同时使后续盒排队)，在填充一群盒时，基本上可以不获得数据传输中的延迟。通过使用盒组、盒的预加载等，可以类似地简化访问。
与此同时，可以提供大量成本节约，因为对于一群N个盒，与诸如处理器、通道、前置放大器和电机等的各种昂贵元件相关的组件和安装成本可以合并到访问站中，从而仅提供这些元件的单组或减少的组(例如，1个或几个)而不是N个元件，如在需要对每个盒使用完整HDD的系统中那样。
将理解，即使在上述描述中已经陈述了本公开的各实施例的众多特征和优点，以及本公开的各实施例的结构和功能的细节，但该具体实施方式仅仅是说明性的，且在由表达所附权利要求所采用的术语的广泛一般含义所指示的本公开原理的最大范围内，可对细节做修改，特别是对部件的结构和布置的方面的修改。
进一步的示例：
示例1.一种装置，包括：多个便携式数据存储盒，每个盒包括密封的壳体，所述壳体包封包括与可旋转数据记录介质相邻的磁数据换能器的至少一个头-盘接口(HDI)；以及访问站，包括控制电子器件，所述控制电子器件被配置为在存储器和加载到所述访问站的所选择的盒的所述换能器之间传输数据信号，所述访问站进一步包括外部音圈电机(VCM)，所述外部VCM被配置为接合所述所选择的盒的所述换能器并跨所述介质的记录表面推进所述换能器。
示例2.如示例1所述的装置，其中，所述访问站进一步包括外部主轴电机，所述外部主轴电机被配置为在所述换能器跨所述记录表面的运动期间接合所述介质并以所选择的旋转速度推进所述介质。
示例3.如示例1所述的装置，其中，每个盒进一步包括致动器，所述致动器支撑与所述介质相邻的所述换能器，所述致动器具有被所述外部VCM接合以推进所述致动器的致动特征。
示例4.如示例3所述的装置，其中，所述壳体具有靠近所述HDI的在平行于所述介质的旋转轴的轴向方向上的第一壳体高度尺寸，并且其中所述壳体具有靠近所述致动特征的平行于所述第一尺寸的减小的第二壳体高度尺寸。
示例5.如示例1所述的装置，其中，每个盒进一步包括旋转致动器，所述旋转致动器具有：可围绕与所述介质的最外径相邻的致动器枢轴点旋转的主体，从所述主体向所述介质延伸以支撑所述换能器的致动器臂，以及从所述主体与所述致动器臂相对地延伸的音圈，并且其中，所述外部VCM包括一对相对的由插入间隙隔开的VCM磁体，所述密封的壳体的部分和所述音圈延伸到所述VCM磁体之间的所述插入间隙中以形成被配置为移动所述换能器的磁路，所述密封的壳体的所述部分包括非磁性材料以减少对所述磁路的干扰。
示例6.如示例1所述的装置，其中，每个盒进一步包括旋转致动器，所述旋转致动器具有：可围绕与所述介质的最外径相邻的致动器枢轴点旋转的主体，从所述主体向所述介质延伸以支撑所述换能器的致动器臂，以及从所述主体与所述致动器臂相对地延伸的永磁体，并且其中，所述外部VCM包括音圈，所述密封的壳体的部分和所述永磁体与所述音圈相邻地延伸以形成被配置为移动所述换能器的磁路，所述密封的壳体的所述部分包括非磁性材料以减少对所述磁路的干扰。
示例7.如示例1所述的装置，其中，每个盒进一步包括旋转致动器，所述旋转致动器具有：可围绕与所述介质的最外径相邻的致动器枢轴点旋转的主体，从所述主体向所述介质延伸以支撑所述换能器的致动器臂，以及与延伸穿过所述壳体的致动器孔相邻的致动器毂，所述致动器毂与所述致动器枢轴点轴向对准，并且其中所述外部VCM包括致动器轴，所述致动器轴延伸穿过所述致动器孔以接触地接合所述致动器毂，并使所述主体围绕所述致动器枢轴点旋转，以使所述头跨所述介质平移。
示例8.如示例1所述的装置，其中，所述访问站进一步包括主机接口控制电路，所述主机接口控制电路被配置为将写入信号引导到所述换能器，以将一系列部分重叠的叠瓦式轨道写入所述介质的记录表面。
示例9.如示例1所述的装置，其中，所述密封的壳体被表征为通风壳体，所述通风壳体包括配合地接合以形成其中设置所述HDI的密封内部环境的第一和第二壳体构件，其中所述第一或第二壳体中的所选择的一个具有作为细长通道的通风孔，以使所述密封内部环境内的大气压力与外部周围环境的大气压力均衡。
示例10.如示例1所述的装置，其中，所述密封的壳体被表征为气密密封的壳体，所述气密密封的壳体包封至少95％的浓度的内部大气。
示例11.如示例1所述的装置，进一步包括传送机构，所述传送机构被配置为选择性地将所述盒中的每一个依次从所述机柜空间内的其中所述盒处于去激活状态的非活跃位置，加载到靠近所述访问站的其中所述盒处于激活状态的活跃位置。
示例12.如示例1所述的装置，其中，所述访问站被进一步配置为同时将数据信号和VCM激活应用于加载到所述访问站的所述盒的子集。
示例13.一种盒库存档系统，包括：存储包壳；布置在所述存储包壳内的一群数据存储盒，每个盒包括密封的壳体，在所述壳体中设置至少一个头-盘接口(HDI)，所述HDI包括磁读/写数据换能器和相关磁记录盘，每个盒进一步包括设置在所述相关密封的壳体内的可移动致动器，所述致动器具有被配置为支撑所述数据换能器的致动器臂和致动特征；传送机构，所述传送机构被配置为选择性地将所述盒从所述存储包壳内的非活跃位置传输到所述存储包壳内的活跃位置；以及靠近所述活跃位置的访问站，包括分别与加载到所述活跃位置的所选择的盒配合的电气接口和机械接口，所述电气接口被配置为通过所述所选择的盒的所述致动器提供用于记录到所述盘的数据的传输，所述机械接口包括：外部主轴电机，所述外部主轴电机被配置为接合所述所选择的盒的所述盘并以所选择的旋转速度使所述盘旋转，以及外部音圈电机(VCM)，所述外部VCM被配置为接合所述所选择的盒的所述致动器的所述致动特征，以响应于提供给所述VCM的输入控制电流而靠近所述盘推进所述换能器。
示例14.如示例13所述的系统，其中，所述致动特征包括从所述密封的壳体内的所述所选择的盒的所述致动器的主体延伸的音圈，并且其中，所述外部VCM包括一对隔开的永磁体，所述永磁体通过所述密封的壳体的部分与所述音圈进行磁性相互作用以推进所述换能器。
示例15.如示例13所述的系统，其中，所述致动特征包括与所述致动器的枢轴点轴向对准的致动器毂，并且其中所述外部VCM包括致动器轴，所述致动器轴延伸穿过所述密封的壳体中的孔以接合所述致动器毂并使所述致动器毂旋转以推进所述换能器。
示例16.如示例13所述的系统，其中，每个盒进一步包括具有柔性电路的柔性电路组件，所述柔性电路具有将所述致动器互连到延伸穿过所述密封的壳体的侧壁的隔板连接器的动态回路，并且其中所述访问站的所述电气接口与所述隔板连接器互连以将数据信号传递到所述头部。
示例17.如示例13所述的系统，其中，所述访问站进一步包括读/写通道电路，用于在利用所述HDI的读取和写入操作期间约束数据。
示例18.如示例13所述的系统，其中，所述访问站进一步包括伺服控制电路，用于响应于由所述HDI的所述换能器从所述盘转换的伺服数据，将所述换能器放置为与所述盘上的数据轨道相邻。
示例19.如示例13所述的系统，其中，所述一群盒为总数为M个盒，其中所述访问站被配置为在子集N个盒上执行并发数据传输操作，其中N小于M。
示例20.如示例19所述的系统，进一步包括控制器电路，所述控制器电路被配置为将被所述传送机构加载的一系列盒引导到所述访问站，使得第一盒被加载并且耦合到所述电气和机械接口，同时与第二盒的数据传输操作被执行。

Claims (10)

1.一种装置，包括：
多个便携式数据存储盒，每个盒包括密封的壳体，所述壳体包封包括与可旋转数据记录介质相邻的磁数据换能器的至少一个头-盘接口(HDI)；以及
访问站，包括控制电子器件，所述控制电子器件被配置为在存储器和加载到所述访问站的所选择的盒的所述换能器之间传输数据信号，所述访问站进一步包括外部音圈电机(VCM)，所述外部VCM被配置为接合所述所选择的盒的所述换能器并跨所述介质的记录表面推进所述换能器。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述访问站进一步包括外部主轴电机，所述外部主轴电机被配置为在所述换能器跨所述记录表面的运动期间接合所述介质并以所选择的旋转速度推进所述介质。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每个盒进一步包括致动器，所述致动器支撑与所述介质相邻的所述换能器，所述致动器具有被所述外部VCM接合以推进所述致动器的致动特征。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每个盒进一步包括旋转致动器，所述旋转致动器具有：可围绕与所述介质的最外径相邻的致动器枢轴点旋转的主体，从所述主体向所述介质延伸以支撑所述换能器的致动器臂，以及从所述主体与所述致动器臂相对地延伸的音圈，并且其中，所述外部VCM包括一对相对的由插入间隙隔开的VCM磁体，所述密封的壳体的部分和所述音圈延伸到所述VCM磁体之间的所述插入间隙中以形成被配置为移动所述换能器的磁路，所述密封的壳体的所述部分包括非磁性材料以减少对所述磁路的干扰。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每个盒进一步包括旋转致动器，所述旋转致动器具有：可围绕与所述介质的最外径相邻的致动器枢轴点旋转的主体，从所述主体向所述介质延伸以支撑所述换能器的致动器臂，以及从所述主体与所述致动器臂相对地延伸的永磁体，并且其中，所述外部VCM包括音圈，所述密封的壳体的部分和所述永磁体与所述音圈相邻地延伸以形成被配置为移动所述换能器的磁路，所述密封的壳体的所述部分包括非磁性材料以减少对所述磁路的干扰。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每个盒进一步包括旋转致动器，所述旋转致动器具有：可围绕与所述介质的最外径相邻的致动器枢轴点旋转的主体，从所述主体向所述介质延伸以支撑所述换能器的致动器臂，以及与延伸穿过所述壳体的致动器孔相邻的致动器毂，所述致动器毂与所述致动器枢轴点轴向对准，并且其中所述外部VCM包括致动器轴，所述致动器轴延伸穿过所述致动器孔以接触地接合所述致动器毂，并使所述主体围绕所述致动器枢轴点旋转，以使所述头跨所述介质平移。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述访问站进一步包括主机接口控制电路，所述主机接口控制电路被配置为将写入信号引导到所述换能器，以将一系列部分重叠的叠瓦式轨道写入所述介质的记录表面。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述密封的壳体被表征为通风壳体，所述通风壳体包括配合地接合以形成其中设置所述HDI的密封内部环境的第一和第二壳体构件，其中所述第一或第二壳体中的所选择的一个具有作为细长通道的通风孔，以使所述密封内部环境内的大气压力与外部周围环境的大气压力均衡。
9.如权利要求1所述的装置，进一步包括传送机构，所述传送机构被配置为选择性地将所述盒中的每一个依次从所述机柜空间内的其中所述盒处于去激活状态的非活跃位置，加载到靠近所述访问站的其中所述盒处于激活状态的活跃位置。
10.一种盒库存档系统，包括：
存储包壳；
布置在所述存储包壳内的一群数据存储盒，每个盒包括密封的壳体，在所述壳体中设置至少一个头-盘接口(HDI)，所述HDI包括磁读/写数据换能器和相关磁记录盘，每个盒进一步包括设置在所述相关密封的壳体内的可移动致动器，所述致动器具有被配置为支撑所述数据换能器的致动器臂和致动特征；
传送机构，所述传送机构被配置为选择性地将所述盒从所述存储包壳内的非活跃位置传输到所述存储包壳内的活跃位置；以及
靠近所述活跃位置的访问站，包括分别与加载到所述活跃位置的所选择的盒配合的电气接口和机械接口，所述电气接口被配置为通过所述所选择的盒的所述致动器提供用于记录到所述盘的数据的传输，所述机械接口包括：外部主轴电机，所述外部主轴电机被配置为接合所述所选择的盒的所述盘并以所选择的旋转速度使所述盘旋转，以及外部音圈电机(VCM)，所述外部VCM被配置为接合所述所选择的盒的所述致动器的所述致动特征，以响应于提供给所述VCM的输入控制电流而靠近所述盘推进所述换能器。
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