TW201603010A - 熱輔助磁性記錄磁碟故障偵測系統 - Google Patents

熱輔助磁性記錄磁碟故障偵測系統 Download PDF

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Abstract

揭示一種資料儲存設備，包括能耦接至讀/寫頭的控制器。該控制器組態成從該讀/寫頭的感測器接收故障信號。該感測器指示用於加熱記錄媒體的能量源是否在寫入操作期間失靈。回應於該故障信號，該控制器採取補救行動以保護與該寫入操作關聯的資料。

Description

熱輔助磁性記錄磁碟故障偵測系統
本發明係有關於一種資料儲存設備。
在熱輔助磁性記錄(HAMR)磁碟，也稱為熱輔助磁性記錄(thermal-assisted magnetic recording)(TAMR)磁碟中，熱能量結合施加至磁性記錄媒體，例如，硬碟，的磁場使用以克服限制習知磁性媒體之面積資料密度的超順磁效應。在HAMR記錄裝置中，資訊位元在高溫記錄在儲存層上。儲存層中的加熱面積決定資料位元尺寸且線性記錄密度係由資料位元之間的磁化過渡決定。
根據描述於本揭示發明內之各種實施例的資料儲存設備包括能耦接至讀/寫頭的控制器。該控制器組態成從該讀/寫頭的感測器接收故障信號。該感測器指示用於加熱記錄媒體的能量源是否在寫入操作期間失靈。回應於該故障信號，該控制器採取補救行動以保護與該寫入操作關聯 的資料。
根據描述於本揭示發明內之各種實施例的系統包括讀/寫頭及控制器。該讀/寫頭包括用於加熱記錄媒體的能量源及組態成偵測該能量源是否在寫入操作期間加熱該記錄媒體的感測器。該控制器能耦接至該讀/寫頭並從該感測器接收指示該能量源在該寫入操作期間失靈的故障信號。回應於該故障信號，該控制器採取補救行動以保護與該寫入操作關聯的資料。
根據描述於本揭示發明內之各種實施例的方法包括啟始資料至記錄媒體上的寫入操作、感測該記錄媒體是否在該寫入操作期間受加熱、若該記錄媒體未在該操作期間受加熱，發佈故障信號、及藉由保護與該寫入操作關聯的該資料而回應該故障信號。
以上發明內容並未企圖描述每個實施例或每一個實作。更完整的認識將藉由結合隨附圖式參考以下實施方式及申請專利範圍而變得明顯及理解。
100‧‧‧HAMR滑件
102‧‧‧能量源
106‧‧‧近場傳感器(NFT)
108‧‧‧磁頭媒體介面(HMI)
110‧‧‧光學波導
112‧‧‧光學天線
120‧‧‧讀/寫頭組態
122‧‧‧磁性媒體
124‧‧‧磁性讀取頭
126‧‧‧磁性寫入器組態
128‧‧‧寫入極
132‧‧‧寫入線圈
133‧‧‧熱點
134‧‧‧加熱器
136a、136b、136c‧‧‧感測器
140‧‧‧主機
142‧‧‧控制器特定應用積體電路(ASIC)
144‧‧‧預放大器
146‧‧‧寫入頭
148‧‧‧控制器微處理器
150‧‧‧韌體
152‧‧‧格式化器
154‧‧‧寫入通道
156‧‧‧雷射驅動器
158‧‧‧寫入器驅動器
160‧‧‧故障偵測系統
162‧‧‧NFT溫度感測器
164‧‧‧光偵測器感測器
166‧‧‧故障偵測器
168‧‧‧預放大器故障邏輯
170‧‧‧控制器故障邏輯
圖1描畫HAMR滑件的範例。
圖2描畫讀/寫頭組態的範例。
圖3係描繪使用在寫入操作中的組件之範例的方塊圖。
圖4係根據各種實施例之故障偵測系統的方塊圖。
圖5係描繪使用根據各種實施例之使用故障偵測系統 強化的寫入操作的流程圖。
該等圖式不必然依比率。使用於圖式中的相似數字參考至相似組件。然而，將理解使用數字以在指定圖式中參考組件並未企圖限制在另一圖式中該組件以相同數字標示。
為實現期望資料密度，HAMR記錄頭，也稱為HAMR滑件，包括引導、集中、及轉移來自能量源之光能量的光學組件，以在記錄媒體上加熱。HAMR滑件的範例組態描畫於圖1中。HAMR滑件100包括組態成產生雷射光的能量源102，例如，雷射二極體，該雷射光對近場傳感器(NFT)106的光學天線112充能。經由光學波導110將由能量源102產生的雷射光導至NFT 106。磁頭媒體介面(HMI)，也稱為空氣軸承表面(ABS)，係以項數108指示。
將包含在HAMR滑件100內的範例讀/寫頭組態120的詳細視圖提供在圖2中。讀/寫頭組態120放置有鄰近磁性媒體122的ABS 108。讀/寫頭組態120包括鄰近ABS 108之用於從磁性媒體122讀取資料的磁性讀取頭124及用於寫入至磁性媒體122的磁性寫入器組態126。磁性寫入器組態126包括NFT 106、中間光學波導110、及寫入極128及寫入線圈132。將藉由NFT 106發射之熱產生的熱點133顯示在磁性媒體122內。讀/寫頭組態120也包括加熱器134並也包括至少一個感測器。為說明的目 的，顯示感測器136a、136b、及136c；該等大量感測器指示在讀/寫頭組態120內的可能放置位置。
感測器136a、136b、及136c可包含任何各式各樣的感測器，例如，包括具有電阻溫度係數(TCR)、變阻器、或熱電偶的感測器。TCR感測器的一範例係雙端電阻溫度係數感測器(DETCR)。TCR感測器藉由量測橫跨感測器之電阻中的改變，或電阻的改變率而量測溫度改變，並因此能量測藉由來自空氣壓力、間隙、磁頭操作、及接頭、其他改變的所有熱狀態改變所導致的在ABS 108的溫度改變。如所描述的，TCR感測器可用於監視HAMR滑件100中的溫度，但其也可在製造期間用於設定磁頭-磁碟間距及/或可用於過熱(TA)偵測。
感測器136a、136b、及136c可替代地及/或額外地包含任何各式各樣的感測器，包括光輸出偵測感測器，諸如，光二極體、光電晶體、或輻射熱計。光輸出偵測感測器可用於量測能量源102，諸如，雷射二極體，的光輸出，作為用於調節能量源102之輸出功率的反饋機制。
圖2中之感測器136a、136b、及136c的位置代表感測器的可能位置。其他感測器位置可依需要或視情況使用。例如，光二極體可放置成鄰近於雷射二極體，以減少記錄頭製造的複雜度。另外，讀/寫頭組態120不必受限於單一感測器或單一種類的感測器，更確切地說，可依需要或視情況使用多個感測器及多種感測器。也預期沒有感測器的讀/寫頭組態120，且根據特定應用可係合適的。
現在參考圖3，方塊圖提供寫入操作期間由HAMR磁碟使用之典型組件的範例。該等組件包括主機140、控制器特定應用積體電路(ASIC)142、預放大器144、及寫入頭146。主機140可包含能實施一系列邏輯操作的電腦或其他相似裝置，並可經由主機協定，諸如，SATA、SaS、SCSI等，耦接至HAMR裝置。控制器ASIC 142通常包括在韌體150之控制下操作的控制器微處理器148、使用格式化邏輯的格式化器152、及寫入通道154。預放大器144包括雷射驅動器156及寫入器驅動器158，同時該寫入頭146包括雷射二極體102(見圖1)及寫入器線圈132(見圖2)。通常，硬碟包含一個以上的寫入頭，且預放大器包含用於選擇及路由信號至期望磁頭的多工電路(未圖示)。其他實施例包括一個以上的預放大器。
在操作時，主機140啟始其被傳訊至控制器ASIC 142，且具體地說，傳訊至控制器微處理器148的寫入操作。控制器微處理器148已經由韌體150編程，以在主機指令上操作並產生寫入請求至格式化器152，並搜尋磁性媒體122上的期望軌/位置(見圖2)。格式化器152將WrGate信號發佈至其致能預放大器144之雷射驅動器156及寫入器驅動器158的寫入通道154。在此實例中，寫入通道154提供雷射脈衝信號至雷射驅動器156並將寫入資料提供至寫入器驅動器158。來自驅動器156及158各者的電流分別啟動雷射二極體102及寫入器線圈132，允計寫入頭146完成寫入操作。
HAMR磁碟技術已增加資料可以其記錄在磁性媒體中的速度，以及可記錄在磁性媒體中的資料量，然而，該技術確實出現一些複雜性。例如，HAMR媒體熱點可必需小於來自能量源，例如，雷射二極體，之可用光的一半波長。由於所謂的散射限制，光學組件不能以此尺度聚焦該光。實現小於光之一半波長的微小局限熱點的一種方式係使用NFT，諸如，電漿光學天線。將NFT設計成當藉由雷射光充能時，具有表面電漿共振。在共振時，由於金屬中的電子的集體振盪，高電場圍繞NFT。部分電場穿隧入磁性媒體中並被吸收，將該磁性媒體的溫度局部地提昇至用於記錄的居里點之上。沒有熱能量的存在，該磁性媒體將低於居里點，且即使存在來自該寫入器的磁場，有效抹除或重磁化將不會發生。然而，已良好地理解磁化過渡被界定，亦即，磁性凍結，在少於居里溫度的溫度。
此外，在HAMR磁碟可使用雷射及NFT以加熱媒體以在記錄處理中輔助的同時，雷射及NFT能在整體HAMR頭/滑件加熱時在光學傳輸路徑中導致低效率。加熱可源自NFT、光遞送光學、及/或源自雷射自身。可將吸收入此等組件中的能量轉變為勢，其傳導至周圍材料。 此熱能由記錄頭內的感測器(等)偵測，例如，先前描述的DETCR感測器(等)。
另外，在部分HAMR磁碟實施例中，稱為脈動的技術可用於控制雷射，此種技術使用在圖3的組態中。脈動操作以重複頻率閃射雷射。脈動通常與來自寫入器線圈的 磁化過渡同步，但在相位上移位，使得閃射發生在磁化過渡之間。脈動的支援在預放大器內加入控制插腳及電路，其增加額外、潛在的故障點。
因為包含在HAMR磁碟中的技術複雜性，諸如，上文所描述的複雜性，錯誤可在將資料寫入磁性媒體時發生。然而，在磁碟中，特別在「企業級硬碟」中，亦即，常使用在工業及商業中的硬碟，資料完整性指派有高優先權。一般而言，硬碟資料完整性意指當讀取最近寫入的資料時傳回相同資料，或替代地傳回該硬碟不能完成有效資料寫入的錯誤指示，其可發生，例如，在硬體錯誤或其他硬碟系統錯誤上。錯誤指示因此會建議資料儲存故障模式，然後主機系統會實施適當的錯誤恢復。在此揭示發明中，當寫到「保護與寫入操作關聯的資料」時，其意指裝置已證實資料適當地儲存(亦即，藉由在寫入操作時沒有故障或藉由實施寫入後讀取)，或已通知主機該資料儲存裝置的故障以適當地儲存該資料的任一者。
可發生的一類資料完整性故障模式係「未偵測到的資料不匹配」。一類「未偵測到的資料不匹配」係「過時資料不匹配」，其能在當硬碟由於特定故障而無法寫入資料至磁性媒體時發生，且此寫入故障未由該硬碟所偵測到。在部分故障模式情景中，硬碟從主機接受寫入在磁性媒體上的資料，但無法將該資料寫入在該磁性媒體上，且甚至更糟的是無法通知該主機系統無法該資料寫在媒體上。因此，當主機稍後希望取回(讀取)該資料時，硬碟讀取來自 先前寫入的舊(過時)資料並將此資料傳回至主機，再度無法通知主機系統該錯誤。此故障模式甚至能在邏輯區塊位址(LBA)為種的錯誤偵測碼存在時發生，因為先前寫入資料的LBA數通常與企圖寫入之資料的LBA數相同。
在習知硬碟中，亦即，非-HAMR硬碟，包含故障偵測電路的預放大器典型地連接至硬碟記錄頭以協助防止上述種類的故障。此種預放大器能偵測像是開路或短路寫入器元件的故障。若預放大器偵測到此等故障的一者，預放大器發佈信號回硬碟控制器且控制器實施錯誤恢復，其能包括若硬碟不能校正該故障情況，報告錯誤至主機。然而，習知硬碟中的故障偵測不預期與熱或能量源有關之故障的偵測。
圖4描繪用於HAMR硬碟的故障偵測系統160。故障偵測系統160具有偵測HAMR硬碟的能量遞送系統內之故障的能力，包括NFT，其在本系統之前尚不能可靠地實施。不能偵測NFT內的故障可導致危害資料完整性或效能損失任一者。故障偵測系統160提供多個反饋迴路，當受干擾時，警告控制器ASIC 142有故障。控制器ASIC 142包含用於減輕錯誤或在硬故障情形中回報錯誤狀態回主機140的邏輯。錯誤減輕的範例包括使用讀取驗證(寫後讀)重試寫入操作；其他減輕接觸可視情況使用。
故障偵測系統160能與主機140互動，並合併參考圖3之寫入操作方塊圖於上文描述的此等組件，包括合併控制器微處理器148及韌體150的控制器ASIC 142、格式 化器152、及寫入通道154、合併雷射驅動器156及寫入器驅動器158的預放大器144、及合併雷射二極體102及寫入器線圈132的寫入頭146。故障偵測系統160額外包括NFT溫度感測器162，例如，DETCR感測器，及/或光偵測器感測器164(見圖2及與對應感測器136a、136b、及136c有關的描述)。故障偵測系統160更包括在雷射驅動器156及寫入器驅動器158各者中的故障偵測器166，以及在控制器ASIC 142內的預放大器故障邏輯168及控制器故障邏輯170。
故障偵測系統160內的額外組件提供在致能故障偵測時輔助之反饋信號的機會。具體地說，雷射二極體102現在提供能由預放大器量測且由預放大器故障邏輯168及/或控制器故障邏輯對其採取行動的反饋電流及/或電壓。 例如，若雷射二極體電壓溢出範圍、若在寫入期間有指示模式跳動的雷射二極體電壓偏移、若雷射臨限/偏壓電流溢出範圍，亦即，太高或太低、或若雷射操作電流溢出範圍，亦即，太高或太低，系統160內的故障能當地發訊及回應。寫入器線圈132相似地提供用於故障偵測的反饋電流及/或電壓。
位於寫入頭146內的NFT溫度感測器162及/或光偵測器164各者提供信號回預放大器144，能由預放大器故障邏輯168及/或控制器故障邏輯170對該信號採取行動。例如，若NFT溫度感測器162偵測不到或不充份的加熱時，若光感測器164指示偵測光溢出範圍，亦即，太 高或太低，或若光感測器164指示偵測光具有分段不連續性，亦即，故障能在系統160內發訊並被適當地回應。將寫入頭146內的故障及發生在預放大器自身中的此等故障發訊至預放大器故障邏輯168並饋送回控制器故障邏輯170。將控制器ASIC自身內的故障反饋信號從寫入通道154提供至控制器故障邏輯170。控制器故障邏輯170額外提供寫入致能信號至預放大器144的各元件，包括雷射驅動器156、寫入器驅動器158、及預放大器故障邏輯168。寫入致能信號通常跟隨來自格式化器邏輯152的WrGate信號，當寫入作用時發佈。在接收到故障時，故障邏輯170藉由解發佈寫入致能信號並藉由處理器岔斷信號IRQ Fault警告控制器微處理器148該故障情況而中止寫入操作。然後控制器微處理器148實施故障錯誤恢復，其可包括重寫資料及重讀資料以證實其已正確地寫入。
由故障偵測系統160監視的故障列表及所產生的系統故障模式提供在表1中。表1中的故障列表不應認為係詳盡的，更確切地說，係其他故障可加至其或自其減除的範例故障列表。
現在參考圖5，流程圖描繪具有已實作的故障偵測系統160的寫入操作的範例實施例。最初，根據區塊200，寫入操作從主機發佈。根據區塊202，控制器微處理器內的韌體設定預放大器故障偵測暫存器。根據區塊204，韌體搜尋磁性媒體上的期望軌並針對該寫入操作編程格式化器。根據區塊206，磁性媒體旋轉至寫入的期望開始扇區。根據區塊208，格式化器發佈寫入閘。根據決定區塊210，提出故障是否在寫入操作期間發生的問題。根據區塊212，若故障已發生，如藉由故障偵測系統160所偵測的，讀回磁性媒體扇區上資料。根據決定區塊214，提出資料是否正確地寫入的問題。根據區塊216，若資料未正確地寫入(或完全未寫入)，將寫入的「不良」狀態回報至主機。根據區塊218，若沒有故障在寫入操作期間發生，或即使故障發生，資料仍正確地寫入，將寫入的「良好」狀態回報至主機。未圖示的額外錯誤恢復步驟，例如，重編程預放大器暫存器、重寫入資料多次、調整雷射電流等，可在傳回狀態至主機之前嘗試。
上述HAMR硬碟故障偵測系統160的額外及/或其他特性包括在硬碟操作期間設定及調整操作臨限窗的能力，例如，可針對臨限偵測器編程時間及振幅常數。滑動窗能力容許溫度、雷射功率、電流等隨時間改變而不非必要地觸發故障系統。另一特性包括故障窗的逐漸調適以僅在寫入後的讀取證實寫入成功時容納組件老化。
本文揭示的系統、裝置、或方法可包括本文描述的一 或多個特性結構、方法、或彼等的組合。例如，裝置或方法可實作成包括一或多個以上特性及/或處理。此種裝置或方法傾向於不必包括本文描述的所有特性及/或處理，但可實作成包括提供有用結構及/或功能的經選擇特性及/或處理。
能對上文討論的揭示實施例產生各種修改及添加。因此，本揭示發明的範圍不應由上述特定實施例限制，而應僅由下文陳述的申請專利範圍及其等效範圍界定。
102‧‧‧能量源
132‧‧‧寫入線圈
140‧‧‧主機
142‧‧‧控制器特定應用積體電路(ASIC)
144‧‧‧預放大器
146‧‧‧寫入頭
148‧‧‧控制器微處理器
150‧‧‧韌體
152‧‧‧格式化器
154‧‧‧寫入通道
156‧‧‧雷射驅動器
158‧‧‧寫入器驅動器
160‧‧‧故障偵測系統
162‧‧‧NFT溫度感測器
164‧‧‧光偵測器感測器
166‧‧‧故障偵測器
168‧‧‧預放大器故障邏輯
170‧‧‧控制器故障邏輯

Claims (20)

  1. 一種資料儲存設備，包含：控制器，可被耦接至讀/寫頭，該控制器組態以：從該讀/寫頭的感測器接收故障信號，該感測器指示用於加熱記錄媒體的能量源在寫入操作期間失靈；及回應於該故障信號，採取補救行動以保護與該寫入操作關聯的資料。
  2. 如申請專利範圍第1項的資料儲存設備，其中該感測器包含光二極體。
  3. 如申請專利範圍第1項的資料儲存設備，其中該感測器包含溫度感測器。
  4. 如申請專利範圍第1項的資料儲存設備，其中該補救行動包含回報故障狀態至主機。
  5. 如申請專利範圍第1項的資料儲存設備，其中該補救行動包含重啟始該寫入操作以及隨後的讀取驗證。
  6. 如申請專利範圍第1項的資料儲存設備，其中該故障信號係基於在期望操作範圍內操作之該能量源而觸發，且其中該期望操作範圍係為可調整以防止錯誤指示器。
  7. 如申請專利範圍第6項的資料儲存設備，其中該期望操作範圍係為可調整以適應該資料儲存設備的老化。
  8. 如申請專利範圍第1項的資料儲存設備，更包含：前置放大器，耦接至該控制器及該能量源，該前置放大器組態成偵測該能量源的電故障，且回應於其，提供第二故障信號至該控制器，其中該控制器回應於該第二故障 信號採取該補救行動。
  9. 如申請專利範圍第8項的資料儲存設備，其中該電故障包含開電路、短路、溢出電壓、溢出電流、及電壓偏移的一者。
  10. 一種系統，包含：讀/寫頭，包含：能量源，用於加熱記錄媒體；及感測器，組態成偵測該能量源是否在寫入操作期間加熱記錄媒體；及控制器，耦接至該讀/寫頭並組態以：從該感測器接收指示該能量源在該寫入操作期間失靈的故障信號；回應於該故障信號，採取補救行動以保護與該寫入操作關聯的資料。
  11. 如申請專利範圍第10項的系統，其中該感測器包含光二極體及溫度感測器的至少一者。
  12. 如申請專利範圍第10項的系統，其中該補救行動包含重啟始該寫入操作以及隨後的讀取驗證。
  13. 如申請專利範圍第10項的系統，其中該故障信號係基於在期望操作範圍內操作之該能量源而觸發，且其中該期望操作範圍可調整以防止錯誤指示器或適應該系統的該老化。
  14. 如申請專利範圍第10項的系統，更包含：前置放大器，耦接至該控制器及該能量源，該前置放 大器組態成偵測該能量源的電故障，且回應於其，提供第二故障信號至該控制器，其中該控制器回應於該第二故障信號採取該補救行動。
  15. 如申請專利範圍第14項的系統，其中該電故障包含開電路、短路、溢出電壓、溢出電流、及電壓偏移的一者。
  16. 一種方法，包含：啟始資料至記錄媒體上的寫入操作；感測該記錄媒體是否在該寫入操作期間受加熱；若該記錄媒體未在該寫入操作期間受加熱，發佈故障信號；及藉由保護與該寫入操作關聯的該資料而回應該故障信號。
  17. 如申請專利範圍第16項的方法，其中該感測步驟包含感測光、感測溫度、及/或感測電失效以決定該記錄媒體是否在該寫入操作期間受加熱。
  18. 如申請專利範圍第16項的方法，更包含回報該故障信號。
  19. 如申請專利範圍第16項的方法，更包含藉由重啟始該寫入操作及啟始後續的讀取驗證操作而回應該故障信號。
  20. 如申請專利範圍第16項的方法，其中該故障信號係基於該記錄媒體受加熱至期望操作範圍內而觸發，且其中該期望操作範圍可調整以防止錯誤指示器。
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