ลองจินตนาการถึงเครื่องบินโดยสาร ที่บินอยู่เหนือพื้นโลกเพียง 1 มิลลิเมตร
ด้วยความเร็วที่จะบินได้รอบโลก ทุก ๆ 25 วินาที
แถมต้องนับใบหญ้าทุกใบที่มันบินผ่าน
ทีนี้ย่อส่วนทุกอย่างลง ให้เล็กพอที่จะอยู่ในมือของคุณ
และคุณก็จะได้สิ่งที่เทียบเคียง กับฮาร์ดดิสก์ในปัจจุบัน
มันคือวัตถุที่อาจจะจุข้อมูลได้มากกว่า ห้องสมุดสาธารณะในเมืองของคุณ
แล้วมันจุข้อมูลมหาศาลไว้ ภายในเนื้อที่เล็ก ๆ เช่นนี้ได้อย่างไร
หัวใจสำคัญของฮาร์ดดิสก์ทุกชิ้น คือ แผ่นจานที่เรียงซ้อนกัน ที่หมุนด้วยความเร็วสูง
โดยมีหัวบันทึกบินอยู่เหนือผิว แต่ละด้านของจานนั้น
แผ่นจานถูกเคลือบด้วยแผ่นฟิล์มบาง ๆ ที่ก่อขึ้น จากผลึกขนาดจิ๋วของโลหะที่เป็นสารแม่เหล็ก
แต่ข้อมูลของคุณนั้นไม่ได้ถูกบันทึกในฮาร์ดดิสก์ ในรูปแบบที่คุณจะมองออก
มันถูกบันทึกในรูปแบบ การจัดเรียงตัวของขั้วแม่เหล็ก
ของกลุ่มผลึกจิ๋วเหล่านั้น
กลุ่มผลึกแต่ละกลุ่มนั้น เราเรียกมันว่าบิต (bit)
ซึ่งล้วนมีขั้วแม่เหล็กหันไปในทิศทางเดียวกัน ทิศใดทิศหนึ่ง
จากที่ทิศเป็นไปได้ 2 ทิศ
ซึ่งนั่นก็หมายถึงบิต 0 หรือ 1 นั่นเอง
ข้อมูลถูกเขียนลงไปบนจานแม่เหล็ก
โดยการแปลงชุดข้อมูลบิตที่ต่อเนื่องกัน ให้เป็นกระแสไฟฟ้า
แล้วป้อนเข้าสู่แม่เหล็กไฟฟ้า
แม่เหล็กไฟฟ้าชิ้นนี้จะสร้างสนามแม่เหล็ก ที่แรงพอที่จะเปลี่ยนทิศทาง
ขั้วแม่เหล็กของเหล่าผลึกโลหะ
เมื่อข้อมูลเหล่านี้ถูกเขียนลง บนแผ่นจานแม่เหล็ก
ฮาร์ดดิสก์ก็จะใช้เซนเซอร์ตรวจสนามแม่เหล็ก แปลงมันกลับมาให้อยู่ในรูปที่ใช้ประโยชน์ได้
เช่นเดียวกับที่เข็มของเครื่องเล่นแผ่นเสียง แปลงร่องขรุขระบนแผ่นเสียงให้เป็นเสียงเพลง
แต่เราได้ข้อมูลมหาศาลจาก แค่ตัวเลขหนึ่งและศูนย์ได้อย่างไร
ก็เอามันมาเรียงกันเยอะ ๆ น่ะสิ
ตัวอย่างเช่น หนึ่งตัวอักษรนั้น นับเป็นข้อมูล 1 ไบต์ ซึ่งเท่ากับ 8 บิต
และรูปภาพทั่ว ๆ ไปของคุณ ก็กินเนื้อที่หลายเมกะไบต์
แต่ละเมกะไบต์ก็คือ 8 ล้านบิต
และเนื่องจากแต่ละบิตนั้นกินเนื้อที่ บนผิวของจานแม่เหล็กเมื่อมันถูกเขียนลงไป
เราจึงต้องพยายามที่จะหาหนทางเพื่อที่ จะเพิ่ม ความหนาแน่นเชิงพื้นที่ (areal density)
ซึ่งวัดกันโดย จำนวนบิตที่สามารถ บันทึกลงไปในพื้นที่หนึ่งตารางนิ้ว
ความหนาแน่นเชิงพื้นที่ของฮาร์ดดิส์ในปัจจุบัน คือประมาณ 600 กิกะบิตต่อตารางนิ้ว
300 ล้านเท่าของฮาร์ดดิส์ตัวแรก ที่ IBM สร้างขึ้นเมื่อปี ค.ศ. 1957
การเพิ่มขึ้นอย่างมหัศจรรย์ ของความจุของฮาร์ดดิสก์
ไม่ใช่แค่การลดขนาดทุกอย่างให้เล็กลง
แต่มันเกี่ยวข้องกับนวัตกรรมหลาย ๆ อย่าง
เทคนิคที่เรียกว่ากระบวนการพิมพ์ลายด้วยแสง
ช่วยให้วิศวกรย่อขนาดหัวอ่านและหัวเขียนได้
และแม้ด้วยขนาดที่เล็กลง เซนเซอร์ในหัวอ่านนั้นก็ยังมีความไวสูงขึ้น
โดยการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติทางแม่เหล็ก และทางควอนตัม ของวัสดุต่าง ๆ
แถมบิตก็ยังถูกบันทึกให้ชิดกันมากขึ้น ซึ่งต้องขอบคุณวิธีทางคณิตศาสตร์ต่าง ๆ
ที่ช่วยกรองเอาสัญญาณรบกวน และการบิดเบือนของสัญญาณออกไป
แถมยังสามารถทำนายชุดข้อมูลบิตที่น่าจะเป็นไปได้ มากที่สุดจากสัญญาณที่อ่านขึ้นมาจากจานแม่เหล็ก
และการควบคุมการขยายตัวทางความร้อนของหัวเขียน
โดยอาศัยขดลวดความร้อนที่ฝังไว้ใต้หัวเขียน
ทำให้มันบินใกล้แผ่นจาน ได้ใกล้กว่า 5 นาโนเมตร
นั่นเทียบเท่ากับ DNA เพียงแค่สองสาย
หลายทศวรรษที่ผ่านมา
การเติบโตอย่างทวีคูณของความจุ และพลังการคำนวณของคอมพิวเตอร์นั้น
เป็นไปตามรูปแบบที่รู้จักกัน ในชื่อว่ากฎของมัวร์
ซึ่งในปี ค.ศ. 1975 ได้มีการทำนายว่า ความหนาแน่นของข้อมูลจะทวีคูณขึ้นทุก ๆ 2 ปี
แต่เมื่อความหนาแน่น เพิ่มถึง 100 กิกะบิตต่อตารางนิ้ว
การย่อขนาดของผลึกแม่เหล็กให้เล็กลงไปอีก หรือเขียนบิตให้ใกล้กันมากขึ้น
ก่อให้เกิดปัญหาใหม่ที่เรียกว่า ปรากฏการณ์ซูเปอร์พาราแมกเนติก
ซึ่งเมื่อผลึกแม่เหล็ก มีปริมาตรเล็กลงจนถึงจุดหนึ่ง
ทิศทางของขั้วแม่เหล็กของมัน จะถูกรบกวนด้วยพลังงานความร้อน
จนอาจเกิดการกลับทิศได้โดยไม่ตั้งใจ
และนำไปสู่การสูญเสียข้อมูลในที่สุด
เหล่านักวิทยาศาสตร์ได้แก้ไข้ขีดจำกัดนี้ ด้วยวิธีที่ง่ายเหลือเชื่อ
โดยการเปลี่ยนทิศขั้วแม่เหล็กจากในแนวขนาน กับระนาบของจาน เป็นแนวตั้งฉาก
ทำให้ความหนาแน่นของข้อมูลเพิ่มต่อไปได้ จนเกือบถึง 1 เทราบิตต่อตารางนิ้ว
ไม่นานมานี้ ขีดจำกัดด้านความหนาแน่น เชิงพื้นที่ก็ได้ถูกเพิ่มขึ้นไปอีกครั้งหนึ่ง
โดยการใช้ความร้อน เพื่อช่วยในการบันทึกข้อมูลเชิงแม่เหล็ก
เทคนิคนี้ใช้สื่อในการบันทึก ที่มีความเสถียรต่อการสูญเสียข้อมูลโดยความร้อน
ซึ่งความเสถียรนี้จะถูกลดลงชั่วขณะ
โดยใช้เลเซอร์เพื่อให้ความร้อนเป็นจุดเล็ก ๆ
เพื่อให้ข้อมูลสามารถถูกเขียนลงไปได้
แม้ว่าฮาร์ดดิสก์ที่ใช้เทคโนโลยีนี้ ยังอยู่ในขั้นต้นแบบ
เหล่านักวิทยาศาสตร์ก็มีกลเม็ดอีกชิ้นหนึ่ง เตรียมพร้อมไว้แล้ว
นั่นก็คือ แผ่นจานแม่เหล็ก ที่ทำลวดลายของบิตไว้แล้ว
ซึ่งบิตแต่ละบิตจะถูกบันทึกลงในโครงสร้าง คล้ายเกาะเล็ก ๆ ระดับนาโน
ซึ่งด้วยวิธีนี้คาดกันไว้ว่าจะช่วยเพิ่ม ความหนาแน่นขึ้นไปถึง 20 เทระบิต ต่อ ตารางนิ้ว
หรือสูงกว่านั้น
ต้องขอบคุณความพยายามของเหล่าวิศวกร
นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ
และนักฟิสิกส์ควอนตัม หลายชั่วรุ่น
ที่ช่วยทำให้อุปกรณ์อันทรงพลัง และความแม่นยำอันน่าทึ่งนี้
หมุนติ้วอยู่ในมือของคุณ