¿Cómo funcionan los discos duros? - Kanawat Senanan

Ver la lección completa en: http://ed.ted.com/lessons/how-do-hard-drives-work-kanawat-senanan

El disco duro moderno es un objeto que probablemente pueda contener más información que tu biblioteca local. Pero, ¿cómo almacenar tanta información en un espacio tan pequeño? Kanawat Senanan detalla las generaciones de ingenieros, científicos de materiales y físicos cuánticos que influyeron en la creación de esta herramienta increíblemente poderosa y precisa.

Lección de Kanawat Senanan, animación de TED-Ed.

Imagina el vuelo de un avión
a un milímetro del suelo

que da vueltas a la Tierra
una vez cada 25 segundos

mientras cuenta cada brizna de hierba.

Encoge todo eso para que quepa
en la palma de tu mano,

y tendrías algo equivalente
a un disco duro moderno,

un objeto que quizá puede almacenar
más información que tu biblioteca local.

Pero, ¿cómo almacena tanta información
en un espacio tan pequeño?

En el núcleo del disco duro hay una pila
de discos giratorios de alta velocidad

con un cabezal de grabación
que sobrevuela cada superficie.

Cada disco está codificado

con una película de granos metálicos
magnetizados microscópicos,

y tus datos no viven allí en
una forma que puedas reconocer.

En cambio, se almacenan
como un patrón magnético

formado por grupos de
esos diminutos granos.

En cada grupo, también conocido como bit,

todos esos granos tienen
sus magnetizaciones alineadas

en uno de dos estados posibles,

que corresponden a ceros y unos.

Los datos se escriben en el disco

convirtiendo cadenas de bits

en corriente eléctrica
alimentada vía un electroimán.

Este imán genera un campo
suficientemente fuerte

para cambiar la dirección de la
magnetización del grano del metal.

Una vez que esta información
se escribe en el disco,

la unidad usa un lector magnético para
convertirlo de nuevo en una forma útil,

muy similar a una aguja de fonógrafo que
traduce ranuras de un disco en música.

Pero, ¿cómo conseguir tanta información
a partir solo de ceros y unos?

Bueno, poniendo montones de ellos juntos.

Por ejemplo, una letra se representa
con un byte, u ocho bits,

y tu foto promedio requiere
varios megabytes,

cada uno de los cuales
son 8 millones de bits.

Como cada bit debe escribirse
en el área física de un disco,

siempre buscamos incrementar
la densidad de área del disco,

o cuántos bits pueden colocarse
en una pulgada cuadrada.

La densidad de área de
un disco duro moderno

es de unos 600 gigabits
por pulgada cuadrada,

300 millones de veces mayor que la
del primer disco duro de IBM de 1957.

Este avance increíble en
capacidad de almacenamiento

no fue solo una cuestión
de hacer todo más pequeño,

sino que requirió varias innovaciones.

Una tecnología llamada proceso
de litografía de película delgada

les permitió a los ingenieros
encoger el lector y el escritor.

Y a pesar de su tamaño,
el lector se hizo más sensible

aprovechando nuevos
descubrimientos en las

propiedades magnéticas
y cuánticas de la materia.

Se pudieron compactar los bits
gracias a algoritmos matemáticos

que filtran el ruido de la
interferencia magnética,

y encontrar las secuencias de bits
más probable de cada señal de lectura.

Y el control de expansión
térmica del cabezal

fue posible ubicando un calentador
bajo el escritor magnético,

permitiendo que vuele a menos de cinco
nanómetros sobre la superficie del disco,

es del ancho de dos hebras de ADN.

Desde hace varias décadas,

el crecimiento exponencial del poder
de almacenamiento y procesamiento

ha seguido el patrón conocido
como Ley de Moore,

que, en 1975, predijo que
la densidad de información

se duplicaría cada 2 años

Pero en torno a los 100 gigabits
por pulgada cuadrada,

encoger más el grano magnético
o acercarlos más plantea un nuevo riesgo

llamado efecto superparamagnético.

Cuando el volumen de grano magnético
es demasiado pequeño,

la energía térmica perturba
fácilmente su magnetización

y puede hacer que los bits
cambien involuntariamente,

llevando a la pérdida de datos.

Los científicos resolvieron esta
limitación de manera muy simple:

cambiando la dirección de grabación
de longitudinal a perpendicular,

permitiendo una densidad de área
de un terabit por pulgada cuadrada.

Recientemente, el límite potencial
se ha aumentado otra vez

mediante la grabación
magnética asistida por calor.

Usa un medio de grabación
térmicamente más estable,

cuya resistencia magnética
se reduce momentáneamente

calentando un punto
determinado con un láser,

permitiendo la escritura de datos.

Y si bien esas unidades
están en etapa de prototipo,

los científicos ya tienen el próximo
truco potencial bajo la manga:

medios con patrones de bits,

donde las ubicaciones de bits se colocan
en estructuras nanométricas separadas,

potencialmente permitiendo densidades de
área de 20 terabits por pulgada cuadrada

o más.

Es gracias a los esfuerzos combinados
de generaciones de ingenieros,

científicos de materiales,

y físicos cuánticos

que este instrumento de potencia
y precisión increíbles

puede girar en la palma de tu mano.