Comment fonctionne un disque dur ? - Kanawat Senanan

Un disque dur moderne contient probablement davantage d'informations que votre bibliothèque de quartier. Comment peut-on emmagasiner tant d'informations sur un espace si réduit ? Kanawat Senanan nous présente les générations d'ingénieurs, de scientifiques des matériaux et de physiciens en physique quantique qui ont contribué à la création de cet outil incroyablement puissant et précis.

Visionner la leçon en entier : http://ed.ted.com/lessons/how-do-hard-drives-work-kanawat-senanan

Imaginez un avion voler
un millimètre au-dessus du sol,

accomplir une révolution
autour de la Terre toutes les 25 secondes,

tout en comptant chaque brin d'herbe.

Réduisez l'échelle pour que tout
tienne dans la paume votre main.

Vous obtenez quelque chose d'équivalent
au disque dur moderne,

un objet qui peut contenir davantage
d'informations que votre bibliothèque.

Comment est-ce possible d'emmagasiner
tant de données sur un espace si réduit ?

Au cœur de chaque disque dur,

on trouve un ensemble de disques
qui tournent très rapidement,

et équipés d'une tête de lecture
qui survole chacun.

Chaque disque est recouvert d'un film

formé par des grains
de métal magnétisés microscopiques.

Vos données n'y sont pas enregistrées
sous une forme compréhensible.

Elles sont stockées sous forme
de motif magnétique

constitué par des paquets
de ces petits grains.

Au sein de chaque paquet,
connu sous le nom de bit,

tous les grains sont polarisés
magnétiquement,

dans un des deux états possibles,

correspondant à 0 et 1.

Les données sont gravées sur le disque

en convertissant les chaînes de bits
en courant électrique

produit par un électroaimant.

Cet aimant génère un champ suffisant

pour changer l'orientation
du champ magnétique de chaque bit.

Quand l'information
est gravée sur le disque,

le pilote utilise un lecteur magnétique
pour les rendre utilisables,

à l'instar de l'aiguille d'un phonographe

traduisant les sillons d'un disque
en musique.

Comment peut-on obtenir autant
d'informations avec des 0 et des 1 ?

En associant un grand nombre d'entre eux.

Par exemple, une lettre est représentée
par un octet, soit, 8 bits.

Une photo nécessite
plusieurs méga-octets,

chacun comptant 8 millions de bits.

Comme chaque bit doit être inscrit
sur une partie physique du disque,

nous cherchons par tous les moyens à
augmenter la densité surfacique du disque

c'est-à-dire à insérer le plus grand
nombre possible de bits par cm².

La densité d'un disque dur moderne
avoisine 100 gigabits par cm².

C'est plus grand que le premier disque dur
fabriqué par IBM en 1957

par un facteur de 300 millions.

Cette évolution extraordinaire
dans la capacité de stockage

n'a pas été seulement
une question de miniaturisation.

Elle a requis de nombreuses innovations.

Une technique appelée
processus de lithographie sur film fin,

a permis aux ingénieurs de réduire
la taille du lecteur et du graveur.

En dépit de sa taille,
la sensibilité du lecteur a augmenté

en exploitant les découvertes

sur les propriétés magnétiques
et quantiques de la matière.

On a aussi réduit l'espace entre les bits
grâce à des algorithmes mathématiques

qui filtrent les bruits provoqués
par les interférences magnétiques

et trouve les séquences de bits
les plus probables

pour chaque fragment de signal en lecture.

Un meilleur contrôle de la dilatation
thermique du lecteur,

grâce à un système de thermo-régulation
placé sous le graveur magnétique,

permet une navigation précise du graveur,
à moins de 5 nanomètres,

soit l'équivalent de deux brins d'ADN.

Ces dernières décennies,

la croissance exponentielle
de la capacité de stockage et de calcul

a suivi la Loi de Moore.

Moore a prédit en 1975 que la densité
des données doublerait tous les deux ans.

Mais lorsque la densité atteint
15 gigabits par cm²,

continuer de miniaturiser ou
d'entasser les grains magnétiques

pose un nouveau risque, appelé
le superparamagnétisme.

Quand le volume d'un grain
magnétique est trop petit,

sa polarisation est facilement influencée
par la température

et provoquer un changement
spontané des bits,

et donc mener à une perte des données.

Les scientifiques ont trouvé
une solution remarquablement simple :

en changeant la direction de gravure
du sens longitudinal à perpendiculaire.

Ça a permis d'augmenter la densité
à près de 150 mégabits par cm².

Récemment, la limite a de nouveau
été repoussée

grâce à l'enregistrement magnétique
assisté par chaleur.

Ce système utilise un moyen
thermique plus stable

dont la résistance magnétique
est réduite temporairement

en chauffant localement le plateau
avec un laser

permettant la gravure des données.

Bien que ces lecteurs soient actuellement
en cours de prototypage,

les scientifiques travaillent déjà
sur la génération suivante :

le « substrat structuré ».

Les bits sont isolés dans des cellules
séparées de taille nanoscopique.

Cela devrait permettre d'atteindre une
densité de 3 térabits par cm²,

voire davantage.

C'est grâce aux efforts combinés
de plusieurs générations d'ingénieurs,

de scientifiques des sciences
des matériaux,

et de physiciens quantiques

que cet engin de haute précision
peut tourner dans le creux de votre main.