How do hard drives work? - Kanawat Senanan

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TED-Ed


Veuillez double-cliquer sur les sous-titres anglais ci-dessous pour lire la vidéo.

Traducteur: Claire Ghyselen Relecteur: gilles damianthe
00:07
Imagine an airplane flying one millimeter above the ground
0
7248
3573
Imaginez un avion voler un millimètre au-dessus du sol,
00:10
and circling the Earth once every 25 seconds
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10821
3208
accomplir une révolution autour de la Terre toutes les 25 secondes,
00:14
while counting every blade of grass.
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14029
3306
tout en comptant chaque brin d'herbe.
00:17
Shrink all that down so that it fits in the palm of your hand,
3
17335
3216
Réduisez l'échelle pour que tout tienne dans la paume votre main.
00:20
and you'd have something equivalent to a modern hard drive,
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20551
3754
Vous obtenez quelque chose d'équivalent au disque dur moderne,
00:24
an object that can likely hold more information than your local library.
5
24305
4150
un objet qui peut contenir davantage d'informations que votre bibliothèque.
00:28
So how does it store so much information in such a small space?
6
28455
4451
Comment est-ce possible d'emmagasiner tant de données sur un espace si réduit ?
00:32
At the heart of every hard drive is a stack of high-speed spinning discs
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32906
4216
Au cœur de chaque disque dur,
on trouve un ensemble de disques qui tournent très rapidement,
00:37
with a recording head flying over each surface.
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37122
3403
et équipés d'une tête de lecture qui survole chacun.
00:40
Each disc is coated with a film of microscopic magnetised metal grains,
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40525
5753
Chaque disque est recouvert d'un film
formé par des grains de métal magnétisés microscopiques.
00:46
and your data doesn't live there in a form you can recognize.
10
46278
3313
Vos données n'y sont pas enregistrées sous une forme compréhensible.
00:49
Instead, it is recorded as a magnetic pattern
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49591
3177
Elles sont stockées sous forme de motif magnétique
00:52
formed by groups of those tiny grains.
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52768
3051
constitué par des paquets de ces petits grains.
00:55
In each group, also known as a bit,
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55819
2350
Au sein de chaque paquet, connu sous le nom de bit,
00:58
all of the grains have their magnetization's aligned
14
58169
2952
tous les grains sont polarisés magnétiquement,
01:01
in one of two possible states,
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61121
2475
dans un des deux états possibles,
01:03
which correspond to zeroes and ones.
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63596
3209
correspondant à 0 et 1.
01:06
Data is written onto the disc
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66805
1863
Les données sont gravées sur le disque
01:08
by converting strings of bits into electrical current
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68668
3909
en convertissant les chaînes de bits en courant électrique
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fed through an electromagnet.
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72577
2417
produit par un électroaimant.
01:14
This magnet generates a field strong enough to change the direction
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74994
3619
Cet aimant génère un champ suffisant
pour changer l'orientation du champ magnétique de chaque bit.
01:18
of the metal grain's magnetization.
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78613
2532
01:21
Once this information is written onto the disc,
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81145
2957
Quand l'information est gravée sur le disque,
01:24
the drive uses a magnetic reader to turn it back into a useful form,
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84102
4741
le pilote utilise un lecteur magnétique pour les rendre utilisables,
01:28
much like a phonograph needle translates a record's grooves into music.
24
88843
4625
à l'instar de l'aiguille d'un phonographe
traduisant les sillons d'un disque en musique.
01:33
But how can you get so much information out of just zeroes and ones?
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93468
4166
Comment peut-on obtenir autant d'informations avec des 0 et des 1 ?
01:37
Well, by putting lots of them together.
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97634
2666
En associant un grand nombre d'entre eux.
01:40
For example, a letter is represented in one byte, or eight bits,
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100300
4946
Par exemple, une lettre est représentée par un octet, soit, 8 bits.
01:45
and your average photo takes up several megabytes,
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105246
2633
Une photo nécessite plusieurs méga-octets,
01:47
each of which is 8 million bits.
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107879
2986
chacun comptant 8 millions de bits.
01:50
Because each bit must be written onto a physical area of the disc,
30
110865
3914
Comme chaque bit doit être inscrit sur une partie physique du disque,
01:54
we're always seeking to increase the disc's areal density,
31
114779
4054
nous cherchons par tous les moyens à augmenter la densité surfacique du disque
01:58
or how many bits can be squeezed into one square inch.
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118833
4739
c'est-à-dire à insérer le plus grand nombre possible de bits par cm².
02:03
The areal density of a modern hard drive is about 600 gigabits per square inch,
33
123572
5335
La densité d'un disque dur moderne avoisine 100 gigabits par cm².
02:08
300 million times greater than that of IBM's first hard drive from 1957.
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128907
6617
C'est plus grand que le premier disque dur fabriqué par IBM en 1957
par un facteur de 300 millions.
02:15
This amazing advance in storage capacity
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135524
2405
Cette évolution extraordinaire dans la capacité de stockage
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wasn't just a matter of making everything smaller,
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137929
2803
n'a pas été seulement une question de miniaturisation.
02:20
but involved multiple innovations.
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140732
2182
Elle a requis de nombreuses innovations.
02:22
A technique called the thin film lithography process
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142914
3239
Une technique appelée processus de lithographie sur film fin,
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allowed engineers to shrink the reader and writer.
39
146153
3694
a permis aux ingénieurs de réduire la taille du lecteur et du graveur.
02:29
And despite its size, the reader became more sensitive
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149847
2920
En dépit de sa taille, la sensibilité du lecteur a augmenté
02:32
by taking advantage of new discoveries in magnetic and quantum properties of matter.
41
152767
6323
en exploitant les découvertes
sur les propriétés magnétiques et quantiques de la matière.
02:39
Bits could also be packed closer together thanks to mathematical algorithms
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159090
4294
On a aussi réduit l'espace entre les bits grâce à des algorithmes mathématiques
02:43
that filter out noise from magnetic interference,
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163384
3216
qui filtrent les bruits provoqués par les interférences magnétiques
02:46
and find the most likely bit sequences from each chunk of read-back signal.
44
166600
4874
et trouve les séquences de bits les plus probables
pour chaque fragment de signal en lecture.
02:51
And thermal expansion control of the head,
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171474
2991
Un meilleur contrôle de la dilatation thermique du lecteur,
02:54
enabled by placing a heater under the magnetic writer,
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174465
3083
grâce à un système de thermo-régulation placé sous le graveur magnétique,
02:57
allowed it to fly less than five nanometers above the disc's surface,
47
177548
5127
permet une navigation précise du graveur, à moins de 5 nanomètres,
03:02
about the width of two strands of DNA.
48
182675
3986
soit l'équivalent de deux brins d'ADN.
03:06
For the past several decades,
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186661
1756
Ces dernières décennies,
03:08
the exponential growth in computer storage capacity and processing power
50
188417
4147
la croissance exponentielle de la capacité de stockage et de calcul
03:12
has followed a pattern known as Moore's Law,
51
192564
3252
a suivi la Loi de Moore.
03:15
which, in 1975, predicted that information density would double every two years.
52
195816
7283
Moore a prédit en 1975 que la densité des données doublerait tous les deux ans.
03:23
But at around 100 gigabits per square inch,
53
203099
2894
Mais lorsque la densité atteint 15 gigabits par cm²,
03:25
shrinking the magnetic grains further or cramming them closer together
54
205993
4192
continuer de miniaturiser ou d'entasser les grains magnétiques
03:30
posed a new risk called the superparamagnetic effect.
55
210185
4176
pose un nouveau risque, appelé le superparamagnétisme.
03:34
When a magnetic grain volume is too small,
56
214361
3184
Quand le volume d'un grain magnétique est trop petit,
03:37
its magnetization is easily disturbed by heat energy
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217545
3931
sa polarisation est facilement influencée par la température
03:41
and can cause bits to switch unintentionally,
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221476
2953
et provoquer un changement spontané des bits,
03:44
leading to data loss.
59
224429
2285
et donc mener à une perte des données.
03:46
Scientists resolved this limitation in a remarkably simple way:
60
226714
4105
Les scientifiques ont trouvé une solution remarquablement simple :
03:50
by changing the direction of recording from longitudinal to perpendicular,
61
230819
5080
en changeant la direction de gravure du sens longitudinal à perpendiculaire.
03:55
allowing areal density to approach one terabit per square inch.
62
235899
5326
Ça a permis d'augmenter la densité à près de 150 mégabits par cm².
04:01
Recently, the potential limit has been increased yet again
63
241225
3633
Récemment, la limite a de nouveau été repoussée
04:04
through heat assisted magnetic recording.
64
244858
2824
grâce à l'enregistrement magnétique assisté par chaleur.
04:07
This uses an even more thermally stable recording medium,
65
247682
3769
Ce système utilise un moyen thermique plus stable
04:11
whose magnetic resistance is momentarily reduced
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251451
3438
dont la résistance magnétique est réduite temporairement
04:14
by heating up a particular spot with a laser
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254889
3628
en chauffant localement le plateau avec un laser
04:18
and allowing data to be written.
68
258517
2018
permettant la gravure des données.
04:20
And while those drives are currently in the prototype stage,
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260535
3022
Bien que ces lecteurs soient actuellement en cours de prototypage,
04:23
scientists already have the next potential trick up their sleeves:
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263557
4738
les scientifiques travaillent déjà sur la génération suivante :
04:28
bit-patterned media,
71
268295
1996
le « substrat structuré ».
04:30
where bit locations are arranged in separate, nano-sized structures,
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270291
4976
Les bits sont isolés dans des cellules séparées de taille nanoscopique.
04:35
potentially allowing for areal densities of twenty terabits per square inch
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275267
5036
Cela devrait permettre d'atteindre une densité de 3 térabits par cm²,
04:40
or more.
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280303
1477
voire davantage.
04:41
So it's thanks to the combined efforts of generations of engineers,
75
281780
4467
C'est grâce aux efforts combinés de plusieurs générations d'ingénieurs,
de scientifiques des sciences des matériaux,
04:46
material scientists,
76
286247
1767
04:48
and quantum physicists
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288014
1962
et de physiciens quantiques
04:49
that this tool of incredible power and precision
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289976
3043
que cet engin de haute précision peut tourner dans le creux de votre main.
04:53
can spin in the palm of your hand.
79
293019
2795
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