How do hard drives work? - Kanawat Senanan

번역: Gwajeong Jeong 검토: Sanghyun Hahn

Imagine an airplane flying one millimeter above the ground

땅에서 1mm 떨어져서 비행하며

and circling the Earth once every 25 seconds

25초마다 지구를 한 바퀴씩 돌면서

while counting every blade of grass.

풀잎 하나하나를 세고 있는 비행기를 상상해 보세요.

Shrink all that down so that it fits in the palm of your hand,

이것을 여러분 손바닥 안에 들어갈 수 있게 축소해 봅시다.

and you'd have something equivalent to a modern hard drive,

그것이 현대의 하드드라이브와 비슷한 모습입니다.

an object that can likely hold more information than your local library.

여러분 동네 도서관보다 더 많은 정보를 저장할 수도 있는 물체입니다.

So how does it store so much information in such a small space?

그렇게 작은 공간에 그토록 많은 정보를 저장하는 원리는 무엇일까요?

At the heart of every hard drive is a stack of high-speed spinning discs

모든 하드드라이브의 중심에는 빠르게 회전하는 원판이 층을 이루고 있으며

with a recording head flying over each surface.

원판의 표면 가까이에 떠 있는 기록 헤드가 있습니다.

Each disc is coated with a film of microscopic magnetised metal grains,

각 원판은 자성을 띄는 미세한 금속 알갱이로 이루어진 필름이 덮여 있습니다.

and your data doesn't live there in a form you can recognize.

그리고 정보는 여러분이 알아볼 수 있는 형태로 저장되지 않습니다.

Instead, it is recorded as a magnetic pattern

대신에 작은 알갱이들이 무리 지어 형태를 이루는

formed by groups of those tiny grains.

자기적(磁氣的) 패턴으로 기록됩니다.

In each group, also known as a bit,

'비트'라고 부르는 각 집단은

all of the grains have their magnetization's aligned

모든 알갱이는 자성에따라

in one of two possible states,

둘 중 하나의 상태로 정렬되어 있는데

which correspond to zeroes and ones.

이는 0또는 1에 해당합니다.

Data is written onto the disc

정보는 원판 위에

by converting strings of bits into electrical current

일련의 비트들을 전류로 변환하여

fed through an electromagnet.

전자석을 통해 기록됩니다.

This magnet generates a field strong enough to change the direction

이 자석은 금속 알갱이의 자화된 방향을 바꾸기에

of the metal grain's magnetization.

충분히 강한 자기장을 발생시킵니다.

Once this information is written onto the disc,

일단 정보가 원판 위에 기록되고 나면

the drive uses a magnetic reader to turn it back into a useful form,

드라이브는 자기 판독기를 통해 쓸모 있는 형태로 되돌리는데

much like a phonograph needle translates a record's grooves into music.

이는 축음기의 바늘이 레코드의 홈을 음악으로 변환하는 것과 흡사합니다.

But how can you get so much information out of just zeroes and ones?

그런데 어찌하여 단순한 0과 1에서 그렇게 많은 정보를 얻을 수 있을까요?

Well, by putting lots of them together.

그것들을 여러 개 합쳐두면 됩니다.

For example, a letter is represented in one byte, or eight bits,

예로, 한 문자는 1바이트 또는 8비트에 해당하며

and your average photo takes up several megabytes,

일반적인 사진 한 장은 몇 메가바이트를 차지하는데

each of which is 8 million bits.

이는 8백만 비트입니다.

Because each bit must be written onto a physical area of the disc,

각 비트는 원판의 물리적인 영역에 기록되어야 하기에

we're always seeking to increase the disc's areal density,

우리는 계속해서 1제곱인치 안에 얼마나 많은 비트를

or how many bits can be squeezed into one square inch.

기록할 수 있는가 하는 면 밀도를 증가시킬 방법을 찾고 있습니다.

The areal density of a modern hard drive is about 600 gigabits per square inch,

현대 하드드라이브의 면 밀도는 대략 1제곱인치당 600기가비트로

300 million times greater than that of IBM's first hard drive from 1957.

1957년 IBM에서 최초 개발한 하드드라이브보다 3억 배가 큽니다.

This amazing advance in storage capacity

이런 저장 용량의 엄청난 발전은

wasn't just a matter of making everything smaller,

단순히 모든 것을 작게 만드는 것만의 문제가 아닌

but involved multiple innovations.

다양한 혁신과 관련되어 있습니다.

A technique called the thin film lithography process

박막리소그래피 공정이라는 기술은

allowed engineers to shrink the reader and writer.

기술자들이 판독기와 기록 장치를 줄일 수 있게 하였고

And despite its size, the reader became more sensitive

그 크기에도 불구하고 판독기는 더욱 민감해졌는데

by taking advantage of new discoveries in magnetic and quantum properties of matter.

이는 자기적 양자적으로 새로운 특성의 발견에서

Bits could also be packed closer together thanks to mathematical algorithms

수학적 알고리즘을 이용하여 비트들을 더욱 빽빽하게 채우면서도

that filter out noise from magnetic interference,

자기적 간섭으로 인한 잡신호를 거를 수 있게 되었고

and find the most likely bit sequences from each chunk of read-back signal.

읽어 들인 신호에서 가장 가능성 큰 배열을 찾아낼 수 있게 된 덕분입니다.

And thermal expansion control of the head,

또한, 헤드의 열팽창을 조절할 수 있게 되었는데

enabled by placing a heater under the magnetic writer,

자기 기록장치의 아래에 가열기를 두어

allowed it to fly less than five nanometers above the disc's surface,

원판 표면에서 5나노미터 이하로 떠 있을 수 있게 하였습니다.

about the width of two strands of DNA.

이는 DNA 두 가닥 정도의 폭입니다.

For the past several decades,

지난 수십 년간

the exponential growth in computer storage capacity and processing power

컴퓨터 저장용량과 처리능력의 기하급수적인 성장은

has followed a pattern known as Moore's Law,

무어의 법칙이라는 패턴을 따랐는데

which, in 1975, predicted that information density would double every two years.

이것은 정보의 밀도가 2년마다 두 배씩 증가할 것이라는 예상이었습니다

But at around 100 gigabits per square inch,

하지만 1제곱인치당 100기가비트 정도에 이르러서는

shrinking the magnetic grains further or cramming them closer together

금속 알갱이를 더 줄이거나 더욱 밀어 넣는 방법에서

posed a new risk called the superparamagnetic effect.

초상자성효과라는 위험 요소가 생겨났습니다.

When a magnetic grain volume is too small,

자성을 띈 알갱이의 부피가 너무 작을 때

its magnetization is easily disturbed by heat energy

알갱이의 자화(磁化)가 열에너지에 쉽게 흐트러져

and can cause bits to switch unintentionally,

비트가 의도치 않게 바뀌어 버려

leading to data loss.

정보를 잃게 됩니다.

Scientists resolved this limitation in a remarkably simple way:

과학자들은 이러한 한계를 매우 간단한 방법으로 해결했습니다.

by changing the direction of recording from longitudinal to perpendicular,

기록 방향을 세로방향에서 수직 방향으로 바꿈으로써

allowing areal density to approach one terabit per square inch.

면 밀도를 1제곱인치당 1테라비트까지 끌어올릴 수 있었습니다.

Recently, the potential limit has been increased yet again

최근 들어 가열 자기 기록이라는 방법을 통해서

through heat assisted magnetic recording.

잠재적인 한계가 다시금 증가하였습니다.

This uses an even more thermally stable recording medium,

여기에는 이전보다 훨씬 열에 안정적인 기록 매체를 사용하는데

whose magnetic resistance is momentarily reduced

특정 지점을 레이저로 가열하면

by heating up a particular spot with a laser

자기 저항이 순간적으로 감소하여

and allowing data to be written.

정보를 기록할 수 있습니다.

And while those drives are currently in the prototype stage,

이 드라이브는 현재 시작품 수준에 머물러 있지만

scientists already have the next potential trick up their sleeves:

과학자들은 벌써 다음으로 이용할 수 있는 계획을 가지고 있습니다.

bit-patterned media,

바로 비트 패턴 매체입니다.

where bit locations are arranged in separate, nano-sized structures,

비트의 위치가 나노 크기의 구조로 각각 나누어져 있어서

potentially allowing for areal densities of twenty terabits per square inch

잠재적으로 면 밀도가 1제곱인치당 20테라비트 혹은 그 이상일 것으로

or more.

예상하고 있습니다.

So it's thanks to the combined efforts of generations of engineers,

대대로 이어진 기술자들과 재료 과학자들

material scientists,

양자 물리학자들의 협력 덕분에

and quantum physicists

that this tool of incredible power and precision

이 놀라운 힘과 정밀함을 가진 도구는

can spin in the palm of your hand.

여러분의 손바닥 안에서 돌아갈 수 있게 된 것입니다.