阅读说明：本技术 将数据从非能量辅助磁盘表面迁移到能量辅助磁盘表面的数据存储设备 (Data storage device for migrating data from a non-energy-assisted disk surface to an energy-assisted disk surface ) 是由 P·巴拉苏布拉马尼亚姆 D·R·霍尔 于 2020-06-11 设计创作，主要内容包括：本发明题为“将数据从非能量辅助磁盘表面迁移到能量辅助磁盘表面的数据存储设备”。本发明公开了一种数据存储设备,数据存储设备包括被配置为访问第一磁盘表面的非能量辅助(NEA)磁头和被配置为访问第二磁盘表面的能量辅助(EA)磁头。数据存储设备还包括控制电路,控制电路被配置为将数据写入第一磁盘表面并且将数据的至少一部分迁移到第二磁盘表面。(The invention provides a data storage device for migrating data from a non-energy-assisted disk surface to an energy-assisted disk surface. A data storage device includes a non-energy assisted (NEA) head configured to access a first disk surface and an Energy Assisted (EA) head configured to access a second disk surface. The data storage device also includes control circuitry configured to write data to the first disk surface and to migrate at least a portion of the data to the second disk surface.)

具体实施方式

图2A和图2B示出了根据实施方案呈磁盘驱动器形式的数据存储设备，数据存储设备包括被配置为访问第一磁盘表面18的非能量辅助(NEA)磁头16，以及被配置为访问第二磁盘表面22₁的第一能量辅助(EA)磁头20₁。磁盘驱动器还包括被配置为执行图2C的流程图的控制电路24，其中数据被写入第一磁盘表面(框26)，并且数据的至少一部分随后被迁移到第二磁盘表面(框28)。

在图2A的实施方案中，每个磁盘表面包括限定多个伺服磁道的多个伺服扇区30₀-30_N，其中相对于伺服磁道以相同或不同的径向密度来限定数据磁道32。控制电路24处理从磁头发出的读取信号34以解调伺服扇区并生成表示磁头的实际位置和相对于目标磁道的目标位置之间的误差的位置误差信号(PES)。控制电路24中的伺服控制系统使用合适的补偿滤波器对PES滤波，以生成施加到VCM 38的控制信号36，所述VCM使致动器臂40围绕枢轴旋转，以便沿减小PES的方向在磁盘之上径向地致动磁头。伺服扇区30₀-30_N可以包括任何合适的磁头位置信息，诸如用于粗略定位的磁道地址和用于精细定位的伺服脉冲。伺服脉冲可包括任何合适的图案，诸如基于振幅的伺服图案或基于相位的伺服图案(图1)。

在图2B的实施方案中，NEA磁头16包括合适的写入元件(例如，感应线圈)、合适的读取元件(例如，磁阻元件)，以及任选地合适的悬浮高度致动器(FHA)，悬浮高度致动器被配置为控制磁头在磁盘表面上方的悬浮高度。除了这些元件之外，EA磁头20₁还包括便于写入操作的合适的EA元件，例如被配置为加热磁盘表面以实现热辅助磁记录(HAMR)的合适的激光器(如，激光二极管)或被配置为生成辅助性磁场以实现微波辅助磁记录(MAMR)的适合的旋转扭矩振荡器(STO)。

在一个实施方案中，EA磁头的EA元件和/或记录元件可能会由于随时间推移的劣化(例如，由于热降解)而具有有限的工作寿命。在一个实施方案中，当EA磁头接近寿命终点时，对应的磁盘表面被转换成只读磁盘表面，这意味着仍可以从磁盘表面读取先前写入的数据，但不再将新数据写入磁盘表面。如下文更详细的描述，当存储在只读磁盘表面上的数据由于覆写操作而变得无效时，将磁盘表面转换为只读可能最终会降低磁盘驱动器的总容量。因此，在一个实施方案中，为了保留磁盘驱动器的容量，以节俭(sparingly)的方式向(一个或多个)EA磁盘表面进行写入，并且在一个实施方案中，EA磁盘表面用于存储不经常写入的“冷数据”。

在参考图3的流程图进行理解的一个实施方案中，NEA磁盘表面的至少一部分可以被配置为写入高速缓存，其中与从主机(框42)接收的新写入命令相关联的数据被第一写入NEA磁盘表面的写入高速缓存(框44)。此后，基于任何合适的标准(诸如写入高速缓存中剩余的自由空间的量)，做出刷新写入高速缓存的至少一部分的决定。当做出刷新写入高速缓存的至少一部分的决定时(框46)，通过将数据迁移到一个或多个EA磁盘表面来从写入高速缓存刷新数据的至少一部分(框48)。

在参考图4的流程图进行理解的另一个实施方案中，当从主机收到写入命令(框50)时，将与写入命令相关联的数据第一写入NEA磁盘表面(框52)。随时间推移对写入NEA磁盘表面的数据进行评估，以基于任何合适的标准对冷数据进行识别。在一个实施方案中，通过评估指配给数据的逻辑块地址(LBA)的写入频率来识别冷数据，其中可以认为具有低写入频率的LBA存储冷数据，其中当识别出冷数据(框54)时，将冷数据迁移到EA磁盘表面(框56)。将冷数据迁移到EA磁盘表面有效地将低频写入迁移到EA磁盘表面，从而保留EA磁头的寿命。

在一个实施方案中，在将冷数据迁移到EA磁盘表面并将指配给冷数据的LBA重新映射到EA磁盘表面之后，LBA中的一个或多个可以被新写入命令覆写。当发生这种情况时，在一个实施方案中，新写入命令的数据被写入EA磁盘表面(例如，当实施日志结构写入诸如叠瓦式磁记录(SMR)时，数据被写入相同的物理位置或不同的物理位置)。也就是说，当指配给EA磁盘表面的低写入频率LBA被覆写时，在一个实施方案中，新写入命令的数据被假定为保持“冷数据”状态。在另选的实施方案中，当指配给EA磁盘表面的低写入频率LBA被覆写时，新写入命令的数据被重新分类为“热数据”，并且因此初始被写入NEA磁盘表面(例如，写入NEA磁盘表面的写入高速缓存)，并且对应的LBA被重新映射到NEA磁盘表面。随着时间推移，LBA可以再次被识别为存储有冷数据，并且因此再次被迁移到EA磁盘表面。

图5A示出了一个实施方案，其中数据存储设备可以包括多个磁盘(例如，磁盘58₁和磁盘58₂)，每个磁盘都具有顶部磁盘表面和底部磁盘表面。在图5A的实施方案中，NEA磁头16在磁盘58₁的顶部磁盘表面上方被致动，并且EA磁头(20₁-20₃)在其余三个磁盘表面中的每一个上方被致动。在其他实施方中，可以有两个或更多个NEA磁头在相应的磁盘表面上方被致动并且可以有一个或多个EA磁头在相应的磁盘表面上方被致动。在将数据(例如，冷数据)从NEA磁盘表面迁移到多个EA磁盘表面的实施方案中，数据可以以交错方式以确保EA磁头不过热的区段被迁移到每个EA磁盘表面，从而降低每个EA磁头的热应力。

参考图5B的流程图来理解这个实施方案的示例，其中当收到来自主机的写入命令(框60)时，与写入命令相关联的数据被第一写入NEA磁盘表面(框62)。最终(诸如当存储在NEA磁盘表面上的冷数据的量超过预定阈值时)，做出决定(框64)以将至少一些数据迁移到EA磁盘表面中的多个磁盘表面(在本示例中为三个EA磁盘表面)。在此实施方案中，数据的迁移以区段执行，诸如通过将数据区段写入第一EA磁盘表面(框66)，然后将数据区段写入第二EA磁盘表面(框68)，之后将数据区段写入第三EA磁盘表面(框70)。随后，重复以交错方式将数据以区段方式迁移到每个EA磁盘表面的过程，直到在框72处迁移完成或被中断(例如，由于需要执行主机访问命令)。在此实施方案中，用于将数据迁移到EA磁盘表面的交错序列为顺序的和循环的(即，1、2、3、1、2、3、……)，而在其他实施方案中，序列可以为正序然后逆序的(即，1、2、3、2、1、2、3、……)。在下文所述的另一个实施方案中，可以将交错序列基于每个数据区段的长度进行排序，以便平衡每个EA磁盘表面的迁移负载。即，在一个实施方案中，可以基于对应的EA磁头的所测量的品质来校准用于将数据迁移到每个EA磁盘表面的区段长度，并且之后可以对交错序列进行排序以实现EA磁盘表面上的基本上平衡的迁移负载。

参考图6来理解这个实施方案的示例，其中测量第一EA磁头的品质度量(框74)，并且基于所测量的品质度量来配置用于将数据迁移到对应的磁盘表面的数据区段长度(框76)。在一个实施方案中，数据区段长度被选择为与EA磁头的品质具有正相关性，使得与较低品质的EA磁头相比，较高品质的EA磁头可以执行更长的顺序写入。即，与较低品质的EA磁头相比，较高品质的EA磁头在过热导致的显著应力存在之前可以容许更长的顺序写入。在图6的实施方案中，测量每个EA磁头的品质以配置对应的数据区段长度，诸如测量第二EA磁头的品质度量(框78)并且为第二EA磁头配置对应的数据区段长度(框80)。

可以对EA磁头的任何合适的品质度量进行测量，诸如覆写能力，所述覆写能力可以通过以下方式测量：将第一频率模式写入EA磁盘表面，用第二频率模式覆写第一频率模式，并且然后在读取操作期间测量第一频率模式的残余强度。在另一个实施方案中，EA磁头的品质度量可以基于EA磁头的经校准的工作功率，其中较高的工作功率可以指示较低品质的磁头。在又一个实施方案中，EA磁头的品质(例如，耐久性)可以基于悬浮高度致动器的发热效应，悬浮高度致动器被配置为在写入操作期间将磁头的悬浮高度调节到标称悬浮高度。可以认为需要将较高功率施加到悬浮高度致动器(并因此发热增加)的EA磁头是较低品质的磁头。

在一个实施方案中，可以在数据存储设备的寿命期间周期性地测量和更新每个EA磁头的品质，并且当品质度量可能随时间推移(或随着环境条件诸如环境温度的变化)改变时，可以对每个EA磁头的数据区段长度进行对应的调整。即，在一个实施方案中，每个EA磁头的品质(和发热耐受性)可能随着磁头的一个或多个部件随时间推移发生劣化而变化和/或随着由于环境条件改变(例如，随着环境温度波动)而改变的发热效应而变化。因此，在一个实施方案中，数据区段长度可能随时间推移而变化，以避免在写入操作期间EA头过热的应力。

图7示出了一个实施方案，其中对三个EA磁头中的每一个校准的数据区段长度对于第一磁头和第三磁头是基本上相同的，但对于第二磁头是较短的。即，在这个实施方案中，第一EA磁头和第三EA磁头的品质基本上相同，而第二EA磁头的品质相对较低。在这个实施方案中，用于将数据迁移到EA磁盘表面的交错顺序可以被配置为在从NEA磁盘表面迁移数据时基本上平衡负载。在图7所示的示例中，交错顺序为

1、2、3、2、1、2、3……

这导致数据更经常地迁移到第二EA磁盘表面，但使用更小的数据区段，从而有助于平衡在所有三个EA磁盘表面上的迁移负载。在一个实施方案中，可以随时间推移追踪每个EA磁盘表面的迁移负载，并且相应地调整交错顺序，以便在EA磁盘表面上保持基本上平衡的迁移负载。即，在一个实施方案中，迁移数据时的交错顺序可能不是重复序列，而是有助于确保负载平衡的变化序列。

在一个实施方案中，当将数据迁移到多个EA磁盘表面时，如上所述的对EA磁盘表面上的迁移负载进行平衡有助于减少读取写入数据时的访问延迟。例如，在将大视频文件从NEA磁盘表面迁移到多个EA磁盘表面时，保持基本上平衡的迁移负载有助于确保交错的数据区段的柱面彼此相对接近，从而减少与在读取操作期间与访问每个EA磁盘表面的数据磁道相关联的寻道延迟。

在一个实施方案中，可以通过将数据并发地写入两个或更多个磁盘表面(诸如通过并发地写入EA磁盘的顶表面和底表面)来将数据迁移到两个或更多个EA磁盘表面。在一个实施方案中，数据可以以有限长度的数据区段被并发地写入，其中向不同组的磁盘表面的并发写入可以与如上所述将单个写入操作交错类似的方式进行交错，以便避免EA磁头过热。当一组并发写入的EA磁头的经校准的数据区段长度具有不同长度时，在一个实施方案中，所述组中的每个EA磁头的数据区段长度被配置为所述组中所有EA磁头中最短的经校准长度。

在一个实施方案中，可以使用日志结构化写入系统将数据至少写入EA磁盘表面，其中将新数据写入环形缓冲区的头部，并且当覆写LBA时，先前写入的数据可能变得无效。叠瓦式磁记录(SMR)是日志结构化写入系统的示例，其中数据作为顺序重叠的数据磁道被写入(即，先前写入的数据磁道被当前写入的数据磁道部分地覆写)。在一个实施方案中，当环形缓冲区的有效区段可以被重新写入环形缓冲区的头部时，可以在EA磁盘表面的垃圾收集操作期间使用如上所述的经校准的数据区段长度，以便重新索取无效数据区段的存储区域。在一个实施方案中，NEA磁盘表面的至少一部分可以作为非易失性存储器工作，非易失性存储器便于垃圾收集操作，以便在经历电源失效事件时也保持操作状态。

在一个实施方案中，当EA磁头的能量辅助元件的劣化达到临界水平时，可以将对应的EA磁盘表面转换成只读盘表面(即，可以禁用对磁盘表面的写入操作)。在将EA磁盘表面转换为只读之前，在一个实施方案中，可以将其他磁盘表面上的最冷数据迁移到即将失效的EA磁盘表面，并且可以将相对较热的数据从即将失效的EA磁盘表面迁移出去。这样，当即将失效的EA磁盘表面被转换为只读时，即使写入操作已被禁用，冷数据也将保持有效和可读。

可以采用任何合适的控制电路来实现上述实施方案中的流程图，例如任何合适的集成电路或电路。例如，控制电路可以在读取通道集成电路内实现，或者在与读取通道分开的部件中实现，诸如数据存储控制器，或者上述某些操作可以由读取通道执行，而其他操作可以由数据存储控制器执行。在一个实施方案中，读取通道和数据存储控制器实现为单独的集成电路，并且在替代实施方案中，它们被制造成单个集成电路或片上系统(SOC)。此外，控制电路可以包括合适功率的大规模集成电路(PLSI)，合适功率的大规模集成电路被实现为单独的集成电路，集成到读取通道或数据存储控制器电路中，或集成到SOC中。

在一个实施方案中，控制电路包括执行指令的微处理器，该指令可操作以使微处理器执行本文所述的流程图。指令可存储在任何计算机可读介质中。在一个实施方案中，它们可被存储在微处理器外部的或者与SOC中的微处理器集成的非易失性半导体存储器上。在另一个实施方案中，指令存储在磁盘上并当磁盘驱动器通电时被读取到易失性半导体存储器中。在另一个实施方案中，控制电路包括合适的逻辑电路，诸如状态机电路。在一些实施方案中，流程图块中的至少一些可以使用模拟电路(例如，模拟比较器、定时器等)来实现，并且在其他实施方案中，块中的一些可以使用数字电路或模拟/数字电路的组合来实现。

在各种实施方案中，磁盘驱动器可以包括磁盘驱动器、包括非易失性半导体存储器的混合磁盘驱动器等。此外，一些实施方案可以包括诸如计算设备、数据服务器设备、媒体内容存储设备等的电子设备，所述电子设备包括如上所述的存储介质和/或控制电路。

上述各种特征和过程可以彼此独立地使用，或者可以以各种方式组合。所有可能的组合和子组合均旨在落入本公开的范围内。另外，在一些具体实施中可以省略某些方法、事件或过程块。本文描述的方法和过程也不限于任何特定序列，并且与其相关的块或状态可以以适当的其他序列执行。例如，所描述的任务或事件可以以不同于具体公开的顺序执行，或者多个可以在单个块或状态中组合。示例性任务或事件可以串行、并行或以某种其他方式执行。可以向所公开的示例性实施方案添加任务或事件或从其中删除任务或事件。本文描述的示例性系统和部件可以与所描述的不同地配置。例如，与所公开的示例性实施方案相比，可以添加、移除或重新布置元件。

虽然已经描述了某些示例实施方案，但是这些实施方案仅作为示例呈现，并且不旨在限制本文所公开的发明的范围。因此，上述描述中的任何内容均不旨在暗示任何特定特征、特性、步骤、模块或块是必要的或必不可少的。实际上，本文描述的新颖方法和系统可以各种其他形式体现。此外，在不脱离本文公开的实施方案的实质的情况下，可以对本文描述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变。