华为新发布磁电存储“王炸”，到底是什么？

最近，在巴塞罗那举行的2024年世界移动通信大会（MWC24）上，华为数据存储产品线总裁周彼得博士介绍了这款即将面世的产品。他向听众表示，与磁带存储相比，该设备可以降低20%的总连接成本，而与硬盘相比，其能耗可降低90%。这一介绍引发了存储圈的强烈好奇心！

华为发言人表示：“华为的磁电盘（MED）针对磁介质进行了全新的创新。第一代MED将以大容量磁盘形式出现，单机架容量将超过10PB，且功耗小于2KW。对于第一代MED产品，我们将主要定位为档案存储用途，预计将于2025年上半年在海外发布。”

华为声称，新的MED技术能够支持单机架容量超过10PB，而能耗却不到2千瓦。相较于现有的磁带存储和传统硬盘存储方案，OceanStor北极系列产品预计能将连接成本较磁带存储降低20%，并将能耗较传统硬盘降低高达90%。举例来说，目前标准的42U机架通常可容纳多达288块硬盘，最大存储容量约为8.64PB，能耗约为2.88千瓦。华为MED技术在能耗上的巨大差异充分彰显出其突破性特征。（记住这个关键点，要考）

看到这个新闻，小编也是很想知道是什么技术创新，翻遍了各种新闻推送，基本都是一模一样的简短介绍，没有看到一个技术分析或推测文章。

好奇心驱使小编想要通过其他途径寻找一些蛛丝马迹，以下内容，仅供大家参考！

首先，小编，突然想起来前段时间华为发布的200万的悬赏-“奥林帕斯奖”：

2023“奥林帕斯奖”设定了2个难题：

其中“难题一：每bit极致性价比的存储技术”中的“挑战方向2”，重点提到了“新型可量产介质”、“磁电介质存储可靠性”等信息。这个奖项还在评审中。

从这个信息推测，华为应该已经在磁电介质上有了突破，但是在可靠性方面可能还需要进一步优化。

根据介绍，华为这个“磁电盘”目的也是为了实现低成本的大容量非易失性的存储方案。

在传统HDD领域，如果要增加盘的容量，势必需要增加碟片磁道的密度，随着容量越大，碟片上放置数据的颗粒位之间间距越来越短，相互之间的磁性影响也会越来越大。如何保证保持数据位的稳定性，如何在需要时强迫一个非常稳定的位改变其磁方向？如果颗粒的热稳定性非常高，如何将新数据写入硬盘？这就是HAMR和MAMR要解决的问题。这也是目前业内明确的两个路线。

(1)HAMR：全称，Heat Assisted Magnetic Recording，是一种热辅助磁记录技术

HAMR 采用了一种新型的介质磁技术，数据颗粒位的占用空间会更小，密度也会相应增加，从而达到提升容量的目的，同时保持磁稳定和热稳定。在需要写入新数据的时候，磁头上激光二极管就会瞬间在颗粒位增加热量，使得单个颗粒位实现磁极性完成反转，从而完成写数据的过程。

(2)MAMR：全称Microwave Assisted Magnetic Recording，是一种微波辅助磁记录技术。

MAMR技术的原理是通过自旋力矩震荡器（STO）产生的微波场，进而提供能量辅助完成磁记录。自旋力矩震荡器STO位于磁头的写入磁极旁边，可产生电磁场，这样在较弱的磁场中，快速地翻转磁体，完成对介质的数据写入过程。将数据写入到介质中。根据厂商的测试数据发现，MAMR的磁头可靠性比HAMR的磁头可靠性要高出好几个数量级，也就是说，MAMR当前的可靠性比HAMR要高。

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从当前可以获取的信息来看，华为这款磁电盘，很大概率是区别于HAMR和MAMR的另外一种新型存储介质。

那我们先来研究下磁电存储的基本概念：

传统磁存储器通过带电线圈产生的磁场变化来改变存储介质的磁性，从而实现存储信息。而磁电存储介质是一种利用磁电效应进行信息存储的新型存储技术。磁电效应是指某些材料中磁性质和电性质之间的耦合现象，即材料的磁化状态可以通过电场调控，反之亦然。在存储应用中，这种特性可以用来实现数据的写入和读取。

磁电存储介质的基本原理是将磁性层和压电层或铁电层复合在一起，通过控制电场来改变磁性层的磁化方向，进而记录二进制信息（0和1）。在读取过程中，则可通过检测磁化状态变化产生的电信号来还原存储的数据。

不同于常见的磁记录介质（如硬盘中的磁记录层）和新兴的相变存储（PCM）以及电阻式随机存取存储器（ReRAM）等非易失性存储技术。磁电存储介质理论上具有高速度、高密度、长寿命和低能耗的优势，特别适合于需要高速读写和长期稳定存储的应用场景。

然而，实际应用中磁电存储介质仍面临一些技术挑战，如寻找合适的磁电材料、优化存储单元结构设计、提高数据读写的稳定性和可靠性，以及实现大规模工业化生产等。

小编也查询了下学术界的一些成果，供大家参考。

去年，北京工业大学理学部王晓蕾副教授团队在磁-电多态存储器研究领域取得了重要进展，研究成果“Electrical and magnetic anisotropies in van der Waals multiferroic CuCrP2S6”发表在权威期刊《Nature Communications》上。

王晓蕾副教授团队在调控存储材料物理特性方面的研究成果，取得了四个方面的突破：

• 一、首次揭示了范德华多铁CuCrP2S6材料面内的电学各向异性，以及极化电压、通电时间和极化方向调制的忆阻行为；
• 二、观察到温度和磁场调控的自旋翻转和反铁磁相变，获得了不同晶轴方向上的磁各向异性参数；
• 三、首次发现了常规频率范围内，各向异性的自旋共振行为，以及在小磁场下调控的多种共振模式；
• 四、证明了磁电耦合效应，可制备低功耗、非易失的新型磁电多态忆阻器，能耗比电流驱动的自旋忆阻器件降低了两个数量级。

2022年，Nature Communications（《自然·通讯》）在线发表了武汉大学何军教授和史建平研究员课题组有关信息存储的新型室温二维多铁材料的最新研究成果“Two-dimensional multiferroic material of metallic p-doped SnSe”

磁电材料和多铁材料通过利用铁电序和磁序之间的交叉耦合，为数字信息处理提供了一条新的途径，被誉为未来信息存储的领航者。关于多铁材料的基础理论研究，近年来多次问鼎诺奖风向标的“引文桂冠奖”。需要指出的是，在二维半导体材料体系中实现铁电序和磁序的交叉耦合调控，可同时控制电子的电荷、自旋和极化等属性，使得信息处理和信息存储功能集成在单一芯片上，进而替代传统微电子技术，成为下一代信息技术发展的重要方向之一。然而，由于铁电序和磁序的物理起源不同，在同一材料体系中同时获得上述两种物性极其困难，并且在二维材料体系中探索和调控多铁性尚未取得实质性实验进展。

在这项工作中，何军/史建平课题组发展了一种普适的物理气相沉积方法，利用SnSe和SnSe2相近的生成焓，在SnSe内实现了SnSe2微畴的局域相偏析，通过界面电荷转移获得了二维p掺杂SnSe。系统的磁性表征和理论计算结果发现，二维p掺杂SnSe表现出了室温长程铁磁有序性，这是由二维p掺杂SnSe的强交换作用因子以及费米能级附近丰富的电子态密度共同导致的。并且二维SnSe的室温铁电性也得到了保留。铁电性和铁磁性的同时存在表明二维p掺杂SnSe是一种稳健的室温多铁材料。该工作首次在环境稳定的二维材料体系中发现了室温多铁性，不仅为在二维尺度理解和调控多铁特性提供了理想平台，同时也为后摩尔时代新型信息存储器件的研发开辟了一条新途径。

此外，小编还看到一篇来自2020的报道，来自中科院之声与中国科学院上海硅酸盐研究所联合开设“科普硅立方”专栏，标题为“未来信息存储的领航者——多铁性材料”

里面有提到，铁磁性仅仅是多种“铁性”之一。这里“铁性”就是“铁的基本性质”，包括我们常常听到的“铁电性”、“铁磁性”、“铁弹性”等性能。如果一个材料同时具备其中的两种或者多种性能的“铁性”，这时它便成了“多铁性材料”。

多铁性材料是具有铁电性、（反）铁磁性、铁弹性等两种或两种以上“铁性”而有序共存，并由于多种序参量之间的相互耦合作用产生新的效应的新型材料。概括上讲，一些材料可以随外场（电场、磁场和应力）翻转而分别发生自发极化、自发磁矩或自发应变，并呈现非线性关系而出现电滞回线、磁滞回线或铁弹回线，这样相应的物质称为铁电体、铁磁体和铁弹体。三者可统称为铁性体。

其中有关“多铁隧道结”也提到了低功耗特点。在替代目前传统的HDD中的电流控制磁头读写技术中，利用多铁性材料的磁电效应，是最有希望成为解决传统磁盘能耗的方案之一。（这个跟华为磁电盘的低功耗，有关系吗？）

在外加电场的作用下铁电势垒极化方向的改变，或是外加磁场作用下铁磁电极磁化方向的改变都会影响隧道结的电阻，从而产生四种不同的电阻状态。即这四种电阻状态的存在取决于上下电极的磁化方向（平行或反平行以及铁电势垒的极化方向）。

参考文档：

1.华为官网：https://e.huawei.com/cn/products/storage

2.中科院之声：https://www.163.com/dy/article/FHO53KN2051191KO.html