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Pratique et Astuces

L’histoire du Disque Dur

 

Le disque dur fêtait au mois d’août dernier ses cinquante années d’existence. L’occasion de revenir sur l’histoire des disques durs de 1956 à nos jours.

 

Le disque dur, kézako ?

Périphérique de stockage de masse par excellence, le disque dur d’un ordinateur se compose d’un ou plusieurs plateaux circulaires dont la surface est recouverte de matériau magnétique. Muni d’un à huit plateaux tournant à grande vitesse (4200, 5400, 7200 et 10000 tours par minute selon les modèles), le disque dur tel que nous le connaissons aujourd’hui comporte, pour chaque plateau, une tête de lecture/écriture qui se déplace à leur surface sur un coussin d’air. Les données sont écrites sur les plateaux grâce au principe d’enregistrement magnétique, principe démontré par le danois Valdemar Poulsen en 1898. Enfermés dans une coque scellée, à l’abri de la poussière, les plateaux offrent des débits largement supérieurs à ceux des lecteurs CD/DVD, par exemple.

 

 

La préhistoire...

C’est en 1956 qu’IBM créé le tout premier disque dur baptisé RAMAC, pour Random Access Method Accounting & Control. Il s’agissait d’un disque dur d’une capacité de 5 Mo qui tenait d’ailleurs plus d’une machine que du disque dur tel qu’on le connaît aujourd’hui. Rendez-vous compte, l’ensemble pesait plus d’une tonne et disposait d’un total de 50 plateaux ! Le RAMAC se présentait comme une espèce de jukebox avec une seule tête de lecture et une tête d’écriture pour tous les plateaux. À cette époque IBM mettait à disposition ses solutions sous forme de leasing. Il en coûtait 50 000 dollars par an pour disposer d’un tel disque dur, soit le prix de 17 voitures entrée de gamme de l’époque pour un coût de stockage au mégaoctet de 10 000 dollars ! Malgré tout, IBM a pu installer un parc total d’environ 1000 systèmes. Avec des plateaux de 24 pouces de diamètre, soit environ 60 centimètres, ce disque n’était pas du tout inscrit dans l’ère du PC.

 

Le RAMAC d’IBM : un précurseur monstrueux !

Petit à petit, la technologie évolue et diverses avancées voient le jour : les roulements à billes font leur apparition et les matériaux utilisés pour les têtes de lecture changent également avec l’arrivée des premières têtes à base de ferrite. Au fil du temps, le disque dur continue donc de se développer au point de supplanter les technologies d’enregistrement sur cassette de l’époque. En 1973, IBM sort l’IBM 3340 : il s’agit d’un coffret en deux parties avec un plateau fixe et un disque amovible. Chaque partie avait une capacité de stockage de 30 Mo et les ingénieurs faisaient référence au 30/30 pour désigner ce disque. Pour l’anecdote, un parallèle a été fait à l’époque avec le fusil dit Winchester 30/30 ce qui a valu à l’IBM 3340 d’être surnommé Winchester. L’appellation a la vie dure puisqu’en Russie, un disque dur s’appelle toujours aujourd’hui Winchester !

 

 

Le disque dur IBM 3340 alias Winchester

Le disque dur de 1975 à 1991...

Afin d’améliorer encore les temps d’accès des disques durs, les ingénieurs ont vite cherché à améliorer la distance entre le plateau (la surface sur laquelle les données sont écrites) et la tête (l’ustensile qui lit et écrit les données sur le plateau). À la période des disques Winchester, il était question d’une altitude de tête de 18 microinches. Six ans après l’IBM 3340, soit en 1979, les avancées technologiques permettent aux fabricants de réduire l’altitude à 330 nanomètres. Ce fut pour l’époque un défi technologique certain qui revenait, nous dit-on, à faire voler un 747 à 1 mm du sol. Aujourd’hui l’épaisseur entre le plateau et la tête est généralement comprise entre 8 et 12 nanomètres.

Parallèlement aux changements de matériaux, les disques durs se miniaturisent. Si les plateaux du RAMAC mesuraient 24 pouces, le 3340 était doté de plateaux de 14 pouces. En 1979, sort le premier disque dur utilisant des plateaux de 8 pouces de diamètre, soit environ 20 centimètres. Cette réduction constante du diamètre des plateaux permet de faire passer le disque dur de l’ère de l’ordinateur central, ou mainframe, à celle du PC. Car dans le même temps, International Business Machine sort son tout premier micro-ordinateur. C’était en 1975 et à l’époque la machine ne disposait pas de disque dur. Il faudra attendre 1983 pour que le premier PC soit pourvu d’un disque dur.

 

 

Entre 1975 et 1991, l’industrie du disque dur suit la loi de Moore alors que le coût financier des disques est divisé par cinq. Durant cette période, la densité des disques est multipliée par deux tous les 18 mois. En 1982, Hitachi lance un disque dur assez exceptionnel pour l’époque : le H8598. Il s’agit du tout premier disque dur à atteindre le gigaoctet avec une capacité de 1,2 Go. Le H8598 est à l’époque composé de dix plateaux de 14 pouces et de deux têtes de lecture/écriture. Deux années auparavant, le premier disque dur 5"1/4 faisait son apparition et offrait un espace de stockage de 5 Mo ! Il faudra attendre 1985 pour voir apparaître le premier disque dur au format 3"1/2 qui aujourd’hui encore reste le format standard. À cette époque, la capacité moyenne des disques durs est de 10 Mo. Quelques années plus tard, en 1991, apparaissent les premiers disques durs 2"1/2 avec la naissance du marché des ordinateurs portables.

 

De 1991 à nos jours : toujours plus gros mais toujours plus petits !

 

Afin d’accompagner la miniaturisation des disques, de nouvelles têtes de lecture/écriture dites magnétorésistives apparaissent en 1991 pour permettre d’augmenter la densité sans toucher au format du disque. Elles seront remplacées plus tard par les têtes GMR, Giant MagnetoResistive. C’est une fois de plus IBM qui met en place cette technologie, et ce, dès 1997, avec pour résultat la poursuite de la course à la densité. Grâce aux GMR, l’industrie du disque dur dépasse la loi de Moore, avec un doublement de la densité tous les 12 mois.

En 1999 IBM, encore lui, sort le MicroDrive : il s’agit du premier disque dur dont le diamètre est de 1 pouce. Plus petit qu’une boîte d’allumettes, le MicroDrive stockait à l’époque 340 Mo. Mois après mois, IBM a fait évoluer son MicroDrive afin de corriger son principal défaut, sa fragilité. Les ingénieurs de la firme inversent ainsi la position du plateau pour améliorer la résistance aux chocs tout en améliorant la densité et en réduisant la consommation électrique. En rachetant l’activité disque dur d’IBM, le Nippon Hitachi a poursuivi les efforts engagés dans le développement des MicroDrive et ceux-ci atteignent aujourd’hui une capacité de 8 Go.

La double accélération de la densité et de la miniaturisation contribue à faire passer l’industrie du disque dur de l’ère du PC à celle de l’électronique grand public. De nouvelles applications sont en effet rendues possibles avec les caméscopes, les lecteurs MP3, les platines enregistreurs de salon, etc. Toutefois dans le cas des baladeurs MP3, Nicolas Frapard d’Hitachi Global Storage reconnaît volontiers qu’une partie du marché a été prise par la mémoire flash. Si Hitachi avait six ans d’avance technologique sur ses concurrents avec le MicroDrive, l’explosion des mémoires flash lui a fait du tort. En revanche, le très profitable marché des baladeurs vidéos reste sur des disques 1 pouce ou 1,8 pouce, une bonne nouvelle pour Hitachi et les autres fabricants du secteur.

 

Et demain ?

En quelque cinquante années d’existence, le disque dur a vu sa capacité passer de 5 Mo à 500 Go alors que le coût au mégaoctet a été divisé par dix millions ! La tendance n’est apparemment pas prête de s’inverser, les analystes prédisant que dans les 5 prochaines années il se vendra plus de disques durs que sur les 50 dernières. En 2009, le cabinet IDC estime qu’un disque dur sur quatre sera vendu pour une autre application que l’informatique pure et dure. Hitachi annonce d’ailleurs qu’il travaille avec deux des quatre acteurs majeurs de la télévision numérique en France.

Pour Nicolas Frapard d’Hitachi Global Storage, nous sommes en pleine période de révolution technologique. Si la plupart des disques utilisent encore la technologie d’enregistrement LMR (Longitudinal Magnetic Recording) celle-ci atteint ses limites et l’avenir est au PMR (Perpendicular Magnetic Recording) également appelé P-Recording. Avec cette technologie, la surface occupée par chaque bit de données sur le plateau du disque dur est réduite ce qui permet in fine d’augmenter encore la densité. Hitachi évoque pour ses produits une densité surfacique de 345 Gigabits par pouce carré, mais certains acteurs comme InPhase en seraient déjà à 515 Gigabits par pouce carré, soit environ 64,375 Go ! Mais la division stockage d’Hitachi en est toutefois à ses tous premiers pas en matière d’enregistrement perpendiculaire, Seagate semblant en avance. Ainsi, il n’existe qu’un seul disque dur de type PMR chez Hitachi, un modèle 2"1/2 pouces. Le fabricant prévoit toutefois de proposer cette technologie sur ses disques durs 3"1/2 pouces et 1 pouce.

Sur les dix prochaines années, la technologie PMR devrait permettre de multiplier par 50 la capacité de stockage. Hitachi évoque des disques de 25 Téraoctets pour 2016. Naturellement le PMR ne sera pas la seule technologie mise en œuvre pour atteindre une telle capacité... Les ingénieurs du groupe planchent en effet sur le Pattern Media qui consisterait à utiliser 1 ou 2 grains magnétiques pour stocker un bit contre 100 actuellement. Il s’agirait également d’isoler les bits pour éviter les problèmes de polarisation : en les encapsulant, on améliore la densité sans trop de problèmes thermiques. L’autre technologie en cours de développement chez Hitachi est le Thermally Assisted Recording qui consiste à chauffer le plateau, via un laser, au moment de l’écriture afin de fixer la polarisation et d’augmenter encore la densité. Selon Hitachi, la technologie Pattern Media sera mise en place avant le Thermally Assisted Recording, car elle est économiquement plus viable.

 

Pattern Media et Thermally Assisted Recording où l’enregistrement de demain ?

Plus proche de nous, Hitachi devrait lancer dès l’an prochain son premier disque dur d’un téraoctet. Avec 500 millions de dollars dépensés en recherche et développement l’an dernier, Hitachi indique également plancher sur l’intégration de mémoire flash sur ses disques durs. Toutefois là encore Hitachi s’est fait devancer par un de ses concurrents, Samsung proposant déjà ce type de disques.