硬碟儲存容量持續提升，主要依靠兩條技術路線：在固定尺寸的機匣內堆疊更多碟片，以增加資料記錄面積；以及提高單張碟片的磁紀錄密度，讓相同面積能儲存更多資料。經過數十年發展，前者逐漸接近機構與成本限制，後者則成為未來容量成長的主要動力。
目前 3.5 吋硬碟市場由 Seagate、Western Digital（WD）與 Toshiba 三大廠主導。從氦氣封裝、多碟片設計，到疊瓦式磁紀錄（SMR）、能量輔助磁紀錄（EAMR）及熱輔助磁紀錄（HAMR），各項技術共同推動硬碟容量從數 TB 逐步邁向數十 TB。
增加碟片數量：容量提升仍有上限
硬碟外型尺寸固定，單張碟片的可用面積也受到限制。因此，增加機匣內的碟片數量，便能直接擴大資料記錄面積。不過，機匣內部空間、碟片間距、讀寫頭數量、馬達負載與散熱條件，都會限制可堆疊的碟片數量。
硬碟歷史也呈現碟片數量先減少、後增加的發展。1956 年推出的 IBM 350 RAMAC 包含 50 張碟片，但當時使用的是直徑 24 吋的大型碟片；IBM 在 1973 年與 1975 年推出的 3340「Winchester」與 3350，則分別採用 4 張與 8 張 14 吋碟片。
隨著小型主機與個人電腦普及，硬碟尺寸逐步縮小，碟片數量也一度下降。1983 年首批 3.5 吋硬碟通常僅採用 1 至 2 張碟片。到了 2000 年代中期，主流 3.5 吋硬碟增加至 3 至 5 張碟片，每張碟片約可提供 166GB 至 200GB，單機容量最高達 1TB。
氦氣封裝推動多碟片化
2010 年代中期導入的氦氣填充技術，成為多碟片硬碟的重要轉折。氦氣密度低於空氣，可在碟片高速旋轉時降低氣流阻力與震動，讓碟片及讀寫頭之間的距離進一步縮小，從而在相同機匣內配置更多碟片。
WD 旗下 HGST 於 2012 年底發表氦氣封裝技術，並在 2013 年推出首款氦氣硬碟 Ultra He6，將 3.5 吋硬碟提升至 7 張碟片。HGST 隨後在 2017 年推出 8 碟片的 Ultra He12；Toshiba 於 2018 年推出 9 碟片 MG07ACA，WD 與 Seagate 則在 2019 年跟進。
2022 年，Seagate Exos X20 與 WD Ultrastar DC HC570、HC670 等產品進入 10 碟片時代；Toshiba 也在 2023 年推出 10 碟片 MG10。WD 於 2024 年底發表 Ultrastar DC HC590 與 HC690，進一步將市售 3.5 吋硬碟推向 11 碟片。
- 2013 年：HGST Ultra He6，首款氦氣封裝與 7 碟片硬碟。
- 2017 年：HGST Ultra He12，首款 8 碟片硬碟。
- 2018 年：Toshiba MG07ACA，首款 9 碟片硬碟。
- 2022 年：Seagate 與 WD 推出 10 碟片硬碟。
- 2024 年：WD Ultrastar DC HC590 與 HC690，將碟片數量提升至 11 張。
然而，增加碟片數量所帶來的容量效益會逐步遞減。在碟片密度不變的情況下，從 6 張增加至 7 張可提升約 16.6% 容量；從 9 張增加至 10 張則約提升 11.1%；從 10 張增加至 11 張，增幅已低於 10%。因此，多碟片設計雖能持續貢獻容量，但已不是最具潛力的成長方向。
提高磁紀錄密度：硬碟容量競爭核心
提升碟片儲存密度主要有兩種方式。第一是增加單位英吋內的磁軌數量，即 TPI（Tracks Per Inch）；第二是提高每條磁軌可記錄的位元數，即 BPI（Bits Per Inch）。兩者都需要更小、更密集的磁粒，以及更精確的磁頭定位與寫入控制。
但磁粒尺寸縮小後，容易受到熱擾動影響，產生超順磁性效應，導致磁場方向不穩定並影響資料可靠性。因此，硬碟廠商必須透過新的磁粒材料、磁頭設計及能量輔助寫入技術，在提高密度的同時維持資料穩定。
PMR 與 SMR：傳統磁紀錄的兩條路線
PMR 讓磁粒進一步縮小
傳統水平磁紀錄（LMR）在 2000 年代初期遭遇密度瓶頸。隨後普及的垂直磁紀錄（PMR）改變磁粒的磁化方向，使其與碟片表面垂直，並搭配磁異向性較高、熱穩定性較好的磁粒材料，以及磁場更強的寫入磁頭。
首批 PMR 硬碟於 2005 至 2006 年上市，最早包括 Toshiba 的 1.8 吋 Mk4007 與 Mk8007。PMR 後來普及至各類硬碟，並與 LMR 一起被歸入傳統磁紀錄（CMR）範疇。這項技術曾協助 2.5 吋與 3.5 吋硬碟分別突破 750GB 與 1TB 容量門檻，但隨著磁粒繼續縮小，PMR 也逐步接近密度極限。
SMR 增加磁軌數量，但犧牲寫入彈性
疊瓦式磁紀錄（SMR）將相鄰磁軌部分重疊，讓相同碟片面積能容納更多磁軌。相較於 PMR，SMR 通常可提高約 20% 至 25% 的容量密度。
SMR 的主要限制在於寫入。由於寫入磁頭寬度大於單條磁軌露出的寬度，寫入某一磁軌時可能覆蓋鄰近磁軌。若鄰近磁軌已存有資料，硬碟就必須先搬移相關資料，再完成新的寫入，並在閒置時進行背景重整。
因此，SMR 的讀取效能通常不受明顯影響，但隨機寫入效能較低，也不適合頻繁寫入或寫入負載沉重的環境。這類硬碟較適合備份、歸檔等重視容量與成本、寫入相對規律的應用。Seagate 於 2013 年推出首款 SMR 硬碟，WD 與 Toshiba 隨後跟進，SMR 在 2010 年代後期成為大容量硬碟產品的重要選項。
能量輔助磁紀錄：MAMR、ePMR 與 HAMR
能量輔助磁紀錄（EAMR）是在寫入瞬間對局部區域施加額外能量，例如微波、熱能或磁場，以降低磁粒的矯頑力，讓寫入磁頭能在更小且更穩定的磁粒材料上記錄資料。目前主要技術包括微波輔助磁紀錄（MAMR）與熱輔助磁紀錄（HAMR）。
WD ePMR 與 Toshiba FC-MAMR
WD 曾於 2017 年展示 MAMR 原型，但最終先以能量增強垂直磁紀錄（ePMR）實現商品化。ePMR 並未使用自旋轉矩振盪器（STO）產生微波，而是對寫入磁頭施加電流，增強寫入磁場。
WD 於 2019 年 9 月推出採用 ePMR 的 Ultrastar DC HC550 與 HC650，容量分別達到 16TB、18TB 與 20TB，碟片容量密度較前代提高約 13%。ePMR 隨後成為 WD 大容量硬碟的重要技術。
Toshiba 則在 2021 年推出 MG09 系列，採用磁通控制微波輔助磁紀錄（FC-MAMR）。該技術透過控制磁通量增強寫入磁場，可使用現有磁粒材料，Toshiba 表示其儲存密度較傳統磁紀錄提高 20% 以上。MG09 的容量最高達 18TB。
Toshiba 另提出更完整的 MAS-MAMR 技術，透過 STO 發射微波，讓微波與新型磁粒材料產生共振，以進一步降低寫入難度。Toshiba 曾估計 MAS-MAMR 的儲存密度增幅可能高於 FC-MAMR，甚至達到 200%，讓 3.5 吋硬碟容量超過 30TB。不過，截至目前，MAS-MAMR 尚未應用於實際產品。Toshiba 後續透過第二代 FC-MAMR，將 MG11 與 MA11 系列最大容量提高至 24TB 與 28TB。
Seagate HAMR 率先商品化
熱輔助磁紀錄（HAMR）則利用寫入磁頭上的雷射發射器，將碟片寫入區域局部加熱，以降低磁粒的矯頑力。Seagate 表示，其 HAMR 寫入區域可被加熱至攝氏 400 度以上，資料寫入完成後約 1 奈秒內恢復至室溫，局部加熱不會改變硬碟整體運作溫度。
HAMR 需要新的磁粒與碟片材料，因此開發與驗證時間較長。Seagate 於 2020 年提供 HAMR 樣品供客戶測試，並在 2024 年初推出首款正式上市的 HAMR 硬碟 Mozaic 3+。憑藉 HAMR，Seagate 率先讓市售硬碟容量突破 30TB，目前最高達 36TB，暫時領先 WD 與 Toshiba。
硬碟容量將邁向 50TB 以上
目前增加碟片數量的效益已逐步下降，而 HAMR 等高密度磁紀錄技術仍具有較大成長空間。Seagate 透過 HAMR，較上一代產品提高約 20% 至 25% 容量；相較之下，WD 即使將碟片數量提升至 11 張，容量增幅約為 8% 至 14%。
現階段 Seagate 的單張 3.5 吋碟片最高容量約為 3.6TB，WD 的 ePMR 約為 2.91TB，Toshiba 的 FC-MAMR 約為 2.8TB。Seagate 依照 2024 年初公布的路線圖，預計在 2025 至 2026 年推出單碟 4TB產品，2027 至 2028 年提高至單碟 5TB，並已在實驗室驗證單碟 6TB 的能力。
依 Seagate 的規畫，2025 年下半年至 2026 年可推出 40TB 與 48TB 的 CMR、SMR 硬碟，2028 年以前則可能達到 50TB，以及 56TB 至 60TB 的產品。這些數字屬於廠商公布的產品規畫與技術目標，實際上市時間仍取決於開發、驗證、供應鏈與客戶導入進度。
HAMR 也可能透過提高單碟容量，減少硬碟所需碟片與讀寫頭數量。例如，原本由 10 張 2TB 碟片組成的 20TB 硬碟，未來可能改用 7 張 3TB 碟片達成相近容量，藉此降低讀寫頭、馬達負載與功耗。
WD 與 Toshiba 也將轉向 HAMR
在 Seagate 率先商品化 HAMR 後，WD 與 Toshiba 都已表示將投入這條技術路線。Toshiba 曾在 2022 年表示，計畫於 2026 年以後推出 40TB 以上的 HAMR 硬碟，但考量企業客戶認證時間，正式上市可能要到 2027 年以後。
WD 則於今年 2 月宣布，計畫在 2026 年推出 36TB 與 44TB 的 HAMR 硬碟，分別搭配 CMR 與 SMR 技術，並預計在 2030 年左右推出 80TB 與 100TB 產品。若依目前公開時程推進，Seagate 在未來數年仍可能維持容量領先，但實際競爭結果仍取決於產品可靠性、成本與客戶認證。
結語：密度提升將取代單純堆疊
硬碟容量的提升，過去同時受惠於碟片數量增加與磁紀錄密度提升。氦氣封裝讓 3.5 吋硬碟進入 10 碟片以上時代，但隨著機構空間與成本限制加劇，單純增加碟片數量的效益已不如以往。
未來硬碟產業的關鍵，將轉向 HAMR、MAMR 及其衍生技術能否穩定量產，並在可靠性、功耗與成本之間取得平衡。Seagate 已藉由 HAMR 取得先發優勢，WD 與 Toshiba 則準備加入競爭。若各家公布的技術路線能按計畫落地，硬碟容量在未來數年內從目前的 30TB 至 36TB 級距，進一步邁向 50TB 以上，將成為企業儲存市場的重要發展方向。
