Hard disk drive (HDD) modern dengan cara yang menarik menggabungkan puncak dari rekayasa presisi dalam produksi massal dan teknologi penyimpanan yang paling dibenci. Terlepas dari julukan yang tidak menarik seperti "karat yang berputar", kebanyakan disk berhasil memutar pelat magnetis yang sangat halus beberapa nanometer dari kepala perekam dan pembacaan sepanjang hidup mereka. Tanda kurung yang terakhir, pada gilirannya, menarik solenoid, yang mampu memposisikan kepala tepat di atas jalur magnetis mikroskopis dalam beberapa milidetik.
Terlepas dari kenyataan bahwa selama beberapa dekade semakin banyak trek magnetik ini telah dijejalkan ke dalam satu milimeter persegi piringan, dan kepala baca dan tulis terus-menerus diganti dengan yang semakin kompleks, keandalan hard disk drive terus berkembang. Sebuah kedua kuartal 2020 laporan dari perusahaan penyimpanan Backblaze menunjukkan bahwa tingkat kegagalan tahunan hard drive mereka secara signifikan lebih rendah dari tahun lalu.
Pertanyaannya adalah, apakah ini berarti hard drive akan menjadi lebih andal dari waktu ke waktu, dan bagaimana teknologi baru seperti MAMR dan HAMR dapat memengaruhi proses ini dalam beberapa dekade mendatang.
Dari mega ke tera
Mekanisme internal dan lima puluh piringannya 610 mm
HDD IBM 350 HDD pertama mulai dijual pada tahun 1950-an. IBM 350 memiliki kapasitas penyimpanan 3,75 MB dan memiliki lima puluh cakram 24 "(610 mm) dalam lemari 152 x 172 x 74 cm. Canggih saat ini 3,5" (14,7) X 10,2 x 2,6 cm) dapat menampung hingga 18 TB menggunakan teknologi perekaman konvensional (tanpa ubin ).
Simbal di IBM 350 berputar pada 1200 rpm. HDD baru berfokus pada pengurangan ukuran sisipan dan peningkatan kecepatan spindel (5400 - 15.000 rpm). Perbaikan lainnya termasuk menempatkan kepala baca dan tulis lebih dekat ke permukaan piring.
IBM 1301 DSU (Disk Storage Unit) 1961 adalah inovasi yang signifikan - menggunakan braket terpisah dengan kepala baca dan tulis untuk masing-masing piring. Inovasi lain menggunakan aerodinamika - kepala berada dalam penerbangan bebas di atas permukaan pelat, didukung oleh bantalan udara, yang memungkinkan untuk sangat mengurangi jarak dari mereka ke permukaan.
Setelah 46 tahun pengembangan, pada tahun 2003 IBM menjual bisnis HDD-nya ke Hitachi. Pada saat itu, kapasitas disk telah meningkat 48.000 kali lipat, dan volumenya menurun drastis. 29161 kali. Konsumsi daya turun dari 2,3 kW menjadi 10 W (model desktop), dan biaya per megabyte turun dari $ 68.000 menjadi $ 0,002. Pada saat yang sama, jumlah pelat berkurang dari puluhan menjadi maksimal sepasang.
Kami menyimpan lebih banyak data dalam ruang yang lebih sedikit
Internal 1 ″
Miniaturisasi MicroDrive Seagate selalu menjadi tujuan utama dari semua bidang - baik itu mekanik, elektronik, atau komputasi. Monster komputer tabung atau relay raksasa tahun 1940-an dan 1950-an berevolusi menjadi sistem transistor yang lebih kecil, dan kemudian menjadi keajaiban ASIC yang ramping dan modern. Teknologi penyimpanan juga mengalami perubahan yang sama.
Elektronik drive HDD telah merasakan semua manfaat dari semakin populernya sirkuit VLSI, serta akurasi dan konsumsi daya servos yang semakin meningkat. Kepadatan perekaman per satuan luas meningkat seiring dengan perkembangan ilmu material, berkat yang semakin sedikit berat dan pelat yang lebih halus (kaca atau aluminium) muncul, dan kualitas lapisan magnetik meningkat. Karena kami menjadi semakin sadar akan sifat masing-masing komponen (casing ASIC, paduan solder, solenoida, aerodinamika braket, dll.), Peningkatan bertahap secara bertahap menggantikan putaran.
Enam hard drive terbuka dengan ukuran mulai dari 8 "hingga 1"
Meskipun miniaturisasi hard drive yang ekstrim telah dicoba dua kali ( mikrodrive 1,3 "HP Kittyhawk pada tahun 1992 dan 1" Microdrive1999), akhirnya pasar memilih faktor bentuk 3,5 "dan 2,5". Faktor bentuk Microdrive disebut-sebut sebagai alternatif dari kartu CompactFash yang menggunakan teknologi NAND Flash - alternatif dengan kapasitas lebih tinggi dan penulisan ulang hampir tak terbatas yang cocok untuk sistem tertanam.
Seperti di area lain, batasan fisik pada kecepatan tulis dan waktu akses acak menjadikan hard drive paling berguna di mana penyimpanan dalam jumlah besar penting untuk biaya yang sedikit, serta keandalan yang tinggi. Hasilnya, pasar HDD dioptimalkan untuk komputer desktop dan server, serta untuk keperluan pengawasan dan pencadangan video (bersaing dengan film).
Memahami alasan kegagalan hard drive
Meskipun secara umum diyakini bahwa titik lemah hard drive adalah bagian mekanisnya, berbagai alasan dapat disalahkan atas kegagalan tersebut, yaitu:
- Kesalahan manusia;
- Kegagalan peralatan, baik mekanis maupun elektronik;
- Kerusakan firmware;
- Faktor eksternal (panas, kelembaban);
- Nutrisi.
HDD diberi nilai dampak fisik yang diizinkan saat daya dimatikan atau selama operasi (saat pelat berputar, dan kepala tidak diparkir). Melebihi nilai ini dapat merusak solenoida yang menggerakkan lengan, atau kepala dapat membentur permukaan pelat. Jika nilai-nilai ini tidak terlampaui, maka alasan utama kegagalan adalah keausan alami, yang derajatnya ditentukan oleh jumlah MTBF (Waktu rata-rata antar kegagalan, "waktu rata-rata antar kegagalan ").
MTBF diperoleh dengan mengekstrapolasi dari keausan yang diamati dari waktu ke waktu. MTBF untuk hard disk drive biasanya 100.000 hingga 1 juta jam, dan untuk menguji kinerja drive selama seluruh periode ini, itu harus bertahan selama 10 hingga 100 tahun [tidak cukup -berikut adalah penjelasan / perkiraan yang lebih benar . terjemahan.]. Angka ini mengasumsikan bahwa hard drive beroperasi di bawah kondisi yang disarankan.
Jelas, hard drive terkena guncangan tajam (menjatuhkannya di lantai beton) atau lonjakan daya (lonjakan daya, pelepasan muatan listrik statis) akan mempersingkat masa pakainya. Yang kurang jelas adalah cacat produksi yang dapat ditemukan pada produk apa pun, sehingga sebagian besar produk memiliki "tingkat kegagalan yang dapat diterima".
Ini bukan tentang Anda, ini tentang jalur produksi
Terlepas dari MTBF yang kuat dan upaya yang jelas dari Backblaze untuk melakukan segalanya untuk membuat 130.000 hard drive berputar dengan bahagia seumur hidup, dan kemudian pergi ke surga untuk hard drive (biasanya melalui penghancur logam), perusahaan melaporkan bahwa pada kuartal pertama tahun 2020, kemungkinan kegagalan tahunan (AFR ) adalah 1,07%. Untungnya, ini adalah angka terendah bagi perusahaan sejak mulai menerbitkan laporan pada 2013. Misalnya, pada kuartal I 2019 AFR 1,56%.
Seperti yang telah kami sebutkan, selama produksi dan pemasangan sirkuit terintegrasi , kekurangan mungkin muncul , yang akan muncul dengan sendirinya selama pengoperasian HDD. Seiring waktu, hal-hal seperti elektromigrasi, panas, dan tekanan mekanisdapat menyebabkan kegagalan sirkuit, dari kabel yang meledak di dalam paket IC, menjadi aus pada titik solder atau sirkuit di dalam IC karena elektromigrasi (terutama karena pelepasan muatan listrik statis).
Komponen mekanis HDD tunduk pada toleransi rekayasa presisi serta pelumasan yang tepat. Di masa lalu, mungkin ada masalah kepala yang menempel di mana sifat pelumas berubah seiring waktu hingga braket kehilangan kemampuan untuk keluar dari posisi parkir. Saat ini, pelumasan yang lebih baik sedikit banyak telah menyelesaikan masalah ini.
Namun pada setiap langkah proses pembuatan, ada potensi kekurangan yang pada akhirnya menumpuk dan dapat merusak MTBF yang mengkilap dan indah, menempatkan produk pada sisi buruk grafik rasio pentalan " bak ". Kurva ini menunjukkan puncak awal dalam tingkat kegagalan karena cacat produksi yang parah, setelah itu tingkat kegagalan turun hingga grafik mendekati akhir masa pakai perangkat.
Melihat ke depan
Hard drive saat ini dengan jelas mencerminkan betapa matangnya proses produksi - banyak masalah lama yang melanda mereka selama dekade terakhir telah diselesaikan atau dielakkan. Beberapa inovasi besar, seperti perpindahan ke penggerak berisi helium , belum menghasilkan keuntungan yang signifikan dalam efisiensi atau keandalan. Perubahan lain, seperti transisi dari PMZ, perekaman magnetik tegak lurus , ke HAMR, perekaman termomagnetik, seharusnya tidak terlalu memengaruhi masa pakai hard drive, kecuali untuk masalah yang terkait dengan teknologi itu sendiri.
Faktanya, masa depan teknologi hard disk drive tampaknya cukup membosankan bagi siapa saja yang menyukai penyimpanan volume besar dengan sedikit uang, yang akan bertahan setidaknya sepuluh tahun. Prinsip dasar hard disk drive, yaitu menyimpan orientasi magnet pada wafer, dapat ditransfer bahkan ke molekul individual. Inovasi seperti HAMR harus meningkatkan stabilitas jangka panjang dari orientasi magnet ini.
Ini merupakan keuntungan besar HDD dibandingkan NAND Flash, yang menggunakan kapasitor kecil untuk menyimpan muatan, dan metode tulis yang merusaknya secara fisik. Di sana, kendala fisik jauh lebih parah, dan telah menyebabkan desain yang lebih kompleks, seperti memori flash sel empat tingkat (QLC), yang harus membedakan antara 16 nilai tegangan yang berbeda di setiap sel. Kompleksitas ini berarti bahwa hard disk berbasis QLC hampir tidak lebih cepat dari hard drive 5400 RPM dalam banyak kasus, terutama dalam hal latensi.
Perlambat rotasi
Hard drive pertama yang saya gunakan di komputer saya sendiri adalah Seagate 20 atau 30 MB di IBM PS / 2 (386SX), yang diberikan ayah saya setelah mereka beralih ke PC baru di tempat kerja - tampaknya, mereka perlu membebaskannya tempatkan di gudang. Di masa MS-DOS, ini sudah cukup untuk OS, banyak game, WordPerfect 5.1, dan banyak lagi. Pada akhir tahun 90-an, itu sudah menjadi volume yang menggelikan, dan ketika berbicara tentang hard disk drive, kami sudah membicarakan tentang gigabyte.
Terlepas dari kenyataan bahwa sejak saat itu saya telah mengganti banyak PC dan laptop, sejauh ini hanya solid state drive yang sekarat. Ini, serta indikator industri - seperti laporan dari Backblaze - memberi saya keyakinan bahwa hard drive baru akan berputar untuk waktu yang lama. Mungkin situasinya akan berubah ketika memori 3D XPoint menjadi murah dan cukup besar.
Sampai saat itu, putar diri Anda sendiri.