Karena hard drive bukan hanya perangkat elektronik, tetapi perangkat elektromekanis, getaran dan guncangan yang kuat tetap menjadi musuh utamanya. Tetapi jika efek getaran menyebabkan penurunan kinerja hard drive, yang dijelaskan oleh penyimpangan unit kepala dari lintasan yang ditentukan dan inisialisasi ulang prosedur pemosisian, maka bahkan dorongan yang cukup kuat (tidak sampai menyebutkan jatuh) dapat memicu kegagalan total drive. Mengapa HDD sangat sensitif dan tindakan apa yang diambil oleh produsen hard drive untuk meningkatkan keandalannya? Mari kita coba mencari tahu.
Strikes of Fate: Mengapa Hard Drive Sangat Rapuh?
Pertama-tama, mari kita ingat cara kerja hard drive. Di dalam HDD terdapat satu set pelat logam tipis (dalam bahasa umum - "pancake"), ditutupi dengan lapisan feromagnet - zat yang dapat menahan magnetisasi untuk waktu yang lama bahkan tanpa adanya medan magnet eksternal. Pelat ini berputar dengan kecepatan luar biasa - dari 5400 rpm atau lebih, bergerak relatif ke head assembly, yang terdiri dari beberapa batang, digerakkan oleh apa yang disebut kumparan suara.
Di ujung setiap batang terdapat kepala tulis dan sensor pembacaan. Kepala penulisan dirancang untuk mengubah arah vektor magnetisasi area diskrit dari lapisan feromagnetik (domain magnetik) sesuai dengan perintah dari pengontrol HDD. Dalam hal ini, setiap domain mengkodekan satu bit informasi, dengan asumsi nilai logika "0" atau "1" tergantung pada arah vektor magnetisasi.
Pengoperasian modul pembacaan hard drive modern didasarkan pada efek magnetoresistif raksasa: hambatan listrik sensor berubah di bawah pengaruh medan magnet dari domain lapisan feromagnetik, yang direkam oleh pengontrol HDD, yang, pada gilirannya, menafsirkan kenaikan atau penurunan resistensi relatif terhadap tingkat tertentu sebagai nol logis atau satu ...
Untuk mencapai kerapatan perekaman yang tinggi, kepala magnet harus dibuat sangat kecil, karena lebar lintasan pada pelat magnet bergantung pada dimensinya. Ukuran modul penulisan di hard drive modern tidak melebihi 120 nanometer, dan modul pembacaan - 70 nanometer.
Perbandingan ukuran bip dan kepala baca hard disk dan tepi koin 10 sen
Berkat miniaturisasi ini, kerapatan perekaman data dibawa ke angka yang mengesankan yaitu 1 Tbit / inci 2dan ini melalui metode CMR tradisional. Namun, pendekatan ini memiliki efek samping. Karena ukuran kepala magnet berkurang secara signifikan, kekuatan medan magnet yang mereka buat berkurang, yang memaksa para insinyur untuk secara signifikan mengurangi jarak antara kepala dan permukaan pelat magnet.
Ketika HDD berfungsi, kepala magnetis melayang di atas permukaan pancake pada ketinggian hanya sekitar 12-15 nanometer, dan ini dicapai karena efek layar: bantalan udara terbentuk di bawah setiap boom, seolah-olah di bawah sayap pesawat lepas landas, menyediakan daya angkat yang diperlukan. Sangat mudah untuk menebak bahwa pelat magnet itu sendiri seharusnya sangat halus dan tidak ada penyimpangan. Ini benar: perbedaan ketinggian di permukaan setiap pelat tidak melebihi 0,6 nanometer. Presisi yang luar biasa!
Namun, desain ini memiliki satu kelemahan yang sangat signifikan: hard disk sangat rentan terhadap guncangan selama pengoperasian. Ketahanan guncangan hard disk konsumen modern dan kelas perusahaan mencapai 300-350G dalam 2 md saat istirahat dan hanya 30-50G dalam 2 md dalam mode baca / tulis.
Beragam nilai ini disebabkan oleh fakta bahwa saat drive dicabut, unit kepala tetap terparkir. Pertimbangkan foto di bawah ini: setiap braket menerima titik fiksasi tambahan, bertumpu pada tiang plastik di area parkir, dan kepala itu sendiri tidak menyentuh plastik, tetapi menggantungnya. Dalam keadaan ini, mereka tidak takut akan getaran yang kuat atau bahkan guncangan.
Dalam kondisi kerja, aktuator HDD kehilangan dukungan tambahan, oleh karena itu, dampak gaya yang cukup, vektor yang akan diarahkan tegak lurus ke bidang disk (atau sedikit miring ke sumbu tegak lurus), pasti akan mengarah untuk kontak antara kepala dan pelat magnet. Proses ini dapat digambarkan secara skematis sebagai berikut.
Di atas adalah skenario paling sukses untuk pengembangan acara: karena ukuran miniatur kepala dan kecepatan rotasi pelat magnet yang sangat besar, modul menulis dan membaca kemungkinan besar akan lepas dari braket dan hard drive akan langsung menjadi tidak dapat digunakan. Jika Anda masih beruntung dan masalahnya hanya terbatas pada munculnya goresan pada lapisan feromagnetik, Anda tidak boleh berpikir bahwa dalam hal ini Anda akan dapat menyingkirkan beberapa cluster yang rusak. Sayangnya, hard disk akan mulai perlahan tapi pasti "mati", dan jumlah kesalahan baca / tulis akan berlipat ganda setiap hari. Dan itulah kenapa.
Soal nomor 1: partikel feromagnetik tetap berada di permukaan pelat magnet
Meskipun pancake Winchester berputar dengan kecepatan luar biasa, fragmen lapisan feromagnetik tidak akan kemana-mana: terlalu kecil dan ringan, sehingga medan magnet domain akan cukup untuk menahan gaya sentrifugal dan menahan partikel terkecil. Kehadiran mereka di permukaan piringan magnet penuh dengan kesalahan baca / tulis bahkan jika mereka tidak secara langsung menyentuh kepala itu sendiri.
Masalah nomor 2: partikel feromagnetik berperan sebagai abrasif
Karena jarak antara permukaan pelat magnet dan kepala sangat kecil, partikel mikroskopis dari feromagnet pasti akan menyentuhnya, secara bertahap menggiling seperti amplas. Dan permukaan pancake itu sendiri akan menjadi semakin tergores, yang akan diekspresikan dalam peningkatan bertahap dalam jumlah cluster yang rusak.
Masalah # 3: Sensor penginderaan akan memanas karena gaya gesekan
Ketika partikel feromagnet bergerak dengan kecepatan tinggi menyentuh sensor, yang terakhir, karena ukuran mikroskopisnya, memanas secara instan, yang menyebabkan resistansi dalam sensor meningkat tajam dan data dari kepala baca diinterpretasikan dengan tidak benar. Hal ini menyebabkan banyak kesalahan pembacaan bahkan pada tahap ketika kepala baca masih utuh.
Kerusakan pada head unit bukanlah satu-satunya konsekuensi (walaupun yang paling parah) yang berdampak pada hard drive. Bantalan pelat magnet juga berisiko. Dampak kuat dari bola pada sangkar bantalan dapat menyebabkan deformasi, kerusakan pada bola itu sendiri atau jalur balap (terkadang pada semua hal di atas). Meskipun HDD akan terus bekerja, bantalan yang rusak akan bergetar dengan kuat, yang akan berdampak negatif pada kinerja hard drive dan menyebabkan keausan dini pada motor spindel.
Dan akhirnya, kejahatan paling kecil adalah tergelincirnya pelat magnet dalam kemasan, ketika satu atau lebih pancake, setelah menerima percepatan tambahan, berputar relatif terhadap rekan-rekan mereka. Pada saat yang sama, masalah inilah yang lebih jarang terjadi daripada semua yang disebutkan di atas, dan berdampak minimal pada kinerja HDD.
Pendekatan Utama untuk Perlindungan Guncangan HDD
Meskipun sejarah hard drive sudah ada sejak lebih dari 64 tahun yang lalu, produsen hard drive menganggap serius hard drive mereka hanya pada tahun 1997. Sikap ini terlihat sembrono, tetapi sebenarnya cukup sederhana untuk menjelaskan penundaan tersebut.
Di akhir tahun 90-an, mode untuk HDD eksternal yang ringkas baru saja mulai mendapatkan momentum. Titik awal bisa disebut munculnya IBM Microdrive yang dirilis tahun 1999, yang kami tulis sebelumnya di materi tentang penyimpanan data eksternal . Sementara itu, drive portabellah yang paling rentan.
Membuka koin IBM Microdrive vs. 50 euro sen
Cukup sulit untuk membayangkan situasi ketika hard drive internal, yang telah dipasang di PC, dapat gagal karena pukulan (kecuali jika Anda dengan sengaja menabrak tubuhnya dengan palu godam). Bingkai Menara Penuh yang besar cukup mampu memberikan perlindungan yang memadai untuk hard drive yang dipasang di dalamnya, secara efektif menyerap energi kinetik. Jika, misalnya, Anda secara tidak sengaja membentur komputer dengan kaki Anda, dampaknya pada hard drive akan jauh lebih lemah daripada 30G dalam 2 md (dan bahkan kurang dari 10G dalam 2 md - inilah jumlah HDD yang dilepaskan pada saat pergantian Abad XX-XXI dapat bertahan), jadi apa yang harus dilakukan di sini tindakan khusus apa pun tidak memiliki arti praktis.
Casing laptop pada masa itu juga tidak seperti model ultra-tipis modern: laptop tahun 90-an memberikan perlindungan yang cukup baik untuk hard drive yang terpasang di dalamnya, meskipun tidak dapat diandalkan seperti komputer stasioner.
Laptop yang lebih tua jauh lebih tahan lama. Pada foto - Siemens Nixdorf PCD-5ND
Sebaliknya, dalam perangkat penyimpanan data portabel, HDD dipisahkan dari dunia luar hanya oleh wadah plastik tipis, tidak dapat menyerap semua energi benturan. Bagaimana, dalam hal ini, hard drive bisa terlindungi dari kerusakan?
IBM sendiri merupakan pionir dalam pengembangan sistem proteksi shock. Itu adalah para insinyur dari perusahaan Amerika yang menciptakan teknologi dengan nama sederhana Ramp Load / Unload, yang saat ini digunakan di mana-mana di setiap hard drive, apa pun kategori harganya. Kita berbicara tentang area parkir yang disebutkan di atas dan sistem tiang plastik yang memperbaiki batang unit kepala sementara HDD terputus dari catu daya. Untuk saat ini, solusi semacam itu menjadi benar-benar inovatif, sehingga memungkinkan untuk meningkatkan ketahanan guncangan hard drive saat istirahat beberapa kali.
Pada hard drive model lama, sistem parkir blok kepala pada dasarnya tidak ada.
Teknologi ShockSkinBumper (SSB) Samsung harus disebutkan di antara langkah-langkah yang sama sederhana namun cukup efektif. Seperti yang bisa Anda tebak dari namanya, inti dari inovasi ini terletak pada adanya bumper yang terpasang di bodi drive, diwakili oleh pelek silikon tipis yang sesuai dengan penutup logam hard drive.
Jika Anda melihat lebih dekat, Anda dapat melihat tepi Samsung ShockSkinBumper
Menurut Samsung, bumper terbukti sangat efektif dan membantu mengurangi beban berlebih tiga kali lipat yang mempengaruhi komponen internal hard drive saat tertabrak atau jatuh, meningkat secara signifikan. ketahanan guncangannya saat istirahat.
Sedangkan untuk masalah kerusakan bearing, awalnya produsen hard drive bereksperimen dengan bentuk sangkar dan dimensi elemen rolling, mencoba mencari keseimbangan optimal antara ukuran bidang kontak bola dengan track. (semakin besar, semakin baik bantalan tersebut mentolerir guncangan) dan hambatan yang timbul dari gesekan permukaannya terhadap satu sama lain. Selanjutnya, bantalan gelinding konvensional diganti dengan bantalan biasa hidrodinamik yang lebih maju, di mana rotasi poros spindel terjadi pada lapisan fluida yang ditahan di dalam selongsong karena perbedaan tekanan yang dibuat selama pengoperasian mesin. Pendekatan ini membantu tidak hanya untuk meningkatkan ketahanan guncangan pada hard drive, tetapi juga untuk mengurangi tingkat getaran dan kebisingan yang dihasilkan selama pengoperasian, dan pada saat yang sama meningkatkan toleransi kesalahannya.
Tidak ada bola - tidak masalah
Namun, hal utama yang dicoba dicapai oleh semua produsen hard drive, tanpa kecuali, adalah melindungi unit kepala secara maksimal dari guncangan. Pelopor dalam bidang ini adalah perusahaan Quantum, yang pada tahun 1998 memperkenalkan kembali sistemnya sendiri untuk melindungi hard drive, Quantum Shock Protection System (SPS), implementasi praktis pertama yang terlihat pada hard drive Fireball EL.
Hard Drive Tahan Guncangan Fireball EL 2.5GB Quantum
Secara total, paket peningkatan SPS mencakup 14 inovasi teknologi yang bertujuan untuk menyerap dan mengkompensasi guncangan aktuator. Sudah pada tahun 1999, sistem SPS II yang dimodifikasi melihat cahaya, dan Fireball Ict secara alami menjadi disk pertama dengan dukungan teknologi anti-shock yang diperbarui.
Sejalan dengan Quantum, penelitian di bidang perlindungan hard drive dari guncangan dan jatuh dilakukan oleh pesaing langsung mereka - Maxtor Corporation. Hasil dari upaya para insinyur perusahaan adalah teknologi ShockBlock, yang telah menemukan aplikasi di drive jalur "berlian" dari DiamondMax.
Hard Drive Maxtor DiamondMax Plus 21
Samsung juga secara aktif terlibat dalam meningkatkan head block: teknologi yang dipatenkan dari perusahaan Korea, yang disebut Impact Guard, termasuk sejumlah perbaikan dalam desain braket bantalan, sistem suspensi dan stabilisasi. Western Digital tidak ketinggalan: satu set perangkat tambahan Shock Guard, yang dirancang khusus untuk hard drive merek Caviar, membantu membawa ketahanan guncangan dari hard drive yang diproduksi oleh perusahaan ke nilai yang sebanding dengan HDD modern.
Tidak masuk akal untuk mendeskripsikan secara menyeluruh setiap teknologi yang terdaftar: solusi desain yang dirancang untuk meningkatkan ketahanan guncangan hard drive, dengan satu atau lain cara, diulangi satu sama lain, meskipun mereka memiliki perbedaan dalam metode implementasi. Mari buat daftar teknik utama yang diadopsi produsen HDD untuk meningkatkan ketahanan guncangan mereka:
- penyerapan energi kinetik oleh elemen struktural tubuh;
- mengurangi kekakuan braket dengan meningkatkan kekakuannya;
- pemasangan suspensi penyerap guncangan pada kepala, yang meminimalkan kerusakan pada modul baca / tulis dan lapisan feromagnetik yang bersentuhan di antara keduanya.
Poin terakhir membutuhkan klarifikasi tambahan. Selama pengujian, ditemukan bahwa tingkat kerusakan lapisan feromagnetik, serta kemungkinan robeknya kepala magnet, tidak terlalu bergantung pada kekuatan tumbukan, tetapi pada bagaimana tepatnya modul baca dan tulis itu berasal. menjadi kontak dengan permukaan pancake. Kerusakan paling luas secara alami diamati ketika kepala menyentuh pelat dengan tepi atau sudut.
Mekanisme suspensi yang lebih baik telah memungkinkan untuk memastikan bahwa kepala magnet bersentuhan dengan pelat datar, dengan seluruh permukaannya, seperti yang ditunjukkan pada diagram di bawah ini.
Karena permukaannya hampir sangat halus, kemungkinan chipping (dan semua pelepasan kepala magnet yang lebih lengkap) berkurang secara nyata, dan dalam keadaan yang paling menguntungkan, baik lapisan feromagnetik dan modul itu sendiri tetap utuh.
Drive yang tidak bisa dihancurkan untuk olahraga dan aktivitas luar ruangan
Meskipun langkah-langkah ini telah membantu meningkatkan keandalan hard drive secara signifikan, keajaiban tidak pernah terjadi. Apa pun yang orang katakan, tetapi Anda tidak dapat berdebat dengan fisika, dan jika Maxtor yang sama pada suatu waktu mampu membawa ketahanan guncangan hard drive diam ke 1000G yang mengesankan dalam 2 ms, meskipun pada sampel pengujian, maka itu berubah untuk memberikan tingkat perlindungan yang sebanding untuk unit kepala selama pengoperasian HDD. hampir tidak mungkin.
Namun, dengan semakin murahnya memori flash, situasi pasar telah berubah secara radikal, dan kebutuhan akan hard drive eksternal yang tahan guncangan praktis menghilang, karena telah digantikan oleh drive solid-state. Karena fitur teknologi, SSD berada dalam posisi yang jauh lebih menguntungkan: SSD tidak mengandung komponen bergerak, yang berarti bahwa semua yang perlu dicapai untuk mendapatkan perangkat tahan benturan pada keluarannya adalah membuat casing yang cukup tahan lama yang dapat memberikan tingkat perlindungan yang memadai untuk papan sirkuit tercetak, yang jauh lebih mudah dibandingkan dengan pengembangan sistem kompensasi dinamis. Namun, lebih baik melihat sekali daripada mendengar seratus kali. Lihat saja foto ini.
Sebuah carabiner tur yang diikat ke ransel menggantung SSD Portabel Ekstrim SanDisk, sebuah solid state drive kompak yang ditujukan untuk penggemar aktivitas luar ruangan. Jika Anda memperlakukan HDD biasa dengan cara ini, maka hampir pasti HDD akan menjadi tidak dapat digunakan sama sekali setelah beberapa langkah. Namun, SSD tidak mengancam kerusakan: berkat casing karet-plastik, ia mampu menahan beban berlebih hingga 1500G dalam 2 md, yang 5 kali lebih banyak daripada ketahanan guncangan hard drive saat diam, dan hampir 30 kali lebih banyak dari ketahanan guncangan HDD saat membaca / menulis data. Pada saat yang sama, indikator 1500G tetap dan tidak berubah sama sekali, bahkan saat Anda bekerja dengan solid state drive.
Selain mampu menahan beban berlebih yang signifikan, SSD Portabel Ekstrim SanDisk juga sangat tahan terhadap debu dan kelembapan dengan standar IP55.
Digit pertama dari indeks menunjukkan bahwa SSD memiliki desain tahan debu: meskipun sejumlah partikel halus tertentu dapat masuk ke dalam casingnya, ini tidak akan memengaruhi kinerja perangkat dengan cara apa pun. Angka kedua menunjukkan bahwa casing solid state drive mampu menahan bahkan jet air yang kuat yang jatuh dari segala arah.
Fitur lain yang menarik dari rangkaian drive ini adalah tahan air. Harap diperhatikan: konektor USB Type-C, yang terletak di ujung bawah, tidak memiliki tutup karet, yang biasanya Anda lihat pada perangkat semacam itu.
Cacat? Tidak semuanya. Masalahnya adalah bahwa port tidak berkomunikasi dengan rongga internal casing: itu benar-benar terisolasi dan disegel, sehingga air yang masuk ke dalamnya tidak akan merusak komponen elektronik SSD, meskipun konektornya harus dikeringkan secara menyeluruh sebelum digunakan. Pendekatan ini memungkinkan solid-state drive menjadi lebih andal dan tahan lama, karena semua colokan cenderung kendor seiring waktu.
Dalam hal kinerja, SanDisk Extreme Portable juga tidak mengecewakan di sini, dengan kecepatan transfer 550MB / s yang berkelanjutan. Jika ini tidak cukup untuk Anda, kami sarankan untuk memperhatikan versi Pro perangkat.
Desain drive lama sedikit berubah: sisipan sisi oranye dan bentuk lug yang dimodifikasi membuat SSD terlihat lebih sporty dan ekspresif. Tetapi perbedaan utama antara versi Pro dan versi biasa terletak pada dukungan antarmuka USB 3.2 Gen 2 berkecepatan tinggi, berkat kecepatan drive yang telah meningkat hingga 1050 MB / s yang mengesankan. Dengan kecepatan ini, bahkan mentransfer 100 GB data tidak akan lebih dari 2 menit.
Ingin lebih? Tahun ini dirilis versi terbaru dari SanDisk Extreme Portable V2. Seperti sebelumnya, rangkaian SSD ringkas dibagi menjadi dua baris: Standar dan Pro. Dalam hal perlindungan terhadap guncangan, debu, dan air, tidak ada yang berubah sama sekali, tetapi kinerjanya menjadi dua kali lipat.
SanDisk Extreme Portable V2 menambahkan USB 3.2 Gen 2 dan sekarang menawarkan kecepatan 1050 MB / dtk untuk operasi baca dan hingga 1000 MB / dtk saat menulis file. Di sisi lain, SanDisk Extreme Portable Pro V2 akan menarik bagi mereka yang memiliki dukungan USB 3.2 Gen 2 x 2: 2000MB / s yang mengesankan menjadikan SSD ini sebagai SSD tercepat yang kokoh di pasaran, dan memungkinkan Anda mentransfer bahkan yang paling produktif SSD dalam hitungan detik, file yang pasti akan menarik bagi penggemar fotografi dan pembuatan film video, blogger perjalanan, jurnalis, dan pembuat konten lainnya.
Sebagai bonus tambahan, perlu disebutkan dukungan bawaan untuk enkripsi perangkat keras AES dengan kunci 256-bit, yang merupakan salah satu metode perlindungan data kriptografi yang paling andal saat ini. Jadi, dengan SanDisk Extreme Portable baru, Anda dapat 100% yakin bahwa informasi berharga Anda aman.