時間の経過とともに、プラッターの1平方ミリメートルごとに配置されるトラックが増え、読み取り/書き込みヘッドが数年ごとに複雑になるという事実にもかかわらず、ハードドライブの信頼性は絶えず向上しています。そのため、データストレージに携わっているBackblaze社は、2020年の第2四半期に、そこで使用されているハードドライブ専用のレポートを作成しました。結局のところ、ディスク障害の年間発生率は昨年に比べて大幅に低下しています。
これは、HDDが時間の経過とともに信頼性が高くなることを意味しますか？MAMRやHAMRなどの有望な磁気記録技術は、今後数十年でハードドライブの信頼性にどのように影響する可能性がありますか？
「メガ」から「テラ」への道
最初のHDDは1950年代に発売されました。それはだったIBM 350 3.75メガバイトの容量を持ちます。デバイスは、直径24インチ（610 mm）のディスクが50枚入った152x172x74cmのケースに収められていました。私たちの時代に戻ると、最新の3.5インチハードドライブ（約14.7×10.2×2.6 cm）は、従来の（タイル化されていない）記録技術を使用して最大18TBのデータを保存できることがわかります。
IBM350ハードドライブの内部メカニズム
IBM350では、プラッタは1200rpmで回転しました。そしてここ数十年で、ハードドライブはプレートの直径を小さくし、それらの回転速度を上げる方向に開発されています（通常の値は5400-15000rpmです）。その他の改善には、読み取り/書き込みヘッドをプラッター表面の近くに配置することが含まれます。
IBM 1301 DSU（Disc Storage Unit）ストレージデバイスは1961年に発売されました。これは、各プラッターに独自の読み取り/書き込みヘッドがある革新的なデザインでした。このモデルのもう1つの革新は、空力力の作用下でヘッドが回転ディスクの表面上に浮いたことです。これにより、ヘッドとディスク表面の間のギャップを減らすことができました。
46年間の開発の後、IBMは2003年にHDD事業を日立に売却しました。その時までに、ハードドライブの容量は48,000倍に増加し、サイズは29,161倍に減少しました。消費電力は2.3kW以上から約10ワット（デスクトップモデルの場合）に低下し、メガバイトあたりの価格は68,000ドルから0.002ドルに低下しました。同時に、プレートの数は数十から最大で2に減少しました。
ストレージ密度の増加
機械的および電子的デバイス、ならびにコンピュータは、常に小型化に向けて進化してきました。1940年代と50年代の巨大なチューブまたはリレーコンピュータは、かさばらないトランジスタシステムに進化し、その後、特殊な集積回路に基づく技術の現代のミニチュアの驚異に進化しました。ハードドライブも同様の道をたどっています。
1インチのSeagateMicroDrive HDD
の内部ハードドライブの制御電子機器は、VLSI開発のすべての喜びを経験しており、ますます正確で経済的なサーボドライブを使用していました。材料科学の進歩により、磁気コーティングが改善された、より軽量で滑らかなプレート（ガラスまたはアルミニウム）が可能になりました。記録密度が増加しました。ハードドライブの作成者は、個々の要素（マイクロ回路、はんだ、ドライブ、読み取り/書き込みヘッド）の特性をよりよく理解するようになり、特性の革新的な改善はすぐには発生しませんでしたが、小さな改善によって徐々に発生しました。
6つのオープンハードドライブ-8 "から1"（ソース）
ハードドライブの深刻な小型化が少なくとも2回試みられましたが、1992年の1.3 " HP Kittyhawkと1999年の1" Microdriveの形をとり、市場に出回っています。その結果、彼は3.5インチと2.5インチのフォームファクターのモデルに焦点を当てて選択しました。マイクロドライブは、NANDベースのCompactFlashカードの代替として宣伝されており、より高いストレージ容量と事実上無制限の書き換えサイクルとしての長所を挙げており、組み込みシステムでの使用に適しています。
他の同様の場合と同様に、書き込み速度とデータへのランダムアクセス時間の物理的な制限により、最終的にHDDが最も望ましいゲストになりました。最も重要なことは、大量の情報を安価で確実に保存できることです。これにより、HDD市場は、デスクトップおよびサーバーシステムだけでなく、ビデオ監視およびデータバックアップのニーズにも適応できるようになりました（ここでは、テープドライブと競合します）。
ハードドライブ障害の理由
ハードドライブの機械部品はしばしば最も弱い点と見なされますが、ハードドライブの障害はそれらの部品だけでなく原因で発生する可能性があります。そのような理由の中には次のものがあります：
- 人的要因、人間工学。
- ハードウェア障害（機械的、電子的）。
- ファームウェアの損傷。
- 環境要因（温度、湿度）。
- 電源。
ハードドライブは、電源をオフにしたとき、または動作中に耐衝撃性がテストされます（プラッターが回転し、読み取り/書き込みヘッドが駐車されません）。ディスクが設計よりも強い衝撃を受けると、ヘッドの移動に関与するドライブが損傷したり、ヘッドがディスクプラッタの表面に衝突したりする可能性があります。ディスクがそのような影響を受けない場合、その故障の主な理由は、おそらくその自然な摩耗です。ハードドライブのメーカーは、故障までの平均時間（MTBF、故障までの平均時間）を示しています。これにより、ハードドライブが通常の状態で動作できる時間の目安がわかります。
MTBFは、一定期間のデバイス摩耗データを推定することによって取得されます。この指標を計算するための基準があります。ハードドライブのMTBFは、通常、100,000〜100万時間の範囲です。したがって、ディスクを真にテストするためには、それを観察するのに10年から100年かかります。同時に、メーカーは、ディスクにMTBFを指定する場合、ディスクが推奨条件で動作するという想定から進めます。これは、Backblazeのようなストレージ会社でドライブが機能する場所です。
明らかに、ハードドライブを非常に強い衝撃にさらした場合（たとえば、石の床に落とした場合）、またはドライブの電源に重大な障害が発生した場合（たとえば、電力サージ）、HDDの寿命は短くなります。あまり明白ではないのは、ハードドライブの信頼性は、ハードドライブに固有ではない製造上の欠陥によって影響を受ける可能性があるということです。これらが、「許容可能な故障率」などの指標がほとんどの製品に適用される理由です。
それはユーザーについてではありません。それは生産ラインについてです
ハードドライブは高いMTBF値を示します。 Backblaze社は、当然のことながら、約13万台のHDDが熟した老後まで幸せに「生き」、より良い世界（通常は金属くず破砕プラント）に落ち着いて引退するように努めています。しかし、Backblazeのような会社でさえ、2020年第1四半期の時点で1.07％の年間失敗率（AFR）を報告しています。これは、幸いなことに、2013年にそのようなレポートの公開を開始して以来の最低のレートです。たとえば、2019年の第1四半期では、AFRは1.56％でした。
私の資料の1つで集積回路を含むデバイスの製造中に、欠陥が現れる可能性があると言われていますが、すぐには現れませんが、しばらくすると、デバイスの動作中に現れます。時間の経過とともに、電気移動、熱応力、機械的応力などの要因がマイクロ回路の故障につながる可能性があります。そのため、マイクロ回路の場合の配線接続が切断される可能性があり、電気移動によってはんだ付けされた接続とマイクロ回路自体が損傷する可能性があります（特に静電放電装置にさらされた後）。
ハードドライブの機械部品は、技術的許容範囲への準拠の精度と可動部品の潤滑品質に依存します。以前は、磁気ヘッドのブロックがハードディスクの表面に付着するなどの問題がありました（stiction）。しかし、時間の経過とともに、潤滑剤の特性が向上し、ヘッドブロックが駐車場から出られなくなりました。その結果、この問題は今日多かれ少なかれ解決されています。
しかし、それにもかかわらず、製造プロセスのすべてのステップで何かを台無しにする可能性があります。これは最終的に、かなりのMTBF数を低下させるものとして現れます。故障したハードドライブは、故障率曲線の暗い側にあります。この曲線は、最初に高いピークが特徴であり、重大な製造上の欠陥による故障を示しています。その後、欠陥の数が減少し、デバイスが期限切れになるまで十分に落ち着いているように見えます。その後、デバイスは再び上昇します。
次は何ですか？
HAMR
ハードドライブは、微調整された製造プロセスの最終結果の一例であることがわかっているため、その時が来ました。過去5年間にこれらのデバイスを悩ませてきた問題の多くは、修正または軽減されています。ヘリウム充填ドライブの生産への切り替えなど、HDD生産の比較的顕著な変化は、まだ故障率に深刻な影響を与えていません。垂直磁気記録（ PMR）から熱支援磁気記録（ HAMR）への移行など、その他の変更）ハードドライブの寿命に大きな影響を与えるべきではありません。そして、これは、新しいテクノロジーが新しい問題を引き起こさないという条件で提供されます。
一般に、HDDの技術的な未来は、あらゆる意味で、かなり退屈に見えます。それらは、少なくとも10年間は正常に機能する、低コストで大容量のストレージ施設になります。ハードドライブを作成する基本原理、特にプレートの小さなセクションの磁化は、これらの「セクション」の役割が個々の分子によって果たされるときに、そのようなレベルまで発展する可能性があります。そして、ここにHAMRのようなものを追加すると、HDD上の情報の保存寿命が大幅に延びることが期待できることがわかります。
ハードドライブは、小さなコンデンサを使用して電荷を保存し、それらのコンデンサを物理的に損傷するデータを書き込む方法を使用するNANDに比べて大きな利点があります。このようなメモリの物理的な制限は、ハードドライブに適用される制限よりもはるかに深刻です。これにより、より複雑なメモリ設計が可能になります。たとえば、4ビットを格納できるメモリセル（クアッドレベルセル、QLC）に基づいてドライブを作成できます。このようなセルを使用する場合、16の電圧レベルを区別する必要があります。QLCメモリはこのように複雑であるため、多くのシナリオで対応するSSDは、5400rpmハードドライブよりもわずかに高速であることがわかります。これは、データアクセスの遅延に特に当てはまります。
結果
私の最初のハードドライブは、IBM PS / 2（386SX）の20または30メガバイトのSeagateでした。このコンピューターは私の父の仕事から持ってきてくれました。彼らは新しいPCに切り替え、おそらく倉庫を古い技術から解放したいと考えていました。 MS DOSの時代には、OS、多数のゲーム、WordPerfect 5.1などには、20〜30MBで十分でした。もちろん、90年代の終わりまでのこの量の記憶はばかげているように見えました。次に、ハードディスクについて言えば、メガバイトではなくギガバイトで動作しました。
それ以来、私は多くのデスクトップとラップトップを所有してきましたが、皮肉なことに、私の手で死んだドライブはSSDだけでした。これと、Backblazeレポートのようなハードドライブに関する出版物は、最後のHDDのプラッターが回転を停止する日が非常に遠いことを強く確信しています。おそらく、この予測は、3DXPointテクノロジーのようなものが十分に大きくて手頃なドライブの作成を可能にする場合にのみ変更されます。それまでの間、すべてを通常どおり続行してください。
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