最新のハードディスクドライブ（HDD）は、興味深い方法で、大量生産における精密工学の集大成と最も軽蔑されているストレージ技術を組み合わせています。 「回転するさび」のようなお世辞のないニックネームにもかかわらず、ほとんどのディスクは、生涯を通じて、記録および読み取りヘッドから数ナノメートルの非常に滑らかな磁気プレートを回転させることができます。後者のブラケットは、次にソレノイドを引っ張り、数ミリ秒で微細な磁気トラック上にヘッドを正確に配置することができます。
何十年もの間、これらの磁気トラックの多くが1平方ミリメートルのプラッターに詰め込まれ、読み取りおよび書き込みヘッドがますます複雑なものに置き換えられているという事実にもかかわらず、ハードディスクドライブの信頼性は絶えず向上しています。では第二四半期2020レポート保管会社Backblazeのから、彼らのハードドライブの年間故障率は昨年よりも大幅に低いことが明らかです。
問題は、これはハードドライブが時間の経過とともにさらに信頼性が高くなることを意味し、MAMRやHAMRなどの新しいテクノロジーが今後数十年でこのプロセスにどのように影響するかということです。
メガからテラへ
内部メカニズムとその50個の610mmプラッターIBM350HDD
最初のHDDは1950年代に販売されました。 IBM350のストレージ容量は3.75MBで、152 x 172 x 74 cmのキャビネットに24インチ（610 mm）のディスクが50枚ありました。現在、3.5インチ（14.7）の最先端のハードドライブです。 X 10.2 x 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を保持できます。
IBM350のシンバルは1200rpmで回転しました。新しいHDDは、インサートサイズの縮小とスピンドル速度の向上（5400-15,000 rpm）に重点を置いています。その他の改善には、読み取りヘッドと書き込みヘッドをプラッターの表面に近づけることが含まれます。
1961年のIBM1301 DSU（ディスクストレージユニット）は重要な革新でした。プラッターごとに読み取りヘッドと書き込みヘッドを備えた個別のブラケットを使用していました。別の革新は空気力学を使用しました-ヘッドはプレートの表面上で自由に飛行し、エアクッションによって支えられ、それによりヘッドから表面までの距離を大幅に短縮することができました。
46年間の開発の後、2003年にIBMはHDD事業を日立に売却しました。その時までに、ディスクの容量は48,000倍に増加し、ボリュームは大幅に減少していました。29161回。消費電力は2.3kWから10W（デスクトップモデル）に減少し、メガバイトあたりのコストは68,000ドルから0.002ドルに減少しました。同時に、プレートの数は数十から最大数に減少しました。
より少ないスペースでより多くのデータを保存します
内部1″ Seagate MicroDriveの
小型化は、メカニック、エレクトロニクス、コンピューティングなど、すべての分野の主要な目標でした。 1940年代と1950年代の巨大なチューブまたはリレーコンピュータモンスターは、より小さなトランジスタシステムに進化し、その後、現代の細いASICの驚異に進化しました。ストレージテクノロジーも同じ変化を遂げました。
HDDのドライブエレクトロニクスは、VLSI回路の人気の高まり、およびサーボの精度と消費電力の増加という完全な利点を経験しています。材料科学の発展に伴い、単位面積あたりの記録密度が増加し、そのおかげで重くて滑らかなプレート（ガラスまたはアルミニウム）がますます少なくなり、磁気コーティングの品質が向上しました。個々のコンポーネント（ASICケース、はんだ合金、ソレノイド、ブラケットの空気力学など）の特性を理解するのが上手になるにつれて、回転は徐々に改善に置き換えられました。
サイズが8 "から1"の範囲の6つのオープンハードドライブハードドライブ
の極端な小型化はすでに2回試みられていますが（1992年の1.3 " HPKittyhawkマイクロドライブと1"マイクロドライブ1999）、最終的に市場は3.5 "および2.5"のフォームファクターに落ち着きました。Microdriveフォームファクターは、NANDフラッシュテクノロジーを使用したCompactFlashカードの代替品として宣伝されました。これは、組み込みシステムに最適な、より大容量で実質的に無限の書き換えを備えた代替品です。
他の分野と同様に、書き込み速度とランダムアクセス時間の物理的な制限により、ハードドライブは、高信頼性だけでなく、少額の費用で大量のストレージが重要な場合に最も役立ちます。その結果、HDD市場は、デスクトップコンピューターとサーバーコンピューター、およびビデオ監視とバックアップの目的（フィルムとの競合）に最適化されました。
ハードドライブ障害の理由を理解する
ハードドライブの弱点はその機械部品であると一般に考えられていますが、さまざまな理由が故障の原因である可能性があります。
- ヒューマンエラー;
- 機械的および電子的の両方の機器の故障。
- ファームウェアの損傷。
- 外的要因（熱、湿度）;
- 栄養。
HDDには、電源がオフになっているとき、または動作中（プレートが回転していて、ヘッドが駐車していないとき）の許容物理的衝撃の値が割り当てられます。この値を超えると、アームを動かすソレノイドが損傷したり、ヘッドがプレート表面にぶつかったりする可能性があります。これらの値を超えない場合、故障の主な理由は自然な摩耗であり、その程度はMTBFの数（故障間の平均時間、「故障間の平均時間」）によって決定されます。
MTBFは、経時的に観察された摩耗から推定することによって導き出されます。ハードディスクドライブのMTBFは通常100,000〜100万時間であり、この全期間にわたってドライブのパフォーマンスをテストするには、10〜100年間オンのままにする必要があります[完全ではありません-ここにもっと正しい説明があります/約。翻訳。]。この数値は、ハードドライブが推奨される条件下で動作していることを前提としています。
明らかに、HDDを鋭い衝撃（コンクリートの床に落とす）または電力サージ（電力サージ、静電放電）にさらすと、HDDの寿命が短くなります。どの製品にも見られる製造上の欠陥はそれほど明白ではないため、ほとんどの製品には「許容可能な故障率」があります。
それはあなたのことではなく、生産ラインのことです
強力なMTBFと、13万台のハードドライブが一生幸せに回転し、ハードドライブの天国に（通常は金属シュレッダーを介して）回転するようにするためのBackblazeによる明らかな努力にもかかわらず、Backblazeは2020年第1四半期に年間故障確率（AFR ）は1.07％でした。幸い、これは2013年にレポートの発行を開始して以来、同社にとって最低の数値です。たとえば、2019年の第1四半期のAFRは1.56％でした。
すでに述べたように、集積回路の製造および設置中に欠陥が現れる可能性があり、それはHDDの操作中にすでに明らかになります。時間の経過とともに、電気移動、熱、機械的ストレスなどが発生しますICパッケージ内のワイヤの破裂から、電気移動（特に静電放電による）によるIC内のはんだポイントまたは回路の摩耗などの回路障害を引き起こす可能性があります。
HDDの機械部品は、精密な工学的公差と適切な潤滑の対象となります。過去には、ブラケットが駐車位置から移動する能力を失うまで、潤滑剤の特性が時間の経過とともに変化するヘッドスティッキングの問題があった可能性があります。今日、改善された潤滑は多かれ少なかれこの問題を解決しました。
しかし、製造プロセスのすべての段階で、最終的に欠陥が蓄積し、美しい光沢のあるMTBFを台無しにして、製品をバウンス率グラフ（「バス」のような形）の悪い側に置く可能性があります。この曲線は、製造上の大きな欠陥によって引き起こされる故障率の初期ピークを表しており、その後、グラフがデバイスの寿命の終わりに近づくまで故障率は低下します。
今後の展望
今日のハードドライブは、製造プロセスがどれほど成熟したかを明確に反映しています。過去10年間にそれらを悩ませてきた古い問題の多くは、解決または回避されています。ヘリウムを充填したドライブへの移行など、いくつかの主要な革新は、効率や信頼性の大幅な向上をまだもたらしていません。 PMZ、垂直磁気記録からHAMR、熱磁気記録への移行などの他の変更は、テクノロジー自体に関連する問題を除いて、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。
実際、ハードディスクドライブテクノロジーの未来は、少なくとも10年続くはずの大容量ストレージを少額のお金で好む人にとってはかなり退屈に思えます。ハードディスクドライブの基本原理、つまり磁気配向をウェーハに保存することは、個々の分子にも転送できます。 HAMRなどの革新により、これらの磁気配向の長期安定性が向上するはずです。
これは、小さなコンデンサを使用して電荷を保存するNANDフラッシュや、物理的に損傷する書き込み方法に対するHDDの大きな利点です。そこでは、物理的な制約がはるかに厳しくなり、各セルの16の異なる電圧値を区別する必要がある4レベルセル（QLC）フラッシュメモリなど、より複雑な設計になりました。この複雑さは、多くの場合、特に待ち時間に関しては、QLCベースのドライブが5400RPMハードドライブよりもわずかに高速であることを意味します。
回転を遅くする
私が自分のコンピューターで最初に使用したハードドライブは、IBM PS / 2（386SX）の20MBまたは30MBのSeagateでした。これは、職場で新しいPCに切り替えた後、父からもらったものです。明らかに、解放する必要がありました。倉庫に置きます。MS-DOSの時代には、これはOS、一連のゲーム、WordPerfect5.1などに十分でした。90年代の終わりまでに、これはすでにばかげたボリュームでした、そしてそれがハードディスクドライブに関して言えば、私たちはすでにギガバイトについて話していました。
それ以来、私は多くのPCやラップトップを交換したという事実にもかかわらず、これまでのところ、ソリッドステートドライブだけが死にかけています。これと、Backblazeからのレポートのような業界の指標は、新しいハードドライブが長期間回転することを確信しています。おそらく、3D XPointメモリが安価で十分に大きくなると、状況は変化します。
それまでは、自分を回転させてください。