ハードドライブ感電保護テクノロジー

ハードドライブは単なる電子機器ではなく、電気機械機器であるため、強い振動と衝撃が主な敵であり続けています。しかし、振動の影響がハードドライブのパフォーマンスの低下につながる場合、これは指定された軌道からのヘッドユニットの逸脱と位置決め手順の再初期化によって説明されますが、十分に強いプッシュ（落下に言​​及）は、ドライブの完全な障害を引き起こす可能性があります。HDDはなぜそれほど繊細なのですか？また、ハードドライブのメーカーは信頼性を向上させるためにどのような対策を講じていますか？それを理解してみましょう。

運命のストライキ：ハードドライブはなぜそれほど壊れやすいのですか？

まず、ハードドライブがどのように機能するかを思い出しましょう。 HDDの内部には、強磁性体の層で覆われた薄い金属板（一般的には「パンケーキ」）のセットがあります。これは、外部磁場がなくても磁化を長期間保持できる物質です。これらのプレートは、5400 rpm以上の驚異的な速度で回転し、いわゆるボイスコイルによって駆動される複数のロッドで構成されるヘッドアセンブリに対して移動します。



各ロッドの先端には、書き込みヘッドと読み出しセンサーがあります。書き込みヘッドは、HDDコントローラーからのコマンドに従って、強磁性コーティングの離散領域（磁区）の磁化ベクトルの方向を変更するように設計されています。この場合、各ドメインは、磁化ベクトルの方向に応じて論理値「0」または「1」を想定して、1ビットの情報をエンコードします。







最新のハードドライブの読み取りモジュールの動作は、巨大磁気抵抗効果に基づいています。センサーの電気抵抗は、HDDコントローラーによって記録される強磁性層のドメインの磁場の影響下で変化します。次に、特定のレベルに対する抵抗の増加または減少を論理的な0または1として解釈します...



磁気プレート上のトラックの幅はそれらの寸法に依存するため、高い記録密度を達成するには、磁気ヘッドを非常に小さくする必要がありました。最新のハードドライブの書き込みモジュールのサイズは120ナノメートルを超えず、読み取りモジュールのサイズは70ナノメートルです。



ハードディスクのビープ音と読み取りヘッドのサイズと10セント硬貨の端のサイズの比較



この小型化のおかげで、データ記録密度は1 Tbit /インチ²という印象的な数値になりました。 これは、従来のCMR方式によるものです。ただし、このアプローチには副作用があります。磁気ヘッドのサイズが大幅に縮小されると、それらが生成する磁場の強度が低下し、エンジニアはヘッドと磁気プレートの表面との間の距離を大幅に短縮する必要がありました。



HDDが機能しているとき、磁気ヘッドはパンケーキの表面上にわずか約12〜15ナノメートルの高さで浮かんでいます。これは、スクリーン効果によって実現されます。各ブームの下に、まるで飛行機の翼が離陸し、必要な揚力を提供します。磁気プレート自体は完全に滑らかで、凹凸がないはずだと簡単に推測できます。これは真実です。各プレートの表面の高さの差は0.6ナノメートルを超えません。信じられないほどの精度！







ただし、この設計には1つの非常に重大な欠点があります。それは、ハードディスクが動作中の衝撃に対して非常に脆弱であるということです。最新の民生用およびエンタープライズクラスのドライブの耐衝撃性は、静止状態で2msで300〜350Gに達し、読み取り/書き込みモードで2msでわずか30〜50Gに達します。



この幅広い値は、ドライブが抜かれている間、ヘッドアセンブリが駐車されたままであるという事実によるものです。下の写真を検討してください。各ブラケットは、駐車場のプラスチックパイロン上にある追加の固定ポイントを受け取り、ヘッド自体はプラスチックに触れず、その上にぶら下がっています。この状態では、彼らは強い振動や衝撃さえも恐れません。







動作状態では、HDDアクチュエータは追加のサポートを奪われます。したがって、十分な力の衝撃があり、そのベクトルはディスクの平面に垂直に（または垂直軸に対してわずかな角度で）向けられます。ヘッドと磁気プレートの間の接触。このプロセスは、次のように概略的に表すことができます。







上記は、イベントの開発で最も成功したシナリオです。ヘッドの小型サイズと磁気プレートの巨大な回転速度により、書き込みモジュールと読み取りモジュールはブラケットから外れる可能性が高く、ハードドライブは即座に使用できません。それでも幸運で、問題が強磁性層の引っかき傷の出現だけに限定されている場合は、この場合、いくつかの壊れたクラスターを取り除くことができるとは思わないでください。残念ながら、ハードディスクはゆっくりと、しかし確実に「死ぬ」ようになり、読み取り/書き込みエラーの数は毎日増加します。そしてそれが理由です。

問題番号1：強磁性粒子が磁性板の表面に残っている

ウィンチェスターのパンケーキはものすごい速度で回転しますが、強磁性層の破片はどこにも行きません。それらは小さすぎて軽いので、ドメインの磁場は遠心力に耐えて最小の粒子を保持するのに十分です。磁気プラッターの表面に存在すること自体が、ヘッド自体に直接触れていなくても、読み取り/書き込みエラーが発生します。

問題2：強磁性粒子が研磨剤の役割を果たす

磁性板の表面とヘッドの距離が非常に小さいため、強磁性体の微細な粒子が必然的にそれらに接触し、サンドペーパーのように徐々に粉砕されます。そして、パンケーキ自体の表面はますます引っかかれるようになり、それは壊れたクラスターの数が徐々に増えることで表されます。

問題＃3：摩擦力によりセンシングセンサーが熱くなる

高速で移動する強磁性体の粒子がセンサーに触れると、センサーはその微細なサイズのために瞬時に熱くなり、センサーの抵抗が急激に増加し、読み取りヘッドからのデータが誤って解釈されます。これにより、読み取りヘッドがまだ損傷していない段階でも、多数の読み取りエラーが発生します。



ヘッドユニットの損傷は、ハードドライブへの影響の唯一の（最も深刻ではありますが）結果ではありません。磁気プレートベアリングも危険にさらされています。ベアリングケージへのボールの強い衝撃は、ボールの変形、ボール自体またはレースウェイの損傷（場合によっては上記のすべて）につながる可能性があります。 HDDは動作し続けますが、損傷したベアリングは強く振動し、ハードドライブのパフォーマンスに悪影響を及ぼし、スピンドルモーターの早期摩耗につながります。







そして最後に、最も少ない悪は、追加の加速を受けた1つまたは複数のパンケーキが仲間に対して回転するときのパッケージ内の磁気プレートの滑りです。同時に、上記のすべての問題よりも発生頻度がはるかに低く、HDDのパフォーマンスへの影響が最小限であるのはこの問題です。

HDDショック保護への主要なアプローチ

ハードドライブの歴史は64年以上前にさかのぼりますが、ハードドライブメーカーは1997年にのみハードドライブを真剣に受け止めました。この態度は取るに足らないように見えますが、実際には遅延を説明するのは非常に簡単です。



90年代後半、コンパクトな外付けHDDの流行は勢いを増し始めたばかりでした。出発点は、1999年にリリースされたIBM Microdriveの出現と呼ぶことができます。これについては、外部データストレージに関する資料で以前に説明しました 。一方、最も脆弱なのはポータブルドライブです。



オープンしたIBMマイクロドライブ対50ユーロセントコイン



すでにPCにインストールされている内蔵ハードドライブが一撃で故障する可能性がある状況を想像するのは非常に困難です（意図的にハンマーで本体を叩かない限り）。巨大なフルタワーフレームは、内部に取り付けられたハードドライブを適切に保護し、運動エネルギーを効果的に吸収することができます。たとえば、誤ってコンピュータを足で叩いた場合、ハードドライブへの影響は2ミリ秒で30Gよりもはるかに弱くなります（さらに2ミリ秒で10G未満になります-これは、 XX-XXI世紀は耐えることができたので、ここで何をすべきか特別な措置は実際的な意味を持ちません。



当時のラップトップケースも、最新の超薄型モデルとは異なりました。90年代のラップトップは、固定コンピュータほど信頼性は高くありませんが、搭載されているハードドライブにかなり適切な保護を提供していました。



古いラップトップははるかに耐久性がありました。写真上-SiemensNixdorf PCD-5ND



逆に、ポータブルデータストレージデバイスでは、HDDは薄いプラスチックケースによってのみ外界から分離されており、すべての衝撃エネルギーを吸収することはできません。この場合、ハードドライブを損傷から保護するにはどうすればよいですか？



IBM自体が、衝撃保護システムの開発におけるパイオニアでした。複雑でない名前のランプロード/アンロードで技術を作成したのはアメリカの企業のエンジニアでした。これは今日、価格カテゴリに関係なく、すべてのハードドライブのあらゆる場所で使用されています。上記の駐車場と、HDDが電源から切り離されている間にヘッドユニットのロッドを固定するプラスチックパイロンのシステムについて話しています。当時、このようなソリューションは真に革新的なものになり、静止状態のハードドライブの耐衝撃性を数回向上させることができました。



古いモデルのハードドライブでは、ヘッドブロックパーキングシステムは基本的に存在しませんでした。



サムスンのShockSkinBumper（SSB）テクノロジーは、同様に単純ですが非常に効果的な対策の中で言及されるべきです。名前から推測できるように、革新の本質は、ハードドライブの金属カバーにフィットする薄いシリコンリムによって表される、ドライブの本体に組み込まれたバンパーの存在にあります。



よく見ると、Samsung ShockSkinBumperのエッジがわかります。Samsungに



よると、バンパーは非常に効果的であり、ヒットまたはドロップしたときにハードドライブの内部コンポーネントに影響を与える過負荷を3分の1に減らし、大幅に増加しました。安静時の耐衝撃性。



ベアリングの損傷の問題については、最初にハードドライブのメーカーがケージの形状と転動体の寸法を実験し、ボールとトラックの接触領域のサイズの最適なバランスを見つけようとしました（大きければ大きいほど、ベアリングは衝撃に耐えやすくなります）、それらの表面の相互の摩擦から生じる抵抗。その後、従来の転がり軸受は、エンジン運転中に発生する圧力差により、スリーブ内に保持された流体の層でスピンドルシャフトの回転が発生する、より高度な流体力学的すべり軸受に置き換えられました。このアプローチは、ハードドライブの耐衝撃性を向上させるだけでなく、動作中に発生する振動やノイズのレベルを低減し、同時にフォールトトレランスを向上させるのに役立ちました。



ボールなし-問題なし



しかし、ハードドライブのすべてのメーカーが例外なく達成しようとした主なことは、ヘッドユニットを衝撃から最大限に保護することでした。この分野のパイオニアは、1998年にハードドライブを保護するための独自のシステムであるQuantum Shock Protection System（SPS）を導入したQuantum社であり、その最初の実用的な実装はFireballELハードドライブで見られました。



Quantumの2.5GBFireballEL耐衝撃性ハードドライブ



合計で、SPS拡張パッケージには、アクチュエータの衝撃を吸収および補償することを目的とした14の技術革新が含まれていました。すでに1999年に、変更されたSPS IIシステムが光を浴び、Fireball Ictは、更新された耐衝撃技術のサポートにより、当然のことながら最初のディスクになりました。



Quantumと並行して、ハードドライブを衝撃や落下から保護する分野の研究が、直接の競合相手であるMaxtorCorporationによって実施されました。同社のエンジニアの努力の結果、ShockBlockテクノロジーが生まれました。これは、DiamondMaxの「ダイヤモンド」ラインのドライブに適用されています。



Maxtor DiamondMax Plus21ハードドライブ



サムスンはヘッドブロックの改善にも積極的に関わっていました。インパクトガードと呼ばれる韓国企業の特許技術には、ベアリングブラケット、サスペンション、安定化システムの設計における多くの改善が含まれていました。 Western Digitalは遅れをとっていません：Caviarブランドのハードドライブ用に特別に設計された一連のShock Guard拡張機能は、同社が製造したハードドライブの耐衝撃性を最新のHDDと同等の値にするのに役立ちました。



リストされた各テクノロジを完全に説明することは意味がありません。ハードドライブの耐衝撃性を何らかの方法で向上させるように設計された設計ソリューションは、実装方法は異なりますが、互いに繰り返されました。HDDメーカーが耐衝撃性を高めるために採用した主な技術をリストアップしましょう。

• 体の構造要素による運動エネルギーの吸収;
• ブラケットの剛性を上げることにより、ブラケットの剛性を下げる。
• ヘッドの衝撃吸収サスペンションの取り付け。これにより、読み取り/書き込みモジュールとそれらの間に接触する強磁性層への損傷が最小限に抑えられます。

最後の点は、追加の説明が必要です。テスト中に、強磁性コーティングの破壊の程度、および磁気ヘッドが剥がれる可能性は、衝撃の力ではなく、読み取りモジュールと書き込みモジュールがどの程度正確に発生するかに依存することがわかりました。パンケーキの表面に接触します。最も広範囲の損傷は、ヘッドがエッジまたはコーナーでプレートに当たったときに自然に観察されます。



下の図に示すように、改良されたサスペンションメカニズムにより、磁気ヘッドがプレートの表面全体で平らに接触するようになりました。







それらの表面はほぼ完全に滑らかであるため、チッピング（および磁気ヘッドのより完全な剥離）の可能性が著しく減少し、最も好ましい状況下では、強磁性コーティングとモジュール自体の両方が無傷のままです。

スポーツやアウトドアアクティビティのための不滅のドライブ

これらの対策はハードドライブの信頼性を大幅に向上させるのに役立ちましたが、奇跡は起こりませんでした。何と言っても、物理学について議論することはできません。同じMaxtorが、テストサンプルではあるが、静止しているハードドライブの耐衝撃性を2ミリ秒で1000Gにまで引き上げることができた場合、それは変わりました。 HDDの動作中にヘッドユニットに同等レベルの保護を提供するために出力します。ほとんど不可能です。



しかし、フラッシュメモリの安価化に伴い、市場の状況は根本的に変化し、ソリッドステートドライブに置き換えられたため、耐衝撃性の外付けハードドライブの必要性は事実上なくなりました。技術的特徴により、SSDははるかに有利な位置にあります。SSDには可動コンポーネントが含まれていません。つまり、出力で耐衝撃性デバイスを取得するために達成する必要があるのは、十分に耐久性のあるケースを作成することだけです。プリント回路基板に適切なレベルの保護を提供できます。これは、動的補償システムの開発と比較してはるかに簡単です。ただし、100回聞くよりも1回見る方が良いです。この写真を見てください。







バックパックにストラップで固定されたツーリングカラビナは、アウトドア愛好家向けのコンパクトなソリッドステートドライブであるSanDisk Extreme PortableSSDを吊るします。通常のHDDをこのように扱うと、2、3回の行進の後、ほぼ確実に完全に使用できなくなります。ただし、SSDは故障の脅威にはなりません。ゴム製のプラスチックケースのおかげで、2ミリ秒で最大1500Gの過負荷に耐えることができます。これは、静止しているハードドライブの耐衝撃性の5倍であり、ほぼ30です。データの読み書き時のHDDの耐衝撃性の2倍。同時に、1500Gインジケーターは一定であり、ソリッドステートドライブを使用している場合でも変化しません。



SanDisk Extreme Portable SSDは、重大な過負荷に耐えることができることに加えて、IP55規格に準拠したほこりや湿気に対する耐性も高くなっています。







インデックスの最初の桁は、SSDが防塵設計になっていることを示しています。一定量の微粒子がケース内に入る可能性がありますが、これはデバイスのパフォーマンスにはまったく影響しません。 2番目の数値は、ソリッドステートドライブケースがあらゆる方向から落下する強いウォータージェットにも耐えることができることを示しています。



この一連のドライブのもう1つの興味深い機能は、耐水性に関連しています。注意：下端にあるUSB Type-Cコネクタには、このようなデバイスで通常見られるようなゴム製のキャップがありません。







欠陥？どういたしまして。ポートはケースの内部キャビティと通信しないということです。ポートは完全に隔離されて密閉されているため、コネクタを完全に乾燥させる必要がありますが、ポートに水が入るとSSDの電子コンポーネントに害を及ぼすことはありません。使用前に。このアプローチにより、プラグは時間の経過とともに緩む傾向があるため、ソリッドステートドライブの信頼性と耐久性をさらに高めることができました。



パフォーマンスの面では、SanDisk Extreme Portableはここでも失望せず、550MB /秒の転送速度が維持されました。これだけでは不十分な場合は、デバイスのProバージョンに注意を払うことをお勧めします。







古いドライブのデザインはわずかに変更されました。オレンジ色のサイドインサートと変更されたラグ形状により、SSDはよりスポーティで表現力豊かに見えます。ただし、Proバージョンと通常バージョンの主な違いは、高速USB 3.2 Gen 2インターフェイスのサポートにあります。これにより、ドライブの速度が1050 MB / sに向上しました。この速度では、100GBのデータを転送するのに2分もかかりません。







もっと欲しい？今年は、SanDisk Extreme PortableV2のアップデートバージョンがリリースされました。以前と同様に、コンパクトSSDファミリーはStandardとProの2つのラインに分かれています。衝撃、ほこり、水からの保護に関しては、何も変わっていませんが、性能は2倍になっています。



SanDisk Extreme PortableV2はUSB3.2 Gen 2を追加し、読み取り操作で1050 MB /秒、ファイルの書き込みで最大1000 MB /秒の速度を誇ります。一方、SanDisk Extreme Portable Pro V2は、USB 3.2 Gen 2 x 2をサポートしているユーザーにアピールします。印象的な2000MB /秒により、このSSDは市場で最速の頑丈なSSDになり、最もボリュームのあるものでも転送できます。数秒でSSD。写真やビデオ撮影のファン、旅行ブロガー、ジャーナリスト、その他のコンテンツ作成者に確実にアピールするファイル。







追加のボーナスとして、256ビットキーを使用したハードウェア暗号化AESの組み込みサポートについて言及する必要があります。これは、今日の暗号化データ保護の最も信頼できる方法の1つです。そのため、新しいSanDisk Extreme Portableを使用すると、貴重な情報が安全であると100％確信できます。