Como o disco rígido não é apenas um dispositivo eletrônico, mas um dispositivo eletromecânico, fortes vibrações e choques foram e continuam sendo seus principais inimigos. Mas se o efeito de vibração levar a uma diminuição no desempenho do disco rígido, o que é explicado pelo desvio da unidade principal da trajetória especificada e a reinicialização do procedimento de posicionamento, então mesmo um empurrão suficientemente forte (não para mencionar uma queda) pode provocar uma falha completa da unidade. Por que os HDDs são tão delicados e quais medidas são tomadas pelos fabricantes de discos rígidos para melhorar sua confiabilidade? Vamos tentar descobrir.
Golpes do destino: por que os discos rígidos são tão frágeis?
Em primeiro lugar, vamos lembrar como funciona um disco rígido. Dentro do HDD há um conjunto de placas de metal finas (no jargão comum - "panquecas"), cobertas por uma camada de ferromagneto - uma substância que pode reter a magnetização por um longo tempo, mesmo na ausência de um campo magnético externo. Essas placas giram a uma velocidade tremenda - de 5400 rpm ou mais, movendo-se em relação ao conjunto da cabeça, que consiste em várias hastes, acionadas pelas chamadas bobinas de voz.
Na ponta de cada haste, existem cabeças de escrita e sensores de leitura. As cabeças de escrita são projetadas para mudar a direção dos vetores de magnetização de áreas discretas do revestimento ferromagnético (domínios magnéticos) de acordo com os comandos do controlador HDD. Neste caso, cada domínio codifica um bit de informação, assumindo um valor lógico "0" ou "1" dependendo da direção do vetor de magnetização.
O funcionamento dos módulos de leitura dos discos rígidos modernos é baseado em um efeito magnetorresistivo gigante: a resistência elétrica do sensor muda sob a influência do campo magnético dos domínios da camada ferromagnética, que é registrado pelo controlador do HDD, que, por sua vez, interpreta o aumento ou diminuição da resistência em relação a um determinado nível como um zero lógico ou um ...
Para atingir uma alta densidade de gravação, as cabeças magnéticas tiveram que ser extremamente pequenas, porque a largura das trilhas na placa magnética depende de suas dimensões. O tamanho do módulo de gravação em discos rígidos modernos não excede 120 nanômetros, e o módulo de leitura - 70 nanômetros.
Comparação dos tamanhos das cabeças sonoras e de leitura do disco rígido e a borda da moeda de 10 cêntimos
Foi graças a esta miniaturização que a densidade de gravação de dados foi levada a um número impressionante de 1 Tbit / polegada 2e isso é através do método CMR tradicional. No entanto, essa abordagem tem um efeito colateral. Como o tamanho das cabeças magnéticas foi significativamente reduzido, a força do campo magnético que elas criaram diminuiu, o que forçou os engenheiros a reduzir significativamente a distância entre as cabeças e a superfície das placas magnéticas.
Quando o HDD está funcionando, as cabeças magnéticas pairam acima da superfície das panquecas a uma altura de apenas cerca de 12-15 nanômetros, e isso é conseguido devido ao efeito da tela: uma almofada de ar é formada sob cada barreira, como se sob o asa de um avião decolando, fornecendo a sustentação necessária. É fácil adivinhar que as próprias placas magnéticas devem ser perfeitamente lisas e sem irregularidades. É verdade: a diferença de altura na superfície de cada placa não ultrapassa 0,6 nanômetro. Precisão incrível!
No entanto, esse design tem uma desvantagem muito significativa: o disco rígido é extremamente vulnerável a choques durante a operação. A resistência ao choque de unidades modernas de consumo e de classe empresarial atinge 300-350 G em 2 ms em repouso e apenas 30-50 G em 2 ms no modo de leitura / gravação.
Essa ampla faixa de valores se deve ao fato de que enquanto o inversor está desconectado, o conjunto do cabeçote permanece estacionado. Considere a foto abaixo: cada braquete recebe um ponto de fixação adicional, apoiado em postes de plástico na área de estacionamento, e as próprias cabeças não tocam no plástico, mas ficam penduradas sobre ele. Nesse estado, eles não têm medo de fortes vibrações ou mesmo choques.
Em condição de trabalho, o atuador HDD é privado de suporte adicional, portanto, um impacto de força suficiente, cujo vetor será direcionado perpendicular ao plano do disco (ou em um ligeiro ângulo com o eixo perpendicular), conduzirá inevitavelmente para contato entre as cabeças e placas magnéticas. Este processo pode ser descrito esquematicamente da seguinte forma.
Acima está o cenário de maior sucesso para o desenvolvimento de eventos: devido ao tamanho em miniatura das cabeças e à enorme velocidade de rotação das placas magnéticas, os módulos de escrita e leitura muito provavelmente irão simplesmente sair do suporte e o disco rígido se tornará instantaneamente inutilizável. Se você ainda tiver sorte e o assunto se limitar apenas ao aparecimento de arranhões na camada ferromagnética, não pense que nesse caso conseguirá se livrar de alguns aglomerados quebrados. Infelizmente, o disco rígido começará a "morrer" lentamente, mas certamente, e o número de erros de leitura / gravação se multiplicará a cada dia. E é por isso.
Problema número 1: partículas ferromagnéticas permanecem na superfície das placas magnéticas
Embora as panquecas Winchester girem a uma velocidade tremenda, os fragmentos da camada ferromagnética não irão a lugar nenhum: eles são muito pequenos e leves, então o campo magnético dos domínios será suficiente para suportar a força centrífuga e reter as menores partículas. Sua própria presença na superfície dos pratos magnéticos é repleta de erros de leitura / gravação, mesmo que eles não toquem diretamente as cabeças.
Problema número 2: partículas ferromagnéticas desempenham o papel de um abrasivo
Como a distância entre a superfície das placas magnéticas e os cabeçotes é extremamente pequena, as partículas microscópicas do ferromagneto inevitavelmente irão tocá-los, gradualmente moendo como uma lixa. E a própria superfície das panquecas ficará cada vez mais arranhada, o que se expressará no aumento gradual do número de cachos quebrados.
Problema # 3: o sensor de detecção vai aquecer devido à força de atrito
Quando as partículas de um ferromagneto em movimento em alta velocidade tocam o sensor, este, devido ao seu tamanho microscópico, aquece instantaneamente, devido ao qual a resistência do sensor aumenta drasticamente e os dados da cabeça de leitura são interpretados incorretamente. Isso leva a vários erros de leitura, mesmo no estágio em que o cabeçote de leitura ainda está intacto.
Danos à unidade principal não são de forma alguma a única (embora seja a mais severa) consequência do impacto em um disco rígido. Os rolamentos de placa magnética também estão em risco. Um forte impacto da esfera na caixa do rolamento pode levar à sua deformação, danos à própria esfera ou à pista (às vezes a todos os itens acima). Embora o HDD continue a funcionar, o rolamento danificado vibrará fortemente, o que afetará negativamente o desempenho do disco rígido e levará ao desgaste prematuro do motor do eixo.
E, finalmente, o menor dos males é o deslizamento das placas magnéticas na embalagem, quando uma ou mais panquecas, tendo recebido aceleração adicional, giram em relação às suas companheiras. Ao mesmo tempo, é esse problema que ocorre com muito menos frequência do que todos os listados acima e tem um impacto mínimo no desempenho do HDD.
Principais abordagens para proteção contra choques de HDD
Embora a história dos discos rígidos remonte a mais de 64 anos, os fabricantes de discos rígidos levaram seu disco rígido a sério apenas em 1997. Essa atitude parece frívola, mas na verdade é bem simples explicar o atraso.
No final dos anos 90, a moda de HDDs externos compactos estava apenas começando a ganhar força. O ponto de partida pode ser chamado de surgimento do IBM Microdrive, lançado em 1999, sobre o qual escrevemos anteriormente no material sobre armazenamento externo de dados . Enquanto isso, são as unidades portáteis as mais vulneráveis.
IBM Microdrive aberto vs. moeda de 50 cêntimos de euro
É muito difícil imaginar uma situação em que um disco rígido interno, já instalado em um PC, possa falhar com um golpe (a menos que você deliberadamente acerte seu corpo com uma marreta). O enorme quadro Full Tower é perfeitamente capaz de fornecer proteção adequada para os discos rígidos instalados internamente, absorvendo energia cinética de maneira eficaz. Se, por exemplo, você acidentalmente bater no computador com o pé, o impacto no disco rígido será muito mais fraco do que 30 G em 2 ms (e ainda menos de 10 G em 2 ms - é quanto HDDs liberaram na virada do Séculos XX-XXI poderiam resistir), então o que fazer aqui quaisquer medidas especiais não têm significado prático.
As caixas de laptop daquela época também não eram como os modelos ultrafinos modernos: os laptops dos anos 90 forneciam proteção decente para os discos rígidos neles instalados, embora não fossem tão confiáveis quanto os computadores fixos.
Os laptops mais antigos eram muito mais duráveis. Na foto - Siemens Nixdorf PCD-5ND
Ao contrário, em dispositivos portáteis de armazenamento de dados o HDD é separado do mundo externo apenas por uma fina caixa de plástico, incapaz de absorver toda a energia do impacto. Como, neste caso, o disco rígido pode ser protegido contra danos?
A própria IBM foi a pioneira no desenvolvimento de sistemas de proteção contra choques. Foram os engenheiros da corporação americana que criaram a tecnologia com o descomplicado nome Ramp Load / Unload, que hoje é utilizada em todos os discos rígidos, independentemente da categoria de preço. Estamos falando da área de estacionamento mencionada acima e de um sistema de postes de plástico que fixam as hastes da unidade principal enquanto o HDD é desconectado da fonte de alimentação. Por sua vez, tal solução tornou-se verdadeiramente inovadora, tornando possível aumentar várias vezes a resistência ao choque de discos rígidos em repouso.
Em modelos mais antigos de discos rígidos, o sistema de estacionamento do bloco principal estava basicamente ausente.
A tecnologia ShockSkinBumper (SSB) da Samsung deve ser mencionada entre as medidas igualmente simples, mas bastante eficazes. Como você pode imaginar pelo nome, a essência da inovação está na presença de um pára-choque embutido no corpo do disco, representado por um fino aro de silicone que se encaixa na tampa de metal do disco rígido.
Se você olhar de perto, pode ver a borda do Samsung ShockSkinBumper
De acordo com a Samsung, o pára-choque se mostrou extremamente eficaz e ajudou a reduzir em três vezes a sobrecarga que afeta os componentes internos do disco rígido ao ser atingido ou cair, aumentando significativamente sua resistência ao choque em repouso.
Quanto ao problema de danos aos mancais, inicialmente os fabricantes de discos rígidos experimentaram o formato da gaiola e as dimensões dos corpos rolantes, tentando encontrar o equilíbrio ideal entre o tamanho da área de contato das esferas com os trilhos (quanto maior, melhor o rolamento tolera o choque) e a resistência decorrente do atrito de suas superfícies entre si. Posteriormente, os mancais convencionais foram substituídos por mancais de deslizamento hidrodinâmicos mais avançados, nos quais a rotação do eixo do fuso ocorre em uma camada de fluido mantida dentro da bucha devido à diferença de pressão criada durante o funcionamento do motor. Esta abordagem ajudou não apenas a aumentar a resistência ao choque dos discos rígidos, mas também a reduzir o nível de vibração e ruído gerado por eles durante a operação e, ao mesmo tempo, a aumentar sua tolerância a falhas.
Sem bolas - sem problemas
No entanto, a principal coisa que todos os fabricantes de discos rígidos, sem exceção, tentaram alcançar, foi proteger ao máximo a unidade principal de choques. A pioneira neste campo foi a empresa Quantum, que introduziu em 1998 o seu próprio sistema para proteção de discos rígidos, o Quantum Shock Protection System (SPS), cuja primeira implementação prática foi vista nos discos rígidos Fireball EL.
Disco rígido resistente a choques Fireball EL de 2,5 GB da Quantum
No total, o pacote de melhorias SPS incluiu 14 inovações tecnológicas destinadas a absorver e compensar o choque do atuador. Já em 1999, o sistema SPS II modificado viu a luz, e o Fireball Ict naturalmente se tornou o primeiro disco com o suporte da tecnologia anti-choque atualizada.
Em paralelo com a Quantum, pesquisas na área de proteção de discos rígidos contra choques e quedas foram realizadas por seu concorrente direto - a Maxtor Corporation. O resultado do esforço dos engenheiros da empresa é a tecnologia ShockBlock, que encontrou aplicação nos drives da linha "diamante" da DiamondMax.
Disco rígido Maxtor DiamondMax Plus 21
A Samsung também esteve ativamente envolvida na melhoria do bloco de cabeça: a tecnologia patenteada da corporação coreana, chamada Impact Guard, incluiu uma série de melhorias no design dos suportes de rolamento, suspensão e sistema de estabilização. A Western Digital não ficou para trás: um conjunto de aprimoramentos Shock Guard, especialmente desenvolvido para discos rígidos da marca Caviar, ajudou a trazer a resistência ao choque dos discos rígidos fabricados pela empresa a valores comparáveis aos dos HDDs modernos.
Não faz sentido descrever minuciosamente cada uma das tecnologias listadas: soluções de design projetadas para aumentar a resistência ao choque dos discos rígidos, de uma forma ou de outra, se repetiam, embora tivessem diferenças nos métodos de implementação. Vamos listar as principais técnicas que os fabricantes de HDD adotaram para aumentar sua resistência ao choque:
- absorção de energia cinética por elementos estruturais do corpo;
- reduzindo a rigidez dos braquetes, aumentando sua rigidez;
- instalação de uma suspensão amortecedora das cabeças, que minimiza os danos aos módulos de leitura / escrita e à camada ferromagnética em contato entre eles.
O último ponto requer esclarecimentos adicionais. Durante os testes, verificou-se que o grau de destruição do revestimento ferromagnético, bem como a probabilidade de arrancamento das cabeças magnéticas, depende não tanto da força do impacto, mas de como exatamente os módulos de leitura e escrita surgem. em contato com a superfície das panquecas. O dano mais extenso é observado naturalmente quando a cabeça atinge a placa com uma borda ou canto.
Um mecanismo de suspensão aprimorado tornou possível garantir que as cabeças magnéticas fiquem em contato com as placas planas, com toda a sua superfície, conforme mostrado no diagrama abaixo.
Uma vez que suas superfícies são quase perfeitamente lisas, a probabilidade de lascamento (e ainda o destacamento mais completo das cabeças magnéticas) é visivelmente reduzida e, nas circunstâncias mais favoráveis, tanto o revestimento ferromagnético quanto os próprios módulos permanecem intactos.
Percursos indestrutíveis para esportes e atividades ao ar livre
Embora essas medidas tenham ajudado a melhorar significativamente a confiabilidade dos discos rígidos, o milagre nunca aconteceu. O que quer que se diga, mas você não pode discutir com a física, e se o mesmo Maxtor de uma vez foi capaz de trazer a resistência ao choque de discos rígidos em repouso para impressionantes 1000G em 2 ms, embora em amostras de teste, então ele virou para fornecer um nível comparável de proteção para a unidade principal durante a operação do HDD. quase impossível.
No entanto, com o barateamento da memória flash, a situação do mercado mudou radicalmente, e a necessidade de discos rígidos externos à prova de choque praticamente desapareceu, pois foram substituídos por discos de estado sólido. Devido às características tecnológicas, os SSDs estão em uma posição muito mais vantajosa: eles não contêm componentes móveis, o que significa que tudo o que precisa ser alcançado para obter um dispositivo resistente a impactos na saída é criar uma caixa suficientemente durável que pode fornecer um nível adequado de proteção para as placas de circuito impresso, o que é muito mais fácil em comparação com o desenvolvimento de sistemas de compensação dinâmica. No entanto, é melhor ver uma vez do que ouvir cem vezes. Basta olhar para esta foto.
Um mosquetão de turismo amarrado a uma mochila pendura um SanDisk Extreme Portable SSD, uma unidade de estado sólido compacta voltada para entusiastas de atividades ao ar livre. Se você tratar um HDD comum dessa maneira, é quase certo que ele se tornará completamente inutilizável após algumas marchas. No entanto, o SSD não ameaça uma avaria: graças à caixa de borracha-plástico, é capaz de suportar sobrecargas de até 1500G em 2 ms, o que é 5 vezes mais do que a resistência ao choque de um disco rígido em repouso, e quase 30 vezes mais do que a resistência ao choque de um HDD ao ler / gravar dados. Ao mesmo tempo, o indicador 1500G é uma constante e não muda de forma alguma, mesmo quando você está trabalhando com uma unidade de estado sólido.
Além de ser capaz de suportar sobrecargas significativas, o SanDisk Extreme Portable SSD também é altamente resistente à poeira e umidade de acordo com o padrão IP55.
O primeiro dígito do índice indica que o SSD tem um design à prova de poeira: embora uma certa quantidade de partículas finas possam entrar em seu gabinete, isso não afetará o desempenho do dispositivo de forma alguma. O segundo número indica que a caixa da unidade de estado sólido é capaz de suportar até mesmo fortes jatos de água caindo de qualquer direção.
Outra característica interessante desta série de drives está ligada à resistência à água. Observação: o conector USB Type-C, localizado na extremidade inferior, não tem uma tampa de borracha, que você normalmente espera ver em um dispositivo desse tipo.
Uma falha? De jeito nenhum. Acontece que a porta não se comunica com as cavidades internas da caixa: ela é totalmente isolada e lacrada, para que a água que entrar não prejudique os componentes eletrônicos do SSD, embora o conector tenha que ser bem secado antes de usar. Essa abordagem tornou possível tornar a unidade de estado sólido ainda mais confiável e durável, porque qualquer plugue tende a se soltar com o tempo.
Em termos de desempenho, o SanDisk Extreme Portable não decepcionou aqui também, com uma taxa de transferência sustentada de 550 MB / s. Se isso não for suficiente para você, recomendamos prestar atenção à versão Pro do dispositivo.
O design das unidades mais antigas mudou ligeiramente: uma inserção lateral laranja e uma forma de lug modificada fizeram o SSD parecer mais esportivo e expressivo. Mas a principal diferença entre a versão Pro e a versão regular está no suporte da interface USB 3.2 Gen 2 de alta velocidade, graças à qual a velocidade do drive aumentou para impressionantes 1050 MB / s. Nessa velocidade, mesmo a transferência de 100 GB de dados não levará mais do que 2 minutos.
Quer mais? Este ano viu o lançamento de versões atualizadas do SanDisk Extreme Portable V2. Como antes, a família de SSDs compactos é dividida em duas linhas: Standard e Pro. Em termos de proteção contra choque, poeira e água, nada mudou, mas seu desempenho dobrou.
SanDisk Extreme Portable V2 adiciona USB 3.2 Gen 2 e agora oferece velocidades de 1050 MB / s em operações de leitura e até 1000 MB / s ao gravar arquivos. O SanDisk Extreme Portable Pro V2, por outro lado, atrairá aqueles com suporte para USB 3.2 Gen 2 x 2: uns impressionantes 2.000 MB / s tornam este SSD o SSD robusto mais rápido do mercado e permite que você transfira até mesmo o mais volumoso SSDs em segundos. Arquivos que certamente atrairão fãs de fotografia e filmagem de vídeo, blogueiros de viagens, jornalistas e outros criadores de conteúdo.
Como bônus adicional, é necessário mencionar o suporte embutido para criptografia de hardware AES com chave de 256 bits, que é um dos métodos mais confiáveis de proteção de dados criptográficos da atualidade. Portanto, com o novo SanDisk Extreme Portable, você pode ter 100% de certeza de que suas informações valiosas estão seguras.