Жорсткі диски (hdd) - технології удароустойчивости

Жорсткий диск пристрій надзвичайно крихке, мабуть, навіть саме крихке з усієї комп'ютерної начинки. І не дивлячись на старання виробників, жорсткі диски схильні до пошкоджень в результаті ударів і струсів, наслідки яких можуть бути вельми і вельми сумними.

Ударну дію - механічна дія дуже малої тривалості. Його наслідки в ряді випадків можуть бути визначені у спосіб по енергії (або пов'язаного прискоренню) придбаної предметом взагалі і накопичувачем зокрема в результаті такого впливу. Ударостійкість накопичувачів визначає здатність без наслідків переносити певні ударні навантаження, і по пояснене вище причини і з міркувань зручності вимірюється в одиницях, кратних прискоренню вільного падіння - G. Час ударного впливу при визначенні ударостойкости жорстких дисків, значення якої зазвичай наводяться в специфікації на них, вибрано рівним 2 мс. Це зроблено тому, як все найпоширеніші механічні дії, яким піддаються жорсткі диски, мають цю або трохи меншу тривалість. До таких дій відносяться: удар монтажного інструменту, удар об корпус комп'ютера і неакуратно установка накопичувача в нього, падіння вінчестера при вилученні з заводської упаковки на стіл і інші. Прискорення, що купується вінчестером в таких випадках зазвичай становить близько 50-250G. Жорсткий диск, вже встановлений в корпус комп'ютера, піддається меншим ударних навантажень при більшій їх тривалості. Такі дії як поштовх, поштовх в результаті падіння чогось на комп'ютер, падіння самого комп'ютера повідомляють диску прискорення порядку 20-50G при часу в 10-20 мс. Накопичувач може бути підданий ударної дії в вимкненому стані, в комп'ютері або поза ним, і у включеному, під час роботи. Ударостійкість вимірюється для обох станів, так як вона дуже сильно відрізняється.

Так як технології удароустойчивости жорстких існують давно, досить складно визначити, яка з них була реалізована раніше, а яка пізніше. Однією з найперших була технологія Shock Protection System, розроблена і використовувалася фірмою Quantum. Нині Quantum вже продав своє вінчестерного підрозділ компанії Maxtor у вигляді SPS, якій Maxtor тепер успішно користується. Всього було дві версії Shock protection System: просто SPS і SPS II. Засоби реалізовані в першій були спрямовані на захист диска в неробочому стані, друга забезпечує надійність і під час роботи. Зараз Maxtor під SPS має на увазі саме SPS II, і додаткових позначень не робить.

Вирішити проблему покликана SPS. Вона являє собою комплекс поліпшень спрямованих на поглинання і мінімізацію енергії удару. Простим жорсткістю і потовщенням власників головок обійтися було не можна, так як разом з ростом товщини зросла б і маса власників, і, отже, інерція при переміщенні головок при виконанні операцій пошуку, що вилилося б в збільшення необхідного для реалізації операцій часу. Вихід був знайдений в оптимізації форми, товщини власників і використовуваних для їх виробництва матеріалів. Вдалося домогтися лише незначного коливання головок. Для захисту запису потрібно реалізувати моніторинг стабільності положення і висоти головок. Це завдання також була вирішена. Тепер при виявленні неможливості виконання операцій запису, операція відкладалася до часу приходу жорсткого диска в "нормальне" стан.

Треба сказати, що у Maxtor, яка застосовує технологією SPS в даний час, були і свої напрацювання в цій галузі. Створена Maxtor'ом особисто технологія називається ShockBlock. При її розробці визначальними були два завдання: перше, знизити ймовірність відриву головки від поверхні настільки, наскільки це взагалі можливо; друга - якщо все-таки відрив головки стався, звести до мінімуму ймовірність пошкоджень. Це також вилилося в ряд змін конструкції власників головок. У другому випадку інженери Maxtor виявили, що пошкодження поверхні при поверненні зазвичай відбувається гострою кромкою головки. І тому для мінімізації наслідків необхідно, що б головка на пластину "падала долілиць", тобто поверхню головки перебувала паралельно поверхні диска, і цього вдалося досягти. Йшлося про те, що ShockBlock здатний витримувати навантаження до 1000G.

Seagate'ом, теж була розроблена технологія збільшення опору ударним навантаженням. І не одна. По-перше, це застосовується дуже давно SeaShield. Це рішення є металеву пластину з шаром пористого матеріалу, що кріпиться знизу диска, і служить механічної захистом плати управління накопичувача і, заодно, від електростатики. У дешевих серіях U замість пластини застосовувався гумовий кожух. Дуже тоненький всюди, крім кутів. Забезпечується їм захист при падінні набагато гірше пластини, якщо падіння сталося не на кути. А ось при падінні на товсті гумові кути захист повинен бути набагато краще, так як вони повинні поглинати значну частку енергії. Другим рішенням є розроблена фірмою спеціальна упаковка для транспортування - SeaShell. Виконується з пластика, і, судячи по завіреннях компанії, поглинає значну частину енергії удару: замість належних 1100 G при падінні з 30-сантиметровою висоти жорсткий диск отримає завдяки SeaShell лише 180.

Ну і, нарешті, технологія G-Force Protection. У ній комплексно охоплені двигун і підшипник, головки і їх власники, блок дисків. При ударі може призвести до пошкодження підшипника, зміна форми кульок і деформація поверхні каналу ковзання, зміщення ободів. Ці ушкодження згодом можуть, або, скоріше, навіть повинні збільшуватися. В кінцевому підсумку це може призвести до виходу з ладу двигуна жорсткого диска. Виявити такі дефекти досить легко по збільшеній при роботі шуму. Для їх запобігання в технології G-Force Protection запропоновано використовувати підшипники з великим діаметром кульок, це буде зменшувати отримується пошкодження, так як вплив буде поглинатися більшою площею. Для боротьби зі ляпасом головок інженери Seagate пішли за схожим з іншими компаніями шляху: була попрацювати конструкція головок і їх власників, зменшена маса і розмір, збільшений кліренс між власником і диском. Це дозволило знизити ймовірність удару головкою при зовнішньому впливі на жорсткий диск. Прослизання дисків може виникнути в результаті удару, але взагалі-то, явище це дуже рідкісне. Проте в технології G-Force Protection передбачена можливість зберегти повну працездатність навіть в такій ситуації - завдяки включеній в неї системі корекції Once Per Revolution Compensation (OPR). Раніше подібна система існувала окремо. Зсув дисків відстежується сервосистемах, і проводиться необхідна підстроювання під ситуацію.

Samsung теж розробив дві технології: Shock Skin Bumper і Im-pacGuard. Shock Skin Bumper (SSB) являє собою додаткову демпфуючу накладку на корпусі жорсткого диска, що підвищує тривалість ударного впливу і знижуючи його амплітуду (захист для транспортування і установки). ImpacGuard запобігає вібрації диска, коли головки знаходяться в паркувальної зони, підсилює конструкцію пристрою і його можливість протистояти несприятливому зовнішньому впливу.