Dado que el disco duro no es solo un dispositivo electrónico, sino un dispositivo electromecánico, las fuertes vibraciones y los golpes fueron y siguen siendo sus principales enemigos. Pero si el efecto de vibración conduce a una disminución en el rendimiento del disco duro, lo que se explica por la desviación de la unidad principal de la trayectoria especificada y la reinicialización del procedimiento de posicionamiento, incluso un empujón lo suficientemente fuerte (no para mencionar una caída) puede provocar una falla total del variador. ¿Por qué los discos duros son tan delicados y qué medidas toman los fabricantes de discos duros para mejorar su fiabilidad? Intentemos resolverlo.
Strikes of Fate: ¿Por qué los discos duros son tan frágiles?
En primer lugar, recordemos cómo funciona un disco duro. Dentro del disco duro hay un conjunto de placas de metal delgadas (en el lenguaje común, "panqueques"), cubiertas con una capa de ferromagnet, una sustancia que puede retener la magnetización durante mucho tiempo incluso en ausencia de un campo magnético externo. Estas placas giran a una velocidad tremenda, desde 5400 rpm o más, moviéndose en relación con el conjunto del cabezal, que consta de varias varillas, impulsadas por las llamadas bobinas de voz.
En la punta de cada varilla, hay cabezales de escritura y sensores de lectura. Los cabezales de escritura están diseñados para cambiar la dirección de los vectores de magnetización de áreas discretas del revestimiento ferromagnético (dominios magnéticos) de acuerdo con los comandos del controlador HDD. En este caso, cada dominio codifica un bit de información, asumiendo un valor lógico "0" o "1" dependiendo de la dirección del vector de magnetización.
El funcionamiento de los módulos de lectura de los discos duros modernos se basa en un efecto magnetorresistivo gigante: la resistencia eléctrica del sensor cambia bajo la influencia del campo magnético de los dominios de la capa ferromagnética, que es registrada por el controlador HDD, que, a su vez, interpreta el aumento o disminución de la resistencia relativa a un nivel dado como un cero lógico o uno ...
Para lograr una alta densidad de grabación, los cabezales magnéticos tuvieron que hacerse extremadamente pequeños, porque el ancho de las pistas en la placa magnética depende de sus dimensiones. El tamaño del módulo de escritura en los discos duros modernos no supera los 120 nanómetros, y el módulo de lectura, 70 nanómetros.
Comparación de los tamaños de los cabezales de lectura y pitidos del disco duro y el borde de la moneda de 10 centavos
Fue gracias a esta miniaturización que la densidad de grabación de datos se llevó a una cifra impresionante de 1 Tbit / pulgada 2y esto es a través del método CMR tradicional. Sin embargo, este enfoque tiene un efecto secundario. A medida que el tamaño de los cabezales magnéticos se redujo significativamente, la fuerza del campo magnético que crearon disminuyó, lo que obligó a los ingenieros a reducir significativamente la distancia entre los cabezales y la superficie de las placas magnéticas.
Cuando el HDD está funcionando, los cabezales magnéticos se ciernen sobre la superficie de los panqueques a una altura de solo unos 12-15 nanómetros, y esto se logra gracias al efecto pantalla: se forma un colchón de aire debajo de cada brazo, como si estuviera debajo del ala de un avión despegando, proporcionando la sustentación necesaria. Es fácil adivinar que las propias placas magnéticas deben ser perfectamente lisas y no tener irregularidades. Esto es cierto: la diferencia de altura en la superficie de cada placa no supera los 0,6 nanómetros. ¡Increíble precisión!
Sin embargo, este diseño tiene un inconveniente muy importante: el disco duro es extremadamente vulnerable a los golpes durante el funcionamiento. La resistencia a los golpes de las unidades modernas de consumo y de clase empresarial alcanza los 300-350G en 2ms en reposo y solo 30-50G en 2ms en modo lectura / escritura.
Esta amplia gama de valores se debe al hecho de que mientras la unidad está desconectada, el conjunto del cabezal permanece estacionado. Considere la foto a continuación: cada soporte recibe un punto de fijación adicional, que descansa sobre pilones de plástico en el área de estacionamiento, y las cabezas mismas no tocan el plástico, sino que cuelgan sobre él. En este estado, no temen las vibraciones fuertes o incluso los golpes.
En condiciones de trabajo, el actuador HDD se ve privado de soporte adicional, por lo tanto, un impacto de fuerza suficiente, cuyo vector se dirigirá perpendicular al plano del disco (o en un ligero ángulo al eje perpendicular), conducirá inevitablemente al contacto entre las cabezas y las placas magnéticas. Este proceso se puede representar esquemáticamente de la siguiente manera.
El anterior es el escenario más exitoso para el desarrollo de eventos: debido al tamaño en miniatura de los cabezales y la enorme velocidad de rotación de las placas magnéticas, lo más probable es que los módulos de escritura y lectura simplemente se salgan del soporte y el disco duro se convierta instantáneamente inutilizable. Si todavía tiene suerte y el asunto se limitó solo a la aparición de arañazos en la capa ferromagnética, no debe pensar que en este caso podrá deshacerse de algunos racimos rotos. Por desgracia, el disco duro comenzará a "morir" lenta pero seguramente, y el número de errores de lectura / escritura se multiplicará todos los días. Y es por eso.
Problema número 1: las partículas ferromagnéticas permanecen en la superficie de las placas magnéticas
Aunque los panqueques Winchester giran a una velocidad tremenda, los fragmentos de la capa ferromagnética no irán a ninguna parte: son demasiado pequeños y livianos, por lo que el campo magnético de los dominios será suficiente para resistir la fuerza centrífuga y contener las partículas más pequeñas. Su sola presencia en la superficie de los platos magnéticos está plagada de errores de lectura / escritura, incluso si no tocan directamente las cabezas.
Problema número 2: las partículas ferromagnéticas juegan el papel de un abrasivo
Dado que la distancia entre la superficie de las placas magnéticas y las cabezas es extremadamente pequeña, las partículas microscópicas del ferromagnético las tocarán inevitablemente, moliendo gradualmente como papel de lija. Y la superficie de los panqueques en sí se rayará cada vez más, lo que se expresará en un aumento gradual en la cantidad de racimos rotos.
Problema n. ° 3: el sensor de detección se calentará debido a la fuerza de fricción
Cuando las partículas de un ferromagnético que se mueven a alta velocidad tocan el sensor, este último, debido a su tamaño microscópico, se calienta instantáneamente, por lo que la resistencia en el sensor aumenta bruscamente y los datos del cabezal de lectura se interpretan incorrectamente. Esto conduce a numerosos errores de lectura incluso en la etapa en la que el cabezal de lectura aún está intacto.
El daño a la unidad principal no es de ninguna manera la única (aunque la más severa) consecuencia del impacto en un disco duro. Los cojinetes de placas magnéticas también están en riesgo. Un fuerte impacto de la bola en la jaula del rodamiento puede provocar su deformación, dañar la propia bola o la pista de rodadura (a veces, todo lo anterior). Aunque el HDD seguirá funcionando, el rodamiento dañado vibrará fuertemente, lo que afectará negativamente el rendimiento del disco duro y provocará un desgaste prematuro del motor del eje.
Y finalmente, el menor de los males es el deslizamiento de las placas magnéticas en el paquete, cuando uno o más panqueques, habiendo recibido una aceleración adicional, giran en relación con sus compañeros. Al mismo tiempo, es este problema el que ocurre con mucha menos frecuencia que todos los enumerados anteriormente y tiene un impacto mínimo en el rendimiento del disco duro.
Enfoques clave para la protección contra golpes de HDD
Aunque la historia de los discos duros se remonta a más de 64 años, los fabricantes de discos duros no se tomaron en serio su disco duro hasta 1997. Esta actitud parece frívola, pero de hecho es bastante sencillo explicar el retraso.
A finales de los 90, la moda de los discos duros externos compactos estaba empezando a cobrar impulso. El punto de partida se puede llamar la aparición de IBM Microdrive, lanzado en 1999, sobre el que escribimos anteriormente en el material sobre almacenamiento de datos externos . Mientras tanto, son las unidades portátiles las más vulnerables.
IBM Microdrive abierto frente a moneda de 50 céntimos de euro
Es bastante difícil imaginar una situación en la que un disco duro interno, ya instalado en una PC, pueda fallar por un golpe (a menos que golpees deliberadamente su cuerpo con un mazo). El enorme marco Full Tower es bastante capaz de proporcionar la protección adecuada para los discos duros instalados en el interior, absorbiendo eficazmente la energía cinética. Si, por ejemplo, golpea accidentalmente la computadora con el pie, el impacto en el disco duro será mucho más débil que 30G en 2 ms (e incluso menos de 10G en 2 ms; esta es la cantidad de discos duros que se liberan al girar el Los siglos XX-XXI podrían resistir), por lo que qué hacer aquí cualquier medida especial no tiene un significado práctico.
Los estuches para portátiles de esa época tampoco eran como los modelos ultradelgados modernos: los portátiles de los años 90 proporcionaban una protección bastante decente para los discos duros instalados en ellos, aunque no tan fiables como los ordenadores fijos.
Las computadoras portátiles más antiguas eran mucho más duraderas. En la foto - Siemens Nixdorf PCD-5ND
Por el contrario, en los dispositivos portátiles de almacenamiento de datos, el HDD está separado del mundo exterior solo por una delgada carcasa de plástico, incapaz de absorber toda la energía del impacto. ¿Cómo, en este caso, se puede proteger el disco duro de daños?
La propia IBM fue pionera en el desarrollo de sistemas de protección contra golpes. Fueron los ingenieros de la corporación estadounidense quienes crearon la tecnología con el sencillo nombre Ramp Load / Unload, que hoy se usa en todas partes en todos los discos duros, independientemente de la categoría de precio. Estamos hablando de la zona de aparcamiento antes mencionada y de un sistema de pilones de plástico que fijan las varillas de la unidad principal mientras el HDD está desconectado de la fuente de alimentación. Para su época, esta solución se volvió realmente innovadora, lo que permitió aumentar varias veces la resistencia a los golpes de los discos duros en reposo.
En los modelos más antiguos de discos duros, el sistema de estacionamiento del bloque de cabeza estaba básicamente ausente.
La tecnología ShockSkinBumper (SSB) de Samsung debe mencionarse entre las medidas igualmente simples pero bastante efectivas. Como puede adivinar por el nombre, la esencia de la innovación radica en la presencia de un parachoques integrado en el cuerpo de la unidad, representado por un borde de silicona delgado que se ajusta a la cubierta metálica del disco duro.
Si miras de cerca, puedes ver el borde del Samsung ShockSkinBumper
Según Samsung, el parachoques demostró ser extremadamente efectivo y ayudó a reducir en tres veces la sobrecarga que afecta a los componentes internos del disco duro cuando se golpea o cae, aumentando significativamente su resistencia a los golpes en reposo.
En cuanto al problema del daño de los rodamientos, inicialmente los fabricantes de discos duros experimentaron con la forma de la jaula y las dimensiones de los elementos rodantes, tratando de encontrar el equilibrio óptimo entre el tamaño del área de contacto de las bolas con las pistas. (cuanto más grande es, mejor tolera el rodamiento los golpes) y la resistencia que surge de la fricción de sus superficies entre sí. Posteriormente, los rodamientos convencionales fueron reemplazados por cojinetes lisos hidrodinámicos más avanzados, en los que la rotación del eje del husillo ocurre en una capa de fluido retenida dentro del manguito debido a la diferencia de presión creada durante el funcionamiento del motor. Este enfoque ayudó no solo a aumentar la resistencia a los golpes de los discos duros, sino también a reducir el nivel de vibración y ruido que generan durante el funcionamiento y, al mismo tiempo, a aumentar su tolerancia a fallas.
Sin bolas, sin problemas
Sin embargo, lo principal que todos los fabricantes de discos duros, sin excepción, intentaron lograr, fue proteger al máximo la unidad principal de los golpes. La pionera en este campo fue la empresa Quantum, que introdujo en 1998 su propio sistema de protección de discos duros, el Quantum Shock Protection System (SPS), cuya primera implementación práctica se vio en los discos duros Fireball EL.
Disco duro resistente a los golpes Fireball EL de 2,5 GB de Quantum
En total, el paquete de mejora de SPS incluyó 14 innovaciones tecnológicas destinadas a absorber y compensar el impacto del actuador. Ya en 1999, el sistema SPS II modificado vio la luz, y el Fireball Ict se convirtió naturalmente en el primer disco con el apoyo de la tecnología antichoque actualizada.
Paralelamente a Quantum, su competidor directo, Maxtor Corporation, llevó a cabo investigaciones en el campo de la protección de discos duros contra golpes y caídas. El resultado de los esfuerzos de los ingenieros de la empresa es la tecnología ShockBlock, que ha encontrado aplicación en los accionamientos de la línea "diamante" de DiamondMax.
Disco duro Maxtor DiamondMax Plus 21
Samsung también participó activamente en la mejora del bloque de la cabeza: la tecnología patentada de la corporación coreana, llamada Impact Guard, incluyó una serie de mejoras en el diseño de los soportes de los cojinetes, la suspensión y el sistema de estabilización. Western Digital no se ha quedado atrás: un conjunto de mejoras Shock Guard, especialmente diseñado para discos duros de la marca Caviar, ayudó a llevar la resistencia a los golpes de los discos duros fabricados por la empresa a valores comparables a los de los HDD modernos.
No tiene sentido describir a fondo cada una de las tecnologías enumeradas: soluciones de diseño diseñadas para aumentar la resistencia a los golpes de los discos duros, de una forma u otra, se repetían entre sí, aunque tenían diferencias en los métodos de implementación. Enumeremos las principales técnicas que han adoptado los fabricantes de HDD para aumentar su resistencia a los golpes:
- absorción de energía cinética por elementos estructurales del cuerpo;
- reducir la rigidez de los soportes aumentando su rigidez;
- instalación de una suspensión amortiguadora de los cabezales, que minimiza el daño a los módulos de lectura / escritura y la capa ferromagnética en contacto entre ellos.
El último punto requiere una aclaración adicional. Durante las pruebas, se encontró que el grado de destrucción del revestimiento ferromagnético, así como la probabilidad de que se desprendan los cabezales magnéticos, depende no tanto de la fuerza del impacto, sino de cómo vienen exactamente los módulos de lectura y escritura. en contacto con la superficie de los panqueques. El daño más extenso se observa naturalmente cuando la cabeza golpea la placa con un borde o esquina.
Un mecanismo de suspensión mejorado ha permitido asegurar que los cabezales magnéticos estén en contacto con las placas planas, con toda su superficie, como se muestra en el diagrama siguiente.
Dado que sus superficies son casi perfectamente lisas, la probabilidad de astillado (y el desprendimiento más completo de los cabezales magnéticos) se reduce notablemente y, en las circunstancias más favorables, tanto el revestimiento ferromagnético como los propios módulos permanecen intactos.
Unidades indestructibles para deportes y actividades al aire libre
Aunque estas medidas han ayudado a mejorar significativamente la confiabilidad de los discos duros, el milagro nunca sucedió. Se diga lo que se diga, pero no se puede discutir con la física, y si el mismo Maxtor alguna vez fue capaz de llevar la resistencia a los golpes de los discos duros en reposo a un impresionante 1000G en 2 ms, aunque en muestras de prueba, entonces resultó para proporcionar un nivel comparable de protección para la unidad principal durante el funcionamiento del HDD, casi imposible.
Sin embargo, con el abaratamiento de la memoria flash, la situación del mercado ha cambiado radicalmente y la necesidad de discos duros externos a prueba de golpes prácticamente ha desaparecido, ya que han sido sustituidos por discos de estado sólido. Debido a las características tecnológicas, los SSD se encuentran en una posición mucho más ventajosa: no contienen componentes móviles, lo que significa que todo lo que se debe lograr para obtener un dispositivo resistente a los impactos en la salida es crear una carcasa suficientemente duradera que puede proporcionar un nivel adecuado de protección para las placas de circuito impreso, que es mucho más fácil en comparación con el desarrollo de sistemas de compensación dinámica. Sin embargo, es mejor ver una vez que escuchar cien veces. Solo mira esta foto.
Un mosquetón de viaje atado a una mochila cuelga un SanDisk Extreme Portable SSD, una unidad de estado sólido compacta dirigida a los entusiastas del aire libre. Si trata un disco duro normal de esta manera, es casi seguro que se volverá completamente inutilizable después de un par de marchas. Sin embargo, el SSD no amenaza con una avería: gracias a la carcasa de goma-plástico, es capaz de soportar sobrecargas de hasta 1500G en 2 ms, que es 5 veces más que la resistencia a los golpes de un disco duro en reposo, y casi 30 veces más que la resistencia a los golpes de un disco duro al leer / escribir datos. Al mismo tiempo, el indicador 1500G es una constante y no cambia de ninguna manera, incluso cuando está trabajando con una unidad de estado sólido.
Además de poder soportar sobrecargas significativas, el SanDisk Extreme Portable SSD también es altamente resistente al polvo y la humedad con un estándar IP55.
El primer dígito del índice indica que el SSD tiene un diseño a prueba de polvo: aunque una cierta cantidad de partículas finas pueden entrar en su carcasa, esto no afectará de ninguna manera el rendimiento del dispositivo. El segundo número indica que la caja de la unidad de estado sólido es capaz de soportar incluso fuertes chorros de agua que caen desde cualquier dirección.
Otra característica interesante de esta serie de accionamientos está relacionada con la resistencia al agua. Tenga en cuenta: el conector USB tipo C, ubicado en el extremo inferior, no tiene una tapa de goma, que normalmente espera ver en un dispositivo de este tipo.
¿Un defecto? Para nada. Lo que pasa es que el puerto no comunica con las cavidades internas de la carcasa: está completamente aislado y sellado, por lo que el agua que entre en él no dañará los componentes electrónicos del SSD, aunque habrá que secar bien el conector. antes de usar. Este enfoque hizo posible que la unidad de estado sólido fuera aún más confiable y duradera, porque los enchufes tienden a aflojarse con el tiempo.
En términos de rendimiento, SanDisk Extreme Portable tampoco decepcionó aquí, con una tasa de transferencia sostenida de 550 MB / s. Si esto no es suficiente para usted, le recomendamos que preste atención a la versión Pro del dispositivo.
El diseño de las unidades más antiguas ha cambiado ligeramente: un inserto lateral naranja y una forma de orejeta modificada han hecho que el SSD se vea más deportivo y expresivo. Pero la principal diferencia entre la versión Pro y la versión normal radica en el soporte de la interfaz USB 3.2 Gen 2 de alta velocidad, gracias a la cual la velocidad del disco ha aumentado a unos impresionantes 1050 MB / s. A esta velocidad, incluso transferir 100 GB de datos no llevará más de 2 minutos.
¿Quieren más? Este año vio el lanzamiento de versiones actualizadas de SanDisk Extreme Portable V2. Como antes, la familia de SSD compactos se divide en dos líneas: Estándar y Pro. En términos de protección contra golpes, polvo y agua, nada ha cambiado en absoluto, pero su rendimiento se ha duplicado.
SanDisk Extreme Portable V2 agrega USB 3.2 Gen 2 y ahora cuenta con velocidades de 1050 MB / s en operaciones de lectura y hasta 1000 MB / s al escribir archivos. El SanDisk Extreme Portable Pro V2, por otro lado, atraerá a aquellos con soporte USB 3.2 Gen 2 x 2: un impresionante 2000 MB / s hace que este SSD sea el SSD resistente más rápido del mercado y le permite transferir incluso los más voluminosos SSD en segundos archivos que seguramente atraerán a los fanáticos de la fotografía y la filmación de videos, blogueros de viajes, periodistas y otros creadores de contenido.
Como bono adicional, es necesario mencionar el soporte integrado para el cifrado de hardware AES con una clave de 256 bits, que es uno de los métodos más confiables de protección de datos criptográficos en la actualidad. Por lo tanto, con el nuevo SanDisk Extreme Portable, puede estar 100% seguro de que su valiosa información está segura.