하드 디스크 드라이브

Hard disk drive
하드 디스크 드라이브
IBM 350 RAMAC.jpg
부분 분해된 IBM 350(RAMAC)
발명한 날짜1954년 12월 24일, 67년 전(1954-12-24)[a]
발명자레이 존슨이 이끄는 IBM 팀
2.5인치 노트북 하드디스크 드라이브 내장
1997년식 분해 라벨이 부착된 HDD가 거울 위에 놓여 있습니다.
HDD 작동 방식 개요

하드디스크드라이브(HDD), 하드디스크, 하드드라이브 또는 고정디스크[b] 자성물질로 코팅된 1개 이상의 고속회전 플래터있는 자기기억장치를 사용하여 디지털 데이터를 저장 및 검색하는 전자기계 데이터 기억장치이다.플래터는 플래터 표면에 데이터를 읽고 쓰는 자기 헤드와 쌍을 이룹니다. 이 자기 [2]헤드는 일반적으로 움직이는 액추에이터 암에 배치됩니다.데이터는 랜덤 액세스 방식으로 액세스되므로 개별 데이터 블록을 임의의 순서로 저장하고 검색할 수 있습니다.HDD는 비휘발성 스토리지의 일종으로 전원을 [3][4][5]끄면 저장된 데이터를 유지합니다.최신 HDD는 일반적으로 작은 직사각형 상자 형태입니다.

1956년 [6]IBM에 의해 도입된 HDD는 1960년대 초반부터 범용 컴퓨터를 위한 지배적인 보조 스토리지 장치였습니다.휴대폰이나 태블릿과 같이 대량으로 생산되는 개인용 컴퓨팅 장치는 플래시 메모리 스토리지 장치에 의존하지만 HDD는 서버와 개인용 컴퓨터의 현대 시대에도 이러한 위치를 유지했습니다.지금까지 224개 이상의 기업이 HDD를 생산해 왔지만, 업계의 광범위한 통합으로 대부분의 유닛은 Seagate, Toshiba Western Digital에서 제조되고 있습니다.HDD는 서버용으로 생산되는 스토리지의 양(연간 엑사바이트)을 지배합니다.생산은 천천히 증가하고 있지만(엑사바이트로[7] 출하됨), 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)는 데이터 전송 속도가 더 높고, 스토리지 밀도가 더 높으며,[8][9] 안정성이 다소 향상되었으며, 지연 시간과 액세스 [10][11][12][13]시간이 훨씬 짧기 때문에 매출 수익과 유닛 출하량은 감소하고 있습니다.

대부분 NAND 플래시 메모리를 사용하는 SSD의 2018년 [14]매출은 HDD를 약간 웃돌았습니다.플래시 스토리지 제품은 2017년 [15]기준으로 하드 디스크 드라이브의 두 배 이상의 매출을 올렸습니다.SSD는 [16][17]비트당 비용이 4~9배 높지만 속도, 전력 소비량, 소형, 대용량, 내구성이 [12][13]중요한 애플리케이션에서 HDD를 대체하고 있습니다.2019년 현재 SSD의 비트당 가격은 하락하고 있으며, HDD에 비해 가격 프리미엄은 [17]줄어들고 있습니다.

HDD의 주요 특징은 용량과 성능입니다.용량은 1000의 거듭제곱에 해당하는 단위 접두사로 지정됩니다. 1테라바이트(TB) 드라이브의 용량은 1,000기가바이트(GB, 여기서 1기가바이트 = 10억 바이트입니다9.일반적으로 HDD의 일부 용량은 파일 시스템컴퓨터 운영 체제에서 사용되며 오류 수정 및 복구를 위해 내장된 이중화 기능이 있기 때문에 사용자가 사용할 수 없습니다.HDD 제조업체에서는 용량이 10진수 기가바이트(1000의 파워)로 표기되지만, 가장 일반적으로 사용되는 운영 체제는 용량이 1024의 파워로 보고되기 때문에 스토리지 용량과 관련하여 혼동이 있을 수 있습니다.성능은 헤드를 트랙 또는 실린더로 이동하는 데 필요한 시간(평균 액세스 시간), 원하는 섹터가 헤드 아래로 이동하는 데 걸리는 시간(평균 레이텐시, 분당 회전수로 물리적 회전 속도의 함수), 마지막으로 데이터가 전송되는 속도(데이터 속도)로 지정됩니다.

최신 HDD에서 가장 일반적인 두 가지 폼 팩터는 데스크탑 컴퓨터용 3.5인치와 노트북용 2.5인치입니다.HDD는 PATA(Parallel ATA), SATA(Serial ATA), USB 또는 SAS(Serial Attached SCSI) 케이블과 같은 표준 인터페이스 케이블로 시스템에 연결됩니다.

역사

최신 HDD 작동 비디오(커버 제거)
시간이 지남에 따라 HDD 특성 개선
파라미터 시작일(1957) 개량점 개선.
용량.
(표준)
3.75 MB[18] 18 테라바이트(2020년 [19]기준) 480만분의[20] 1
물리 볼륨 68입방피트(1.9m3)[c][6] 2.1입방인치(34cm3)[21][d] 56,000[22] 대 1
체중 2,000파운드
(910 kg)[6]
2.2온스
(62g)[21]
15,000[23] 대 1
평균 액세스 시간 600밀리초[6] 2.5밀리초~10밀리초, RW RAM에 의존 대해서
200대[24] 1
가격. 메가바이트당 9,200달러(1961년, 2021년 [25]83,107달러) 2020년까지[26][27][28] 기가바이트당 미화 0.024달러 34억6000만분의[29] 1
데이터 밀도 2,000 비트/제곱[30] 인치 2015년[31] 평방인치당 1.3 테라비트 6억[32] 5천만분의 1
평균 수명 c.2000시간 MTBF[citation needed] c. 2,500,000시간(~285년) MTBF[33] 1250[34] 대 1

최초의 생산 IBM 하드 디스크 드라이브인 350 디스크 스토리지는 1957년에 IBM 305 RAMAC 시스템의 구성요소로 출고되었습니다.크기는 중간 크기 냉장고 두 개 정도이며 52개의 디스크 스택(사용 표면 100개)[35]에 5백만 개의 6비트 문자(3.75MB)[18]를 저장했습니다.350에는 2개의 읽기/쓰기 헤드가 있는 싱글 암(하나는 위쪽을 향하고 다른 하나는 아래쪽을 향하고 있음)이 있어 인접한 한 쌍의 플래터 사이에서 수평으로, 한 쌍의 플래터에서 두 번째 [36][37][38]세트로 수직 방향으로 이동했습니다.IBM 350의 변형으로는 IBM 355, IBM 7300IBM 1405가 있습니다.

1961년 IBM은 IBM 350 및 이와 유사한 드라이브를 대체한 IBM 1301 디스크 스토리지 [39]장치를 발표하여 1962년에 출하했습니다.1301은 1개의 모듈(모델 1) 또는 2개의 모듈(모델 2)로 구성되었으며 각 모듈에는 25개의 플래터가 포함되어 있으며 각 플래터는 대략두께 3.2mm, [40]직경 610mm.이전의 IBM 디스크 드라이브가 암당 읽기/쓰기 헤드를 2개만 사용했다면 1301은 48개 헤드(콤)의[e] 어레이를 사용했으며, 각 어레이는 단일 유닛으로 수평으로 이동하며 표면당 헤드를 하나씩 사용했습니다.실린더 모드 읽기/쓰기 작업이 지원되었으며, 헤드는 플래터 표면 위로 약 250 마이크로인치(약 6µm) 날아올랐습니다.헤드 어레이의 동작은 반복 가능한 위치를 보장하는 유압 액추에이터의 바이너리 가산기 시스템에 의존했습니다.1301 캐비닛은 세 개의 가정용 냉장고가 나란히 놓여 있는 크기로 모듈당 약 2100만 8비트 바이트를 저장합니다.접근 시간은 약 4분의 1초였습니다.

또한 1962년 IBM은 약 세탁기 크기이며 2백만 개의 문자를 이동식 디스크 팩에 저장하는 1311 디스크 드라이브를 출시했습니다.사용자는 추가 팩을 구입하여 자기 테이프 과 같이 필요에 따라 교환할 수 있습니다.IBM과 다른 제품에서 나온 이동식 팩 드라이브의 이후 모델은 대부분의 컴퓨터 설치에서 표준이 되었고 1980년대 초에는 300메가바이트의 용량에 도달했습니다.비이동식 HDD는 "고정 디스크" 드라이브라고 불렸습니다.

1963년 IBM은 1301보다 트랙 용량이 두 배, 실린더당 트랙 수가 두 배 많은 1302를 [41]출시했습니다.1302에는 1개(모델 1) 또는 2개(모델 2) 모듈이 있었으며, 각 모듈에는 처음 250개 트랙과 마지막 250개 트랙에 대한 별도의 빗이 포함되어 있습니다.

1964년 Burroughs B-475, 1970년 IBM 2305 같이 일부 고성능 HDD는 트랙당 하나의 헤드로 제조되었기 때문에 물리적으로 헤드를 트랙으로 이동하는 데 낭비되는 시간이 없었고 원하는 데이터 블록이 [42]헤드 아래의 위치로 회전하는 시간만 지연되었습니다.고정 헤드 또는 헤드 퍼 트랙 디스크 드라이브로 알려진 이 드라이브는 매우 비쌌고 더 이상 [43]생산되지 않습니다.

1973년 IBM은 코드 이름인 "Winchester"라는 새로운 유형의 HDD를 출시했습니다.주요 특징으로는 드라이브의 전원을 끌 때 디스크 헤드가 디스크 플래터 스택에서 완전히 빠져 나오지 않았다는 것입니다.대신 스핀다운 시 디스크 표면의 특수 영역에 헤드가 "착륙"할 수 있었고 나중에 디스크 전원이 켜지면 다시 "이탈"할 수 있었습니다.이로 인해 헤드 액추에이터 메커니즘의 비용은 크게 절감되었지만, 오늘날의 디스크 팩에서와 같이 디스크만 드라이브에서 분리할 수는 없었습니다.대신, "Winchester technology" 드라이브의 첫 번째 모델에는 디스크 팩과 헤드 어셈블리가 모두 포함된 이동식 디스크 모듈이 포함되어 있어 분리 시 구동기 모터를 드라이브에 남겨두었습니다.이후 "Winchester" 드라이브는 이동식 미디어 개념을 버리고 분리 불가능한 플래터로 돌아갔습니다.

1974년 IBM은 Winchester 레코딩 헤드가 기록된 트랙에 맞춰 잘 작동하기 때문에 실현 가능한 스윙 암 액추에이터를 도입했습니다.IBM의 UK Hursley Labs에서 발명된 IBM GV([44]Gulliver) 드라이브의 단순한 디자인은 IBM 역사상 가장 허가된 전기 기계[45] 발명품이 되었으며, 1980년대에 액추에이터와 여과 시스템이 결국 모든 HDD에 채택되었으며, 40년 및 100억 개의 암이 여전히 보편적으로 사용되고 있습니다.

최초의 탈착식 팩 드라이브와 마찬가지로, 최초의 "Winchester" 드라이브는 직경 14인치(360mm)의 플래터를 사용했습니다.1978년 IBM은 8인치 플래터를 갖춘 스윙 암 드라이브인 IBM 0680(피콜로)을 선보이며 소형 플래터가 이점을 제공할 수 있는 가능성을 모색했습니다.다른 8인치 드라이브가 그 를 이어 5+14인치(130mm) 드라이브가 출시되었으며, 이는 현재의 플로피 디스크 드라이브를 대체할 수 있는 크기입니다.후자는 주로 당시 신생 개인용 컴퓨터(PC) 시장을 위한 것이었다.

시간이 지남에 따라 기록 밀도가 크게 높아짐에 따라 디스크 직경을 3.5인치 및 2.5인치로 더 줄이는 것이 가장 적합한 것으로 나타났습니다.이 기간 동안 강력한 희토류 자석 재료는 가격이 저렴해졌으며, 현대 HDD의 소형 폼 팩터를 가능하게 하는 스윙 암 액추에이터 설계를 보완했습니다.

1980년대가 시작되면서 HDD는 PC에서 드물고 매우 비싼 추가 기능이었지만 1980년대 후반에는 가장 저렴한 컴퓨터를 제외한 모든 컴퓨터에서 표준으로 사용될 정도로 비용이 절감되었습니다.

1980년대 초반 대부분의 HDD는 PC 최종 사용자에게 외장 애드온 서브시스템으로 판매되었습니다.이 서브시스템은 드라이브 제조업체 이름으로 판매되지 않고 서브시스템 제조업체(예: Corvus Systems 및 Tallgrass Technologies) 또는 PC 시스템 제조업체(예: Apple ProFile) 이름으로 판매되었습니다.1983년 IBM PC/XT에는 내장 10MB HDD가 포함되었고, 곧이어 내장 HDD가 퍼스널 컴퓨터에서 확산되었습니다.

외장 HDD는 Apple Macintosh에서 훨씬 더 오랫동안 인기를 유지했습니다.1986년에서 1998년 사이에 만들어진 많은 Macintosh 컴퓨터들은 뒷면에 SCSI 포트가 있어 외부 확장이 간단했습니다.이전의 소형 Macintosh 컴퓨터에는 사용자가 액세스할 수 있는 하드 드라이브 베이가 없었기 때문에(사실 Macintosh 128K, Macintosh 512K Macintosh Plus에는 하드 드라이브 베이가 전혀 없었습니다), 이러한 모델에서는 외장 SCSI 디스크가 내장 스토리지로 확장할 수 있는 유일한 합리적인 옵션이었습니다.

HDD의 개선은 위의 표에 나와 있는 면적 밀도를 높임으로써 이루어졌습니다.애플리케이션은 1950년대 후반의 메인프레임 컴퓨터에서 엔터테인먼트 컨텐츠의 스토리지와 같은 소비자 애플리케이션을 포함한 대부분의 대용량 스토리지 애플리케이션으로 2000년대에 확장되었습니다.

2000년대와 2010년대에 NAND는 휴대성이나 고성능이 필요한 애플리케이션에서 HDD를 대체하기 시작했습니다.NAND의 성능은 HDD보다 빠르게 향상되고 있으며 HDD용 애플리케이션은 침식되고 있습니다.2018년에 가장 큰 하드 드라이브의 용량은 15TB였고, 가장 큰 SSD의 용량은 100TB였습니다.[46]2018년 현재 HDD의 용량은 2025년 [47]경에 100TB에 이를 것으로 예상되었지만, 2019년 현재,[48] 2026년에는 50TB로 향상될 것으로 예상됩니다.1.8인치 이하의 소형 폼 팩터는 2010년경에 단종되었습니다.무어의 법칙으로 대표되는 NAND(Solid-State Storage)의 비용은 HDD보다 빠르게 개선되고 있습니다. NAND는 HDD보다 가격 탄력성이 높기 때문에 시장 성장을 [49]견인합니다.2000년대 후반과 2010년대에 HDD의 제품 라이프 사이클은 성숙기에 접어들었으며, 판매 둔화는 감소 [50]국면의 시작을 나타낼 수 있습니다.

2011년 태국 홍수로 제조 공장이 피해를 입었고 2011년부터 [51]2013년 사이에 하드 디스크 드라이브 비용에 악영향을 미쳤습니다.

2019년 웨스턴디지털은 SSD [52]생산에 집중하기 위해 수요 감소로 말레이시아의 마지막 HDD 공장을 폐쇄했습니다.나머지 세 HDD 제조업체 모두 2014년 [53]이후 HDD에 대한 수요가 감소했습니다.

테크놀로지

자기 단면 및 주파수 변조 부호화 바이너리 데이터

자기 기록

최신 HDD는 디스크 양쪽에 강자성[f] 물질의 얇은 막을 자화시켜 데이터를 기록합니다.자화 방향의 순차적 변화는 이진 데이터 비트를 나타냅니다.데이터는 자화의 변화를 감지하여 디스크에서 읽습니다.사용자 데이터는 자기전이에 의해 데이터가 어떻게 표현되는지를 결정하는 런렝스 제한 [g]부호화 등의 부호화 방식을 사용하여 부호화된다.

일반적인 HDD 설계는 기록된 데이터를 보관하는 플래터라고 불리는 평평한 원형 디스크를 보관하는 스핀들로 구성됩니다.플래터는 비자성 재료, 보통 알루미늄 합금, 유리 또는 세라믹으로 만들어집니다.일반적으로 10~20nm 깊이의 자성 재료의 얕은 층으로 코팅되어 있으며,[55][56][57] 보호를 위해 탄소 외부 층이 있습니다.참고로 표준 복사지의 두께는 0.07~0.18mm(70,000~180,000nm)[58]입니다.

하드 디스크(HDD)가 파손되어 유리 플래터가 보인다.
컴퓨터 HDD의 주요 컴포넌트를 나타내는 그림
200 MB HDD 플래터에 비트의 단일 자기화 기록(CMOS-MagView를 [59]사용하여 표시 가능).
세로형 기록(표준) 및 세로형 기록도

현대 HDD의 플래터는 에너지 효율이 뛰어난 휴대용 디바이스에서는 4,200 RPM에서 고성능 [60]서버에서는 15,000 RPM까지 다양한 속도로 회전합니다.최초의 HDD는 1,200rpm으로[6] 회전했으며, 수년 동안 3,[61]600rpm이 표준이었습니다.2019년 11월 현재 대부분의 소비자용 HDD의 플래터는 5,400 또는 7,200RPM으로 회전합니다.

정보는 플래터가 자기 표면에 매우 가깝게 작동하도록 배치된 읽기-쓰기 헤드라고 불리는 장치를 회전할 때 플래터에 쓰이고 읽힙니다. 이 장치는 종종 비행 높이가 수십 나노미터 범위에 있습니다.읽기/쓰기 헤드는 바로 아래를 통과하는 재료의 자화를 감지하고 수정하는 데 사용됩니다.

최신 드라이브에서는 스핀들의 각 마그네틱 플래터 표면마다 하나의 헤드가 공통 암에 장착되어 있습니다.액튜에이터 암(또는 액세스 암)은 회전할 때 플래터를 가로질러 원호상의(대략 방사상으로) 헤드를 이동시켜 각 헤드가 회전할 때 플래터의 거의 모든 표면에 접근할 수 있도록 합니다.암은 음성 코일 액추에이터 또는 일부 구형 설계의 스테퍼 모터를 사용하여 이동합니다.초기 하드 디스크 드라이브는 초당 일정한 비트로 데이터를 기록했기 때문에 모든 트랙이 트랙당 동일한 양의 데이터를 기록하게 되었지만, 최신 드라이브(1990년대 이후)는 존 비트 기록을 사용하여 내부 영역에서 외부 영역으로 쓰기 속도를 높이고, 따라서 외부 영역에서 트랙당 더 많은 데이터를 저장되었습니다.

최신 드라이브에서는 자기 영역의 크기가 작으면 열 효과로 인해 자기 상태가 손실될 위험이 있습니다. 열로 인한 자기 불안정성은 일반적으로 "초파라매트릭 한계"로 알려져 있습니다.이에 대항하기 위해 플래터를 비자성소자 루테늄의 3원자층으로 분리된 2개의 평행자성층으로 피복하고 2개의 층을 반대방향으로 자화시켜 서로 [62]보강한다.열효과를 극복하고 기록 밀도를 높이기 위해 사용되는 또 다른 기술은 수직 레코딩입니다.[63] 수직 레코딩은 2005년에 처음 출하되었으며 2007년 특정 [64][65][66]HDD에 사용되고 있습니다.

2004년에는 연자성층과 경자성층이 결합된 고밀도 기록 매체가 도입되었습니다.교환 결합 복합 미디어라고도 하는 이른바 교환 스프링 미디어 자기 스토리지 기술은 소프트 레이어의 쓰기 지원 특성으로 인해 쓰기 용이성이 우수합니다.그러나 열 안정성은 가장 단단한 층에서만 결정되며 연질층의 [67][68]영향을 받지 않습니다.

구성 요소들

디스크와 모터 허브를 분리한 HDD로, 스핀들 모터의 중앙에서 베어링을 둘러싼 구리색 스테이터 코일이 노출됩니다.암 측면을 따라 주황색 줄무늬는 얇은 인쇄 회로 케이블이며, 스핀들 베어링은 중앙에 있고 액추에이터는 왼쪽 상단에 있습니다.

일반적인 HDD에는 디스크를 회전시키는 스핀들 모터와 회전하는 디스크 간에 읽기/쓰기 헤드 어셈블리를 배치하는 액추에이터(모터)의 2개의 전기 모터가 있습니다.디스크 모터에는 디스크에 부착된 외부 로터가 있으며, 스테이터 권선은 제자리에 고정되어 있습니다.헤드 지지 암의 끝에 있는 액추에이터의 반대쪽에는 읽기-쓰기 헤드가 있습니다. 얇은 인쇄 회로 케이블은 읽기-쓰기 헤드를 액추에이터의 피벗에 장착된 앰프 전자 장치에 연결합니다.헤드 서포트 암은 매우 가볍지만 딱딱합니다. 현대 드라이브의 경우 헤드의 가속력이 550g에 달합니다.

좌측에 액추에이터 코일이 있고 우측에 읽기/쓰기 헤드가 있는 헤드 스택
1개의 읽기/쓰기 헤드를 클로즈업하여 플래터를 향해 있는 측면을 표시

액추에이터는 헤드를 원하는 위치로 회전시키는 영구 자석 및 움직이는 코일 모터입니다.금속판은 스쿼트 네오디뮴-철-보론(NIB) 하이플럭스 자석을 지지한다.이 플레이트 아래에는 액추에이터 허브에 부착된 라우드스피커 코일에 비유하여 보이스 코일이라고도 하는 이동 코일이 있으며, 그 아래에는 모터의 하단 플레이트에 장착된 두 번째 NIB 자석이 있습니다(일부 드라이브에는 자석이 하나만 있습니다).

음성 코일 자체는 화살촉 모양이며 이중 코팅된 구리 자석 와이어로 구성되어 있습니다.내층은 단열재, 외층은 열가소성 수지로, 코일을 형틀에 감은 후 서로 접합하여 자체 지지합니다.그러면 화살촉의 두 측면을 따라 코일의 부분(액튜에이터 베어링의 중심을 가리키며)이 고정 자석의 자기장과 상호 작용합니다.화살촉의 한쪽을 따라 방사상으로 바깥쪽으로, 다른 한쪽을 따라 방사상으로 안쪽으로 흐르는 전류는 접선력을 생성합니다.만약 자기장이 균일하다면, 양쪽은 서로를 상쇄하는 반대되는 힘을 발생시킬 것이다.따라서 자석의 표면은 반북극과 반남극이며, 중간에 반경 분할선이 있어 코일의 양쪽이 서로 반대되는 자기장을 보고 상쇄하는 대신 힘을 더하는 것이다.코일의 상단 및 하단을 따라 흐르는 전류는 헤드를 회전하지 않는 반경 방향의 힘을 생성합니다.

HDD의 전자 장치는 액추에이터의 움직임과 디스크의 회전을 제어하고 디스크 컨트롤러에서 온 디맨드로 읽기 및 쓰기를 수행합니다.드라이브 전자장치의 피드백은 서보 피드백 전용 디스크의 특수 세그먼트에 의해 이루어진다.이것들은 완전한 동심원(전용 서보 기술의 경우) 또는 실제 데이터가 포함된 세그먼트(임베디드 서보 기술의 경우)입니다.서보 피드백은 작동 암의 음성 코일을 조정하여 GMR 센서의 신호 대 잡음비를 최적화합니다.디스크의 회전에도 서보 모터가 사용됩니다.최신 디스크 펌웨어는 플래터 표면에서 읽기 및 쓰기를 효율적으로 스케줄링하고 장애가 발생한 미디어의 섹터를 재매핑할 수 있습니다.

에러율 및 처리

최신 드라이브는 ECC(오류 수정 코드), 특히 Reed-Solomon 오류 수정 기능을 광범위하게 사용합니다.이러한 기술은 각 데이터 블록에 대해 수학 공식에 의해 결정되는 추가 비트를 저장합니다. 추가 비트를 사용하면 많은 오류를 보이지 않게 수정할 수 있습니다.여분의 비트 자체는 HDD의 공간을 차지하지만, 수정할 수 없는 오류를 일으키지 않고 더 높은 기록 밀도를 사용할 수 있어 스토리지 [69]용량이 훨씬 커집니다.예를 들어, 512바이트 섹터가 있는 일반적인 1TB 하드 디스크는 ECC [70]데이터에 약 93GB의 추가 용량을 제공합니다.

2009년 [71]현재 최신 드라이브에서는 저밀도 패리티 체크 코드(LDPC)가 Reed-Solomon을 대체하고 있습니다. LDPC 코드는 Shannon Limit에 가까운 성능을 구현하여 최고의 [71][72]스토리지 밀도를 제공합니다.

일반적인 하드 디스크 드라이브는 드라이브의 "스페어 섹터 풀"(예비 섹터 [73]풀이라고도 함)에 의해 제공되는 예비 물리적 섹터에 장애가 발생한 데이터를 "리매핑"하는 한편, 불량 섹터의 오류 수가 충분히 적은 상태에서 저장된 데이터를 복구하는 ECC에 의존합니다.S.M.A.R.요T(Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology) 기능은 ECC에 의해 수정된 전체 HDD의 오류 수를 계산합니다(단, 모든 하드 드라이브에 있는 오류 수는 해당 S.M.A.R."하드웨어 ECC 복구 완료" 및 "소프트 ECC 수정" 속성은 일관되게 지원되지 않습니다.또, 이러한 에러가 다수 발생했을 경우, HDD 에러가 발생할 가능성이 있기 때문에, 섹터 재적용의 총수는 서포트되고 있지 않습니다.

IBM이 1990년대 중반에 개발한 "No-ID Format"에는 어떤 섹터가 불량인지, 리매핑된 섹터가 어디에 [74]위치했는지에 대한 정보가 포함되어 있습니다.

검출된 에러 중 극히 일부만이 수정 불능이 됩니다.지정된 수정되지 않은 비트 읽기 오류율의 예는 다음과 같습니다.

  • 기업용 SAS 디스크 드라이브의 2013년 사양에는 오류율이 10비트 [75][76]읽기당16 1개의 수정되지 않은 비트 읽기 오류라고 명시되어 있습니다.
  • 2018년 소비자 SATA 하드 드라이브 사양에는 오류율이 10비트당 [77][78]1개의14 수정되지 않은 비트 읽기 오류라고 명시되어 있습니다.

특정 제조업체 모델 내에서 수정되지 않은 비트 오류율은 일반적으로 드라이브의 [75][76][77][78]용량에 관계없이 동일합니다.

최악의 유형의 오류는 디스크 펌웨어 또는 호스트 운영 체제에서 감지되지 않는 오류인 사일런트 데이터 손상입니다. 이러한 오류 중 일부는 하드 디스크 드라이브의 오작동으로 인해 발생할 수 있으며 다른 일부는 드라이브와 호스트 [79]간의 연결에서 발생할 수 있습니다.

발전

1956년부터 2009년까지의 최첨단 하드 디스크 드라이브 면적 밀도(Moore의 법칙과 비교).2016년에는 추정한 밀도 [80]추이를 크게 밑돌았다.

면적 밀도 향상률은 무어의 법칙(2년마다 두 배)과 2010년까지 비슷했다. 1988-1996년에는 연간 60%, 1996-2003년에는 100% 그리고 2003-2010년에는 30%[81]였다.1997년 고든 무어는 이 같은 증가세를 "폭풍"[82]이라고 불렀고, 이후 성장이 영원히 지속될 [83]수 없다는 것을 관찰했다.면적 밀도의 성장이 둔화됨에 따라 2010-2017년 가격 개선은 연간 -12%[84]로 감소하였다.면적 밀도의 [85]발전률은 2010-2016년 동안 매년 10%로 둔화되었으며 수직 기록에서 새로운 [86]기술로 마이그레이션하는 데 어려움이 있었습니다.

비트 셀 크기가 줄어들면 단일 드라이브 플래터에 더 많은 데이터를 저장할 수 있습니다.2013년에 생산용 데스크톱 3TB HDD(플래터 4개 포함)의 면적 밀도는 약 500Gbit/이며2, 이는 약 18개의 자기 입자(11x1.6 입자)[87]로 구성된 비트 셀에 해당합니다.2000년대 중반 이후 면적 밀도의 진전은 입자 크기, 입자 자기 강도 및 머리 [88]쓰기 능력을 포함하는 초파라매틱 삼단계의 문제로 인해 어려움을 겪어 왔습니다.노이즈에 대한 허용 신호를 유지하기 위해서는 보다 작은 입자가 필요합니다.작은 입자는 자기 강도가 증가하지 않는 한 자기 반전(전열 불안정)할 수 있지만, 기존의 쓰기 헤드 재료는 점점 더 작은 공간에 미디어를 쓸 수 있을 만큼 강한 자기장을 생성할 수 없습니다.

마그네틱 스토리지 기술은 이러한 트릴레마를 해결하고 플래시 메모리 기반 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)와 경쟁하기 위해 개발되고 있습니다.2013년에는 Seagateshingled 자기 녹음(성성숙도)[89]"방편"기술의 균형 사망률과 시게이트의 의도된 후계자 heat-assisted 자기 녹음(HAMR), 표준 사망률 증가 데이터 밀도가 설계의 복잡성의 비용으로 중복과 낮은 데이터 접속 속도 활용한다(특히 쓰는 속도 사이에는 뭔가가 의도한 대로 소개했다. 그리고.4k[90][91]속도).

반면 HGST(현재는 Western Digital의 일부)는 일반적인 여과 공기 대신 헬륨으로 채워진 드라이브를 밀봉하는 방법을 개발하는 데 초점을 맞췄습니다.난류마찰이 감소하기 때문에 트랙폭을 작게 함으로써 면적밀도를 높일 수 있고 마찰에 의한 에너지 소산도 적어 소비전력이 낮아진다.게다가 헬륨 가스가 빠져나가는 [92]것을 막기 어렵기로 악명 높지만, 더 많은 플래터를 같은 인클로저 공간에 넣을 수 있습니다.따라서 헬륨 드라이브는 완전히 밀폐되어 있으며 공기 주입식 드라이브와 달리 브리더 포트가 없습니다.

Seagate의 히트 어시스트 자기 기록(HAMR)을 포함한 다른 기록 기술은 연구 중이거나 영역 밀도를 높이기 위해 상업적으로 구현되어 있습니다.HAMR에는 미디어와 읽기/쓰기 헤드, 새로운 레이저 및 새로운 근거리 광변환기를 [93]갖춘 다른 아키텍처가 필요합니다.HAMR은 2020년 후반이나 [94][95]2021년에 상업적으로 출하될 것으로 예상된다.기술적 문제로 인해 [96]HAMR [97]도입이 2009년,[98] 2015년, 2016년 및 2019년 상반기에 비해 10년 지연되었다.일부 드라이브는 읽기/쓰기 속도를 높이고 SSD와 [99]경쟁하기 위해 2개의 독립된 액추에이터 암을 채택하고 있습니다.HAMR의 후계 제품인 비트 패턴 레코딩(BPR)[100]은 Western Digital 및 [101]Seagate의 로드맵에서 제외되었습니다.Western Digital의 마이크로파 지원 자기 기록([102][103]MAMR)은 에너지 지원 자기 기록(EAMR)이라고도 하며,[104][105][106] 2020년 말에 첫 번째 EAMR 드라이브인 Ultrastar HC550이 출하되었습니다.2차원 자기 기록(TDMR)[87][107]과 "평면에 수직인 전류" 거대 자기 저항(CPP/GMR) 헤드가 연구 [108][109][110]논문에 등장했습니다.3D 작동 진공 드라이브(3DHD) 개념이 [111]제안되었습니다.

면적 밀도 증가율은 [80]2016년까지 과거 무어의 법칙 비율인 연간 40% 아래로 떨어졌다.Seagate는 이러한 테크놀로지의 실현 가능성과 타이밍에 따라 2020~2034년에는 [48]면적 밀도가 매년 20% 증가할 것으로 예측하고 있습니다.

용량.

2003년 및 2009년판 Seagate Barracuda 드라이브 2대 - 각각 160GB 및 1TB2022년 현재 Seagate는 최대 20TB의 용량을 제공합니다.

2022년에 시판되는 최대 용량의 HDD는 20TB입니다.[112][113]

하드디스크 드라이브의 용량은 운영체제가 최종 사용자에게 보고한 바와 같이 제조업체가 정한 용량보다 작습니다.예를 들어 운영체제는 공간을 일부 사용하고, 데이터는 용장성을 위해 공간을 사용하고, 파일 시스템 구조를 위해 공간을 사용합니다.또한 SI 10진 프리픽스 단위와 바이너리 프리픽스 단위로 보고되는 용량의 차이로 인해 용량이 부족하다는 잘못된 인상이 발생할 수 있습니다.

계산

최신 하드 디스크 드라이브는 호스트 컨트롤러에 연속된 논리 블록 집합으로 표시되며, 총 드라이브 용량은 블록 수에 블록 크기를 곱하여 계산됩니다.이 정보는 제조업체의 제품 사양 및 낮은 수준의 드라이브 [114][115]명령을 실행하는 운영 체제 기능을 통해 드라이브 자체에서 제공됩니다.

IBM 1301, CKD같은 일부 구형 드라이브는 가변 길이 레코드가 있으며, 용량 계산은 레코드의 특성을 고려해야 합니다.일부 새로운 DASD는 CKD를 시뮬레이트하며 동일한 용량 공식이 적용됩니다.

구형 섹터 지향 HDD의 총 용량은 기록 영역당 실린더 수, 섹터당 바이트 수(가장 일반적으로 512개) 및 드라이브 [citation needed]영역 수의 곱으로 계산됩니다.일부 최신 SATA 드라이브는 실린더 헤드 섹터(CHS) 용량도 보고하지만 보고되는 값은 과거의 운영 체제 인터페이스에 의해 제한되기 때문에 물리적 매개 변수가 아닙니다.C/H/S 스킴은 Logical Block Addressing(LBA; 논리 블록어드레싱)으로 대체되었습니다.LBA는 첫 번째 블록의 LBA 0에서 시작하여 그 [116]후에 증가합니다.C/H/S 방식을 사용하여 현대의 대용량 드라이브를 설명할 때, 일반적인 최신 하드 디스크 드라이브에는 플래터가 1개에서 4개까지 있지만, 헤드의 수는 64개로 설정되어 있는 경우가 많습니다.최신 HDD에서는 결함 관리를 위한 예비 용량이 공개 용량에 포함되지 않았지만, 많은 초기 HDD에서는 일정 수의 섹터가 예비 용량으로 예약되어 운영 체제에서 사용할 수 있는 용량이 감소했습니다.게다가 많은 HDD는, 유저가 액세스 할 수 없는 예약된 서비스 존에 펌 웨어를 보존하고 있어 용량 계산에 포함되지 않습니다.

RAID 서브시스템의 경우 데이터 무결성 및 폴트 톨러런스 요건도 실현 가능한 용량을 줄입니다.예를 들어, RAID 1 어레이는 데이터 미러링의 결과로 총 용량의 약 절반을 차지하지만, n개의 드라이브가 있는 RAID 5 어레이는 패리티 정보를 저장하기 때문에 용량의 1/n(단일 드라이브의 용량과 동일)이 손실됩니다.RAID 서브시스템은, 유저에게는 1대 또는 복수의 드라이브인 것처럼 보이지만, 폴트 톨러런스를 제공하는 복수의 드라이브입니다.대부분의 RAID 벤더는 블록 레벨에서 데이터 무결성을 개선하기 위해 체크섬을 사용합니다.일부 벤더는 섹터가 520바이트인 HDD를 사용하여 512바이트의 사용자 데이터와 8개의 체크섬 바이트를 포함하거나 체크섬 [117]데이터에 대해 별도의 512바이트 섹터를 사용하여 시스템을 설계합니다.

시스템에 따라서는 시스템 리커버리에 숨겨진 파티션을 사용하여 Windows[citation needed]diskpart와 같은 특별한 디스크 파티션 유틸리티가 없어도 최종 사용자가 사용할 수 있는 용량을 줄일 수 있습니다.

포맷

데이터는 일련의 논리 블록으로 하드 드라이브에 저장됩니다.각 블록은 시작과 끝을 식별하는 마커, 오류 검출 및 수정 정보, 사소한 타이밍 변화를 허용하기 위해 블록 사이의 공간에 의해 구분됩니다.이러한 블록에는 종종 512바이트의 사용 가능한 데이터가 포함되지만 다른 크기가 사용되고 있습니다.드라이브 밀도가 높아짐에 따라 고급 포맷이라는 이니셔티브는 블록 크기를 4096바이트의 사용 가능한 데이터로 확장하여 블록 헤더, 오류 검사 데이터 및 간격에 사용되는 디스크 공간을 크게 줄였습니다.

이러한 논리 블록을 물리 디스크 플래터로 초기화하는 프로세스를 로우 레벨 포맷이라고 합니다.이 과정은 보통 공장에서 실행되며 [118]필드에서 변경되지 않습니다.고급 포맷은 운영 체제에서 데이터 파일을 디스크에 정리하기 위해 사용하는 데이터 구조를 씁니다.여기에는 파티션 및 파일 시스템 구조를 선택한 논리 블록에 쓰는 작업이 포함됩니다.예를 들어, 디스크 공간의 일부는 특정 파일과 관련된 디스크 파일 이름과 논리 블록 목록을 저장하는 데 사용됩니다.

파티션 매핑 방식의 예로는 마스터 부트 레코드(MBR) 및 GUID 파티션 테이블(GPT)이 있습니다.파일을 취득하기 위해서 디스크에 보존되는 데이터 구조에는, DOS 파일 시스템의 파일 할당 테이블(FAT)이나 많은 UNIX 파일 시스템의 inode, 및 그 외의 operating system의 데이터 구조(메타데이터라고도 불립니다)가 있습니다.따라서 HDD의 모든 공간을 사용자 파일에 사용할 수 있는 것은 아니지만 일반적으로 이 시스템 오버헤드는 사용자 데이터에 비해 작습니다.

단위

10진수 및 2진수 단위 프리픽스[119][120] 해석
제조업체에[h] 의해 광고되는 용량 일부 소비자가[i] 기대하는 용량 보고된 용량
창문들[i] MacOS 버전 10.[h]6 이상
프리픽스 포함 바이트 수 바이트 수 다르다.
100 GB 100,000,000,000 107,374,182,400 7.37% 93.1 GB 100 GB
1 TB 1,000,000,000,000 1,099,511,627,776 9.95% 931 GB 1,000 GB, 1,000,000 MB

계산 초기에는 HDD의 총 용량이 소수점 7~9자리로 지정되었으며,[121][41] 종종 million이라는 용어로 잘렸습니다.1970년대까지 HDD의 총 용량은 메가바이트(1MB = 1,000,000바이트), 기가바이트(1GB = 1,000,000바이트), 테라바이트(1TB = 1,000,000바이트)[119][122][123][124]와 같은 SI 10진 접두사를 사용하여 제공되었습니다.단, 메모리 용량은 보통 프리픽스의 바이너리 해석을 사용하여 인용됩니다.즉, 1000이 아닌 1024의 거듭제곱을 사용합니다.

소프트웨어는 10진수 또는 이진수 접두사를 사용하여 하드 디스크 드라이브 또는 메모리 용량을 다양한 형식으로 보고합니다.Microsoft Windows 운영 체제 제품군은 스토리지 용량을 보고할 때 바이너리 규약을 사용하므로 제조업체가 1TB 드라이브로 제공하는 HDD는 이러한 운영 체제에서 931GB HDD로 보고됩니다. Mac OS X 10.6("Snow Leopard")은 HDD [125]용량을 보고할 때 십진법 규약을 사용합니다.의 디폴트 동작 Linuxdfcommand-line 유틸리티는 HDD 용량을 1024바이트 [126]단위로 보고하는 것입니다.

10진수 프리픽스 해석과 2진수 프리픽스 해석의 차이로 인해 일부 소비자가 혼란을 겪었고 HDD 제조업체에 대한 집단 소송으로 이어졌습니다.원고 측은 10진수 접두사를 사용하는 것이 소비자들을 효과적으로 현혹시켰지만 피고인들은 그들의 마케팅과 광고가 모든 면에서 법을 준수하고 있으며 어떤 계층 구성원도 어떠한 손해나 [127][128][129]상해를 입지 않았다고 주장하면서 어떠한 잘못이나 책임도 부인했습니다.

가격 진화

1988-1996년에는 연간 40%, 1996-2003년에는 연간 51%, 2003-2010년에는 [28][81]연간 34%의 비율로 바이트당 HDD 가격이 하락했습니다.2011-2014년에는 면적 밀도 증가세가 둔화되고 2011년 태국 홍수로 제조 시설이[86] 손상되어 가격 하락률이 연간 13%로 둔화되었으며, [130]2010-2017년에는 연간 11%로 유지되었다.

연방준비제도이사회(FRB)는 3개 이상의 엔터프라이즈 HDD와 관련 컨트롤러, 랙 및 케이블을 포함한 대규모 엔터프라이즈 스토리지 시스템에 대한 품질 조정 가격 지수를 발표했습니다.이러한 대규모 스토리지 시스템의 가격은 2004-2009년에는 연간 30%, 2009-2014년에는 [81]연간 22%의 비율로 하락했습니다.

폼 팩터

8인치, 5.25인치, 3.5인치, 2.5인치, 1.8인치 및 1인치 HDD와 함께 플래터 및 읽기/쓰기 헤드의 크기를 표시
새로운 2.5인치(63.5mm) 6,495MB HDD와 이전 5.25인치 풀하이트 110MB HDD 비교

IBM의 첫 번째 하드 디스크 드라이브인 IBM 350은 24인치 플래터 50개를 사용했으며, 3.75MB(현대 디지털 사진 한 장 크기)의 데이터를 저장했으며, 크기는 두 개의 대형 냉장고와 맞먹었습니다.1962년 IBM은 탈착식 팩에 14인치(공칭 크기) 플래터 6개를 사용한 1311 디스크 모델을 출시했으며 크기는 대략 세탁기 크기였습니다.이것은 오랜 세월 동안 표준 플래터 크기가 되었고, 다른 [131]제조업체에서도 사용되었습니다.IBM 2314는 동일한 크기의 플래터를 11인치 팩에 사용했으며 "드라이브 인 드로어" 레이아웃을 도입했습니다.때때로 "오븐"이라고 불리기도 하지만, "오븐"이 완전한 구동력은 아니었다.1970년대에는 HDD가 1~4개의 HDD를 포함하는 다양한 크기의 독립형 캐비닛에서 제공되었습니다.

1960년대 후반부터 19인치 랙에 장착할 수 있는 섀시에 완전히 맞는 드라이브가 제공되었습니다.Digital의 RK05 및 RL01은 탈착식 팩에 14인치 플래터를 사용한 초기 사례로, 전체 드라이브를 10.5인치 높이의 랙 공간(6랙 유닛)에 장착할 수 있습니다.1980년대 중후반에는 (공교롭게도) 10.5인치 플래터를 사용한 후지쯔 이글이 인기 상품이었다.

플로피 디스크 드라이브(FDD)를 내장한 마이크로 컴퓨터의 판매가 증가함에 따라, FDD 마운트에 맞는 HDD가 바람직하게 되었습니다.Shugart Associates SA1000 이후 HDD 폼 팩터는 처음에는 8인치, 5인치 및 3인치 플로피 디스크 드라이브의 폼 팩터를 따랐습니다.이러한 공칭 사이즈로 나타내지만, 3개의 드라이브의 실제 사이즈는 각각 9.5인치, 5.75인치 및 4인치입니다.작은 플로피 디스크 드라이브가 없었기 때문에 2인치 드라이브(실제로는 2.75인치 너비)와 같은 소형 HDD 폼 팩터가 제품 또는 업계 표준에서 개발되었습니다.

2019년 현재, 2인치와 3인치 하드 디스크가 가장 인기 있는 크기입니다.가동 부품이 없는 플래시 [132][133]메모리의 가격 하락으로 2009년까지 모든 제조사가 1.3인치, 1인치, 0.85인치 폼팩터 신제품 개발을 중단했다.공칭 크기는 인치이지만 실제 치수는 밀리미터 단위로 지정됩니다.

퍼포먼스 특성

HDD의 데이터에 액세스하는 시간을 제한하는 요인은 다음과 같은 회전 디스크 및 이동 헤드의 기계적 특성과 대부분 관련이 있습니다.

  • 시크 시간은 헤드 어셈블리가 데이터를 포함하는 디스크의 트랙까지 이동하는 데 걸리는 시간을 측정한 입니다.
  • 데이터 전송 요청 시 원하는 디스크 섹터가 바로 머리 아래에 있지 않을 수 있기 때문에 회전 지연이 발생합니다.평균 회전 지연 시간이 회전 주기의 1/2이라는 통계 관계를 바탕으로 평균 회전 지연 시간을 표에 나타냅니다.
  • 비트 레이트 또는 데이터 전송 레이트(헤드가 올바른 위치에 있는 경우)는 전송되는 블록의 수에 따라 지연을 발생시킵니다.일반적으로 비교적 작지만 큰 연속 파일을 전송할 경우 상당히 길어질 수 있습니다.

에너지 절약을 위해 드라이브 디스크를 중지한 경우에도 지연이 발생할 수 있습니다.

조각 모음은 [134]디스크에서 물리적으로 가장 가까운 영역으로 관련 항목을 이동하여 데이터 검색 지연을 최소화하기 위해 사용되는 절차입니다.일부 컴퓨터 운영체제는 자동으로 조각 모음을 수행합니다.자동 조각 모음은 액세스 지연을 줄이기 위한 것이지만 절차가 진행되는 [135]동안 일시적으로 성능이 저하됩니다.

데이터 액세스 시간은 회전 속도를 높이거나(이를 통해 지연 시간을 줄임) 탐색 시간을 단축함으로써 단축할 수 있습니다.면적 밀도를 높이면 데이터 레이트가 증가하고 헤드 세트 아래의 데이터 양이 증가하여 스루풋이 증가하므로 특정 데이터 양의 탐색 활동이 감소할 수 있습니다.데이터 액세스 시간이 throughput 증가를 따라잡지 못하고 있으며, throughput 자체는 비트 밀도와 스토리지 용량의 증가를 따라잡지 못하고 있습니다.

레이텐시

HDD의 전형적인 레이텐시 특성
회전 속도
[rpm]
평균 회전 지연 시간
[ms]
15,000 2
10,000 3
7,200 4.16
5,400 5.55
4,800 6.25

data 전송속도

2010년 현재, 일반적인 7,200 RPM 데스크탑 HDD는 최대 1,030 Mbit/s의 지속적[136]"Disk-to-Buffer" 데이터 전송 속도를 가지고 있습니다.이 속도는 트랙 위치에 따라 다릅니다. 바깥쪽 트랙의 데이터(회전당 데이터 섹터가 더 많은 경우)는 더 높고 안쪽 트랙의 데이터(회전당 데이터 섹터가 더 적은 경우)는 더 낮습니다. 일반적으로 10,000RPM 드라이브의 경우 다소 높습니다.현재 "버퍼 대 컴퓨터" 인터페이스에 널리 사용되는 표준은 3.0 Gbit/s SATA입니다. 이 SATA는 버퍼에서 컴퓨터로 약 300 메가바이트/초(10비트 인코딩)를 전송할 수 있기 때문에 오늘날 디스크 대 버퍼 전송 속도보다 훨씬 앞서 있습니다.데이터 전송 속도(읽기/쓰기)는 특수 파일 생성 도구를 사용하여 큰 파일을 디스크에 쓴 다음 다시 읽어내면 측정할 수 있습니다.전송 속도는 파일 시스템 조각화 및 [134]파일 레이아웃에 의해 영향을 받을 수 있습니다.

HDD 데이터 전송 속도는 플래터의 회전 속도와 데이터 기록 밀도에 따라 달라집니다.열과 진동이 회전 속도를 제한하기 때문에 밀도를 높이는 것이 순차 전송 속도를 개선하는 주요 방법이 된다.속도가 빠를수록 더 강력한 스핀들 모터가 필요하며, 이는 더 많은 열을 발생시킵니다.디스크 전체의 트랙 수와 [137]트랙당 섹터 수를 늘림으로써 면적 밀도가 향상되는 반면, 특정 rpm에 대한 데이터 전송 속도는 증가됩니다.데이터 전송 속도 성능은 면적 밀도의 두 가지 구성 요소 중 하나만 추적하므로 성능이 더 [138]낮은 속도로 향상됩니다.

기타 고려사항

기타 성능 고려 사항으로는 품질 조정 가격, 전력 소비량, 가청 소음 및 내작동 및 비작동 충격 저항성이 있습니다.

액세스 및 인터페이스

병렬 ATA 인터페이스사용한1998 Seagate HDD 내부도
3.5인치 SATA 드라이브 위에 2.5인치 SATA 드라이브(7핀) 데이터 및(15핀) 전원 커넥터의 클로즈업 표시

현재의 하드 드라이브는 병행 ATA, 시리얼 ATA, SCSI, 시리얼 접속 SCSI(SAS), 파이버 채널 등 여러 버스 유형 중 하나를 통해 컴퓨터에 연결됩니다.일부 드라이브(특히 외장형 휴대용 드라이브)는 IEEE 1394 또는 USB를 사용합니다.이러한 인터페이스는 모두 디지털입니다.드라이브상의 일렉트로닉스는 읽기/쓰기 헤드의 아날로그 신호를 처리합니다.현재 드라이브는 내부적으로 사용되는 데이터 인코딩 체계와 무관하고 드라이브 내 디스크 및 헤드의 물리적 수와 무관하게 나머지 컴퓨터에 일관된 인터페이스를 제공합니다.

일반적으로 드라이브 내부의 전자 장치에 있는 DSP는 읽기 헤드에서 원시 아날로그 전압을 가져와 PRM 및 리드-솔로몬 오류[139] 보정을 사용하여 데이터를 디코딩한 다음 해당 데이터를 표준 인터페이스로 전송합니다.이 DSP는 오류 검출수정에 의해 검출된 오류율도 감시하고 불량 섹터 재매핑, 자기 모니터링, 분석 및 보고서 기술용 데이터 수집 및 기타 내부 작업도 수행합니다.

최신 인터페이스는 단일 데이터/제어 케이블로 드라이브를 호스트 인터페이스에 연결합니다.또, 각 드라이브에는, 통상, 전원 유닛에 직접 접속하는 추가의 전원 케이블이 있습니다.구형 인터페이스에는 데이터 신호와 드라이브 제어 신호용 케이블이 따로 있었습니다.

  • 원래는 SASI for Shugart Associates System Interface(Sugart Associates System Interface)로 명명된 스몰 컴퓨터 시스템 인터페이스(SCSI)는 1990년대 중반까지 서버, 워크스테이션, 코모도어 아미가, 아타리 ST 및 Apple Macintosh 컴퓨터에서 표준으로 사용되었으며, 대부분의 모델이 새로운 인터페이스로 전환되었습니다.데이터 케이블의 길이 제한으로 인해 외부 SCSI 디바이스를 사용할 수 있습니다.SCSI 명령어 세트는 최신 SAS 인터페이스에서도 여전히 사용됩니다.
  • 나중에 AT Attachment(ATA, SATA 도입 시 PATA(Parallel ATA)라는 별칭을 소급하여 추가)라는 이름으로 표준화된 Integrated Drive Electronics(IDE)는 인터페이스 카드에서 디스크 드라이브로 HDD 컨트롤러를 이동시켰습니다.이를 통해 호스트/컨트롤러 인터페이스를 표준화하고 호스트 디바이스 드라이버의 프로그래밍 복잡성을 줄이며 시스템 비용과 복잡성을 줄일 수 있었습니다.40핀 IDE/ATA 연결은 데이터 케이블로 16비트의 데이터를 한 번에 전송합니다.데이터 케이블은 원래 40컨덕터였지만, 그 후 고속에서의 크로스톡을 줄이기 위해 80컨덕터 케이블을 사용하여 Ultra DMA(Ultra DMA) 모드가 되었습니다.
  • EIDE는 (Western Digital에 의해) 원래의 IDE 표준에 대한 비공식적인 업데이트로, 주요 개선점은 CPU의 개입 없이 디스크와 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 DMA(Direct Memory Access)를 사용하는 것입니다.이 개선은 나중에 공식 ATA 표준에서 채택되었습니다.DMA는 메모리와 디스크 간에 데이터를 직접 전송함으로써 CPU가 바이트당 바이트를 복사할 필요가 없어지므로 데이터 전송 중에 다른 작업을 처리할 수 있습니다.
  • 파이버 채널(FC)은 엔터프라이즈 시장에서 병렬 SCSI 인터페이스의 후속 모델입니다.직렬 프로토콜입니다.디스크 드라이브에서는 보통 FC-AL(Fibre Channel Arbitrated Loop) 연결 토폴로지가 사용됩니다.FC는 단순한 디스크 인터페이스보다 훨씬 더 폭넓게 사용되며 SAN(Storage Area Network)의 기반입니다.최근에는 iSCSI 및 ATA over Ethernet과 같은 이 분야의 다른 프로토콜도 개발되었습니다.드라이브에서는 파이버 채널이 아닌 구리 트위스트 페어 케이블을 사용합니다.후자는 전통적으로 서버나 디스크 어레이 컨트롤러와 같은 대규모 장치용으로 예약되어 있습니다.
  • 시리얼 접속 SCSI(SAS)SAS는 훨씬 더 빠른 데이터 전송이 가능하도록 설계된 장치용 신세대 시리얼 통신 프로토콜이며 SATA와 호환됩니다.SAS는 표준 3.5인치 SATA1/SATA2 HDD와 기계적으로 호환되는 데이터 및 전원 커넥터를 사용합니다.또한 많은 서버 지향 SAS RAID 컨트롤러는 SATA HDD를 수신처로 지정할 수 있습니다.SAS는 기존의 SCSI 디바이스에서 볼 수 있는 병렬 방식 대신 시리얼 통신을 사용하지만 SCSI 명령어를 사용합니다.
  • 시리얼 ATA(SATA)SATA 데이터 케이블에는 EIA-422와 같이 장치에 데이터를 차등 전송하기 위한 데이터 쌍과 장치로부터 데이터를 차등 수신하기 위한 데이터 쌍이 하나씩 있습니다.그 때문에, 데이터는 연속적으로 송신될 필요가 있습니다.RS485, LocalTalk, USB, FireWire차동 SCSI에서도 유사한 차동 신호 시스템이 사용됩니다.SATA I ~ III는 SAS 명령의 서브셋과 호환되도록 설계되어 있습니다.따라서 SATA 하드 드라이브를 SAS 하드 드라이브 컨트롤러에 연결하여 제어할 수 있습니다(호환성이 제한된 드라이브/컨트롤러와 같은 일부 사소한 예외는 제외).그러나 SATA 컨트롤러는 SAS 드라이브에 연결할 수 없습니다.

무결성 및 장애

디스크 플래터에 놓여 있는 HDD 헤드의 클로즈업.플래터 표면에 미러 반사가 보입니다.헤드가 착륙 구역에 있지 않은 경우, 작동 중 헤드가 플래터에 닿으면 치명적일 수 있습니다.

헤드와 디스크 표면 사이의 간격이 매우 좁기 때문에 HDD는 헤드가 플래터 표면에서 긁히는 디스크 고장헤드 충돌에 의해 손상되기 쉬우며, 종종 얇은 자기 필름을 분쇄하여 데이터 손실을 일으킵니다.헤드 크래시는 전자 고장, 갑작스러운 전원 장애, 물리적 충격, 드라이브 내부 인클로저 오염, 마모 및 손상, 부식 또는 제조 불량 플래터와 헤드로 인해 발생할 수 있습니다.

HDD의 스핀들 시스템은 디스크 인클로저 내부의 공기 밀도에 의존하여 디스크가 회전하는 동안 헤드를 적절한 비행 높이로 지지합니다.HDD가 정상적으로 동작하려면 일정 범위의 공기 밀도가 필요합니다.외부 환경 및 밀도와의 연결은 인클로저의 작은 구멍(폭 약 0.5mm)을 통해 이루어지며, 일반적으로 내부에 필터(브리더 필터)[140]가 있습니다.공기 밀도가 너무 낮으면 날아다니는 헤드를 위한 충분한 리프트가 없기 때문에 헤드가 디스크에 너무 가까워지고 헤드가 충돌하거나 데이터가 손실될 위험이 있습니다.약 3,000m(9,800ft)[141] 이상의 고공에서 안정적으로 작동하려면 특수 제작된 밀폐 및 가압 디스크가 필요합니다.최신 디스크에는 온도 센서가 포함되어 있으며 작동 환경에 맞게 작동을 조정합니다.브리더 홀은 모든 디스크 드라이브에서 볼 수 있습니다.보통 옆에 스티커가 붙어 있어 사용자에게 구멍을 덮지 않도록 경고합니다.작동 중인 드라이브 내부의 공기 역시 회전 플래터와의 마찰에 의해 계속 이동하며 움직입니다.이 공기는 내부 재순환(또는 "호출") 필터를 통과하여 제조에서 잔류 오염물질, 인클로저에 어떤 방식으로든 유입되었을 수 있는 입자 또는 화학물질을 제거합니다.또, 통상의 동작으로 내부에서 발생하는 입자 또는 배기가스도 모두 제거합니다.습도가 매우 높으면 헤드와 플래터가 부식될 수 있습니다.예외적으로 밀폐된 헬륨 충전 HDD는 습도 또는 기압 변화로 인해 발생할 수 있는 환경 문제를 대부분 제거합니다.이러한 HDD는 HGST가 2013년에 처음으로 성공적인 대용량 구현을 통해 선보였습니다.

특히 자이언트 자기저항(GMR) 헤드의 경우 오염에 의한 경미한 헤드 충돌(디스크의 자기면을 제거하지 않음)이 발생해도 디스크 표면과의 마찰로 인해 헤드가 일시적으로 과열되어 헤드 온도가 안정될 때까지(이른바 "thermal") 데이터를 읽을 수 없게 될 수 있습니다.읽기 신호의 적절한 전자 필터링을 통해 부분적으로 해결할 수 있는 문제"입니다.

하드 디스크의 로직 보드에 장애가 발생했을 경우, 대부분의 경우 드라이브를 정상 작동 상태로 복원하고 회로 기판을 동일한 하드 디스크 중 하나로 교체하여 데이터를 복구할 수 있습니다.읽기-쓰기 헤드 장애의 경우 먼지가 없는 환경에서 특수 공구를 사용하여 교체할 수 있습니다.디스크 플래터가 손상되지 않은 경우 동일한 인클로저로 전송되어 데이터를 새 드라이브에 복사 또는 복제할 수 있습니다.디스크 플래터에 장애가 발생했을 경우 디스크 플래터의 분해와 이미징이 필요할 [142]수 있습니다.파일 시스템의 논리적인 손상에 대해서는, UNIX 계열시스템의 fsck나 Windows의 CHKDSK 등, 다양한 을 사용해 데이터를 리커버리 할 수 있습니다.논리적 손상으로부터 복구하려면 파일 조각이 필요할 수 있습니다.

서버용으로 설계 및 시판된 하드 디스크 드라이브는 일반적으로 데스크톱 컴퓨터에 사용되는 일반 사용자용 드라이브보다 고장 빈도가 낮다는 것이 일반적인 예상입니다.그러나 Carnegie Mellon[143] University와 Google[144] 두 가지 독립적인 연구에 따르면 드라이브의 "등급"은 드라이브의 고장률과 관련이 없는 것으로 나타났습니다.

2011년 Tom's Hardware의 SSD 및 자기 디스크 장애 패턴에 대한 연구 요약에는 다음과 [145]같은 연구 결과가 요약되어 있습니다.

  • 평균 고장 간격(MTBF)은 신뢰성을 나타내지 않습니다.연간 고장률이 더 높고 일반적으로 관련성이 더 높습니다.
  • HDD는 초기 사용 시 고장이 발생하지 않는 경향이 있으며, 온도의 영향은 미미합니다.오래될수록 고장률은 꾸준히 높아집니다.
  • S.M.A.R.T.는 기계적 문제를 경고하지만 신뢰성에 영향을 미치는 다른 문제는 경고하지 않으므로 신뢰할 [146]수 있는 상태의 지표가 아닙니다.
  • "엔터프라이즈"와 "컨슈머"로 판매되는 드라이브의 고장률은 "매우 유사"하지만, 이러한 드라이브 유형은 작동 [147][148]환경에 따라 맞춤 제작됩니다.
  • 드라이브 어레이에서는, 1대의 드라이브에 장해가 발생하면, 2대째의 드라이브에 장해가 발생하는 단기적인 리스크가 큰폭으로 증가합니다.

스토리지 제공업체인 Backblaze는 2019년 기준으로 모델 및 [149]제조업체마다 신뢰성이 천차만별인 110,000개의 기성 HDD를 보유한 스토리지 팜의 연간 장애율이 2%라고 보고했습니다.이후 Backblaze는 HDD와 SSD의 동일한 연령대의 장애율이 [8]비슷하다고 보고했습니다.

비용을 최소화하고 개별 HDD의 장애를 극복하기 위해 스토리지 시스템 공급자는 중복 HDD 어레이에 의존합니다.장애가 발생한 HDD는 지속적으로 [149][96]교체됩니다.

시장 세그먼트

소비자 부문

하이엔드 컨슈머용 SATA 2.5인치 10,000rpm HDDx 2 (출고시 마운트 완료)
데스크톱 HDD
데스크탑 HDD는 일반적으로 2 ~ 5개의 내장 플래터가 있으며 5,400 ~ 10,000 rpm으로 회전하며 미디어 전송 속도는 0.5 Gbit/s 이상입니다(1 GB = 109 바이트, 1 Gbit/s = 109 비트/s).초기(1980-1990년대) 드라이브는 회전 속도가 느린 경향이 있습니다.2019년 5월 기준으로, 최대 용량의 데스크탑 HDD는 16TB[150][151]저장했으며, 2019년 [152]후반에 18TB 드라이브를 출시할 계획입니다.2016년 현재, 일반적인 데스크탑 컴퓨터의 하드 드라이브 속도는 7,200RPM인 반면, 저가 데스크탑 컴퓨터는 5,900RPM 또는 5,400RPM 드라이브를 사용할 수 있습니다.2000년대와 2010년대 초반에는 일부 데스크톱 사용자와 데이터 센터에서도 Western Digital Raptor와 같은 10,000RPM 드라이브를 사용했지만, 2016년 현재 이러한 드라이브는 훨씬 더 희귀해졌고 NAND 플래시 기반 SSD로 대체되면서 현재는 일반적으로 사용되지 않습니다.
모바일(노트북) HDD
데스크톱 및 엔터프라이즈 제품보다 크기가 작기 때문에 일반적으로 데스크톱 3.5인치 폼팩터가 아닌 내부 플래터가 1개 있고 물리적 크기가 2.5인치 또는 1.8인치이기 때문에 속도가 느리고 용량이 작습니다.모바일 HDD는 4,200rpm, 5,200rpm, 5,400rpm 또는 7,200rpm으로 회전하며, 5,400rpm이 가장 일반적입니다. 7,200rpm 드라이브는 더 비싸고 용량이 작은 경향이 있는 반면, 4,200rpm 모델은 일반적으로 매우 높은 스토리지 용량을 제공합니다.일반적으로 모바일 HDD는 플래터가 작기 때문에 데스크탑 HDD보다 용량이 작습니다.
가전 HDD
여기에는 디지털 비디오 레코더 및 자동차용 차량에 내장된 드라이브가 포함됩니다.전자는 읽기 및 쓰기 오류 발생 시에도 확실한 스트리밍 용량을 제공하도록 구성되었으며 후자는 더 큰 충격에 견딜 수 있도록 설계되었습니다.보통 5400RPM의 속도로 회전합니다.
외장 및 휴대용 HDD
2.5인치 외장 USB 하드 드라이브x 2
현재의 외장 하드 디스크 드라이브는 일반적으로 USB-C를 통해 연결됩니다.이전 모델에서는 일반 USB(대역폭 향상을 위해 포트 쌍을 사용하는 경우도 있습니다) 또는 드물게 eSATA 연결을 사용합니다.USB 2.0 인터페이스를 사용하는 모델은 일반적으로 SATA를 통해 연결된 내장 하드 드라이브에 비해 데이터 전송 속도가 느립니다.플러그 앤 플레이 드라이브 기능은 시스템 호환성을 제공하며 대용량 스토리지 옵션과 휴대용 설계를 특징으로 합니다.2015년 3월 현재 외장 하드 디스크 드라이브에 사용할 수 있는 용량은 500GB에서 10TB까지 다양합니다.[153]외장 하드 디스크 드라이브는 일반적으로 조립식 통합 제품으로 제공되지만 외장 인클로저(USB 또는 기타 인터페이스 포함)와 별도로 구입한 드라이브를 결합하여 조립할 수도 있습니다.2.5인치 모델은 일반적으로 휴대용 외장 드라이브, 3.5인치 모델은 데스크톱 외장 드라이브라고 합니다."휴대용" 드라이브는 "데스크탑" 드라이브보다 작고 가벼운 인클로저에 포장되어 있습니다. 또한 "휴대용" 드라이브는 USB 연결로 공급되는 전원을 사용하는 반면, "데스크탑" 드라이브는 외부 전원을 필요로 합니다.암호화, Wi-Fi 연결,[154] 바이오메트릭 보안 또는 여러 인터페이스(FireWire 등) 등의 기능을 보다 높은 [155]비용으로 이용할 수 있습니다.외장 하드 디스크 드라이브는, 인클로저로부터 꺼냈을 때에, 프린트 기판의 내장 USB 인터페이스와 SATA([156][157]또는 병행 ATA) 인터페이스가 없기 때문에, 노트북이나 데스크탑 컴퓨터에 내장되어 사용할 수 없습니다.

엔터프라이즈 및 비즈니스 세그먼트

서버 및 워크스테이션 HDD
스왑 대응 HDD 인클로저
일반적으로 엔터프라이즈 소프트웨어를 실행하는 여러 사용자 컴퓨터에서 사용됩니다.예를 들어 트랜잭션 처리 데이터베이스, 인터넷 인프라(이메일, 웹 서버, 전자상거래), 과학 컴퓨팅 소프트웨어, 니어라인 스토리지 관리 소프트웨어 등이 있습니다.엔터프라이즈 드라이브는 일반적으로 까다로운 환경에서 지속적으로("24/7") 작동하면서 신뢰성을 희생하지 않고 최고의 성능을 제공합니다.최대 용량이 주된 목표는 아니며,[158] 그 결과 드라이브는 비용에 비해 상대적으로 낮은 용량으로 제공되는 경우가 많습니다.
가장 빠른 엔터프라이즈 HDD는 10,000 또는 15,000 rpm으로 회전하며 1.6 Gbit[159]/[159]s 이상의 순차 미디어 전송 속도와 최대 1 Gbit/s의 지속적인 전송 속도를 달성할 수 있습니다.10,000rpm 또는 15,000rpm으로 작동하는 드라이브는 더 작은 플래터를 사용하여 증가하는 전력 요구량을 완화합니다(에어 드래그가 적기 때문에 일반적으로 용량이 가장 큰 데스크탑 드라이브보다 작습니다).엔터프라이즈 HDD는 일반적으로 SAS(Serial Attached SCSI) 또는 FC(Fibre Channel)를 통해 연결됩니다.일부는 여러 포트를 지원하므로 이중 호스트 버스 어댑터에 연결할 수 있습니다.
Enterprise HDD의 섹터 크기는 512바이트보다 클 수 있습니다(대개 520, 524, 528 또는 536바이트).하드웨어 RAID 컨트롤러 또는 애플리케이션에서 데이터 무결성 필드(DIF) 또는 데이터 무결성 확장(DIX) 데이터를 저장하기 위해 섹터당 추가 공간을 사용할 수 있으므로 신뢰성이 향상되고 사일런트 데이터 [160]파손을 방지할 수 있습니다.
비디오 녹화 HDD
이 제품군은 스트림 안정성 요구사항이 있는 소비자 비디오 녹화 HDD와 유사하며, 확장성 지원 요구사항이 있는 서버 HDD와 유사하지만 내부 용량 증가를 매우 중시했습니다.이 세그먼트의 주된 희생은 쓰기 및 읽기 [161]속도입니다.

제조원 및 판매원

HDD 제조원 통합도

200개 이상의 기업이 HDD를 생산해 왔지만, 통합으로 생산량이 현재 단 3개 제조업체로 집중되었습니다.Western Digital, Seagate Toshiba.생산은 주로 환태평양 지역입니다.

전 세계 Disk 스토리지 매출은 2012년 최고치인 380억 달러에서 [48]2019년 220억 달러(추정)로 매년 8% 감소했습니다.HDD 스토리지 생산량은 2011-2017년 동안 [162]연간 335엑사바이트에서 780엑사바이트로 15% 성장했습니다.HDD 출하량은 이 기간 동안 6억 2천만 [162][85]대에서 4억 6천 6백만 대로 매년 7% 감소했습니다.HDD 출하량은 2018-2019년 동안 3억 7,500만 [163]대에서 3억 9,900만 대로 18% 감소할 것으로 예상되었습니다.2018년에는 Seagate가 40%, Western Digital이 37%, 도시바가 23%[164]를 출하하고 있다.2015년 [165]양대 제조업체의 평균 판매 가격은 대당 60달러였습니다.

SSD와의 경쟁 제품

HDDSSD드라이브에 의해(SSDs)초당 서비스 M2(NGFF)NVMe SSDs,[166]을 위해 더 높은 속도(4950메가바이트까지)(말 4.95기가바이트)이나 2500메가바이트 PCIe 확장 카드 drives[167]에 초당)(250기가바이트), 견고성 시장에서, SSDs의 비트 코스트는 4명 전력이 가격보다 더 중요하다 대체되고 있다. 9ti에HDD보다 높다.[17][16]2016년 현재 HDD의 고장률은 연간 2-9%인 반면 SSD의 고장률은 연간 [168]1-3%로 더 적은 것으로 보고되었습니다.그러나 SSD는 [168]HDD보다 수정할 수 없는 데이터 오류가 더 많습니다.

SSD는 가장 큰 HDD보다 더 큰 용량(최대 100TB[46]) 및/또는 더 높은 스토리지 밀도(100TB 및 30TB SSD는 2.5인치 HDD 케이스에 들어 있지만 3.5인치[169][170][171][172][173] HDD와 동일한 높이)를 제공합니다.

1.33-Tb 3D NAND 칩(솔리드 스테이트 드라이브(SSD)에 일반적으로 사용됨)의 실험실 시연은 2019년 [174]현재 5.5 Tbit/in인2 반면, HDD의 최대 면적 밀도는 1.5 Tbit2/in입니다.플래시 메모리의 면적 밀도는 2년마다 두 배씩 증가하고 있으며, 이는 Moore의 법칙(연간 40%)과 유사하며 HDD의 연간 10-20%보다 빠릅니다.2018년 현재 최대 용량은 [175]HDD의 경우 16테라바이트,[31] SSD의 경우 100테라바이트였습니다.HDD는 2016년에 생산된 데스크톱 및 노트북 컴퓨터의 70%에 사용되었고 SSD는 30%에 사용되었습니다.데스크탑 및 노트북 컴퓨터와 MP3 [176]플레이어에서 SSD가 더 작은 용량의(1테라바이트 미만) HDD를 대체하고 있기 때문에 HDD의 사용 점유율은 감소하고 있으며 2018-2019년에는 50% 이하로 떨어질 수 있습니다.

SSD 및 기타 애플리케이션에 사용되는 실리콘 기반 플래시 메모리(낸드) 칩 시장은 HDD보다 더 빠르게 성장하고 있습니다.2011-2017년 전 세계 NAND 수익은 220억 달러에서 570억 달러로 매년 16% 성장한 반면, 생산량은 19엑사바이트에서 [162]175엑사바이트로 매년 45% 성장했습니다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ 이는 미국 특허 3,503,060을 취득한 출원의 원래 날짜이며, 일반적으로 최종 하드 디스크 [1]드라이브 특허로 인정됩니다.
  2. ^ 다양한 하드 디스크 드라이브를 설명하는 데 사용되는 부등식 용어로는 디스크 드라이브, 디스크 파일, 직접 액세스 스토리지 장치(DASD), CKD 디스크Winchester 디스크 드라이브(IBM 3340 이후)가 있습니다."DASD"라는 용어에는 디스크 외에 다른 장치가 포함됩니다.
  3. ^ 대형 냉장고에 버금가는 크기.
  4. ^ 1.8인치 폼 팩터는 더 이상 사용되지 않습니다. 2.5인치보다 작은 사이즈는 플래시 메모리로 대체되었습니다.
  5. ^ 사용자 데이터의 경우 40개, 포맷 트랙의 경우 1개, 대체 표면의 경우 6개, 유지보수의 경우 1개.
  6. ^ 초기에는 에폭시 바인더에 감마 산화철 입자가 들어있었지만, 현대 HDD의 기록층은 일반적으로 산화물에 의해 물리적으로 분리된 입상 코발트-크롬-플래티넘 기반 합금의 도메인입니다.[54]
  7. ^ 지금까지 자기 기록에는 FM, MFMGCR이라는 코드와 같이 최신 HDD에서는 더 이상 사용되지 않는 다양한 런렝스 제한 코드가 사용되었습니다.
  8. ^ a b 소수 배수를 사용하여 표현됩니다.
  9. ^ a b 이진 배수를 사용하여 표현됩니다.

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