Le disque dur n'étant pas seulement un appareil électronique, mais un appareil électromécanique, les fortes vibrations et les chocs étaient et restent ses principaux ennemis. Mais si l'effet de vibration entraîne une diminution des performances du disque dur, ce qui s'explique par la déviation de l'unité principale par rapport à la trajectoire spécifiée et la réinitialisation de la procédure de positionnement, alors même une poussée suffisamment forte (pour ne pas mentionner une chute) peut provoquer une panne complète du variateur. Pourquoi les disques durs sont-ils si délicats et quelles mesures sont prises par les fabricants de disques durs pour améliorer leur fiabilité? Essayons de le comprendre.
Strikes of Fate: Pourquoi les disques durs sont-ils si fragiles?
Tout d'abord, rappelons-nous comment fonctionne un disque dur. À l'intérieur du disque dur se trouve un ensemble de fines plaques métalliques (dans le langage courant - "crêpes"), recouvertes d'une couche de ferromagnétique - une substance qui peut conserver la magnétisation pendant une longue période même en l'absence de champ magnétique externe. Ces plaques tournent à une vitesse énorme - à partir de 5400 tr / min ou plus, se déplaçant par rapport à l'ensemble de tête, qui se compose de plusieurs tiges, entraînées par les soi-disant bobines mobiles.
Sur la pointe de chaque tige, il y a des têtes d'écriture et des capteurs de lecture. Les têtes d'écriture sont conçues pour changer la direction des vecteurs de magnétisation de zones discrètes du revêtement ferromagnétique (domaines magnétiques) en fonction des commandes du contrôleur de disque dur. Dans ce cas, chaque domaine code un bit d'information, en supposant une valeur logique "0" ou "1" selon la direction du vecteur d'aimantation.
Le fonctionnement des modules de lecture des disques durs modernes est basé sur un effet magnétorésistif géant: la résistance électrique du capteur change sous l'influence du champ magnétique des domaines de la couche ferromagnétique, qui est enregistré par le contrôleur HDD, qui, à son tour, interprète l'augmentation ou la diminution de la résistance par rapport à un niveau donné comme un zéro ou un un logique ...
Pour obtenir une densité d'enregistrement élevée, les têtes magnétiques devaient être extrêmement petites, car la largeur des pistes sur la plaque magnétique dépend de leurs dimensions. La taille du module d'écriture dans les disques durs modernes ne dépasse pas 120 nanomètres et le module de lecture - 70 nanomètres.
Comparaison des tailles des têtes de bip et de lecture du disque dur et du bord de la pièce de 10 cents
C'est grâce à cette miniaturisation que la densité d'enregistrement des données a été portée à un chiffre impressionnant de 1 Tbit / pouce 2et ceci grâce à la méthode CMR traditionnelle. Cependant, cette approche a un effet secondaire. Comme la taille des têtes magnétiques a été considérablement réduite, la force du champ magnétique qu'elles ont créé a diminué, ce qui a obligé les ingénieurs à réduire considérablement la distance entre les têtes et la surface des plaques magnétiques.
Lorsque le disque dur fonctionne, les têtes magnétiques planent au-dessus de la surface des crêpes à une hauteur d'environ 12-15 nanomètres seulement, et ceci est réalisé grâce à l'effet d'écran: un coussin d'air est formé sous chaque flèche, comme sous le aile d'un avion qui décolle, fournissant la portance nécessaire. Il est facile de deviner que les plaques magnétiques elles-mêmes doivent être parfaitement lisses et ne présenter aucune irrégularité. C'est vrai: la différence de hauteur à la surface de chaque plaque ne dépasse pas 0,6 nanomètre. Précision incroyable!
Cependant, cette conception présente un inconvénient très important: le disque dur est extrêmement vulnérable aux chocs pendant son fonctionnement. La résistance aux chocs des lecteurs modernes grand public et de classe entreprise atteint 300-350G en 2ms au repos et seulement 30-50G en 2ms en mode lecture / écriture.
Cette large plage de valeurs est due au fait que tant que le variateur est débranché, l'ensemble de tête reste stationné. Considérez la photo ci-dessous: chaque support reçoit un point de fixation supplémentaire, reposant sur des pylônes en plastique dans l'aire de stationnement, et les têtes elles-mêmes ne touchent pas le plastique, mais pendent dessus. Dans cet état, ils n'ont pas peur des fortes vibrations ni même des chocs.
En état de fonctionnement, l'actionneur HDD est dépourvu de support supplémentaire, par conséquent, un impact d'une force suffisante, dont le vecteur sera dirigé perpendiculairement au plan du disque (ou à un léger angle par rapport à l'axe perpendiculaire), entraînera inévitablement au contact entre les têtes et les plaques magnétiques. Ce processus peut être schématisé comme suit.
Ci-dessus se trouve le scénario le plus réussi pour le développement d'événements: en raison de la taille miniature des têtes et de l'énorme vitesse de rotation des plaques magnétiques, les modules d'écriture et de lecture se détacheront très probablement simplement du support et le disque dur deviendra instantanément inutilisable. Si vous avez encore de la chance et que l'affaire s'est limitée uniquement à l'apparition de rayures sur la couche ferromagnétique, il ne faut pas penser que dans ce cas, vous pourrez vous débarrasser de quelques amas cassés. Hélas, le disque dur commencera à "mourir" lentement mais sûrement, et le nombre d'erreurs de lecture / écriture se multipliera chaque jour. Et c'est pourquoi.
Problème numéro 1: les particules ferromagnétiques restent à la surface des plaques magnétiques
Bien que les crêpes Winchester tournent à une vitesse fulgurante, les fragments de la couche ferromagnétique n'iront nulle part: ils sont trop petits et trop légers, le champ magnétique des domaines suffira donc à résister à la force centrifuge et à retenir les plus petites particules. Leur présence même à la surface des plateaux magnétiques est lourde d'erreurs de lecture / écriture même si elles ne touchent pas directement les têtes elles-mêmes.
Problème numéro 2: les particules ferromagnétiques jouent le rôle d'un abrasif
Étant donné que la distance entre la surface des plaques magnétiques et les têtes est extrêmement petite, les particules microscopiques du ferromagnet les toucheront inévitablement, meulant progressivement comme du papier de verre. Et la surface des crêpes elle-même deviendra de plus en plus rayée, ce qui se traduira par une augmentation progressive du nombre de grappes cassées.
Problème n ° 3: le capteur de détection chauffera en raison de la force de frottement
Lorsque des particules d'un ferromagnétique se déplaçant à grande vitesse touchent le capteur, ce dernier, en raison de sa taille microscopique, se réchauffe instantanément, ce qui fait que la résistance du capteur augmente fortement et les données de la tête de lecture sont mal interprétées. Cela conduit à de nombreuses erreurs de lecture même au stade où la tête de lecture est encore intacte.
Les dommages à l'unité principale ne sont en aucun cas la seule (quoique la plus grave) conséquence d'un impact sur un disque dur. Les roulements à plaques magnétiques sont également menacés. Un fort impact de la bille sur la cage de roulement peut entraîner sa déformation, endommager la bille elle-même ou le chemin de roulement (parfois à tout ce qui précède). Bien que le disque dur continue de fonctionner, le roulement endommagé vibrera fortement, ce qui affectera négativement les performances du disque dur et entraînera une usure prématurée du moteur de broche.
Et enfin, le moindre des maux est le glissement des plaques magnétiques dans l'emballage, lorsqu'une ou plusieurs crêpes, ayant reçu une accélération supplémentaire, tournent par rapport à leurs semblables. Dans le même temps, c'est ce problème qui se produit beaucoup moins souvent que tous ceux énumérés ci-dessus et qui a un impact minimal sur les performances du disque dur.
Approches clés de la protection contre les chocs du disque dur
Bien que l'histoire des disques durs remonte à plus de 64 ans, les fabricants de disques durs n'ont pris leur disque dur au sérieux qu'en 1997. Cette attitude semble frivole, mais en fait, il est assez simple d'expliquer le retard.
À la fin des années 90, la mode des disques durs externes compacts commençait à peine à prendre de l'ampleur. Le point de départ peut être appelé l'émergence d'IBM Microdrive, sorti en 1999, dont nous avons parlé plus tôt dans le document sur le stockage de données externe . Pendant ce temps, ce sont les lecteurs portables qui sont les plus vulnérables.
Ouverture d'IBM Microdrive contre une pièce de 50 centimes d'euro
Il est assez difficile d'imaginer une situation où un disque dur interne, déjà installé dans un PC, peut tomber en panne à cause d'un coup (à moins que vous ne frappiez délibérément son corps avec un marteau). Le cadre massif Full Tower est tout à fait capable de fournir une protection adéquate pour les disques durs installés à l'intérieur, absorbant efficacement l'énergie cinétique. Si, par exemple, vous heurtez accidentellement l'ordinateur avec votre pied, l'impact sur le disque dur sera beaucoup plus faible que 30G en 2 ms (et même moins de 10G en 2 ms - c'est la quantité de disques durs libérés au tournant du XX-XXI siècles pourraient résister), alors que faire ici toutes les mesures spéciales n'ont aucune signification pratique.
Les étuis d'ordinateurs portables de cette époque n'étaient pas non plus comme les modèles ultra-minces modernes: les ordinateurs portables des années 90 offraient une protection tout à fait décente pour les disques durs qui y étaient installés, bien que moins fiables que les ordinateurs fixes.
Les ordinateurs portables plus anciens étaient beaucoup plus durables. Sur la photo - Siemens Nixdorf PCD-5ND
Au contraire, dans les périphériques de stockage de données portables, le disque dur n'est séparé du monde extérieur que par un boîtier en plastique mince, incapable d'absorber toute l'énergie d'impact. Comment, dans ce cas, le disque dur peut-il être protégé des dommages?
IBM lui-même a été le pionnier dans le développement de systèmes de protection contre les chocs. Ce sont les ingénieurs de la société américaine qui ont créé la technologie sous le nom simple Ramp Load / Unload, qui est aujourd'hui utilisée partout dans chaque disque dur, quelle que soit la catégorie de prix. Nous parlons de l'aire de stationnement susmentionnée et d'un système de pylônes en plastique qui fixent les tiges de l'unité principale alors que le disque dur est déconnecté de l'alimentation électrique. Pour l'époque, une telle solution est devenue véritablement innovante, permettant d'augmenter plusieurs fois la résistance aux chocs des disques durs au repos.
Dans les anciens modèles de disques durs, le système de stationnement du bloc de tête était pratiquement absent.
La technologie ShockSkinBumper (SSB) de Samsung devrait être mentionnée parmi les mesures tout aussi simples mais assez efficaces. Comme vous pouvez le deviner d'après son nom, l'essence de l'innovation réside dans la présence d'un pare-chocs intégré dans le corps du disque, représenté par une fine jante en silicone qui s'adapte au couvercle métallique du disque dur.
Si vous regardez de près, vous pouvez voir le bord du Samsung ShockSkinBumper.Selon
Samsung, le pare-chocs s'est avéré extrêmement efficace et a aidé à réduire de trois fois la surcharge qui affecte les composants internes du disque dur en cas de choc ou de chute, augmentant considérablement sa résistance aux chocs au repos.
En ce qui concerne le problème de l'endommagement des roulements, dans un premier temps les fabricants de disques durs ont expérimenté la forme de la cage et les dimensions des éléments roulants, en essayant de trouver l'équilibre optimal entre la taille de la zone de contact des billes avec les pistes. (plus il est grand, mieux le roulement tolère les chocs) et la résistance résultant du frottement de leurs surfaces les unes contre les autres. Par la suite, les roulements conventionnels ont été remplacés par des paliers lisses hydrodynamiques plus avancés, dans lesquels la rotation de l'arbre de broche se produit dans une couche de fluide maintenue à l'intérieur du manchon en raison de la différence de pression créée pendant le fonctionnement du moteur. Cette approche a permis non seulement d'augmenter la résistance aux chocs des disques durs, mais également de réduire le niveau de vibration et de bruit générés par ceux-ci pendant le fonctionnement, et en même temps d'augmenter leur tolérance aux pannes.
Pas de balles - pas de problèmes
Cependant, la principale chose que tous les fabricants de disques durs, sans exception, ont essayé d'atteindre, était de protéger au maximum l'unité principale des chocs. Le pionnier dans ce domaine a été la société Quantum, qui a introduit en 1998 son propre système de protection des disques durs, le Quantum Shock Protection System (SPS), dont la première implémentation pratique a été vue dans les disques durs Fireball EL.
Disque dur résistant aux chocs Fireball EL de 2,5 Go de Quantum
Au total, le package d'amélioration du SPS comprenait 14 innovations technologiques visant à absorber et à compenser les chocs des actionneurs. Déjà en 1999, le système SPS II modifié a vu le jour, et le Fireball Ict est naturellement devenu le premier disque avec le soutien de la technologie anti-choc mise à jour.
Parallèlement à Quantum, des recherches dans le domaine de la protection des disques durs contre les chocs et les chutes ont été menées par leur concurrent direct - Maxtor Corporation. Le résultat des efforts des ingénieurs de la société est la technologie ShockBlock, qui a trouvé une application dans les entraînements de la gamme «diamant» de DiamondMax.
Disque dur Maxtor DiamondMax Plus 21
Samsung a également participé activement à l'amélioration du bloc de tête: la technologie brevetée de la société coréenne, appelée Impact Guard, comprenait un certain nombre d'améliorations dans la conception des supports de palier, de la suspension et du système de stabilisation. Western Digital n'est pas en reste: un ensemble d'améliorations Shock Guard, spécialement conçues pour les disques durs de la marque Caviar, a permis d'amener la résistance aux chocs des disques durs fabriqués par l'entreprise à des valeurs comparables à celles des disques durs modernes.
Cela n'a aucun sens de décrire en détail chacune des technologies énumérées: des solutions de conception conçues pour augmenter la résistance aux chocs des disques durs, d'une manière ou d'une autre, se répètent, bien qu'elles aient des différences dans les méthodes de mise en œuvre. Listons les principales techniques adoptées par les fabricants de disques durs pour augmenter leur résistance aux chocs:
- absorption d'énergie cinétique par les éléments structurels du corps;
- réduire la rigidité des supports en augmentant leur rigidité;
- mise en place d'une suspension amortissante des têtes, qui minimise l'endommagement des modules de lecture / écriture et de la couche ferromagnétique en contact entre eux.
Le dernier point nécessite des éclaircissements supplémentaires. Au cours des tests, il a été constaté que le degré de destruction du revêtement ferromagnétique, ainsi que la probabilité d'arracher les têtes magnétiques, ne dépend pas tant de la force de l'impact, mais de la manière exacte dont les modules de lecture et d'écriture arrivent. en contact avec la surface des crêpes. Les dommages les plus importants sont naturellement observés lorsque la tête touche la plaque avec un bord ou un coin.
Un mécanisme de suspension amélioré a permis d'assurer que les têtes magnétiques sont en contact avec les plaques à plat, avec toute leur surface, comme le montre le schéma ci-dessous.
Comme leurs surfaces sont presque parfaitement lisses, la probabilité d'écaillage (et d'autant plus de détachement des têtes magnétiques) est sensiblement réduite, et dans les circonstances les plus favorables, le revêtement ferromagnétique et les modules eux-mêmes restent intacts.
Entraînements indestructibles pour les sports et activités de plein air
Bien que ces mesures aient contribué à améliorer considérablement la fiabilité des disques durs, le miracle ne s'est jamais produit. Quoi que l'on puisse dire, mais vous ne pouvez pas discuter avec la physique, et si le même Maxtor à un moment donné était capable d'amener la résistance aux chocs des disques durs au repos à un impressionnant 1000G en 2 ms, bien que sur des échantillons de test, alors il a tourné pour offrir un niveau de protection comparable à l’unité principale pendant le fonctionnement du disque dur.
Cependant, avec la baisse du prix de la mémoire flash, la situation du marché a radicalement changé et le besoin de disques durs externes antichoc a pratiquement disparu, car ils ont été remplacés par des disques SSD. En raison de caractéristiques technologiques, les SSD sont dans une position beaucoup plus avantageuse: ils ne contiennent pas de composants mobiles, ce qui signifie que tout ce qui doit être réalisé pour obtenir un appareil résistant aux chocs en sortie est de créer un boîtier suffisamment durable pour peut fournir un niveau de protection adéquat pour les cartes de circuits imprimés, ce qui est beaucoup plus facile par rapport au développement de systèmes de compensation dynamique. Cependant, il vaut mieux voir une fois qu'entendre cent fois. Regardez cette photo.
Un mousqueton de tourisme attaché à un sac à dos est suspendu à un SSD portable SanDisk Extreme, un disque SSD compact destiné aux amateurs de plein air. Si vous traitez un disque dur ordinaire de cette manière, il deviendra presque certainement complètement inutilisable après quelques marches. Cependant, le SSD ne menace pas de panne: grâce au boîtier en caoutchouc-plastique, il est capable de résister à des surcharges jusqu'à 1500G en 2 ms, soit 5 fois plus que la résistance aux chocs d'un disque dur au repos, et près de 30 fois plus que la résistance aux chocs d'un disque dur lors de la lecture / écriture de données. Dans le même temps, l'indicateur 1500G est une constante et ne change en aucun cas, même lorsque vous travaillez avec un disque SSD.
En plus de pouvoir résister à des surcharges importantes, le SSD portable SanDisk Extreme est également très résistant à la poussière et à l'humidité selon la norme IP55.
Le premier chiffre de l'index indique que le SSD a une conception anti-poussière: bien qu'une certaine quantité de fines particules puisse pénétrer à l'intérieur de son boîtier, cela n'affectera en rien les performances de l'appareil. Le deuxième chiffre indique que le boîtier du disque SSD est capable de résister à des jets d'eau même puissants tombant de n'importe quelle direction.
Une autre caractéristique intéressante de cette série de variateurs est liée à la résistance à l'eau. Remarque: le connecteur USB Type-C, situé à l'extrémité inférieure, n'a pas de capuchon en caoutchouc, ce que vous vous attendez généralement à voir sur un tel appareil.
Un défaut? Pas du tout. Le fait est que le port ne communique pas avec les cavités internes du boîtier: il est complètement isolé et scellé, de sorte que l'eau qui y pénètre n'endommagera pas les composants électroniques du SSD, bien que le connecteur devra être soigneusement séché Avant utilisation. Cette approche a permis de rendre le disque SSD encore plus fiable et durable, car toutes les fiches ont tendance à se desserrer avec le temps.
En termes de performances, le SanDisk Extreme Portable n'a pas déçu ici non plus, avec un taux de transfert soutenu de 550 Mo / s. Si cela ne vous suffit pas, nous vous recommandons de prêter attention à la version Pro de l'appareil.
La conception des anciens disques a légèrement changé: un insert latéral orange et une forme de patte modifiée ont rendu le SSD plus sportif et expressif. Mais la principale différence entre la version Pro et la version régulière réside dans la prise en charge de l'interface USB 3.2 Gen 2 haute vitesse, grâce à laquelle la vitesse du lecteur a augmenté jusqu'à un impressionnant 1050 Mo / s. À cette vitesse, même le transfert de 100 Go de données ne prendra pas plus de 2 minutes.
Vouloir plus? Cette année a vu la sortie de versions mises à jour du SanDisk Extreme Portable V2. Comme auparavant, la famille de SSD compacts est divisée en deux lignes: Standard et Pro. En termes de protection contre les chocs, la poussière et l'eau, rien n'a changé du tout, mais leurs performances ont doublé.
SanDisk Extreme Portable V2 ajoute USB 3.2 Gen 2 et offre désormais des vitesses de 1050 Mo / s en lecture et jusqu'à 1000 Mo / s en écriture de fichiers. Le SanDisk Extreme Portable Pro V2, en revanche, plaira à ceux qui prennent en charge USB 3.2 Gen 2 x 2: un impressionnant 2000 Mo / s fait de ce SSD le SSD durci le plus rapide du marché et vous permet de transférer même le plus volumineux. Des disques SSD en quelques secondes. Des fichiers qui plairont sûrement aux fans de photographie et de tournage vidéo, aux blogueurs de voyage, aux journalistes et aux autres créateurs de contenu.
En prime, il est nécessaire de mentionner la prise en charge intégrée du cryptage matériel AES avec une clé de 256 bits, qui est aujourd'hui l'une des méthodes les plus fiables de protection des données cryptographiques. Ainsi, avec le nouveau SanDisk Extreme Portable, vous pouvez être sûr à 100% que vos précieuses informations sont en sécurité.