De fleste nye operativsystemer (OS) er beregnet til at fungere effektivt med AF (Advanced Format)-diskdrev, som understøtter 512-emulation (512e). AF 512e-diskdrev leverer en enestående ydeevne sammenlignet med ældre drevmodeller med 512 byte pr. sektor, når de er korrekt konfigureret med værtsfilsystemet. I pc-programmer afhænger værtsfilsystemet primært af det operativsystem, der er installeret på computeren.

Hvidbog om Toshiba AF

Du kan finde nærmere oplysninger om Advanced Format her.

Toshiba har præsenteret DTR (Discrete Track Recording - lagring med separat spor)-teknologien i september 2007.
DTR er en ny banebrydende lagringsteknik, som øger kapaciteten af lagringsmedier i PMR-harddiske med op til 50 procent. Derfor vil den løfte især harddiske med lille formfaktor, f.eks. 1,8"- og 2,5"-drev, til et nyt niveau med øget kapacitet.
Harddiske med lille formfaktor findes nu i anvendelser som f.eks. bærbare computere, alle typer af bærbare multimedieafspillere, digitale videokameraer og selv navigationssystemer i biler. På dette marked er der stor efterspørgsel efter større datakapaciteter.

DTR-teknologien, som navnet antyder, separerer parallelle dataspor på harddiskmediet ved at gravere mellemrum, også kaldt “furer” mellem sporene. På denne måde reduceres signalinterferensen mellem nærliggende dataspor, og dette fører til en bedre signalkvalitet samt at datasporene kan placeres tættere ved siden af hinanden. Sporene kan gøres smallere og således kan der være flere spor på disken. Dette giver mulighed for lagringsdensiteter på op til 516 MB pr. mm2 (333 GB pr. kvadrattomme).

Teknikken anvendes også på servomønstret, som er ekstra information på harddisken og udgør en vigtig del i læse-/skrivehovedets positioneringssystem.

DTR-teknologi er baseret på forskning udført af New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) i Japan.

Toshiba forventer at blive markedsleder i masseproduktion af harddiske med integreret DTR-teknologi. Ifølge den aktuelle plan starter masseproduktion af DTR-drev i løbet af 2009.

Toshiba harddiske har traditionelt spindelmotorer med kuglelejer. Disse kuglelejer er metalkugler, som er smurt med et tyndt lag fedt. Defekter i lejernes rundhed og i de Iøberinge (hvor lejerne befinder sig i), medfører tilfældige vibrationer, der kan forårsage problemer (øget NRRO - "Non-Repeatable Run Out") for servosystemet. Desuden begynder kuglelejrene at slide efter lang tids brug, især hvis de er udsatte for stor belastning. Et symptom på dette slid er, at spindelmotoren bliver mere støjende, og læse-/skriveydeevnen forringes.

En løsning på disse problemer er at anvende spindelmotorer, der bruger et FDB (fluid dynamic bearing - et væskedynamisk leje). FDB-motorer bruger smøreolie i stedet for metalkuglelejer til at adskille rotoren og statoren.
Fordele ved at bruge en FDB-motor:

• Reducerer NRRO betydeligt for at forbedre servoydelsen. Det giver mulighed for en højere arealdensitet.
• Forbedret driftssikkerhed ved ikke at bruge metalkuglelejer.
• Mindre støj ved ikke at bruge metalkuglelejer.
• Øget belastningsydelse, når den ikke er i brug.

Bærbare computere er blevet udviklet for at øge mobiliteten. Et harddiskdrev med lille formfaktor som f.eks. 2,5" og 1,8"harddiske, er en af pc'ens hovedkomponenter og er derfor udsat for de samme risici som selve notebook computeren: Stød, vibration og &ndash endnu alvorligere &ndash påvirkningen efter et fald.

En af de værste skader, der kan opstå i harddiskdrevet, er den såkaldte "hoveddiskinterferens" (HDI), hvilket ganske enkelt er en kollision mellem harddiskens mest følsomme dele: læse-/skrivehovedet og lagringsmediets overflade. Ved et kraftigt stød beskadiges ikke kun hovederne, men også vigtige data, der er lagret på harddisken, kan beskadiges eller tabes. HDI skyldes for det meste stødpåvirkninger, f.eks. når bærbar pc falder ned.

Toshiba Storage Products Division har udviklet en effektiv teknologi til at forhindre skader, som skyldes stødpåvirkning efter et frit fald. Princippet er lige så enkelt, som det er effektivt: Når man måler hastigheden ved et fald, trækkes læse-/skrivehovederne tilbage fra deres position over mediet og låses i en sikker position. Med andre ord: Harddisken får betydeligt højere stødbestandighed.

Teknologien er dog mere kompliceret. En sensor med tre akser, en såkaldt "lineær laveffektaccelerationsmåler", måler den accelerationsværdi, som under normale forhold er ca. 1 G. Når harddisken falder, ændres denne værdi til ca. 0 G. Sensoren detekterer denne overgangsfase fra 1 G til 0 G, hvorefter læse-/skrivehovederne trækkes tilbage fra mediet for at forhindre HDI.

Accelerationsmåleren er så hurtig, at et fald på kun 10 cm detekteres og læse-/skrivehovederne bliver låst i en sikker position. Med andre ord tager hele processen for at måle ændringen i G-kraft, tilbagetrækning og låsning af hovederne, mindre end 150 millisekunder.

Toshibas harddiske med Frit fald sensor-teknik er det foretrukne valg for mobile lagringsenheder.

HAMR er et akronym for Heat-Assisted Magnetic Recording (varmebaseret magnetisk optagelse).

Det er fremtidens teknologi for optagelse på harddiske, som giver mulighed for endnu højere datadensiteter på harddiskmedier end de datadensiteter, der er opnået ved hjælp af PMR (Perpendicular Magnetic Recording)-teknologien.

Med HAMR lagres data magnetisk på et særligt stabilt lagringsmedie efter at det præcise sted, hvor databittene skal lagres, er varmet op ved hjælp af laserens varme. Når mediet er opvarmet, er det lettere at skrive data på det og en hurtig køleproces efter skrivning stabiliserer de databit, der er skrevet på mediet.
Disse mediematerialer kan lagre enkelte bit på et betydeligt mindre areal uden at de begrænses af den "superparamagnetiske effekt". Det er den samme effekt, der begrænser datadensiteten på plader, der anvendes i konventionelle harddiskdrev med LMR (Longitudinal Magnetic Recording - langsgående magnetisk optagelse).
Den eneste ulempe er, at de skal opvarmes for at anvende ændringerne i magnetisk retning.

HAMR bliver ikke implementeret i almindelige harddiskprodukter før 2010 og datadensiteter på 50 terabit pr. kvadrattomme er sandsynligvis ikke mulige før 2020 eller senere. Overgangen fra PMR til HAMR starter muligvis i 2010.

Rækken af produkter, der anvender harddisklagring, er enorm og vokser stadig. Flere og flere forbrugerprodukter kræver en stigende lagringskapacitet for at opfylde moderne krav. Rækken af produkter, som Toshibas lagringsteknologi understøtter, øges for at opfylde dette behov. Toshiba var den første i verden, som lancerede HDD'er (Hard Disk Drives) med LIF (Low Insertion Force)-stik. Det nye LIF SATA-interface præsenterer  et  10 % mindre footprint-produkt sammenlignet med 1,8" standarddrev, som anvender SATA-stik. Det mindre footprint-stik sikrer, at Toshiba-produkter er bedst egnede til at opfylde kravene fra   store producenter af små mobile enheder, f.eks. tablet pc'er, digitale videokameraer og medieafspillere.

                    ZIFF HDD                                                   LIF HDD

I nutidens moderne computersystemer er understøttelse af multitasking og flerbrugermiljøer et grundlæggende krav.  Vi har ofte flere aktiviteter i gang på samme tid, f.eks. se film, afspille musik, tjekke e-mail, surfe på internettet og nogle gange deler vi fælles systemressourcer med andre brugere.  

NCQ (Native Command Queuing) er en teknologi, der har til formål at forbedre ydeevnen og driftssikkerheden af SATA-harddiskdrev (HDD) under bestemte arbejdsbetingelser ved at gøre det muligt for HDD'et at foretage en intelligent optimering af den rækkefølge, som de modtagne læse-/skrivekommandoer udføres i. Dette kan forbedre HDD'ets udførelse af kommandoer og derved reducere det mekaniske arbejde og øge drevets generelle ydeevne. Uden NCQ ville HDD'et udføre de enkelte læse-/skrive kommandoer i den rækkefølge, de blev modtaget i, hvilket mindsker effektiviteten og ydeevnen.

De vigtigste fordele ved NCQ:

• Ideel til multitasking og flerbrugermiljøer
• Fungerer i alle systemer, hvor værtscontrollere understøtter SATA NCQ-funktionen, herunder stationære pc'er, arbejdsstationer, servere med digitalt medieindhold, adgangsservere samt pc'er med høj ydeevne og bærbare computere
• Giver 100 % bagudkompatibilitet med systemer, der ikke understøtter NCQ
• Gør det muligt for lagringsenheden at omrokere kommandoer for at forbedre ydeevnen for dens dataoverførsler
• Forbedrer søgetidsydeevnen for HDD'er og gør det muligt for SSD'er at få adgang til den gemte kommandokø med henblik på at øge ydeevnen

NCQ anvendes ofte til at forbedre ydeevnen på tungt belastede servere og arbejdsstationer med høj ydeevne. Køfunktionen bruges også til at optimere pc-ydeevnen i forbindelse med f.eks. filkopiering og systemstart.

Almindelige harddiske anvender "Longitudinal Magnetic Recording" (LMR - langsgående magnetisk lagringsteknik) for at gemme data på en magnetisk plade som mikroskopiske magnetbit, der står på linje i et plan. Selvom udviklingen af magnetiske coatinger fortsætter med at forbedre datalagringsdensiteter på harddiske, afstøder magnetbittene hinanden på grund af deres placering i plan.

Hvis man krammer stadig flere bit ind i en disk, når man efterhånden et punkt, hvor trængslen forringer kvaliteten af de lagrede bit, fordi bittene begynder at påvirke hinanden (magnetisk kobling). I værste fald begynder de at vælte: De påvirkede bit mister orientering og dataene er tabt. Det kaldes "superparamagnetisk effekt". Dette problem begrænser lagringskapaciteter hurtigt.

Løsningen på dette problem kaldes "Perpendicular Magnetic Recording" (PMR - perpendikulær lagringsteknik), hvor magnetbittene ikke anbringes i plan, men orienteres lodret. Ved at anbringe magnetbittene lodret, forstærker den perpendikulære lagring den magnetiske kobling mellem nærtstående bit, hvorved der opnås stabile højere lagringsdensiteter og lagringskapaciteten forbedres. Harddiskens kapacitet kan øges op til 10 gange ved hjælp af PMR. På grund af den øgede datadensitet øges også dataoverføringshastigheden sammenlignet med harddiske, der anvender LMR-teknikken.

En af de tekniske udfordringer ved udviklingen af PMR var den kendsgerning, at PMR-mediets fysiske egenskaber kræver et meget smallere mellemrum mellem læse-/skrivehovedet og mediet for at kunne læse og skrive data.

Professor Shun'ichi Iwasaki fra Tohoku Institute of Technology i Japan bestemte allerede i 1976, at det var muligt at øge datamediets arealtæthed ved at organisere magnetbittene vertikalt mod rotationsretningen i stedet for horisontalt.

Toshiba har udviklet en antirotationsvibrationsteknologi for at modvirke systemvibration på Toshiba-harddiskdrev (HDD).

Rotationsvibrationssensorer (RVS) medfører, at Toshiba HDD'er fungerer mere effektivt i miljøer, der er følsomme over for kraftig rotationsvibration, f.eks. servere eller lagrings-arrays. Hvis en HDD udsættes for rotationsvibration, kan det forringe ydeevnen. Hvis der er flere drev tæt op ad hinanden, f.eks. i et lagrings-array, vibrerer hvert drev som et naturligt resultat, når hovedet placeres på det roterende medie. Den kumulative virkning af disse drevhandlinger skaber nogle gange svingninger, som fremkalder markant højere vibrationer. Da aktiviteter på HDD'er påvirker hele arrayet, kan betjeningen af de enkelte drev i systemet i stigende grad blive forstyrret og derved resultere i et signifikant fald i dataoverførselshastigheden. Følsomheden over for sådanne vibrationer øges, efterhånden som datalagringstætheden på drevet øges, hvilket nogle gange resulterer i mindre vibrationer, som slår læse-/skrivehoveder af sporet.

Den nye RVS-teknologi, som anvendes i Toshibas HDD'er, registrerer den eksterne rotationsvibration og bruger et feedback-system til at skabe en modbevægelse i HDD'ens læse-/skrivehoveder. RVS gør det muligt for drevet at kompensere for rotationsvibrationer, som stammer fra selve drevet eller er opstået uden for drevet (ventilatorer, chassisrammer af dårlig kvalitet osv.), og fortsætter med at læse og skrive ved den samme høje ydeevne.
 

Informationerne på et harddiskdrev, et såkaldt HDD, er ofte mere værdifulde end selve enheden. En virksomheds data er et af dens mest værdifulde aktiver. Uautoriseret eksponering af data kan forekomme overalt – både i enkeltmandsvirksomheden, der er specialiseret i it, og i det store datacenter. Softwarebaserede løsninger kan ikke give den sikkerhed, som en fuldstændig pålidelig løsning kræver. Den nye hardwarebaserede løsning, som kaldes SED, bruges nu til at etablere en stærk digital identitet, hvilket bringer sikkerheden op på et højere niveau.

Toshiba's 2,5 tommer SED'er (self-encrypting drives) leverer både avanceret hardwarekryptering og effektiv adgangsgodkendelse for at gøre det nemmere for it-afdelinger at implementere effektive løsninger til sikkerhed omkostningseffektivt uden at afbryde forretningsflowet eller påvirke programmers ydeevne. Toshibas SED-modeller er udformet i henhold til specifikationen for Trusted Computing Group “Opal SSC”og drager fordel af den brede branchesupport, som er tilgængelig for TCG-sikkerhedsfunktioner og -egenskaber i henhold til branchestandarden.

SED-krypteringsprocesser er gennemsigtige for applikationer og operativsystemer. I modsætning til softwarekryptering, som afhænger af CPU'ens ydeevne og systemets hukommelseskapacitet, sker SED'ers hardwarekryptering i HDD'et ved fuld I/O-hastighed, hvilket sikrer, at brugere ikke oplever en reduktion i applikationens ydeevne.

Datainvalideringsteknologi - Et skridt fremad i datasikkerhed

Indbygget hardwarekryptering i HDD’ets elektroniske controllerkomponenter giver ydeevne, lavere overordnede omkostninger og sikkerhedsfordele ud over dem, der er forbundet med softwarekryptering. Toshibas unikke og effektive AES-256-kryptering i regeringsklassen er certificeret af US National Institute of Standards and Technology (NIST) via CAVP (Cryptographic Algorithm Validation Program). På grund af den krypteringsproces, der finder sted i harddiskdrevet, er data beskyttet mod alle typer angreb, som anvendes for at bryde softwarekryptering.

På grund af behovet for øget båndbredde og fleksibilitet har man introduceret SAS som erstatning for den parallelle SCSI-grænseflade, der så dagens lys i firserne i datacentre og arbejdsstationer. Sammenlignet med SCSI har SAS mange fordele. Det har en kapacitet på mere end 10.000 omdr./min. og er mere pålideligt. SAS-drev anvendes typisk i servere og store arbejdsstationer i miljøer, hvor hastighed og I/O-frekvens er meget vigtig. Desuden har brugere med SAS-drev fuld fejlregistrering og fejlretning under læse-/skriveprocessen. Desuden beskyttes data, mens de overføres, hvilket sikrer dataenes integritet under læsning og skrivning. SAS-drev i Enterprise-klassen foretrækkes i online- og transaktionsapplikationer på grund af den enestående ydeevne og pålidelighed.

Med den tilsyneladende eksponentielle, fortsatte vækst i datamængden, administrationen af disse data og de krav, som nutidens it-virksomhedsmiljøer og -applikationer stiller, bliver det stadig vigtigere at sikre, at kriterierne for adgang, tilgængelighed, ydeevne  og driftssikkerhed er opfyldte 24x7. Sideløbende  med disse forventninger har fremskridt inden for lagringsteknologi og -teknikker  ved brug af SSD'er (Solid State Drives) betydet, at kvaliteten af NAND-baseret flashhukommelse nu har nået en position, hvor den sikrer den nødvendige driftssikkerhed for data, der er kritiske for virksomheden, sammen med datahastigheder, der er betydeligt forbedret i forhold til traditionelle roterende HDD'er.   Med SSD'er placeres halvlederhukommelse bag ved en hukommelsescontroller og elektroniske grænsefladekomponenter, hvilket gør det muligt for flash-lagringsenheden at emulere et harddiskdrevs kommandoer og aktiviteter.

Toshibas første generation af eSSD bruger 32 nm SLC (Single Leved Cell) NAND-flashhukommelse og et serielt SCSI-interface på 6 Gb/s.

eSSD forventes at erstatte den traditionelle mekaniske spindelbaserede teknologi i de fleste high-end ydeevnestyrede applikationer. Den er velegnet til applikationer, der er kritiske for opgaven, hvor der kræves driftssikkerhed, ydeevne og lang levetid.

I eSSD (Enterprise Solid State Disks)-diske, er en SLC (Single-Level Cell) et hukommelseselement, der kan lagre data i individuelle hukommelsesceller.

SLC har adgang til og skriver på eSSD-disken ved hjælp af „simpel“ kontrollogik med 1 bit kontra de 2 bit, der bruges af MLC (Multi-level Cell), og har den fordel, at den bruger mindre strøm.  Desuden varer programhandlingerne i SLC-chip 100.000 cyklusser, hvilket er ti gange længere end for MLC. På grund af den hurtige overførselshastighed og høje driftssikkerhed bruges der SLC-hukommelse i SSD'er med høj ydeevne.

Det maksimale antal program-/slettecyklusser, som en celle er designet til at opnå før slutningen af dens levetid og nedbrydelse af cellestrukturen, der forårsager datatab og dårligere driftssikkerhed.

Den tid som lagrede celledata forventes at kunne blive gendannet i og være ubeskadiget i løbet af datalagringsenhedens levetid. Cellestrukturen forringes, når den når den maksimale levetid begynder at nærme sig. Med andre ord, jo nærmere cellens PE-værdi (Program/Erase) kommer til værdien for den samlede forventede levetid. Når man ser på langtidslagring af data i slukket tilstand (holdbarhed / arkivering), kan tidsperioden være så kort som 3 måneder, hvis en celle har nået 100 % på grund af den større risiko for at cellen bliver nedbrudt og der tabes data.

Det er hovedsageligt ekstra kapacitet, som allokeres til lagringsenheden for at kompenser for celler, der når slutningen af den forventede levetid i lagringsenhedens garantitid. Denne ekstra kapacitet sendes online og allokeres for at kompensere for tabet af brugbare lagringsceller. Som regel er den acceptable værdi mellem 25 % og 28 % af den købte kapacitet.

Alle hukommelsesceller har en begrænset levetid, deres struktur bliver nedbrudt og cellerne bliver nedslidt! For at sikre, at alle celler nedslides jævnt, bevares der en PE-værdi (Program / Erase) på blokniveau (sektor). Når værdien har nået en i forvejen fastsat tærskel, tildeles kollektive celledata igen en yngre celle/sektor. Der findes to typer implementering:
Static Wear levelling er an algoritme til lagrede data, som f.eks. operativsystemets filer, som ændres næsten aldrig. Disse celler ville forblive underudnyttet, hvis man lader dem være. Derfor gentildeles dataindholdet mere modne celler, således at yngre celler frigøres for lagring af data, som ændres oftere.
Dynamisk Wear levelling er en universel algoritme, som udføres hver gang, data i bufferlageret bliver tømt og skrevet til flash-hukommelsen. Den dynamiske wear-algoritme sikrer, at dataprogram og slettecyklusser bliver jævnt fordelt over alle NAND-blokke.

NAND-enheder lagrer en bit information pr. hukommelsescelle. Et SLC-drev er hurtigere, har lavere strømforbrug, men også ringere kapacitet.

NAND-enheder kan lagre mere end en bit information pr. hukommelsescelle ved at vælge mellem flere niveauer af elektrisk ladning, som anvendes på flydende gates i dens celler. Denne teknologi giver mulighed for lagring med højere datatæthed i et kompakt format og mere omkostningseffektiv lagring pr. gigabyte

Klasseprocesteknologi eller die-størrelse er relateret til aktuel fremstillingsteknik for CMOS NAND-enheder med halvledere. Den svarer til transistorgatens pitch eller transistorens pakningstæthed, som udgør hukommelsescellerne (ca. 2 millioner).

Teknologiens fremskridt estimeres som følger:
32 nm — 2010
22 nm — ca. 2011
16 nm — ca. 2013
11 nm — ca. 2015

Forsyner SDRAM cache-lageret med reservestrøm i en begrænset tidsperiode for at bevare dataindhold og beskytte mod ødelæggelse eller tab. PLP (Power Loss Protection) er designet for at vare 55 ms med Toshiba eSSD design for at muliggøre, at cache-lagerets indhold bliver tømt og skrevet til NAND-flash.