En la mayoría de los ordenadores más modernos, los sistemas operativos (SO) están preparados para funcionar de manera eficiente con unidades de disco duro de formato avanzado (AF, sus siglas en inglés) compatibles con emulación 512 (512e). Las unidades de disco duro AF 512e pueden ofrecer un mejor rendimiento en comparación con los antiguos modelos de 512 bytes por sector cuando están correctamente configurados con el sistema de archivos host. En aplicaciones de PC, el sistema de archivos host esta determinado principalmente por el SO instalado en el equipo.

Documentación de AF de Toshiba

Más información sobre formato avanzado.

Toshiba presentó la tecnología DTR (Discrete Track Recording, grabación de pistas separadas) en septiembre de 2007.
DTR es una tecnología vanguardista de grabación que aumentará la capacidad de los medios de almacenamiento utilizados en unidades de disco duro PMR hasta en un 50%. Por tanto, llevará especialmente las HDD de pequeño factor de forma, como las unidades de 1,8 y 2,5 pulgadas, a un nuevo nivel de capacidad mejorada.
Las HDD de pequeño factor de forma se encuentran ahora en aplicaciones domo PC móviles, todo tipo de reproductores multimedia portátiles, cámaras de vídeo digital y sistemas de navegación de automóviles. Este mercado tiene una fuerte demanda de mayores capacidades de datos.

La técnica DTR, como sugiere su nombre, separa las pistas de datos paralelos en medios de HDD insertando huecos, también denominados "surcos". Esta separación reduce la interferencia de señales entre pistas de datos adyacentes, lo que tiene como consecuencia una mejor calidad de la señal y permite que se acorte el espacio de las pistas. Las pistas se pueden estrechar, y cabrán más en el disco. Esto permitirá densidades de grabación de hasta 516 megabits por mm2 (333 gigabits por pulgada cuadrada).

La técnica también se aplica al patrón servo, siendo esencial que se añada algo de información extra al disco como parte del sistema de colocación del cabezal de lectura/escritura.

La tecnología DTR se basa en la investigación de New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), Japón.

Toshiba espera liderar el sector en la producción en masa de HDD con tecnología DTR integrada. El plan actual es iniciar la producción en masa de unidades DTR durante 2009.

Tradicionalmente, las HDD Toshiba disponen de motores de ejes con rodamiento. Estos rodamientos utilizan bolas de metal lubricadas por una fina capa de grasa. Las imperfecciones en la redondez de los rodamientos y en las pistas de rodadura (en las que giran los rodamientos) pueden generar vibraciones que pueden provocar problemas (mayor NRRO ("Non-Repeatable Run Out") para el servosistema. Además, los rodamientos se gastan con el uso continuado y más cuando sufren demasiados impactos. Un síntoma de este desgaste es que el motor del husillo es más ruidoso y el rendimiento de lectura y escritura disminuye.

Una solución a estos problemas es usar motores de eje que utilicen un rodamiento dinámico fluido (FDB). Los motores con FDB emplean rodamientos con aceite lubricante en lugar de rodamientos de bola metálicos para separar el rotor y el estator.
Ventajas de usar un motor con FDB:

• Reduce en gran medida el NRRO para mejorar el rendimiento del servosistema. Permite producir unidades con mayor densidad de área.
• Mayor fiabilidad al no tener ningún rodamiento metálico.
• Más silencio, al no tener rodamientos metálicos.
• Mejora del rendimiento de golpes no operativos.

Los portátiles se han desarrollado para aumentar la movilidad. Una unidad de disco duro de pequeño factor de forma, como una HDD de 2,5 y 1,8 pulgadas es uno de sus componentes principales y está expuesto a los mismos riesgos que el propio portátil: Golpes, vibraciones y, lo que es aún más grave, el impacto tras una caída.

Una de las peores cosas que le puede pasar a una unidad de disco duro es lo que se conoce como HDI (Head Disk Interference, interferencia cabezal-disco), que no es otra cosa que una colisión de las piezas más sensibles de una HDD, los cabezales de lectura/escritura y la superficie de los medios de almacenamiento. En el impacto, no solo se pueden dañar los cabezales, sino que también se pueden perder o dañar datos vitales almacenados en el disco duro. Las HDI se producen sobre todo con impactos bruscos, por ejemplo, cuando un portátil se cae.

Toshiba Storage Products Division ha desarrollado una eficaz tecnología para evitar los daños que se producen por el impacto tras una caída. El principio es tan simple como eficaz: cuando se detecta una posible aceleración de caída, los cabezales de lectura/escritura se retiran de su ubicación sobre los medios y se bloquean en una posición segura. Dicho de otro modo: la resistencia a golpes de la unidad aumenta notablemente.

Como es lógico, la tecnología es más complicada. Un sensor de tres ejes, un denominado "acelerómetro lineal de baja potencia", mide la magnitud de aceleración, que en condiciones normales es de aproximadamente 1 G. Cuando un disco duro está cayendo, la magnitud de aceleración cambia a aproximadamente 0 G. El sensor detecta esta fase de transición de 1 G a 0 G y retira los cabezales de lectura y escritura de los medios para que no entren en contacto con ellos, con lo que evita la HDI.

El acelerómetro es tan rápido, que detecta una caída a tan poca distancia como 10 cm (4 pulgadas) y bloquea los cabezales de lectura y escritura. Dicho de otro modo, todo el proceso de medida del cambio en la fuerza G y retirada y bloqueo de los cabezales lleva menos de 150 milisegundos.

Las unidades de disco duro Toshiba con tecnología Free Fall Sensor (sensor de caída libre) son la primera opción para dispositivos de almacenamiento realmente móviles.

HAMR es un acrónimo de Heat-Assisted Magnetic Recording.

Describe una tecnología de grabación vanguardista en HDD que permite unas densidades de área aún más alta en medios de unidades de disco duro que la que se consigue con la PMR (Perpendicular Magnetic Recording, grabación magnética perpendicular).

Con la HAMR, los datos se graban magnéticamente en medios de almacenamiento especiales de alta estabilidad una vez que el punto preciso en que los bits de datos se van a grabar se haya calentado mediante asistencia térmica láser. Al calentarse, resulta más fácil escribir en el medio y el rápido enfriamiento subsiguiente estabiliza los datos escritos.
Los materiales de estos medios pueden almacenar bits únicos en un área mucho más pequeña sin verse limitados por el "efecto superparamagnético". Es el mismo efecto que limita las densidades de áreas de las placas utilizadas en unidades de disco duro convencionales grabadas con LMR (Longitudinal Magnetic Recording, grabación magnética longitudinal).
La única pega es que hay que calentarlos para aplicar los cambios en la orientación magnética.

La HAMR no aparecerá en productos de HDD generales antes de 2010 y será posible conseguir 50 terabits por pulgada cuadrada en densidades de área en 2020 o después. La transición de PMR a HAMR podrá iniciarse a partir de 2010.

La cantidad de productos que usan almacenamiento en disco duro es muy grande y sigue creciendo. Cada vez más productos de consumo requieren una mayor capacidad de almacenamiento para satisfacer las demandas actuales. La gama de productos con tecnología de almacenamiento Toshiba crece para satisfacer esta demanda. Toshiba fue el primer fabricante del mundo en lanzar unidades de disco duro (HDD) con conectores LIF (Low Insertion Force). La interfaz SATA LIF presenta un producto con un tamaño un 10% menor que las unidades estándar de 1,8 pulgadas que usan microconectores SATA. Este conector de menor tamaño garantiza que los productos de Toshiba se encuentren en la mejor posición para satisfacer las demandas de los principales fabricantes de pequeños dispositivos portátiles, como tablet PC, cámaras de vídeo digitales y reproductores multimedia.

                    ZIFF HDD                                                   LIF HDD

En los modernos sistemas informáticos de la actualidad, el soporte para entornos de varios usuarios y multitarea es un requisito fundamental.  Con frecuencia, realizamos varias actividades al mismo tiempo, como ver películas, reproducir música, comprobar el correo electrónico, navegar por Internet y, en ocasiones, compartir recursos comunes del sistema con otros usuarios.  

La cola de comandos nativa (NCQ, sus siglas en inglés) es una tecnología diseñada para mejorar el rendimiento y la fiabilidad de las unidades de disco duro (HDD) SATA en ciertas condiciones de carga de trabajo al permitir a la HDD optimizar de manera inteligente el orden en el que se ejecutan los comandos de lectura y escritura recibidos. De este modo, es posible mejorar la eficiencia del procesamiento de comandos de la HDD, lo que permite reducir la carga de trabajo mecánica y mejorar el rendimiento global de la unidad. Sin la NCQ, la HDD completaría cada comando de lectura y escritura en el orden de recepción, lo que reduce la eficiencia y el rendimiento.

Las principales ventajas de la NCQ son las siguientes:

• Ideal para entornos de varios usuarios y multitarea.
• Funciona en todos los sistemas en los que los controladores de host admiten la característica NCQ de SATA, como PC de escritorio, estaciones de trabajo, servidores de contenido multimedia digital, servidores de entrada, así como PC y sistemas portátiles de alto rendimiento.
• Proporciona una compatibilidad total con versiones anteriores de sistemas que no admiten la NCQ.
• Permite ordenar los comandos por el dispositivo de almacenamiento para mejorar la eficiencia del rendimiento de sus transferencias de datos.
• Mejora el rendimiento del tiempo de búsqueda de los discos duros y permite a las unidades de estado sólido acceder a la cola de comandos almacenados para aumentar el rendimiento.

La NCQ se suele utilizar para mejorar el rendimiento en servidores con grandes cargas de trabajo y estaciones de trabajo de alto rendimiento. También se usa para optimizar el rendimiento del PC en diversas operaciones, como copiar archivos y arrancar el sistema.

Las unidades de disco duro convencionales que usan la "grabación magnética perpendicular (LMR) almacenan los datos en un disco magnético como bits magnéticos microscópicos alineados en el plano. A pesar de que los avances en los recubrimientos magnéticos siguen mejorando la densidad de grabación de datos en las HDD, los bits magnéticos se rechazan entre sí debido a la alineación en plano.

Amontonar más bits en un disco supone llegar poco a poco a un punto en el que la acumulación degenere la calidad de los bits grabados (emparejamiento magnético). En el peor de los casos, empiezan a darse la vuelta: los bits afectados pierden la orientación y la información se pierde. Esto recibe el nombre de "efecto superparamagnético". Este problema pone barreras a las capacidades de almacenamiento.

La solución a este problema se denomina "grabación magnética perpendicular" (PMR, sus siglas en inglés), mediante la cual los bits magnéticos no se alinean en el plano, sino verticalmente. Al disponer los bits magnéticos en vertical, la grabación perpendicular refuerza el emparejamiento magnético entre los bits cercanos, con lo que se obtiene una densidad de grabación estable más alta y una mayor capacidad de almacenamiento. Al utilizar PMR, la capacidad de las unidades de disco duro se aumenta hasta 10 veces. Además, por la mayor densidad de datos, la tasa de transferencia de datos también aumente si se compara con las HDD que usan la técnica LMR.

Uno de los desafíos técnicos al desarrollar la PMR fue el hecho de que las características físicas de los medios PMR requieren un espacio mucho más estrecho entre el cabezal de lectura/escritura y los medios para poder leer y escribir datos.

El profesor Shun'ichi Iwasaki del Instituto de Tecnología de Tohoku en Japón determinó inicialmente en 1976 que era posible aumentar la densidad de área de medios de datos organizando los bits magnéticos verticalmente a la dirección giratoria de los medios en lugar de horizontalmente.

Toshiba ha desarrollado la tecnología de compensación de la vibración por el giro para contrarrestar el efecto que tiene la vibración del sistema en los discos duros Toshiba.

Los sensores de vibración por el giro (RVS, por sus siglas en inglés) permiten a las HDD Toshiba operar de manera más eficiente en entornos en los que se puede producir una elevada vibración por el giro, como matrices de almacenamiento o servidores. Cuando una HDD sufre vibraciones por el giro, el rendimiento puede empeorar. Cuando hay varias unidades cercanas, como en una matriz de almacenamiento, cada unidad vibra como resultado natural del posicionamiento del cabezal sobre el disco giratorio. En ocasiones, el efecto acumulado de las operaciones de estas unidades crea armónicos que provocan vibraciones mucho más altas. Dado que las actividades de las HDD afectan a toda la matriz, la operación de cada disco del sistema puede verse afectada progresivamente, lo que desembocaría en un descenso significativo de la velocidad de transferencia de datos. La sensibilidad a estas vibraciones es mayor a medida que la densidad del almacenamiento de datos en la unidad sigue creciendo, lo que en ocasiones provoca que los cabezales de lectura y escritura se salgan de la pista por vibraciones de menor intensidad.

La nueva tecnología de sensores de vibración por el giro que se emplea en las HDD Toshiba nota la vibración por el giro externa y utiliza un sistema de retroalimentación para producir un movimiento que contrarresta dicha vibración en los cabezales de lectura y escritura de la HDD. El sensor de vibración por el giro permite a la unidad compensar cualquier vibración por el giro generada en la misma unidad o de manera externa (ventiladores, chasis de mala calidad, etc.), así como seguir leyendo y escribiendo a la vez que mantiene su elevado rendimiento.
 

La información de una unidad de disco duro, conocida como HDD, suele ser más valiosa que el propio dispositivo. Los datos de una empresa son uno de sus activos de mayor valor. La revelación no autorizada de datos puede tener cualquier origen, desde el responsable de informática de la empresa hasta un centro de datos administrado por nidos. Las soluciones basadas en software no pueden proporcionar la seguridad necesaria para una protección totalmente fiable. SED, la nueva solución basada en hardware, se utiliza ahora para establecer una identidad digital segura, mejorando así la protección.

Las unidades con cifrado propio (SED) de 2,5 pulgadas de Toshiba proporcionan un cifrado de hardware avanzado y una autenticación de acceso segura para ayudar a los departamentos de TI a implementar de forma económica una seguridad sólida sin interrumpir el flujo empresarial ni afectar al rendimiento de las aplicaciones. Diseñados de acuerdo con la especificación "Opal SSC" de Trusted Computing Group, los modelos SED de Toshiba se benefician de la amplia compatibilidad disponible en el sector para las características y funciones de seguridad TCG estándar del sector.

Los procesos de cifrado SED son transparentes para las aplicaciones y sistemas operativos. A diferencia del cifrado con software, que depende del rendimiento de la CPU y la capacidad de memoria del sistema, el cifrado con hardware SED se produce dentro del disco duro a la máxima velocidad de E/S de almacenamiento, lo que garantiza que los usuarios no aprecien una reducción en el rendimiento de la aplicación.

Tecnología de invalidación de datos, un paso adelante en la seguridad de los datos

‏El cifrado con hardware integrado en el sistema electrónico del controlador de la HDD ofrece rendimiento, un coste global inferior y más ventajas de seguridad que las que ofrece el cifrado mediante software. El cifrado AES-256 de calidad gubernamental, seguro y exclusivo de Toshiba está certificado por el Instituto Nacional de Normas y Tecnología de EE.UU. (NIST, National Institute of Standards and Technology) a través de su Programa de Validación de Algoritmos Criptográficos (CAVP, Cryptographic Algorithm Validation Program). Dado que el proceso de cifrado se produce dentro de la HDD, los datos almacenados permanecen protegidos de todo tipo de ataques utilizados para poner en peligro el cifrado con software.

La "tecnología de invalidación de datos" única de Toshiba aprovecha al máximo el sistema de cifrado. SED puede almacenar datos en un área de "borrado automático", en la que los datos se eliminan inmediatamente cuando el sistema host se desconecta, la unidad se apaga o si se extrae la unidad. El proceso de borrado se realiza eliminando la clave de cifrado para el área de borrado automático, que genera el host cada vez que se enciende la unidad. Por esta razón, cuando la unidad se vuelve a conectar, el área de borrado automático se puede utilizar con una nueva clave, pero todos los datos anteriores se habrán borrado con seguridad permanentemente junto con su clave. El uso de la función de borrado automático junto con el cifrado estándar en la misma HDD permite administrar distintos tipos de datos de forma independiente, en función de su tipo y nivel de seguridad.

 

Esta tecnología de invalidación de datos se aplica a dispositivos de almacenamiento compartido y almacenamiento de datos de una sola sesión. Por ejemplo, en una impresora multifunción en la que se almacenan datos importantes, estos se deben borrar cuando la unidad se devuelve a la empresa de alquiler o protegerlos en caso de que la impresora falle. En este ejemplo, toda la información confidencial, los faxes y los trabajos de impresión se borran con seguridad de forma instantánea y automática del área de borrado automática, pero el material menos importante se protege con el cifrado AES256 y se conserva en el SED.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La necesidad de contar con un ancho de banda y una flexibilidad mayores ha hecho que se introduzca la interfaz SAS para sustituir a la interfaz SCSI paralela, que apareció por primera vez durante la década de los 80 en centros de datos y estaciones de trabajo. En comparación con la SCSI, la interfaz SAS tiene varias ventajas. Puede operar a más de 10 000 RPM y es más fiable. Las unidades SAS se suelen utilizar en servidores y estaciones de trabajo de gama alta en entornos en los que la velocidad y la frecuencia de E/S son muy importantes. Además, con las unidades SAS, los usuarios cuentan con detección y corrección completas de errores durante el proceso de lectura y escritura. También proporciona protección de datos cuando estos se utilizan, lo que garantiza la integridad de los datos durante el proceso de lectura y escritura. En aplicaciones en línea y transaccionales se prefieren unidades SAS de clase Enterprise por su excepcional rendimiento y fiabilidad.

El crecimiento casi exponencial y continuo de los datos, la gestión de los datos y los requisitos de las aplicaciones y entornos informáticos empresariales de la actualidad, hacen que cada vez sea más importante garantizar que los criterios de accesibilidad, disponibilidad, rendimiento y fiabilidad se cumplan en todo momento. Junto con estas expectativas, los avances en la tecnología y las técnicas de almacenamiento que usan unidades de estado sólido (SSD) indican que la calidad de la memoria flash basada en NAND ha alcanzado una posición que le permite ofrecer fiabilidad para datos esenciales junto con tasas de transferencias de datos que suponen una mejora considerable respecto a los discos duros giratorios tradicionales. La SSD asigna eficazmente una memoria de semiconductor a un controlador de memoria y un sistema electrónico de interfaz que permite al dispositivo de almacenamiento flash emular los comandos y operaciones de una HDD.

La primera generación de eSSD de Toshiba utiliza memoria flash NAND de celda de nivel simple de clase Enterprise de 32 nm y una interfaz SCSI en serie de 6 Gb/s.

Se prevé que eSSD reemplace a la tecnología tradicional basada en eje mecánico en la mayoría de las aplicaciones basadas en el rendimiento de alta gama. Resulta ideal para aplicaciones esenciales en las que se requiere fiabilidad, rendimiento y expectativas a largo plazo.

En unidades de estado sólido empresariales (eSSD), una celda de nivel simple (SLC) es un elemento de memoria capaz de almacenar datos en celdas de memoria individuales.

La SLC escribe en la eSSD y mediante una lógica de control "más simple" de 1 bit, frente a los 2 bits que usa la celda de varios niveles (MLC), y tiene la ventaja de que consume menos energía.  Además, las operaciones programáticas en los chips de la SLC duran 100 000 ciclos, diez veces más que en la MLC. Gracias a su rapidísima velocidad de transferencia y a su alta fiabilidad, la memoria SLC se usa en SSD de alto rendimiento.

Es el número máximo de ciclos de programa/borrado que una celda está diseñada para alcanzar antes de llegar al final de su vida útil y a la descomposición de la estructura de la celda, lo que provocará la pérdida de retención de datos y fiabilidad.

Es el período de tiempo durante el que se espera que los datos almacenados sigan siendo recuperables y sin daños durante la vida útil del dispositivo de almacenamiento. La estructura de la celda se degrada al acercarse a la resistencia máxima o, dicho de otro modo, cuanto más se acerca el recuento PE (Program/Erase, programa/borrado) al valor que representa la esperanza total de vida útil. Si se observa el almacenamiento a largo plazo en condición de apagado (conservación/archivado), el período puede ser de tan solo 3 meses si una celda está al 100% de su resistencia debido a un mayor potencial de descomposición de la celda y de pérdida del valor almacenado.

Es en esencia la capacidad de exceso asignada al dispositivo de almacenamiento, para permitir que las celdas alcancen el 100% de resistencia (se ha alcanzado la esperanza de vida útil) dentro del período de uso con garantía del dispositivo de almacenamiento. La capacidad de exceso se aplica y se asigna para compensar la pérdida de celdas de almacenamiento utilizables. Por lo general, la cifra aceptada está en torno al 25 o 28% del punto de capacidad adquirido.

Cada celda de memoria tiene una vida finita: su estructura se descompone y se agota. Para asegurar que todas las celdas estén sometidas al mismo desgaste, se mantiene un recuento PE (Program/Erase, programa/borrado) en el nivel de bloques (sectores). Una vez que el recuento alcanza un umbral predeterminado, el contenido colectivo de los datos de las celdas se reasignan a un sector de una celda más joven. Existen dos tipos de implementación:
La nivelación de desgaste estática, que es un algoritmo que se dirige a datos que rara vez cambian en archivos de SO. Estas celdas permanecerán infrautilizadas si no se gestionan, por lo que el contenido de los datos se asigna a celdas más maduras, liberando las celdas más jóvenes para el almacenamiento de datos con cambios más frecuentes.
La nivelación de desgaste dinámica es el algoritmo de uso general que se ejecuta cada vez que se mueven los datos de la memoria intermedia y se escribe en la memoria flash. El algoritmo de desgaste dinámico garantiza que los ciclos de programa y borrado de datos se distribuirán uniformemente en todos los bloques dentro de la memoria NAND.

Los dispositivos NAND almacenan un bit de información por celda de memoria. Una unidad SLC tiene un rendimiento más rápido, menor consumo de energía, pero menor capacidad.

Los dispositivos NAND pueden almacenar más de un bit de información por celda de memoria eligiendo entre varios niveles de carga eléctrica que se aplicará a las puertas flotantes de sus celdas. Esta tecnología permite un almacenamiento de mayor densidad en un factor de forma pequeño, así como un almacenamiento por gigabyte más eficiente.

La tecnología de proceso de clase o tamaño de pastilla tiene que ver con la técnica de fabricación del dispositivo actual NAND de semiconductor CMOS. Es lo mismo que el espacio de puerta de transistor o, dicho de otro modo, la densidad de empaquetado de transistores que componen las celdas de memoria (unos 2 millones).

El avance de la tecnología se estima de la forma siguiente:
32 nm - 2010
22 nm - 2011 aprox.
16 nm - 2013 aprox.
11 nm - 2015 aprox.

Proporcione alimentación de respaldo durante un período de tiempo limitado a la memoria caché SDRAM para preservar el contenido de los datos y evitar daños o pérdidas. PLP (Power Loss Protection, protección contra pérdida de alimentación) está diseñado para durar 55 ms con el diseño de las eSSD Toshiba, para permitir que el contenido de la caché se mueva y se escriba en la memoria flash NAND.