I più recenti sistemi operativi per computer (OS) sono stati progettati per funzionare efficacemente con unità Advanced Format (AF) che supportano l'emulazione 512 (512e). Le nuove unità AF 512e offrono prestazioni superiori rispetto a quelle dei modelli legacy da 512 byte per settore, se correttamente configurate con il file system host. Nelle applicazioni per PC, il file system host è determinato principalmente dall'OS installato sul computer.

Toshiba AF Whitepaper

Maggiori informazioni su Advanced Format sono disponibili qui.

Toshiba ha presentato la tecnologia Discrete Track Recording (DTR) nel settembre del 2007.
DTR è una nuova tecnologia di registrazione all'avanguardia, che aumenterà la capacità dei media di archiviazione utilizzati nelle unità disco PMR fino al 50%. Perciò sarà la chiave per portare la capacità degli HDD di piccole dimensioni, come i modelli da 1,8 e 2,5 pollici, verso livelli di capacità ancora più elevati.
Gli HDD di piccole dimensioni trovano oggi applicazione nei PC portatili, in tutti i tipi di lettori multimedia portatili, nelle videocamere digitali e anche nei sistemi di navigazione automobilistici. Questo mercato è caratterizzato da una forte richiesta di una maggiore capacità di archiviazione dati.

La tecnologia DTR, come suggerisce il nome, separa le tracce di dati parallele sui media HDD inserendo degli spazi, anche chiamati "scanalature". La separazione riduce l'interferenza tra le tracce dati adiacenti, migliorando la qualità del segnale e consentendo una riduzione del passo delle tracce. Le tracce, essendo più sottili, potranno risiedere in maggiore numero sul disco. Questo permetterà di raggiungere densità di registrazione fino a 516 megabit per mm2 (333 gigabit per pollice quadro).

Questa tecnica è anche applicata al pattern servo, un gruppo di informazioni supplementari aggiunte al disco, che costituiscono una parte essenziale del sistema di posizionamento della testina di lettura/scrittura.

La tecnologia DTR è basata su uno studio dell'organizzazione giapponese New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).

Toshiba si attende di occupare una posizione di leader nell'industria per la produzione di massa di HDD con tecnologia DTR integrata. Il progetto corrente è di avviare la produzione di massa di unità DTR nel corso del 2009.

Tradizionalmente gli HDD Toshiba impiegano motori per la rotazione dotati di cuscinetti a sfere. Si tratta di sfere in metallo lubrificate con un sottile strato di grasso. Le imperfezioni nella sfericità delle sfere e nelle sedi (in cui le sfere risiedono) causano vibrazioni che possono comportare dei problemi (una maggiore incidenza di "Non-Repeatable Run Out" - NRRO) al sistema servo. Inoltre, i cuscinetti a sfere si deteriorano con l'uso frequente, e maggiormente quando sono soggetti a urti. Un sintomo del deterioramento è l'aumento della rumorosità del motore di rotazione e il degrado delle prestazioni di lettura/scrittura.

Una soluzione a questi inconvenienti è l'uso di motori di rotazione con cuscinetti fluido-dinamici (FDB). I motori FDB utilizzano un olio lubrificante al posto dei cuscinetti a sfera per separare il rotore dallo statore.
I vantaggi nell'uso di un motore FDB:

• Sostanziale riduzione di NRRO a favore delle prestazioni servo. Ciò permette una maggiore densità areale.
• Maggiore affidabilità per l'assenza di cuscinetti a sfere in metallo.
• Maggiore silenziosità per l'assenza di cuscinetti a sfere in metallo.
• Incremento delle prestazioni anti shock a riposo.

I notebook sono stati migliorati per aumentarne la mobilità. Un hard disk di piccole dimensioni, come un HDD da 2,5" e 1,8", è uno dei suoi componenti principali, esposti ai medesimi rischi del notebook stesso: Urti, vibrazioni e, ancora più grave, l'impatto dopo una caduta.

Uno dei rischi peggiori al quale è soggetto un hard disk è la cosiddetta "interferenza testina-disco" (HDI), un fenomeno che comporta la collisione tra due delle parti più sensibili dell'HDD, la testina di lettura/scrittura e la superficie del media di archiviazione. A causa dell'impatto si può danneggiare non solo la testina, ma anche i preziosi dati archiviati sull'hard disk possono venire danneggiati o persi. Nella maggior parte dei casi, le cause sono dovute agli urti e colpi, ad esempio una caduta del laptop.

Toshiba Storage Device Division ha sviluppato un'efficace tecnologia per prevenire i danni causati da un impatto a seguito di una caduta libera. Il principio è semplice quanto efficace: Quando viene rilevata un'accelerazione che indica una potenziale caduta, le testine di lettura/scrittura vengono allontanate dalla superficie del media e bloccate in posizione sicura. In altre parole: La resistenza agli urti del disco viene notevolmente aumentata.

Ovviamente, la tecnologia è più complessa. Un sensore a tre assi, il cosiddetto "Accelerometro lineare a basso consumo", misura l'entità dell'accelerazione, che in condizioni normali è di circa 1 G. Durante una caduta dell'hard disk, la misura dell'accelerazione passa a circa 0 G. Il sensore rileva la fase di transizione da 1 G a 0 G e ritrae le testine di lettura/scrittura dal media, prevenendo il fenomeno HDI.

L'accelerometro è talmente rapido nell'analisi, che è in grado di rilevare una caduta da 10 cm di altezza, consentendo la messa in sicurezza delle testine di lettura/scrittura. In pratica, l'intero processo di misurazione delle variazioni nella forza G, di ritrazione e messa in sicurezza delle testine, richiede meno di 150 millisecondi.

Gli hard disk Toshiba con la tecnologia FFS sono la prima scelta per tutti i dispositivi di archiviazione veramente portatili.

HAMR è l'acronimo per Heat-Assisted Magnetic Recording.

Descrive una tecnologia futura di registrazione su HDD, che permette di raggiungere densità areali su hard disk ancora maggiori di quanto si ottiene con la tecnologia di registrazione magnetica perpendicolare (PMR).

Tramite HAMR i dati vengono registrati magneticamente su degli speciali media ad alta stabilità, dopo che il punto in cui i bit di dati verranno registrati è stato riscaldato utilizzando un laser termico. Il riscaldamento del media semplifica la fase di scrittura, e il rapido raffreddamento che segue stabilizza i dati scritti.
Questi materiali di supporto possono contenere singoli bit in aree molto più piccole, senza essere limitati dall'"Effetto Superparamagnetico". Si tratta dello stesso effetto che limita le densità d'area dei piatti utilizzati negli hard disk convenzionali, registrati con la tecnologia LMR (Registrazione magnetica longitudinale).
L'unico aspetto delicato di questo sistema è la necessità di riscaldare il materiale perché si possano applicare le modifiche all'orientamento magnetico.

HAMR non apparirà nei prodotti HDD di largo consumo prima del 2010, e dopo il 2020 potrebbe essere possibile introdurre una densità areale di 50 terabit per pollice quadro. La transizione da PMR a HAMR potrebbe iniziare già a partire dal 2010.

La varietà dei prodotti che impiega storage su hard disk è ampia e in grande crescita. Un numero sempre maggiore di prodotti consumer richiede la disponibilità di una notevole capacità di storage per soddisfare la domanda corrente. La gamma di prodotti supportata dalla tecnologia di storage Toshiba risponde efficacemente a questa domanda del mercato. Toshiba è stata la prima azienda al mondo a presentare hard disk (HDD) provvisti di connettori LIF (Low Insertion Force). Le dimensioni della nuova interfaccia LIF SATA consentono lo sviluppo di prodotti il 10% più compatti rispetto alle unità standard da 1,8" con connettori micro SATA. Le dimensioni minori di questo connettore sono fautori della predominanza sul mercato dei prodotti Toshiba, in grado di meglio soddisfare la domanda dei principali produttori di dispositivi mobili compatti, quali tablet PC, videocamere digitali e media player.

                    ZIFF HDD                                                   LIF HDD

Nei moderni e attuali sistemi, il supporto per gli ambienti multi-tasking e multi utente è un requisito fondamentale.  Spesso sono molte le attività in esecuzione contemporaneamente, ad esempio la riproduzione di un film o di musica, il controllo delle email, la navigazione in Internet e talvolta la condivisione delle risorse di sistema comuni con altri utenti.  

NCQ (Native Command Queuing) è una tecnologia sviluppata per incrementare le prestazioni e l'affidabilità degli hard disk SATA (HDD) in determinate condizioni del carico di lavoro, al fine di consentire agli HDD di ottimizzare in modo intelligente l'ordine attraverso il quale vengono eseguiti i comandi di lettura e scrittura ricevuti. Questa funzionalità avanzata è in grado di migliorare l'efficienza di elaborazione dei comandi dell'HDD e, di conseguenza, ridurre il lavoro a carico delle componenti meccaniche ed aumentare le prestazioni complessive dell'unità. In assenza della tecnologia NCQ, l'HDD dovrebbe completare ciascun comando di lettura e scrittura nell'ordine di arrivo, con la conseguente riduzione dell'efficienza e delle prestazioni.

I principali vantaggi di NCQ:

• Ideale per gli ambienti multi-tasking e multi-utente
• Funzionante in tutti i sistemi in cui i controller host supportano la funzione SATA NCQ, inclusi i PC desktop, le workstation, i server per contenuti multimediali digitali, i server entry level, oltre ai PC ad alte prestazioni ed ai notebook
• Garantisce il 100% di compatibilità verso il basso con i sistemi non-NCQ
• Consente la riorganizzazione dei comandi da parte del dispositivo di storage, per incrementare l'efficienza delle prestazioni del trasferimento dati dell'unità stessa
• Migliora le prestazioni del tempo di seek per gli HDD e consente ai dischi allo stato solido di accedere alla coda dei comandi memorizzata per migliorare le prestazioni

NCQ viene spesso impiegata per incrementare le prestazioni nei server con notevoli carichi di lavoro e nelle workstation ad alte prestazioni. Viene anche utilizzata per ottimizzare le prestazioni dei PC durante le attività quali la copia di file e il boot di sistema.

Gli hard disk convenzionali che utilizzano la "Registrazione magnetica longitudinale" (LMR) registrano i dati su un disco magnetico, sotto forma di microscopici bit di magneti allineati sul piano. Sebbene le innovazioni nel campo dei rivestimenti magnetici permettono di migliorare la densità di registrazione dei dati sugli HDD, i bit magnetici si respingono l'uno con l'altro a causa dell'allineamento planare.

Comprimendo un numero sempre maggiore di bit si raggiunge un punto in cui l'eccessivo affollamento causa il degrado della qualità dei bit registrati, dovuta all'interferenza tra i bit (accoppiamento magnetico). Nel caso peggiore i bit iniziano a capovolgersi: I bit coinvolti perdono l'orientamento e causano una perdita di informazioni. Questo effetto viene chiamato "Effetto superparamagnetico". Un problema che ha posto dei limiti per quanto riguarda la capacità di archiviazione, non lontano dall'essere raggiunti.

La soluzione a questo problema è la "Registrazione magnetica perpendicolare" (PMR), in cui i bit magnetici non vengono più allineati in piano, ma orientati verticalmente. Grazie a questa disposizione dei bit, la registrazione perpendicolare rafforza l'accoppiamento magnetico tra i bit vicini, ottenendo densità di registrazione stabili più elevate e migliorando la capacità di archiviazione. Utilizzando la tecnologia PMR, la capacità degli hard disk potrà aumentare fino a 10 volte. Inoltre, grazie alla maggiore densità dei dati, si aumenta la velocità di trasferimento rispetto agli HDD che utilizzano una tecnologia LMR.

Una delle sfide tecniche nello sviluppo della tecnologia PMR è stato il fatto che le caratteristiche fisiche dei media PMR richiedono uno spazio minore tra la testina di lettura/scrittura e il media stesso, per rendere possibile la lettura e scrittura dei dati.

Il professor Shun'ichi Iwasaki del Tohoku Insitute of Technology in Giappone individuò per primo, nel 1976, la possibilità di aumentare la densità d'area dei dati organizzando i bit magnetici in verticale rispetto alla direzione di rotazione del media, anziché in orizzontale.

Toshiba ha sviluppato la tecnologia Anti-Rotational Vibration per contrastare l'impatto delle vibrazioni del sistema sulle sue unità hard disk (HDD).

I sensori RVS (Rotational Vibration Sensors) migliorano l'efficienza operativa degli HDD Toshiba negli ambienti suscettibili alle vibrazioni rotazionali, quali i server o gli array di storage. Quando un HDD è esposto a vibrazioni rotazionali, le prestazioni potrebbero degradarsi. Nelle configurazioni in cui i dischi sono a stretto contatto tra loro, come ad esempio in un array di storage, ciascun disco vibra come conseguenza naturale del posizionamento della testina sul media in rotazione. La somma degli effetti di queste attività dei dischi talvolta genera delle armoniche che inducono delle vibrazioni particolarmente elevate. Dal momento che le attività degli HDD influiscono sull'intero array, il funzionamento di ciascuna unità disco nel sistema può progressivamente venire disturbato, portando ad un significativo calo della velocità di trasferimento dei dati. La sensibilità verso queste vibrazioni cresce di pari passo con la densità di storage dell'unità e tende ad aumentare in continuo, e talvolta anche le più piccole vibrazioni possono causare lo scostamento delle testine di lettura e scrittura dalla traccia.

La nuova tecnologia RVS impiegata negli HDD Toshiba rileva la presenza di vibrazioni rotazionali esterne e impiega un sistema di feedback per produrre un movimento contrario delle testine di lettura e scrittura dell'unità. RVS consente al disco di compensare qualsiasi vibrazione rotazionale generata dal disco stesso, o da agenti esterni (ventole di raffreddamento, telai di bassa qualità, ecc.) e di proseguire con le normali attività di lettura e scrittura conservando le proprie qualità prestazionali.
 

Le informazioni su un'unità hard disk, nota con l'acronimo HDD, sono spesso più preziose del dispositivo stesso. I dati di un'azienda sono uno dei suoi beni di maggiore valore. La diffusione non autorizzata di dati si può verificare ovunque – dal dipartimento IT formato da un singolo addetto al centro dati più esteso. Le soluzioni software non possono fornire la sicurezza richiesta per ottenere una protezione assolutamente affidabile. La nuova soluzione hardware, chiamata SED, viene utilizzata per stabilire una robusta identità digitale, portando la sicurezza ad un livello superiore.

Le unità SED (self-encrypting drive) Toshiba da 2,5 pollici apportano funzionalità di cifratura hardware avanzata e una rigorosa autentifica degli accessi, per aiutare i dipartimenti IT a mettere in atto rigorose procedure di sicurezza a costi molto contenuti, e senza dover forzare un'interruzione delle attività né impattare sulle prestazioni delle applicazioni. Progettate sulla base delle specifiche "Opal SSC" indicate dal Trusted Computing Group, i modelli SED di Toshiba si avvalgono dell'esteso supporto del mercato per le funzioni e le capacità di sicurezza offerte dallo standard TCG.

I processi di cifratura SED sono trasparenti alle applicazioni ed ai sistemi operativi. A differenza della cifratura software, che dipende dalle prestazioni della CPU e dalla capacità di memoria del sistema, la cifratura hardware SED avviene all'interno dell'HDD alla massima velocità di I/O: l'utente non avvertirà alcuna riduzione delle prestazioni.

Data Invalidation Technology - un passo avanti nella sicurezza dei dati

La cifratura hardware integrata nell'elettronica del controller dell'HDD offre vantaggi in prestazioni, contenimento dei costi globali e sicurezza, ben superiori rispetto a quanto offerto dalla cifratura software. L'esclusiva cifratura AES-256 di Toshiba è robusta e soddisfa le rigorose specifiche per gli ambienti governativi, ed è certificata dal NIST (US National Institute of Standards and Technology) attraverso il programma CAVP (Cryptographic Algorithm Validation Program). Dal momento che il processo di cifratura avviene all'interno dell'HDD, i dati archiviati rimangono protetti contro ogni tipo di attacco intentato per compromettere la cifratura software.

In risposta alla richiesta di maggiore larghezza di banda e flessibilità, è stata introdotta l'interfaccia SAS in sostituzione a parallel SCSI, apparso agli inizi degli anni 80 nei centri dati e nelle workstation. Comparato a SCSI, SAS offre diversi vantaggi. Può operare ad oltre 10000 RPM ed è più affidabile. Le unità SAS vengono tipicamente utilizzate nei server e nelle workstation di fascia alta in cui velocità e frequenza di I/O sono molto importanti. Con le unità SAS inoltre, vengono rese disponibili le funzioni di rilevazione e correzione degli errori durante il processo di lettura e scrittura. Per garantire l'integrità dei dati durante la lettura e scrittura, é stata implementata la protezione dei dati durante il trasferimento. Le unità SAS classe enterprise sono preferibili nelle installazioni transazionali on line, per la loro eccezionale affidabilità e le ottime prestazioni.

A fronte della previsione di crescita esponenziale dei dati, della gestione di tali dati e della domanda di prestazioni promossa dalle applicazioni e dagli ambienti informatici aziendali, è sempre più importante garantire accessibilità, disponibilità, continuità operativa, prestazioni ed affidabilità 24x7. Di pari passo con queste aspettative, le innovazioni nella tecnologia di storage e nelle tecniche basate sulle unità allo stato solido (SSD) hanno confermato che la qualità della memoria flash NAND si è ormai consolidata in tutte le applicazioni che richiedono affidabilità dei dati mission-critical e buone velocità di trasferimento dati, proponendosi come un netto miglioramento rispetto ai tradizionali HDD a rotazione.  SSD colloca in effetti la memoria a semiconduttore dietro ad un controller di memoria e all'elettronica d'interfaccia, consentendo al dispositivo di storage flash di emulare i comandi e le operazioni di un HDD.

La prima generazione di eSSD di Toshiba sfrutta la memoria flash NAND SLC (single-level cell) di classe enterprise da 32 nanometri (nm) e un'interfaccia SAS Serial SCSI a 6 Gb/sec.

eSSD è candidata a sostituire la tecnologia meccanica tradizionale, nella maggior parte delle applicazioni ad alte prestazioni. Le sue caratteristiche la rendono perfetta per le applicazioni mission critical in cui sono richieste affidabilità, prestazioni e lunga durata.

Nei dischi allo stato solido Enterprise (eSSD), un SLC (Single-Level Cell) è un elemento di memoria in grado di archiviare dati in celle di memoria distinte.

SLC accede e legge eSSD per mezzo di una logica di controllo "semplificata" ad 1 bit, al contrario dei 2 bit usati dal MLC (Multi-level Cell), ed ha il vantaggio di un consumo di corrente ridotto.  Inoltre, la durata utile dei chip SLC è certificata su 100.000 cicli, dieci volte superiore agli MLC. Per l'elevatissima velocità di trasferimento e la notevole affidabilità, negli SSD ad alte prestazioni viene impiegata memoria SLC.

Questo è il numero massimo di cicli di programmazione/cancellazione per i quali è progettata una cella prima che raggiunga la fine della propria vita utile e il decadimento della sua struttura, causando la perdita della ritenzione dei dati e dell'affidabilità.

Questo è il periodo di tempo per cui è previsto che i dati memorizzati nella cella rimangano reperibili ed integri nel corso della vita del dispositivo di storage. La struttura della cella si degrada all'avvicinarsi della fine del periodo previsto di durata utile o in altre parole, più si avvicina il numero dei cicli di programmazione/cancellazione della cella al valore che rappresenta l'aspettativa di vita totale. Se si considera la conservazione a lungo termine dei dati in condizione di assenza di alimentazione (conservazione / archiviazione), tale durata può essere di soli 3 mesi se la cella ha raggiunto il 100% della durata prevista, a causa della maggiore probabilità di decadimento della cella e di perdita del dato memorizzato.

Si tratta, in sostanza, di un eccesso di capacità che viene destinato al dispositivo di storage per sostituire le celle che hanno raggiunto il 100% della durata (aspettativa di vita raggiunta) nel corso del periodo di utilizzo garantito del dispositivo di storage. Tale eccesso di capacità viene attivato e allocato per compensare la perdita di celle di memoria utilizzabili. La quantità generalmente adottata varia tra il 25 e il 28% del livello di capacità acquistata.

Ogni cella di memoria ha una durata limitata, la sua struttura si degrada e si esaurisce. Per garantire che ogni cella sia soggetta alla stessa quantità di usura, viene tenuto un conteggio dei cicli di programmazione/cancellazione (Program/Erase - PE) a livello di blocco (settore). Quanto il conteggio raggiunge una soglia predeterminata, l'intero contenuto del gruppo viene riassegnato ad un gruppo / settore di celle meno utilizzato. Esistono due tipi di implementazione:
Static Wear Levelling è il livellamento statico dell'usura, un algoritmo usato per dati memorizzati che cambiano raramente, come i file del sistema operativo. Queste celle resterebbero sottoutilizzate se non gestite, quindi il loro contenuto di dati viene riassegnato a celle più mature, liberando le celle più giovani per l'utilizzo per dati che cambiano più frequentemente.
Dynamic Wear levelling, livellamento dinamico dell'usura è l'algoritmo generico che viene eseguito ogni volta che i dati nel buffer vengono svuotati e scritti in flash. L'algoritmo di gestione dinamica dell'usura garantisce che i cicli di programmazione e cancellazione vengano distribuiti uniformemente tra tutti i blocchi all'interno della NAND.

I dispositivi NAND memorizzano un bit di informazioni per ogni cella di memoria. Un'unità SLC ha maggiori prestazioni, minori consumi ma una minore capacità.

I dispositivi NAND possono memorizzare più di un bit di informazioni per cella di memoria, scegliendo tra più livelli di carica elettrica da applicare alle porte flottanti delle sue celle. Questa tecnologia consente una maggiore densità di storage in un fattore di forma ridotto ad più costo più vantaggioso economicamente per gigabyte.

La tecnologia di fabbricazione o dimensione dei chip si riferisce alle attuali tecnologie di produzione dei dispositivi NAND di semiconduttori CMOS. Indica il passo tra i gate dei transistor o, in altre parole, la densità di impacchettamento dei transistor che compongono le celle di memoria (circa 2 milioni).

Gli avanzamenti tecnologici previsti sono i seguenti:
32 nm — 2010
22 nm — circa 2011
16 nm — circa 2013
11 nm — circa 2015

Forniscono alimentazione di backup per un periodo limitato di tempo alla memoria cache SDRAM, al fine di preservarne i dati memorizzati e proteggerli dalla corruzione o perdita. Power Loss Protection (PLP) è progettato per durare 55 ms nei prodotti Toshiba eSSD, per consentire di scaricare il contenuto della cache e scriverlo in NAND flash.