De meest recente besturingssystemen van computers zijn ontworpen om effectief te werken met AF (Advanced Format) harde schijven die 512e (512 emulation) ondersteunen. AF 512e harde schijven kunnen superieure prestaties leveren vergeleken met oude schijfmodellen met 512 byte per sector, mits ze op de juiste manier met het hostbestandssysteem worden geconfigureerd. Het hostbestandssysteem op pc's wordt primair bepaald door het besturingssysteem dat op de computer is geïnstalleerd.

Whitepaper over Toshiba AF

Hier vindt u meer informatie over Advanced Format.

In september 2007 lanceerde Toshiba de DTR-technologie (Discrete Track Recording).
DTR is een nieuwe, baanbrekende opnametechnologie die de capaciteit van de media in PMR harde schijven tot wel 50% vergroot. Met name de HDD's met kleine behuizingen, zoals de schijven van 1,8 en 2,5 inch, zullen hierdoor een heel nieuwe capaciteit krijgen.
HDD's met kleine behuizingen zijn nu te vinden in toepassingen zoals mobiele pc's, draagbare multimediaspelers, digitale videocamera's en autonavigatiesystemen. In deze markt is grote vraag naar grotere gegevenscapaciteit.

Zoals de naam al doet vermoeden, worden door middel van de DTR-techniek parallelle gegevenstracks op HDD-media gescheiden door tussenruimtes, of zogenaamde “groeven”, in te voegen. Door deze scheiding is er minder signaalstoring tussen aangrenzende gegevenstracks. Dit leidt tot betere signaalkwaliteit en kortere pitches van de tracks. De tracks kunnen smaller worden gemaakt, waardoor er meer op de schijf passen. Hierdoor is een opnamedichtheid tot wel 516 megabits per mm2 (of 333 gigabits per vierkante inch) mogelijk.

De techniek wordt ook op het servopatroon toegepast. Hierbij wordt extra informatie aan de schijf toegevoegd, wat een essentieel onderdeel van het plaatsingssysteem van de lees/schrijfkop vormt.

De DTR-technologie is gebaseerd op het onderzoek van de Japanse NEDO (New Energy and Idustrial Technology Development Organization).

Toshiba verwacht de koploper in de branche te worden wat de massaproductie van DTR-technologie voor HDD's betreft. De bedoeling is de massaproductie van DTR-schijven in de loop van 2009 op te starten.

Meestal worden in HDD's van Toshiba spindelmotoren met kogellagers gebruikt. In deze kogellagers zitten metalen kogels die worden gesmeerd met een dun laagje vet. Oneffenheden in de bolheid van de lagers en in de loopvlakken (waarin de lagers zich bevinden) zorgen voor willekeurige trillingen die problemen (verhoogde NRRO ("Non-Repeatable Run Out")) in het servosysteem kunnen veroorzaken. Daarnaast kunnen de kogellagers door continu gebruik gaan slijten. Dit is zelfs nog meer het geval als ze aan overmatige schokken worden blootgesteld. Een teken van deze slijtage is dat de spindelmotor meer lawaai gaat maken en dat de lees- en schrijfsnelheid achteruit gaat.

Deze problemen kunnen onder andere worden opgelost door spindelmotoren met een FDB (Fluid Dynamic Bearing) te gebruiken. FDB-motoren maken gebruik van smeerolie in plaats van metalen kogellagers tussen de rotor en de stator.
Voordelen van een FDB-motor:

• Sterke vermindering van NRRO zodat de servoprestaties verbeteren. Hierdoor is een hogere oppervlaktedichtheid mogelijk.
• Betere betrouwbaarheid door het ontbreken van metalen kogellagers.
• Stiller door het ontbreken van metalen kogellagers.
• Verbetering van de schokbestendigheid als de schijf niet in gebruik is

Notebooks zijn ontwikkeld om de mens mobieler te maken. Een van de belangrijkste onderdelen is een harde schijf met een kleine behuizing zoals 2,5 of 1,8 inch. De HDD's staan daarom bloot aan dezelfde risico's als het notebook zelf: schokken, trilling en, wat nog veel erger is, de impact nadat het notebook is gevallen.

Een van de schadelijkste zaken die uw harde schijf kan overkomen, is de zogeheten "head disk interference" (HDI), wat niet meer dan een botsing tussen de lees- en schrijfkoppen en het oppervlakte van opslagmedia, oftewel de gevoeligste delen van een HDD betekent. Door deze impact kunnen niet alleen de koppen beschadigd raken, maar kunnen vitale gegevens op de harde schijf beschadigd raken of zelfs verloren gaan. HDI's worden hoofdzakelijk door de impact van schokken veroorzaakt, dus wanneer u een laptop laat vallen.

De afdeling Toshiba Storage Products heeft een effectieve technologie ontwikkeld om schade als gevolg van een impact na een val te voorkomen. Het principe is even eenvoudig als doeltreffend: als een mogelijke valversnelling wordt waargenomen, worden de lees- en schrijfkoppen uit hun locatie boven de media teruggetrokken en in een veilige stand geborgd. Met andere woorden: de bestendigheid tegen schokken van de schijf is aanzienlijk verbeterd.

Uiteraard is de technologie ingewikkelder. Een sensor met drie assen, de zogeheten "lineaire laagstroomversnellingsmeter", meet de grootte van de versnelling, die onder normale omstandigheden circa 1 G bedraagt. Als de harde schijf valt, verandert de grootte van de versnelling in circa 0 G. De sensor detecteer deze overgangsfase van 1 naar 0 G en trekt de lees- en schrijfkoppen van de schijf, zodat een HDI wordt voorkomen.

De versnellingsmeter is zo snel dat een val van slechts 10 cm wordt gedetecteerd en de lees- en schrijfkoppen worden geborgd. Anders gezegd: het hele proces van het meten van de verandering in G-krachten, het terugtrekken en het borgen van de koppen duurt minder dan 150 milliseconde.

Harde schijven van Toshiba met de FFS-technologie zijn de eerste keuze voor echt mobiele opslagapparaten.

HAMR is een acroniem en duidt op magnetische opnamen met behulp van warmte.

De term beschrijft een toekomstige HDD-opnametechnologie waarmee nog hogere oppervlaktedichtheden op harde schijven mogelijk zijn dan wat met PMR (Perpendicular Magnetic Recording) mogelijk is.

Met HAMR worden gegevens magnetisch vastgelegd op speciale, zeer stabiele opslagmedia nadat de exacte plek waar de gegevensbits worden opgeslagen, met thermische lasers is opgewarmd. Zodra de harde schijf is opgewarmd, kan er eenvoudig naar worden geschreven, en door daaropvolgende koeling worden de geschreven gegevens gestabiliseerd.
Met deze mediamaterialen kunnen enkele bits op een veel kleiner gebied worden opgeslagen, zonder door het "superparamagnetische effect" te worden beperkt. Dit is hetzelfde effect dat de oppervlaktedichtheid van platters in conventionele harde schijven die met LMR (Longitudinal Magnetic Recording) zijn vastgelegd, beperkt.
Het enige punt van aandacht is dat ze moeten worden opgewarmd om de wijzigingen in de magnetische oriëntatie te kunnen toepassen.

HAMR wordt niet voor 2010 in algemene HDD-producten toegepast; oppervlaktedichtheden van 50 Terabit per vierkante inch zijn pas mogelijk vanaf 2020 of nog later. De overgang van PMR naar HAMR wordt mogelijk al wel in 2010 gestart.

Er zijn veel producten met een harde schijf en dit aantal blijft stijgen. Steeds meer producten voor consumenten vereisen een steeds grotere opslagcapaciteit om aan de moderne eisen te voldoen. Het assortiment producten met Toshiba-opslagtechnologie wordt uitgebreid om aan deze vraag te voldoen. Toshiba was 's werelds eerste fabrikant die HDD's met een Low Insertion Force-connector (LIF) introduceerde. De nieuwe LIF SATA-interface maakt een product 10% compacter dan 1,8-inch standaardschijven met micro SATA-connectoren. Deze kleinere connectoren zorgen ervoor dat Toshiba-producten het best voldoen aan de eisen van de belangrijkste fabrikanten van compacte mobiele apparaten, zoals tablet-pc's, digitale camcorders en mediaspelers.

                    ZIFF HDD                                                   LIF HDD

In de moderne computersystemen van tegenwoordig is ondersteuning voor multitaskomgevingen en omgevingen voor meerdere gebruikers een fundamentele vereiste.  Vaak voeren we meerdere activiteiten tegelijkertijd uit, zoals films kijken, muziek luisteren, e-mailen en internetten, en in sommige gevallen delen we de gangbare systeembronnen met andere gebruikers.  

Native Command Queuing (NCQ) is een technologie die is ontwikkeld om de prestaties en betrouwbaarheid van SATA harde schijven (HDD) bij bepaalde belastingen te verbeteren door de HDD in staat te stellen intelligent de optimale volgorde te kiezen bij het uitvoeren van de ontvangen lees- en schrijfopdrachten. Hierdoor kan de HDD de opdrachten efficiënter verwerken, zodat de mechanische onderdelen van de drive minder worden belast en de algemene prestaties van de schijf verbeteren. Zonder NCQ zou de HDD elke lees- en  schrijfopdracht uitvoeren in de volgorde van ontvangst, waardoor de opdrachten inefficiënter worden verwerkt en de prestaties afnemen.

De belangrijkste voordelen van NCQ:

• Ideaal voor multitasking en omgevingen met meerdere gebruikers
• Werkt in alle systemen waar hostcontrollers de SATA NCQ-functie ondersteunen, waaronder desktop-pc's, werkstations, servers voor mediacontent, instapmodel servers alsmede hoogwaardige pc's en notebooksystemen
• Is 100% backward compatibel met systemen die NCQ niet ondersteunen
• Opdrachten worden opnieuw geordend door het opslagapparaat, waardoor de gegevensoverdracht efficiënter verloopt
• Verkort de zoektijd op HDD's en geeft solid state-stations toegang tot de opgeslagen opdrachtwachtrij om de prestaties te verbeteren

NCQ wordt vaak gebruikt om de prestaties van krachtige servers en hoogwaardige werkstations te verbeteren. NCQ wordt ook gebruikt om de prestaties van pc's te verbeteren bij het kopiëren van bestanden en het opstarten van het besturingssysteem.

Conventionele harde schijven met LMR ("Longitudinal Magnetic Recording") slaan gegevens als microscopische magneetdeeltjes horizontaal op een magnetische schijf op. Hoewel de gegevensopslagdichtheden van HDD's door ontwikkelingen op het gebied van magnetische coatings steeds beter worden, stoten de magnetische deeltjes elkaar door de horizontale uitlijning af.

Uiteindelijk zal het samendrukken van steeds meer bits op een schijf tot een punt leiden waarop de kwaliteit van de opname door de dichtheid van de bits zal afnemen, omdat de bits invloed op elkaar beginnen te krijgen (magnetische koppeling). In het ergste geval slaan ze over: de aangetast bits verliezen hun oriëntatie en de informatie gaat verloren. Dit wordt het "superparamagnetische effect" genoemd. Dit probleem legde de opslagcapaciteiten steeds sneller aan banden.

De oplossing voor dit probleem is PMR ("Perpendicular Magnetic Recording"), waarbij de magnetische deeltjes niet horizontaal, maar verticaal worden uitgelijnd. Door de magnetische bits rechtop te plaatsen, versterkt de PMR-technologie de magnetische koppeling tussen aangrenzende bits, wat tot stabiele hogere opnamedichtheden en een hogere opslagcapaciteit leidt. Door PMR toe te passen, kan de capaciteit van harde schijven tot wel 10 keer worden verhoogd. Bovendien is de gegevensoverdrachtsnelheid door de hogere gegevensdichtheid ook sneller vergeleken met HDD's die de LMR-techniek gebruiken.

Een van de technische uitdagingen bij de ontwikkeling van PMR was het feit dat door de fysieke kenmerken van de PMR-media een veel smallere tussenruimte tussen de lees- en schrijfkop en de media nodig was om gegevens te kunnen lezen en schrijven.

Professor Shun'ichi Iwasaki van het Tohoku Institute of Technologie in Japan stelde aanvankelijk in 1976 vast dat het mogelijk was de oppervlaktedichtheid van gegevensmedia te vergroten door magnetische bits verticaal in plaats van horizontaal op de draairichting van de media te organiseren.

De Anti Rotational Vibration-technologie is ontwikkeld door Toshiba om de invloed van systeemtrillingen op harde schijven (HDD's) van Toshiba tegen te gaan.

Dankzij Rotational Vibration Sensors (RVS) kunnen Toshiba-HDD's efficiënter werken in omgevingen die gevoelig zijn voor rotatietrillingen, zoals servers of opslag-arrays. Wanneer een HDD wordt blootgesteld aan rotatietrillingen, kunnen de prestaties achteruit gaan. Als een aantal schijven zich dicht bij elkaar bevinden, zoals in een opslag-array, trilt elk station als een natuurlijk gevolg van kopverplaatsingen over de draaiende schijven. Het cumulatieve effect van deze acties kan harmonischen veroorzaken die tot trillingen met veel hogere frequenties leiden. Omdat de activiteit van HDD's invloed heeft op het gehele array, kan de werking van elk schijfstation in het systeem geleidelijk worden verstoord, met als gevolg een aanzienlijke daling van de overdrachtssnelheid. De gevoeligheid voor deze trillingen stijgt naarmate de opslagdichtheid groter wordt, waardoor lees- en schrijfkoppen zelfs al bij kleinere trillingen worden verstoord.

De nieuwe RVS-technologie die wordt gebruikt in harde schijven van Toshiba detecteert de externe rotatietrillingen en maakt gebruik van een terugkoppelingssysteem dat een contrabeweging in de lees- en schrijfkoppen van de HDD produceert. RVS zorgt ervoor dat rotatietrillingen van de schijf zelf, of van buitenaf (koelers, behuizingen van mindere kwaliteit enz.) worden gecompenseerd en dat lees- en schrijfbewerkingen zonder prestatieverlies blijven doorgaan.
 

De informatie op een harde schijf (HDD), is vaak belangrijker dan die schijf zelf. De gegevens van een bedrijf behoren tot de waardevolste activa. Ongeoorloofde toegang tot gegevens kan overal voorkomen: zowel op de IT-afdeling die uit één persoon bestaat als in het best beheerde datacenter. Softwarematige oplossingen bieden niet de veiligheid die is vereist voor volledig betrouwbare bescherming. De nieuwe op hardware gebaseerde oplossing SED wordt nu gebruikt voor een sterke digitale identiteitscontrole, waarmee de beveiliging naar een hoger niveau wordt gebracht.

De 2,5-inch self-encrypting drives (SED's) van Toshiba bieden zowel geavanceerde hardwarecodering als sterke toegangsverificatie om IT-afdelingen te helpen een krachtige, kosteneffectieve beveiliging te realiseren zonder dat bedrijfsprocessen worden onderbroken of prestaties van toepassingen worden beïnvloed. Toshiba SED-modellen zijn ontworpen volgens de “Opal SSC”-specificatie van de Trusted Computing Group en hebben baat bij de uitgebreide ondersteuning die beschikbaar is voor de standaardbeveiligingsfuncties en -mogelijkheden van de TCG.

SED-coderingsprocessen zijn transparant voor toepassingen en besturingssystemen. In tegenstelling tot softwarecodering, dat afhankelijk is van CPU-prestaties en de capaciteit van het systeemgeheugen, vindt de SED-hardwarecodering binnen in de HDD plaats, met de volledige I/O-snelheid voor dataverkeer, dus zonder afbreuk aan het prestatieniveau van toepassingen.

Data Invalidation-technologie; een stap dichter bij gegevensbeveiliging

Ingebouwde hardwarecodering in de elektronica van de HDD-controller biedt betere prestaties, lagere totale kosten en beveiligingsvoordelen ten opzichte van softwarecodering. Het unieke en sterke AES-256-coderingsalgoritme van Toshiba is gecertificeerd door het Amerikaanse NIST (National Institute of Standards and Technology) via het CAVP-programma (Cryptographic Algorithm Validation Program). Dankzij de coderingsprocedure in de HDD blijven opgeslagen gegevens beschermd tegen alle soorten aanvallen die worden gebruikt om softwarecodering te kraken.

Door de vraag naar een grotere bandbreedte en meer flexibiliteit is SAS ingevoerd ter vervanging van de parallelle SCSI-interface, die voor het eerst verscheen in de jaren '80 in datacenters en werkstations. In vergelijking met SCSI heeft SAS verscheidene voordelen. SAS is geschikt voor draaisnelheden boven 10.000 RPM en is betrouwbaarder. SAS-stations worden doorgaans gebruikt in servers en hoogwaardige werkstations in omgevingen waar snelheid en I/0-frequentie zeer belangrijk zijn. Bovendien beschikken gebruikers met SAS-schijven over volledige foutdetectie en foutcorrectie tijdens de lees- en schrijfprocedure. Er wordt ook bescherming geboden van gegevens tijdens het verwerken van die gegevens, zodat u zeker weet dat de integriteit van de gegevens ook tijdens het lezen en schrijven wordt gehandhaafd. Dankzij de uitzonderlijke prestaties en betrouwbaarheid worden Enterprise-klasse SAS-stations bij voorkeur gebruikt voor onlinetoepassingen en transactionele toepassingen.

Met een duidelijk aanhoudende exponentiële groei van gegevens, het beheer van die gegevens en de huidige eisen van zakelijke IT-omgevingen en toepassingen, wordt het steeds belangrijker om de toegankelijkheid, beschikbaarheid, prestaties en betrouwbaarheid 24 uur per dag te waarborgen. De  vooruitgang in de opslagtechnologieën en -technieken met behulp van Solid State Drives (SSD) loopt parallel aan deze verwachtingen. Dit betekent dat de kwaliteit van NAND-flashgeheugen nu op een niveau is dat het een cruciale betrouwbaarheid van gegevens kan bieden en aanzienlijk hogere gegevenssnelheden kan bereiken dan traditionele roterende HDD's.  Bij SSD's wordt er in feite een halfgeleidergeheugen achter een geheugencontroller en interface-elektronica geplaatst, waardoor de flash-component de opdrachten en bewerkingen van een HDD kan emuleren.

Toshiba’s De eerste generatie eSSD's van Toshiba maakt gebruik van enterprise Single-Level Cell (SLC) NAND-flashgeheugen van 32 nm en een seriële SCSI-interface van 6 Gb/s.

De verwachting is dat eSSD de traditionele mechanische op spindelmotoren gebaseerde technologie zal vervangen in de meeste toepassingen die de hoogste prestaties vereisen. Dit past uitstekend bij cruciale toepassingen die vragen om betrouwbaarheid, prestaties en hoge verwachtingen op lange termijn.

Bij Solid State Disks uit de Enterprise-klasse (eSSD) is een Single-Level Cell (SLC) een geheugenelement dat geschikt is voor het opslaan van gegevens in afzonderlijke geheugencellen.

SLC heeft toegang tot en schrijft naar de eSSD door middel van een „eenvoudiger“ besturingslogica met 1 bit versus de 2 bits van Multi-level Cell (MLC). Ook heeft SLC een lager energieverbruik.  Bovendien gaan bewerkingen in SLC-chips 100.000 cycli mee, tien keer langer dan bij MLC. Dankzij de zeer hoge overdrachtssnelheid en de hoge betrouwbaarheid wordt SLC-geheugen gebruikt in hoogwaardige SSD's.

Dit is het maximumaantal programmeer/wiscycli dat een cel volgens het ontwerp kan bereiken voordat de levensduur ervan is bereikt en de degradatie van de cellenstructuur voor gegevensverlies en slechtere betrouwbaarheid zorgt.

Dit is de tijdsperiode waarin de opgeslagen celgegevens naar verwachting nog kunnen worden teruggehaald en nog niet zijn beschadigd gedurende de levensduur van het opslagapparaat. De structuur van de cel neemt af naarmate de levensduur verstrijkt of, met andere woorden, naarmate de PE-telling (programmeren/wissen) dichter bij de waarde die voor de totale levensverwachting staat, komt. Wanneer we kijken naar langdurige gegevensopslag in uitgeschakelde toestand (archivering) kan deze periode zo laag zijn als 3 maanden indien de gegevensbescherming van de cel op 100% zit vanwege het grotere risico op afbraak van de cel en verlies van opgeslagen gegevens.

Dit is in feite overtollige capaciteit die aan het opslagapparaat is toegewezen zodat cellen een databescherming van 100% kunnen bereiken (levensverwachting bereikt) binnen de garantieperiode van het opslagapparaat. Overtollige capaciteit wordt online gebracht en toegewezen om het verlies van bruikbare opslagcellen te compenseren. Over het algemeen worden cijfers tussen 25-28% van de aangekochte capaciteitspunten geaccepteerd.

Elke geheugencel heeft een beperkte levensduur. Hun structuur neemt af en ze verslijten. Om ervoor te zorgen dat elke cel gelijkmatig slijt, is op blokniveau (sectorniveau) een programmeer/wistelling beschikbaar. Zodra deze telling een vooraf vastgestelde drempel heeft bereikt, wordt de gezamenlijke celinhoud aan een jongere celgroep/sector toegewezen. Er bestaan twee soorten implementatie:
Static Wear Levelling is een algoritme dat op opgeslagen gegevens die nauwelijks veranderen is gericht, zoals bestanden van het besturingssysteem. Deze cellen zouden onderbenut blijven als er niets mee wordt gedaan; de gegevensinhoud wordt daarom toegewezen aan rijpere cellen, zodat de jongere cellen beschikbaar blijven voor de opslag van gegevens die vaker worden gewijzigd.
Dynamic Wear Levelling is het algoritme voor algemeen gebruik die telkens wordt uitgevoerd als de gegevens in de buffer worden doorgespoeld en naar flash worden geschreven. Het dynamische slijtagealgoritme zorgt ervoor dat programmeer- en wiscycli van gegevens gelijkmatig over alle blokken binnen de NAND worden verspreid

In NAND-apparaten wordt één bit met informatie per geheugencel opgeslagen. Een SLC-schijf presteert sneller, verbruikt minder energie maar heeft een lagere capaciteit.

Op NAND-apparaten kan meer dan één bit met informatie per geheugencel worden opgeslagen door meerdere niveaus van elektrische lading te kiezen om op de zwevende poorten van de cellen toe te passen. Deze technologie zorgt ervoor dat er in een kleine behuizing opslag met een hogere dichtheid en rendabelere opslag per gigabyte mogelijk is

Klasseprocestechnologie of gietformaat heeft betrekking op de huidige productietechniek voor CMOS NAND-halfgeleiders. Dit wordt vergeleken met de transistorpoortpitch of, met andere woorden, de verpakkingsdichtheid van de transistor die voor de geheugencellen zorgt (circa 2 miljoen).

De ontwikkelingen in de technologie worden als volgt geschat:
32 nm — 2010
22 nm — circa 2011
16 nm — circa 2013
11 nm — circa 2015

Bieden gedurende een beperkte periode een stroomback-up voor het SDRAM-cachegeheugen om de gegevensinhoud te behouden en te beschermen tegen corruptie of verlies. De PLP (Power Loss Protection) is ontworpen om 55 ms lang mee te gaan met het eSSD-ontwerp van Toshiba, zodat de cache-inhoud kan worden doorgespoeld en naar NAND-flash worden geschreven.