Wybrane trendy i technologie
Tutaj znajdziesz informacje o najnowszych i najciekawszych osiągnięciach!
Branża komputerów PC podlega nieustannym zmianom, podobnie jak ściśle z nią związana branża pamięci masowej. W celu dotrzymania tempa najnowszym trendom i technologiom branży pamięci masowej odwiedzaj regularnie stronę Trendów i technologii firmy Toshiba Storage Products Division! Uzyskaj najnowsze informacje na temat technologii dysków twardych i bądź na bieżąco! Pamiętaj, aby odwiedzać naszą stronę regularnie - to najlepsze źródło informacji na temat doskonałych produktów pamięci masowej lidera rynku, firmy Toshiba.
Toshiba – w kontakcie z jutrem.
- Technologie dysków twardych
-
Advanced Format (AF)
Najnowsze systemy operacyjne są opracowywane pod kątem efektywnej pracy z dyskami twardymi w technologii Zaawansowanego formatowania (AF) obsługującymi emulację 512 bajtów (512e). Po odpowiednim skonfigurowaniu z systemem plików hosta dyski twarde AF 512e są w stanie zapewnić wyższą wydajność w porównaniu ze starszymi dyskami o rozmiarze sektora 512 bajtów. W przypadku zastosowań w komputerach PC system plików hosta jest przede wszystkim określany przez system operacyjny zainstalowany na komputerze.
Opracowanie firmy Toshiba na temat technologii AF
Więcej informacji na temat technologii Zaawansowanego formatowania można znaleźć tutaj.
Discrete track recording (DTR)Firma Toshiba zaprezentowała technologię dyskretnego zapisu ścieżek DTR (Discrete Track Recording) we wrześniu 2007 r.
DTR to nowa, przełomowa technologia zapisu danych pozwalająca zwiększyć nawet o 50% pojemność nośników używanych w dyskach PMR. Dzięki temu zwłaszcza dyski twarde o małym rozmiarze, np. 1,8-calowe lub 2,5-calowe, osiągną nowy poziom podwyższonej pojemności.
Dyski twarde o małym rozmiarze są stosowane w przenośnych komputerach PC, wszelkiego rodzaju osobistych odtwarzaczach multimedialnych, cyfrowych kamerach wideo oraz systemach nawigacji samochodowej. Zapotrzebowanie rynkowe na większe pojemności danych jest bardzo duże.Technologia DTR, jak sugeruje jej nazwa, dzieli nośnik dysku twardego na równoległe ścieżki danych, wstawiając pomiędzy nie szczeliny, nazywane również „rowkami”. Taka separacja ogranicza zakłócenia sygnału występujące pomiędzy przylegającymi do siebie ścieżkami danych i prowadzi do polepszenia jakości sygnału oraz umożliwia skrócenie długości ścieżki. Ścieżki mogą dzięki temu stać się węższe, co z kolei umożliwia umieszczenie większej liczby ścieżek na powierzchni dysku. W wyniku tego możliwe jest nagrywanie z gęstościami zapisu do 516 megabitów na mm2 (333 gigabity na cal kwadratowy).
Technologia DTR jest również stosowana do zapisu wzorca pomocniczego, dodatkowych informacji umieszczanych na dysku i zawierających ważne dane na temat systemu pozycjonowania głowicy zapisu/odczytu.
Oparta jest na badaniach organizacji Japan's New Energy oraz Industrial Technology Development Organization (NEDO).
Firma Toshiba oczekuje, że po wprowadzeniu technologii DTR do dysków twardych będzie rynkowym liderem w masowej produkcji tych urządzeń. Według aktualnych planów napędy wykorzystujące technologię DTR mają zostać wprowadzone do masowej produkcji w 2009 r.
Fluid Dynamic Bearing (FDB)W dyskach twardych Toshiba zwykle używa silników wrzecionowych na łożyskach kulkowych. W łożyskach znajdują się metalowe kulki, smarowane cienką warstwą smaru. Mikroskopijne nierówności kulek i bieżni (w których obracają się łożyska) mogą powodować przypadkowe wibracje, obniżające wydajność dysku. Taka wibracja nosi nazwę "niepowtarzalnego bicia" (Non-Repeatable Run Out - NRRO). Zakłóca ona działanie wysoce precyzyjnego procesu pozycjonowania (systemu servo), który kieruje głowice zapisująco-odczytujące nad właściwy obszar nośnika pamięci. Łożyska kulkowe w trakcie normalnej eksploatacji zużywają się, jak każde urządzenie mechaniczne. Zużycie jest dużo większe, gdy dysk zostanie poddany silnym wstrząsom. O zużyciu świadczy głośna praca silnika wrzecionowego oraz spadek wydajności zapisu i odczytu.
Rozwiązanie to silniki wrzecionowe z łożyskami olejowymi FDB. W silnikach FDB wirnik i stojan we wrzecionie są oddzielone łożyskami olejowymi, a nie kulkowymi.
Zalety silnika z FDB:- Znacznie mniejsza liczba NRRO zwiększająca wydajność servo. Pozwala to na uzyskanie większej gęstości zapisu.
- Wyższa niezawodność dzięki bezkontaktowej powierzchni łożyska.
- Cichsza praca w porównaniu z metalowymi łożyskami kulkowymi.
- Zwiększenie odporności na wstrząsy w trybach innych niż praca.
Czujnik swobodnego upadku (Free Fall Sensor - FFS)Notebooki stworzono po to, aby zwiększyć mobilność ich użytkowników. Niewielki dysk twardy, taki jak napęd 2,5-calowy i 1,8-calowy, to jeden z ich głównych elementów. Dlatego jest narażony na takie same ryzyka, jak cały notebook: Wstrząsy, wibracje, a nawet najgorsze z możliwych – uderzenia w wyniku upadku.
Jedną z najgorszych rzeczy, jaka może się przytrafić dyskowi twardemu, jest tzw. kolizja głowicy z powierzchnią talerza (head-disk interference - HDI). Polega ona na zderzeniu się najbardziej czułych części HDD, czyli głowic zapisująco-odczytujących, z powierzchnią nośnika, na którym są zapisywane dane. W wyniku uderzenia głowice mogą ulec uszkodzeniu, ale nie tylko - dane zapisane na dysku twardym mogą też zostać uszkodzone, a nawet utracone. Kolizje głowic są zwykle spowodowane nagłymi uderzeniami, np. przy upuszczeniu laptopa.
Firma Toshiba Storage Products Division opracowała wydajną technologię zapobiegającą uszkodzeniu nośników w wyniku uderzenia po swobodnym upadku. Zasada jest równie prosta, co skuteczna: Przy wyczuciu potencjalnie niebezpiecznego ruchu, głowice zapisująco-odczytujące są wycofywane z dala od powierzchni dysku i blokowane w bezpiecznej pozycji nośnika. Innymi słowy: Odporność napędu na wstrząsy zostaje znacząco zwiększona.
Oczywiście technologia jest bardziej skomplikowana. Czujnik trójosiowy, tak zwany przyspieszeniomierz liniowy o niskim poborze mocy (Low-Power Linear Accelerometer), mierzy wielkość przyspieszenia, która w normalnych warunkach wynosi 1 G. Podczas upadku dysku wielkość przyspieszenia wynosi około 0 G. Czujnik wykrywa zmianę przyspieszenia z 1G do 0G i wycofuje głowice zapisująco-odczytujące od nośników, zapobiegając kolizji.
Przyspieszeniomierz działa tak szybko, że wykrywa upadek z zaledwie 10 cm (4 cali) i głowice są bezpieczne. Innymi słowy, cały proces pomiaru zmiany siły G oraz wycofania i zabezpieczenia głowic trwa mniej niż 150 milisekund.
Dyski twarde Toshiba z technologią czujnika swobodnego upadku są najchętniej wybierane przez producentów prawdziwie mobilnych urządzeń pamięci masowej.
Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR)HAMR to akronim od Heat-Assisted Magnetic Recording (zapis magnetyczny wspomagany termicznie).
Jest to przyszłościowa technologia zapisu danych na dysku twardym, pozwalająca uzyskać jeszcze większe gęstości zapisu powierzchniowego niż w przypadku magnetycznego zapisu prostopadłego PMR (Perpendicular Magnetic Recording).
Dzięki technologii HAMR dane są zapisywane magnetycznie na specjalnym nośniku o dużej stabilności, po uprzednim nagrzaniu dokładnie wybranego miejsca zapisu danych za pomocą lasera. Podgrzany nośnik jest łatwiejszy do zapisu, a następujące później gwałtowne schłodzenie powoduje stabilizację zapisanych danych.
Tego typu materiały nośników są w stanie pomieścić pojedyncze obszary danych na mniejszym obszarze i nie są ograniczone „efektem superparamagnetycznym”. Jest to ten sam efekt, który powoduje ograniczenie powierzchniowych gęstości zapisu na talerzach używanych w konwencjonalnych dyskach twardych, gdzie dane są zapisywane za pomocą technologii magnetycznego zapisu równoległego LMR (Longitudinal Magnetic Recording).
Najważniejszym aspektem technologii HAMR jest konieczność ogrzania materiału w celu zmiany orientacji magnetycznej.HAMR nie zostanie wprowadzony do powszechnie stosowanych dysków twardych przed 2010 r., a gęstość zapisu równa 50 terabitów na cal kwadratowy może być osiągalna dopiero w 2020 r. lub później. Początek przejścia z technologii PMR na HAMR może mieć miejsce w 2010 roku.
Holographic Data StorageW 1995 r. rozpoczęto realizację wspólnego projektu uniwersytecko-rządowo-korporacyjnego o wartości 32 mln USD. Celem było opracowanie „systemu holograficznego zapisu danych, zdolnego pomieścić 12-krotnie większą ilość danych niż dzisiejsze największe magnetyczne dyski twarde oraz obsługującego szybkości zapisu i odczytu danych 10-krotnie większe niż uzyskiwane aktualnie”.Na świecie jest prowadzonych kilka projektów dotyczących zapisu holograficznego. Przyjrzymy się bliżej programowi systemu holograficznego zapisu danych HDSS (Holographic Data Storage System), którego wyniki są bardzo obiecujące.Co to jest hologram?Proste porównanie: Ideą rejestracji danych fotograficznych (robienia zdjęć) jest zapisywanie natężenia światła. Odbywa się to poprzez wystawienie materiału fotoczułego na działanie światła. Informacje są następnie odtwarzane poprzez oświetlanie gotowego filmu.Ideą zapisu holograficznego jest zapisanie natężenia oraz kierunku padającego światła.Do utworzenia hologramu wymagane są trzy elementy:- materiał do nagrywania (zazwyczaj kryształ fotoczuły),
- promień referencyjny,
- promień sygnałowy.
PodstawyNajpierw promień sygnałowy jest kierowany na materiał do nagrywania. Następnie promień referencyjny aktywowany jest w taki sposób, że przecina promień sygnałowy. W wyniku tego na materiale powstają wzory interferencyjne. Materiał „reaguje” na te wzory, „zapisując” je.Zapisane informacje można zobaczyć lub pobrać, ponownie wysyłając na materiał identyczny promień referencyjny. Wtedy promień referencyjny wchodzi w reakcję z zapisanym wzorem i następuje ich połączenie skutkujące ponownym powstaniem promienia sygnałowego.W skrócie: Do każdego hologramu istniejącego na materiale można uzyskać dostęp, kierując na materiał dokładnie taki sam promień referencyjny (amplituda i kierunek).Pomocny w zrozumieniu prawdziwego znaczenia tego zjawiska może być fakt, że poprzez nieznaczną zmianę kąta padania promienia referencyjnego można uzyskać na tym samym materiale zupełnie nowy hologram, zajmujący dokładnie ten sam obszar! To zjawisko jest nazywane „multipleksowaniem%rdquo;.Jednym z głównych wyzwań jest znalezienie odpowiednich materiałów holograficznych (nazywanych nieliniowymi kryształami fotoczułymi). Obecnie są one bardzo drogie i mają ograniczone możliwości.W najbliższej przyszłości technologia ta ma służyć do przechowywania dużych ilości danych (do jednego terabajta) za pomocą napędów/nośników o rozmiarze identycznym jak istniejące dotychczas.Terabajt wystarcza do pomieszczenia setek filmów.Złącze LIF (Low Insertion Force)Różnorodność produktów, w których wykorzystuje się dyskową pamięć masową, jest duża i stale rośnie. Aby sprostać zapotrzebowaniu, pojemność pamięci masowej w produktach elektroniki użytkowej musi być coraz większa. Powiększająca się rodzina produktów pamięci masowej firmy Toshiba spełnia wymagania użytkowników. Toshiba jako pierwsza na świecie wprowadziła dyski twarde ze złączami podłączanymi przy niewielkiej sile nacisku (Low Insertion Force - LIF). Dzięki nowemu interfejsowi LIF SATA obrys produktu jest o 10% mniejszy w porównaniu ze standardowymi 1,8-calowymi napędami ze złączami micro SATA. Złącze o mniejszym obrysie powoduje, że produkty Toshiby idealnie zaspokajają potrzeby dużych producentów niewielkich urządzeń mobilnych, takich jak tablety, kamery cyfrowe i odtwarzacze multimedialne.


ZIFF HDD LIF HDD
Native Command Queuing (NCQ)W nowoczesnych systemach komputerowych, obsługa środowisk wielozadaniowych i wieloużytkownikowych to podstawowe wymaganie. Zwykle używamy komputera do wielu zadań naraz: oglądamy filmy, odtwarzamy muzykę, sprawdzamy e-maile, buszujemy po Internecie, czasem też współdzielimy zasoby systemowe z innymi użytkownikami.
Technologię natywnego kolejkowania poleceń (Native Command Queuing - NCQ) stworzono w celu zwiększenia wydajności i niezawodności dysków twardych SATA w określonych warunkach obciążenia. Pozwala ona dyskom twardym na inteligentną optymalizację kolejności, w jakiej są wykonywane polecenia zapisu i odczytu. Zwiększa to sprawność przetwarzania poleceń dysku, ograniczając obciążenia mechaniczne i podnosząc ogólną wydajność napędu. Bez NCQ, dysk twardy wykonuje każde polecenie zapisu i odczytu w kolejności jego otrzymania, co ogranicza sprawność i wydajność.
Najważniejsze korzyści płynące ze stosowania technologii NCQ:
- Idealna dla środowisk wielozadaniowych i wieloużytkownikowych.
- Działa we wszystkich systemach, w których kontrolery hosta obsługują funkcję SATA NCQ, takich jak komputery domowe, stacje robocze, serwery cyfrowych treści multimedialnych, serwery klasy podstawowej, jak również wysokowydajne komputery i notebooki.
- Zapewnia stuprocentową zgodność wsteczną z systemami nieobsługującymi NCQ.
- Pozwala na zmianę kolejności poleceń przez urządzenie pamięci masowej, aby zwiększyć wydajność i sprawność przesyłu danych.
- Skraca czasy wyszukiwania na dyskach, umożliwia półprzewodnikowym dyskom SSD dostęp do zapisanej kolejki poleceń w celu zwiększenia wydajności.
NCQ służy zwykle do zwiększania wydajności w wysoce obciążonych serwerach i wysokowydajnych stacjach roboczych. Pozwala też na optymalizację wydajności komputerów w zakresie kopiowania plików i uruchamiania systemu.
Magnetyczny zapis prostopadły (Perpendicular Magnetic Recording - PMR)W konwencjonalnych dyskach twardych jest wykorzystywana technologia „magnetycznego zapisu równoległego” (Longitudinal Magnetic Recording - LMR), w której dane są zapisywane na dysku magnetycznym jako mikroskopijne, płasko ułożone obszary magnetyczne. Wprawdzie nowe odkrycia w dziedzinie powłok magnetycznych stale poprawiają gęstość zapisu danych na HDD, ale magnetyczne bity odpychają się z powodu ułożenia na płaszczyźnie.
Umieszczanie większej liczby obszarów na dysku doprowadzi w końcu do sytuacji, w której dalsze zagęszczanie spowoduje obniżenie jakości zapisu, wynikające z wzajemnego oddziaływania obszarów (sprzężenia magnetycznego). W najgorszym przypadku zaczną się one odwracać: obszary magnetyczne stracą orientację, a dane zostaną utracone. To zjawisko jest nazywane „efektem superparamagnetycznym”. Ten problem stanowi poważne ograniczenie dla pojemności urządzeń pamięci masowej.
Rozwiązanie problemu polega na zastosowaniu technologii &bdquomagnetycznego zapisu prostopadłego” (Perpendicular Magnetic Recording - PMR), w którym obszary magnetyczne nie są ułożone równolegle, lecz prostopadle do powierzchni talerza dysku twardego. Poprzez ułożenie magnetycznych bitów na boku zapis prostopadły wzmacnia magnetyczne połączenie pomiędzy sąsiadującymi bitami, osiągając stabilną i większą gęstość zapisu i rozszerzenie pojemności. Dzięki zastosowaniu technologii PMR pojemność dysków twardych może być nawet 10-krotnie większa. Co więcej, w wyniku zwiększenia gęstości danych, w porównaniu z szybkością dysków twardych wykorzystujących technologię LMR wzrasta również szybkość wymiany danych.
Jednym z wyzwań technicznych podczas opracowywania technologii PMR był fakt, że charakterystyka fizyczna nośników PMR wymaga dużo mniejszych szczelin występujących pomiędzy głowicami zapisu/odczytu. Jest to niezbędne do prawidłowego odczytu i zapisu danych.
W 1976 r. profesor Shun'ichi Iwasaki z japońskiego Instytutu Technologicznego Tohoku ustalił, że możliwe jest zwiększenie powierzchniowej gęstości zapisu poprzez ułożenie obszarów magnetycznych pionowo, a nie poziomo względem kierunku obracającego się nośnika.
Rotational Vibration Sensor (RVS)Technologia tłumienia wibracji obrotowych, opracowana przez firmę Toshiba, przeciwdziała wpływowi wibracji systemu na dyski twarde (HDD) Toshiby.
Czujniki wibracji obrotowych (Rotational Vibration Sensors - RVS) umożliwiają dyskom Toshiby sprawniejsze działanie w środowiskach podatnych na wysoki poziom wibracji obrotowych, takich jak serwery i macierze pamięci masowej. Gdy dysk twardy jest poddany działaniu wibracji obrotowych, jego wydajność może spaść. Gdy obok siebie jest umieszczonych kilka napędów, np. w macierzy pamięci masowej, każdy dysk wibruje w wyniku pozycjonowania głowicy na obracającym się nośniku. Nałożony na siebie efekt takiego działania dysków może tworzyć składowe harmoniczne, które wywołują silne wibracje. Działanie dysków twardych ma wpływ na całą macierz. Dlatego ewentualne zakłócenie sprawności każdego dysku w systemie może spowodować znaczny spadek szybkości przesyłu danych. Podatność na wibracje zwiększa się wraz ze wzrostem gęstości upakowania danych na dysku. Czasami nawet mniejsze wibracje mogą spowodować zejście głowic zapisująco-odczytujących ze ścieżki.
Nowa technologia RVS stosowana w dyskach twardych Toshiby wyczuwa zewnętrzne wibracje obrotowe i używa mechanizmu sprzężenia zwrotnego, aby wywołać ruch głowic zapisująco-odczytujących dysków w przeciwnym kierunku. RVS umożliwia dyskowi kompensację wibracji obrotowych występujących w samym dysku lub działających z zewnątrz (wentylatory chłodzące, niskiej jakości obudowa itp.). Dysk może nieprzerwanie wykonywać operacje zapisu/odczytu, a jego wydajność nie ulega pogorszeniu.
Samoszyfrujący dysk twardy (Self Encrypting Drive - SED)Informacje na dysku twardym (HDD) są często cenniejsze niż sam dysk. Dane są jedną z najcenniejszych rzeczy, jakie posiada firma. Nieautoryzowany dostęp do danych może nastąpić wszędzie, od jednoosobowego działu IT do rozbudowanych centrów zarządzania danymi. Rozwiązania programowe nie zapewniają pełnego i niezawodnego bezpieczeństwa. Nowe sprzętowe rozwiązanie SED przenosi bezpieczeństwo cyfrowe na wyższy poziom.
2,5-calowe dyski Toshiby z funkcją samoszyfrowania (self-encrypting drive - SED) zapewniają zaawansowane szyfrowanie sprzętowe i rozbudowane uwierzytelnianie dostępu. Dzięki temu pracownicy działów IT mogą w ekonomiczny sposób wdrażać mocne zabezpieczenia, nie zakłócając działalności firmy ani wydajności aplikacji. Modele SED Toshiby, zaprojektowane zgodnie ze specyfikacją „Opal SSC” organizacji Trusted Computing Group, wykorzystują rozpowszechnioną w branży obsługę standardowych funkcji i możliwości bezpieczeństwa TCG.
Procesy szyfrowania SED są przezroczyste dla aplikacji i systemów operacyjnych. W przeciwieństwie do szyfrowania programowego, zależnego od mocy procesora i pojemności pamięci systemowej, sprzętowe szyfrowanie SED ma miejsce wewnątrz dysku twardego przy pełnych szybkościach wejścia/wyjścia, dzięki czemu użytkownicy nie zauważają spadku wydajności aplikacji.Technologia wymazywania danych - Krok naprzód w dziedzinie bezpieczeństwa danych
Szyfrowanie sprzętowe wbudowane w elektronikę kontrolera dysku zapewnia wydajność, niższy ogólny koszt eksploatacji oraz korzyści w zakresie bezpieczeństwa przekraczające to, co oferuje szyfrowanie programowe. Wyjątkowa, silna implementacja algorytmu AES-256 klasy rządowej przez firmę Toshiba posiada certyfikat Amerykańskiego Instytutu Standardów i Technologii (National Institute of Standards and Technology - NIST), wydany za pośrednictwem Programu Walidacji Algorytmów Kryptograficznych (Cryptographic Algorithm Validation Program - CAVP). Proces szyfrowania ma miejsce w samym dysku, dlatego zapisane dane są zabezpieczone przed wszelkimi atakami skierowanymi na przełamanie zabezpieczeń szyfrowania programowego.
Wyjątkowa technologia wymazywania danych (Data Invalidation Technology) Toshiby w pełni wykorzystuje system szyfrowania. SED może zapisywać dane w obszarze „samowymazywania” (self-erase), z którego dane są automatycznie usuwane w przypadku wyłączenia systemu hosta albo napędu lub po wyjęciu napędu. Proces wymazywania polega na usunięciu klucza szyfrowania dla obszaru samowymazywania. Taki klucz jest generowany przez hosta przy każdym włączeniu dysku. Po ponownym włączeniu dysku obszar samowymazywania jest wykorzystywany z nowym kluczem, ale poprzednie dane są całkowicie usuwane wraz ze starym kluczem. Połączenie w tym samym dysku funkcji samowymazywania wraz ze standardowym szyfrowaniem pozwala na niezależne zarządzanie różnymi rodzajami danych, zależnie od ich typu i poziomu bezpieczeństwa.Ta technologia wymazywania danych jest stosowana we współdzielonych urządzeniach pamięci masowej oraz w przechowywaniu danych sesji jednorazowych. Przykładem może być drukarka wielofunkcyjna (Multi-Functional Printer - MFP). Newralgiczne dane zapisane w takim urządzeniu muszą zostać usunięte, gdy sprzęt jest zwracany do firmy leasingowej lub jeśli dojdzie do awarii MFP. Wówczas wszystkie poufne dane, faksy i zadania wydruku są natychmiast, całkowicie i automatycznie usuwane z obszaru samowymazywania. Mniej istotne dokumenty są zabezpieczone szyfrowaniem AES256 i przechowywane na SED.Serial Attached SCSI (SAS)Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na większą przepływność i elastyczność, wprowadzono technologię SAS, aby zastąpić interfejs równoległego SCSI, który to wprowadzono w latach 80. XX wieku w centrach danych i stacjach roboczych. SAS oferuje szereg korzyści w porównaniu z SCSI. Może działać przy szybkości większej niż 10 000 obr./min i jest bardziej niezawodny. Napędy SAS zwykle stosuje się w serwerach i stacjach roboczych klasy high-end, w środowiskach, w których szybkość i częstotliwość operacji wejścia/wyjścia mają newralgiczne znaczenie. Ponadto, w przypadku dysków SAS, działają funkcje pełnego wykrywania i pełnej korekcji błędów zapisu i odczytu. Dostępna jest też ochrona aktualnie przesyłanych danych, co zapewnia ich integralność podczas zapisu i odczytu. Dysków SAS klasy korporacyjnej używa się w zastosowaniach online i do obsługi transakcji, ze względu na wyjątkową wydajność i niezawodność.
-
- Technologie dysków SSD
-
Enterprise Solid State Disks (eSSD)
Ilość danych rośnie w postępie niemal geometrycznym. Zarządzanie takimi danymi oraz wymagania, jakie stawiają środowiska obliczeniowe i aplikacje w przedsiębiorstwach, powodują, że nieprzerwane zapewnienie dostępności, wydajności i niezawodności stają się newralgiczne. Wraz z tymi oczekiwaniami rozwija się technologia i techniki pamięci masowej półprzewodnikowych dysków twardych (Solid State Drive - SSD). Oznacza to, że jakość pamięci flash opartych na bramkach NAND osiągnęła poziom pozwalający na wykorzystywanie ich do zadań, w których niezawodność danych ma najwyższe znaczenie. Równie istotne są szybkości transferu danych, znacznie wyższe niż w tradycyjnych dyskach z obrotowymi talerzami. SSD umieszcza pamięć półprzewodnikową za kontrolerem pamięci i elektroniką interfejsu, dzięki czemu urządzenie pamięci masowej flash emuluje polecenia i działanie klasycznego dysku twardego.
Dyski klasy korporacyjnej firmy Toshiba (Enterprise Class SSD - eSSD) to najnowocześniejsze, najbardziej zaawansowane technologicznie rozwiązania w zakresie projektowania dyskowej pamięci masowej dla przedsiębiorstw. Zaprojektowano je, aby uzupełnić i rozszerzyć funkcjonalność na potencjalnie każdy obszar zastosowań (serwery, DAS, NAS), w których zwykle stosowało się mechaniczne dyski twarde klasy korporacyjnej z interfejsem SAS2. Dyski eSSD coraz częściej zastępują starsze rozwiązania w zastosowaniach warstwy 0, w których liczba operacji zapisu/odczytu na sekundę oraz niezawodność mają newralgiczne znaczenie. O ich przewadze świadczy zerowy poziom hałasu, mniejsze zużycie energii (mniejsza konieczność chłodzenia, czyli zmniejszenie kosztów eksploatacji centrów danych), najwyższa odporność na wstrząsy i wibracje oraz zdecydowanie szybszy dostęp do danych i szybkości transferu w porównaniu z HDD.Dwie z głównych technik zastosowanych w eSSD, które mają wpływ na przedłużenie okresu eksploatacji i niezawodność danych, są znane jako „Wear Levelling” (wyrównywanie zużycia) i „Over Provisioning” (przeznaczanie części przestrzeni dyskowej na działanie kontrolera). Technologią Wear Levelling zarządzają algorytmy kontrolera flash. Monitorują one często wykorzystywane bloki danych i zmieniają ich przydział po osiągnięciu ustalonej wartości progowej wykorzystania. W metodzie Over Provisioning liczba bloków logicznych w urządzeniu przekracza podaną przez producenta pojemność, aby zapewnić wymagany okres eksploatacji dzięki zmianie przypisania bloków przez technikę Wear Levelling. Trzecią techniką jest zastosowanie zaawansowanych kodów korekcji błędów (error correction code - ECC) oraz znany system monitorowania i powiadamiania o błędach działania dysku twardego (Self Monitoring and Reporting Technology - SMART), który monitoruje i zapisuje ważne parametry pracy eSSD, takie jak liczba błędów sprzętowych i programowych czy temperatury wewnętrzne, i służy do informowania o stanie SSD.W pierwszej generacji dysku eSSD Toshiby zastosowano pamięć flash Single-Level Cell (SLC) NAND klasy korporacyjnej wykonaną w procesie 32 nm oraz interfejs Serial SCSI o szybkości 6 Gb/s.
Przewiduje się, że eSSD zastąpi tradycyjną technologię z wrzecionami mechanicznymi w większości zastosowań typu high end. Doskonale nadaje się do zastosowań o newralgicznym znaczeniu, w których niezbędne są niezawodność, wydajność i długi okres eksploatacji.
Single-Level Cell (SLC)W dyskach półprzewodnikowych klasy korporacyjnej (Enterprise Solid State Disks - eSSD), elementem pamięci, który służy do zapisywania danych w poszczególnych komórkach pamięci, jest komórka przechowująca tylko jeden bit (Single-Level Cell - SLC).
SLC przeprowadza operacje zapisu/odczytu na eSSD przy użyciu „prostszej” logiki kontrolnej, z 1 bitem zamiast 2 bitami, stosowanymi w komórkach wielobitowych (Multi-Level Cell - MLC). Ponadto, wytrzymałość układów SLC pod względem liczby operacji wynosi 100 000 cykli - to dziesięć razy więcej niż w przypadku MLC. Dzięki bardzo dużej szybkości przesyłu danych i wysokiej niezawodności, pamięci SLC używa się w wysokowydajnych dyskach SSD.
TrwałośćJest to maksymalna liczba cykli programowania/wymazywania, na jaką jest zaprojektowana komórka do momentu zużycia. Struktura zużytej komórki ulega zniszczeniu, co powoduje utratę możliwości zapisywania danych i niezawodności.
Przechowywanie danych (data retention)Jest to czas, przez jaki dane zapisane w komórce pozostają nieuszkodzone i możliwe do odzyskania w trakcie okresu eksploatacji urządzenia pamięci masowej. Struktura komórki ulega uszkodzeniu pod koniec jej okresu trwałości, czyli gdy licznik programowania/wymazywania (Program/Erase - PE) komórki zbliża się do wartości oznaczającej całkowitą żywotność. W przypadku długich okresów przechowywania danych przy braku zasilania (magazynowanie, archiwizacja), ten okres może się skrócić do zaledwie 3 miesięcy, jeśli komórka doszła do 100% okresu trwałości, ponieważ ryzyko uszkodzenia komórki i utraty zachowanej w niej wartości jest wtedy większe.
Over-ProvisioningJest to dodatkowa nadmiarowa przestrzeń dyskowa, wykorzystywana przez komórki zbliżające się do końca okresu trwałości (żywotności), aby zapewnić działanie urządzenia pamięci masowej przez cały okres gwarantowanej przydatności do użytku. Dodatkowa pojemność jest włączana i alokowana, aby zastąpić zużyte i utracone komórki. Zazwyczaj ilość tej pamięci wynosi od 25 do 28% nominalnej pojemności zakupionego dysku.
Wear-LevellingŻywotność każdej komórki jest ograniczona. Ich struktura ulega uszkodzeniu i komórki się po prostu zużywają! Aby zapewnić równomierne zużycie każdej komórki, na poziomie bloków (sektorów) jest prowadzony licznik programowania/wymazywania (Progam /Erase - PE). Gdy licznik dojdzie do określonego progu, wszystkie dane w zespole komórek są przypisywane do mniej zużytego zespołu/sektora komórek. Istnieją dwa sposoby implementacji tej technologii:
Statyczne wyrównywanie zużycia (Static Wear Levelling), czyli algorytm przeznaczony do zapisywania danych, które zmieniają się rzadko, np. plików systemu operacyjnego. Takie komórki są używane rzadko, dlatego zostają niewystarczająco zużyte w porównaniu z innymi komórkami. Dlatego dane są z nich przenoszone do bardziej zużytych komórek, a te mniej zużyte stają się dostępne dla częściej modyfikowanych danych.
Dynamiczne wyrównywanie zużycia (Dynamic Wear Levelling) to ogólnie stosowany algorytm, wykonywany za każdym razem, gdy bufor danych jest opróżniany, a dane są zapisywane w pamięci flash. Algorytm dynamicznego równoważenia gwarantuje, że cykle programowania i wymazywania są równomiernie rozkładane na wszystkie bloki w NAND.Single-Level Cell (SLC)Urządzenia NAND zapisują jeden bit informacji w jednej komórce pamięci. Dysk SLC charakteryzuje się większą wydajnością i niższym zużyciem energii, ale też mniejszą pojemnością.
MLC (Multi-Level cell)Urządzenia NAND przechowują więcej niż jeden bit informacji w komórce pamięci, wybierając między różnymi poziomami ładunku elektrycznego przykładanego do bramek „pływających” w komórkach. Dzięki tej technologii możliwe jest uzyskiwanie większych gęstości zapisu w niewielkich dyskach, a także niższy koszt w przeliczeniu na gigabajt
32 nm eSLCTechnologia klasy procesu lub rozmiaru matrycy odnosi się do aktualnie stosowanej techniki produkcji półprzewodników CMOS urządzeń NAND. Oznacza ona gęstość poziomą bramek tranzystorów, czyli gęstość upakowania tranzystorów, z jakich składają się komórki pamięci (ok. 2 milionów).
Oto przewidywany rozwój technologii:
32 nm — 2010
22 nm — ok. 2011
16 nm — ok. 2013
11 nm — ok. 2015SuperkondensatoryZapewniają one zasilanie rezerwowe przez krótki czas dla pamięci podręcznej SDRAM, aby zabezpieczyć dane i uchronić je przed uszkodzeniem lub utratą. Ochrona przed zanikiem zasilania (Power Loss Protection - PLP) w dyskach eSSD Toshiby jest zaprojektowana tak, aby podtrzymać zasilanie przez 55 ms, co umożliwi opróżnienie pamięci podręcznej i zapisanie danych w NAND flash.
-

