轉動』的生命?D?D馬達技術剖析

　　對於硬盤技術縱橫談專題，前兩期我們對硬盤的磁頭、盤片和接口技術進行了介紹，本期我們將向讀者介紹硬盤的馬達、數據保護、震動保持技術等。總的來說，硬盤馬達技術是使硬盤運行更穩定、從而實現更快的轉速等，而數據保護技術都作為硬盤的附加技術存在，它們雖然不能為硬盤帶來直接的性能提昇，但是它們卻是硬盤高數據傳輸率和高性能的重要保障。

『轉動』的生命?D?D馬達技術剖析

　　一直以來，硬盤馬達都在使用普通的滾珠軸承，這種的軸承馬達應用了數十年之外，它比較鮮明特點是硬盤的工作噪音比較大，運行穩定性不是非常好，這點在早期的7200RPM IDE硬盤身上得到了充分的體現。因此，自2001年開始，硬盤廠商開始在IDE硬盤上應用了比較新的FDB液態軸承馬達技術。

　　FDB全稱即液態軸承馬達，它是用於取代傳統滾珠軸承馬達的新型馬達技術。此項新型馬達允許更高的主軸轉動速度，並且擁有更低的工作噪音，同時FDB電機也能在一定程度上增強硬盤的防震能力，從而提高硬盤的工作穩定性。在工作機理上，FDB電機是通過流體驅動，而不是傳統滾珠軸承馬達中的金屬球與金屬球的碰撞來產生動力。

　　在滾珠馬達中，滾動元件按照他們的幾何學設計以盡量減小振動。因為這些振動是產生噪音的來源，同時也是導致硬盤工作不穩定的因素，特別是在高磁盤密度的硬盤中，滾珠振動更難以消除。此外，在滾珠馬達中，振動將導致滾珠與軌道間的撞擊，久而久之，這些軌道將永久性變性，這將導致硬盤的工作噪音急劇增加，同時也可能導致硬盤電機主軸振動，從而影響硬盤工作穩定性。

　　在FDB液態軸承馬達中，軸承功能被一個很小的流體層所替代，它的高度只有人類頭發絲直經的十分之一。流體薄膜將旋轉式噴灌器和軸承的固定成員分開，這將在根本上減小或消除振動，從而達到靜音運作。在FDB軸承中，電機主軸通過整合在軸承上的一個更大區域來傳遞振動，從而大大地增強了振動的緩沖能力。此外，流體還提供著一種機械阻尼，從而減小負荷擴大化，而這是滾珠電機普通存在的問題。

FDB馬達的交叉部分，空白處為流體滑潤劑

　　追溯歷史，FDB馬達其實早在50年前就已在陀螺儀上得到廣泛應用，不過將FDB馬達引入硬盤領域，還只是10年前的事情。現在FDB馬達在硬盤領域也得到了廣泛應用，例如大家非常熟悉的希捷新酷魚V，邁拓金鑽七代L系、金鑽八代等都是采用FDB馬達。硬盤中，應用了FDB後，給我們體會最深刻的一點就是硬盤工作時變安靜了。隨著此項技術越來越成熟，相信以後FDB將得到越來越廣泛的應用。

　　最後，這裡簡單提一下題外話，在希捷的宣傳材料中，我們還經常看到一個名詞即SoftSonic，而希捷公司經常將它與FDB聯系在一起，對於這兩者有何區別呢？其實SoftSonic馬達即FDB馬達，只是希捷公司對FDB起的一個雅稱罷了，因此大家以後在查看關於希捷科技的相關材料時應注意這點。

無形的價值?D?D硬盤數據保護技術

　　如今，計算機用戶們對數據存儲可靠性的期望值很高。許多用戶甚至從不考慮硬盤故障可能導致數據丟失的情況。盡管技術的日益進步使數據丟失現象已不常見，但也不能排除其可能性。

　　因此，隨著硬盤技術的前進，硬盤就出現了如下幾套數據保護系統。最為大家熟悉的莫過於S.M.A.R.T，它是利用可靠性預測技術來提前發現硬盤故障，以便引起系統管理員或用戶的重視，保證在硬盤發生故障前將數據備份下來。S.M.A.R.T.英文全稱即Self Monitor Analysis Report Technology,自檢測診斷分析與報告技術，它是是ATA/IDE和SCSI環境下都可使用的一種可靠性預測技術。S.M.A.R.T.由Compaq公司率先開發，全球前五名硬盤生產商目前正對其進行不間斷開發。這前五名硬盤生產商是：希捷科技、原IBM公司（即日立全球存儲技術公司）、Conner外圍設備公司（已被別的公司所並購）、西部數據公司和邁拓公司（包括原昆騰硬盤公司）。

　　S.M.A.R.T技術其實不是一項新數據保護技術，只是由於它得到了廣泛的應用，現在幾乎所有的計算機系統中都能支持S.M.A.R.T技術，因此在這裡筆者再簡單多說幾句。S.M.A.R.T.技術就象拼七巧板，需要把許多塊拼圖正確拼裝在一起，最終形成一種圖案。如前所述，推定故障就是其中的一塊拼圖。另一塊就是確定屬性的方法。屬性是進行可靠性預測的參數，由制造商為各種硬盤量身設定。為了確定屬性，硬盤的設計工程師們對返修硬盤進行了檢查，研究設計要點，為他們所看到的各種故障確立相應的診斷屬性。來自應用現場的信息可用於預測可靠性問題的研究，並最終納入到新的可靠性結構之中。

　　盡管不同的硬盤屬性各異，但是它們還是有以下一些共同之處：

　　<> 磁頭飛行高度
　　 <> 數據吞吐性能
　　 <> 起旋時間
　　 <> 重新分配的扇區計數
　　 <> 尋道錯誤率
　　 <> 尋道時間特性
　　 <> 試旋重計數（spin try recount）
　　 <> 硬盤校准重試計數 （drive calibration retry count）

　　上面所列的屬性是幾種能反映可靠性的典型指標。從根本上講，硬盤的設計決定了制造商將選定哪些屬性。因此可以認為，屬性因制造商而異，並取決於硬盤的設計。

　　由於ATA硬盤和SCSI硬盤對數據特性具有不同的要求，因此當SFF-8035(1995年5月12日，Compaq公司向Small Form Factor委員會提交了專為ATA/IDE 開發的IntelliSafe，也稱為SFF-8035)進入公共領域時，用於ATA/IDE環境的S.M.A.R.T.開始出現。SCSI硬盤采用了一個不同的行業標准，如ANSI-SCSI Informational Exception Control (IEC)中定義的X3T10/94-190。適用ATA/IDE和SCSI環境的S.M.A.R.T.系統技術的屬性和門限值相似，但在信息的報告上卻不相同。

　　在ATA/IDE環境下，由主機上的軟件對S.M.A.R.T『報告狀態』命令生成的、來自硬盤的告警信號進行解讀。主機定期對硬盤進行查詢，以檢查這一命令的狀態，如果顯示馬上要發生故障，就將告警信號送至最終用戶或系統管理員。系統管理員就安排關機時間，以備份數據和更換硬盤。這一結構還可以進一步改進，即能夠報告除硬盤以外的其它信息，如溫度告警、CD-ROM、磁帶，或其它Ｉ／Ｏ報告等。主系統除對來自硬盤的『報告狀態』命令進行評估外，還可對屬性和告警報告進行評估。

　　一般來說，具有可靠性預測功能的SCSI 硬盤只報告狀況完好或出現故障。在SCSI 環境中，由硬盤進行故障判斷，然後由主機通知用戶采取措施。在SCSI 標准中有一個檢測位，當硬盤確定可靠性出現問題時，檢測位就打上標記。系統便通知最終用戶或系統管理員。

硬盤數據保護技術之MaxSafe增強版

　　除了大家耳熟能詳的S.M.A.R.T.技術外，各家硬盤廠商現在均競相推出了各自的硬盤數據保護技術，例如原IBM硬盤公司就有DFT技術，原昆騰硬盤公司有DPS（數據保護系統），邁拓公司有MaxSafe技術，西部數據公司有數據衛士（Data Lifeguard）技術，希捷公司有3DS系統。筆者這裡再對Maxtor的MaxSafe技術和希捷的3DS系統進行簡要介紹。

MaxSafe(增強版)

　　高性能高容量硬盤很重要，但可靠性也是一個不能忽視的因素，MaxSafe是Maxtor硬盤專有的數據安全系統。從硬盤原理我們可以知道，硬盤內部是一個非常非常清潔的空間，比醫院的隔離病房還要乾淨得多，一個極小的微粒也會造成數據錯誤。盡管廠商們不斷追求更為乾淨的制造環境，但是無論采用如何高級的過濾措施，仍然不能完全防止灰塵的入侵，MaxSafe系統的設計本意就是為了在數據丟失之前，發現和修正這些錯誤。

　　Maxtor的數據完整性判斷很簡單：識別和決定可能發生問題的潛在點，MaxSafe先檢查數據瞬時寫入的正確與否，再監測長時間的數據存儲過程，其中動用到三個技術：後臺磁盤表面掃描、高級ECC、高速寫入偵察。

硬盤磁頭與盤片的示意圖

　　<> 後臺磁盤表面掃描
　　 ECC提供了一串數據位，使用復雜的譯碼算法計算，把自身附加在每一個存儲在磁盤的數據上。當你存取這些資料時，附加的額外數據位會解碼和校驗數據，與原始記錄相比較。如果編碼/解碼算法偵察有差異，將動用ECC位來修復不正確的數據。MaxSafe使用硬盤的idle（空閑）周期從磁盤讀取數據，再使用硬盤電路版上的ECC來驗證，最後把修復的數據存儲在磁盤的另一點上，以上操作獨立於主機系統，不會受到我們的乾涉，充分利用了硬盤的每一段工作時間。

　　<> 高級ECC
　　 從DiamondMax Plus 5120開始，Maxtor的所有產品已經包含了錯誤偵測和修正能力，與以前的產品相比，等於有了雙重的ECC，每512byte個用戶數據塊，就有430 bits的ECC校驗位。舊式的ECC可能會出現錯誤的修正，但高級ECC擁有兩次校驗操作，使錯誤發生率降到了1/10^20 bits。以250KB文件讀取為例，1秒讀1個文件，1天讀取24小時，平均犯錯時間為150萬年。

　　<> 高速寫入偵察
　　 以今天的技術來計算，每英寸盤片大約可以存儲1百萬個文件，在寫入資料時，如何磁頭飛得太高，數據將不能被准確地記錄下來。高速寫入偵察用於檢查每次數據寫入的高度，確保磁頭維持在安全寫入區域內。

硬盤數據保護技術之希捷3D防護系統(增強版)

　　3D防護系統是希捷公司所獨有的硬盤保護技術，它包括硬盤防護、數據防護和診斷防護。而這三方面的防護技術可確保用戶得到的是高質量、高穩定性的硬盤。3D Defense System是捆綁在希捷硬盤特性中的一種保護手段，這可確保硬盤在震動及其它冒險性動作中對用戶數據的損壞。同時它還帶有診斷工具以供用戶對硬盤的錯誤進行標識或解決。這個3D指得是Drive Defense(硬盤防護)、Data Defense(數據防護)及Diagnostic Defense(論斷防護)

　　<> Drive Defense(硬盤防護)

　　磁盤保護包括如下幾大方面：
　　 G-Force 保護：可幫助希捷硬盤承受業內最高的非工作狀態下的防震水平，即在2ms內震動力即使達到350G，也不會使硬盤損壞。
　　 SeaShield 保護：提供ESD及安全處理，特別是對PCBA(Printed Circuit Board Assembly)板。
　　 SeaShell保護：這是一種可以替換原有ESD(Elestro-Static Discharge)的硬盤工具包，這將為硬盤提供更多的保護、更易使用。

　　<> Data Defense(數據防護)

　　希捷先進的Multidrive系統(SAMS)--SAMS通過減小硬盤的旋轉振動來減小對硬盤損壞，主要包括：
　　 ECC(Error Correction Code，錯誤檢正代碼)---為高性能硬盤提供on-the-fly檢正，還有就是對數據恢復提供最大限度firmware(固件)檢正，因此數據可以正確完整地進行讀及恢復。
　　 Safe Saring---當硬盤斷電及重新來電後，此Safe Saring可確保硬盤磁頭回到同樣的扇區，以保證數據不丟失。
　　 End-to-End Path Protection-確保數據在主機與磁盤之間傳輸的完整性。

　　<> Diagnostic Defense(論斷防護)

　　SeaTools--診斷工具軟件，可以幫助用戶診斷系統是否存在問題，以及診斷錯誤是否由其它硬件及軟件產生 SeaTools可以大大地避免硬盤的返修，以節約用戶開支及保護用戶寶貴數據。它可以在ATA及SCSI產品中工作，包括全部的舊希捷硬盤。
　　 增強的S.M.A.R.T(Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology自診斷，分析及報告技術)：可在硬盤錯誤與問題發生前向用戶發出警告。
　　 Web-Based Tools（基於Web的工具）：可以允許用戶標識及解決一些非硬盤相關錯誤，如病毒等，也可以檢正文件系統，解決硬件沖突以避免不必要的硬盤返修。
　　 DLD(Drive Logging Diagnostics)--捕獲不可恢復性數據錯誤，實質上就是交互性的診斷工作。
　　 硬盤的數據保護系統，是每一款硬盤所不可或缺，失去數據保護系統的硬盤是沒有使用價值的。而為了更方便最終用戶使用，許多硬盤廠商都將各種保護系統的微代碼寫入硬盤firmware 中，用戶可以通過更新firmware 得到最新的數據保護技術和震動保護系統等。另外，硬盤廠商們還為方便用戶使用，都擁有額外診斷程序，它是用戶診斷硬盤健康狀況的接口，這些程序很多，例如IBM公司推出的DFT（Disk Fitness Test）、Maxtor公司推出的PowerMax、西部數據公司推出的Data Lifeguard(數據衛士工具包)和希捷公司推出的SeaTools等。

　　關於這些工具的具體使用方法及相關說明，讀者可以參考存儲線的相關文章。

結述語

　　隨著科技進步，硬盤技術也在日新月異，對於最終用戶的體現就是我們可用的硬盤容量越來越大了、速度越來越快了、運行越來越穩定了。而這一切都是硬盤新技術的直接表現，沒有更新磁頭和盤片技術，硬盤單碟容量就無法成倍地增大；沒有新型的接口技術和更高的單碟容量，硬盤的數據傳輸率也無法成倍提昇；沒有更先進的數據保護技術和震動保護系統，硬盤也就無法在更快更大的情況下不出現數據丟失或硬盤損壞的現象。

　　我們在享受新型硬盤帶來各種各樣好處的同時，其實也就是在體驗硬盤新技術的直接利益。存儲從此開始，存儲也是從新技術開始。