(번역) Hard disk drive

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하드 디스크 드라이브(hard disk drive, HDD), 하드 디스크, 하드 드라이브, 또는 고정 디스크는 자기 재료로 코팅된 하나 이상의 단단하고 빠르게 회전하는 플래터를 갖는 자기 저장 장치를 사용하여 디지털 데이터를 저장하고 검색하는 전기-기계식 데이터 저장 장치입니다. 플래터는 보통 움직이는 액추에이터 팔에 배열된 자기 헤드와 쌍을 이루어, 플래터 표면에 데이터를 읽고 씁니다. 데이터는 무작위-접근 방식으로 접근되며, 개별 데이터 블록이 임의의 순서에서 저장하고 검색될 수 있음을 의미합니다. HDD는 일종의 비-휘발성 저장소로, 전원이 꺼져도 저장된 데이터를 유지합니다. 최신 HDD는 전형적으로 작은 직사각형 상자 형태입니다.

하드 디스크 드라이브는 1956년 IBM에 의해 도입되었고, 1960년대 초부터 일반적인-목적 컴퓨터의 주요 보조 저장 장치였습니다. HDD는 서버와 개인용 컴퓨터의 현대 시대까지 이러한 위치를 유지했지만, 휴대전화와 태블릿과 같이 대량으로 생산되는 개인용 컴퓨팅 장치는 플래시 메모리 저장 장치에 의존합니다. 역사적으로 224개 이상의 회사가 HDD를 생산했지만, 광범위한 산업 통합 이후, 대부분의 장치는 Seagate, Toshiba, 및 Western Digital에 의해 제조됩니다. HDD는 서버에 대해 생산되는 저장 용량 (연간 엑사바이트)을 지배합니다. 비록 생산은 느리게 성장하고 있지만 (출하된 엑사바이트 기준), 판매 수익과 단위 출하량은 감소하고 있는데, 왜냐하면 솔리드-스테이트 드라이브 (SSD)가 더 높은 데이터 전송 속력, 더 높은 면적 저장 밀도, 다소 더 나은 안정성, 및 훨씬 낮은 대기 시간과 접근 시간을 제공하기 때문입니다.

대부분 NAND 플래시 메모리를 사용하는 SSD의 매출은 2018년에 HDD의 매출을 약간 넘어섰습니다. 플래시 저장 장치 제품은 2017년 기준으로 하드 디스크 드라이브의 매출의 두 배 이상이었습니다. SSD는 비트당 비용이 4~9배 더 높지만, 그것들은 속력, 전력 소모, 작은 크기, 대용량, 및 내구성이 중요한 응용 프로그램에서 HDD를 대체하고 있습니다. 2019년 기준, SSD의 비트당 비용은 떨어지고 있고, HDD에 대한 가격 프리미엄이 좁아져 왔습니다.

HDD의 주요 특징은 용량과 성능입니다. 용량은 1000의 거듭제곱에 해당하는 단위 접두사로 지정됩니다: 1-테라바이트 (TB) 드라이브는 1,000 기가바이트이며, 여기서 1 기가바이트 = 1 000 메가바이트 = 1 000 000 킬로바이트 (100만) = 1 000 000 000 바이트 (10억)입니다. 전형적으로, HDD 용량의 일부는 사용자에 의해 사용될 수 없는데, 왜냐하면 그것은 파일 시스템과 컴퓨터 운영 시스템에 의해 사용되고, 오류 수정과 복구를 위한 내장 중복성이 있기 때문입니다. 저장 용량과 관련하여 혼란이 있을 수 있는데, 왜냐하면 용량은 HDD 제조업체에 의해 십진수 기가바이트 (1000의 거듭제곱)로 표시하고, 반면에 가장 공통적으로 사용되는 운영 시스템은 용량을 1024의 거듭제곱으로 보고하기 때문으로, 이는 광고된 것보다 적은 숫자입니다. 성능은 헤드를 트랙이나 실린더로 옮기는 데 걸리는 시간 (평균 접근 시간), 원하는 섹터가 헤드 아래로 이동하는 데 걸리는 시간 (평균 지연 시간, 분당 회전수의 물리적 회전 속력에 따른 함수), 및 마지막으로, 데이터가 전송되는 속력 (데이터 전송률)으로 지정됩니다.

현대 HDD에 대해 가장 공통적인 두 가지 폼 팩터는 데스크탑 컴퓨터에 대한 3.5-인치와 주로 노트북에 대해 2.5-인치입니다. HDD는 SATA (Serial ATA), USB, SAS (Serial Attached SCSI), 또는 PATA (Parallel ATA) 케이블과 같은 표준 인터페이스 케이블을 통해 시스템에 연결됩니다.

History

최초의 생산 IBM 하드 디스크 드라이브, 350 디스크 스토리지는 1957년 IBM 305 RAMAC 시스템의 구성 요소로 출시되었습니다. 그것은 약 2대의 대형 냉장고 크기였고 52개의 디스크 (사용된 표면 100개) 스택에 6-비트 문자 500만 개 (3.75 메가바이트)를 저장했습니다. 그 350에는 위를 향하는 하나와 아래를 향하는 두 개의 읽기/쓰기 헤드가 있는 단일 암이 있었으며, 이 헤드는 인접한 한 쌍의 플래터 사이에서 수평으로 이동하고 한 쌍의 플래터에서 두 번째 집합으로 수직으로 이동했습니다. IBM 350의 변형은 IBM 355, IBM 7300, 및 IBM 1405였습니다.

1961년에, IBM은 IBM 350과 유사한 드라이브를 대체하는 IBM 1301 디스크 스토리지 장치를 발표하고 1962년에 출시했습니다. 그 1301은 (모델 1에 대해) 하나 또는 (모델 2에 대해) 두 개의 모듈로 구성되었으며, 각각 25개의 플래터를 포함하고 각 플래터의 두께는 약 1⁄8-inch (3.2 mm)이고 지름은 24 inches (610 mm)였습니다. 이전의 IBM 디스크 드라이브는 암당 두 개의 읽기/쓰기 헤드만 사용했지만, 1301은 48개 헤드 (콤브) 배열을 사용했으며, 각 배열은 단일 장치로 수평으로 이동했고, 사용된 표면당 헤드가 하나씩 있었습니다. 실린더-모드 읽기/쓰기 연산이 지원되었고 헤드는 플래터 표면 위로 약 250 마이크로-인치 (약 6μm) 높이를 날았습니다. 헤드 배열의 동작은 반복 가능한 위치 지정을 보장하는 유압 액추에이터의 바이너리 더하기 시스템에 따라 달라졌습니다. 1301 캐비닛은 나란히 놓은 대형 냉장고 3개 크기 정도였으며, 모듈당 약 2,100만 개의 8비트 바이트에 해당하는 내용을 저장했습니다. 접근 시간은 약 1/4초였습니다.

역시 1962년에, IBM은 세탁기 크기 정도의 모델 1311 디스크 드라이브를 출시했고, 이동식 디스크 팩에 200만 개의 문자를 저장했습니다. 사용자는 추가 팩을 구매하고 필요에 따라 교체할 수 있었으며, 이는 자기 테이프의 릴과 매우 유사했습니다. IBM과 다른 회사에서 출시된 이후의 이동식 팩 드라이브 모델은 대부분의 컴퓨터 설치에서 표준이 되었고 1980년대 초에는 300 메가바이트 용량에 도달했습니다. 비-이동식 HDD HDD는 "고정 디스크" 드라이브라고 불렸습니다.

1963년에, IBM은 1302를 출시했으며, 1301보다 트랙 용량이 2배, 실린더당 트랙 수가 2배 더 많았습니다. 그 1302에는 (모델 1에 대해) 1개 또는 (모델 2에 대해) 2개의 모듈이 있었으며, 각각 처음 250개 트랙과 마지막 250개 트랙에 대한 별도의 빗살이 들어있었습니다.

일부 고성능 HDD는 트랙당 헤드가, 헤드를 트랙으로 물리적으로 옮기는 데 시간이 손실되지 않고 유일한 지연 시간은 원하는 데이터 블록이 헤드 아래에서 위치로 회전하는 데 걸리는 시간이 되도록, 하나씩 있는 형태로 제조되었습니다 (예를 들어, 1964년의 Burroughs B-475, 1970년의 IBM 230). 고정-헤드 또는 트랙당 헤드 디스크 드라이브라고 알려진, 그것들은 매우 비쌌고 더 이상 생산되지 않습니다.

1973년 IBM은 "윈체스터"라는 코드명의 새로운 유형의 HDD를 출시했습니다. 그것의 가장 큰 특징은 드라이브의 전원이 꺼졌을 때 디스크 헤드가 디스크 플래터 스택에서 완전히 빠지지 않는다는 것입니다. 대신, 헤드는 스핀-다운 시 디스크 표면의 특수 영역에 "착지"한 다음 나중에 디스크의 전원이 켜지면 다시 "이륙"하도록 허용되었습니다. 이를 통해 헤드 액추에이터 메커니즘의 비용은 크게 줄었지만 당시 디스크 팩에서처럼 드라이브에서 디스크만 제거할 수는 없었습니다. 대신, "윈체스터 기술" 드라이브의 첫 번째 모델은 디스크 팩과 헤드 어셈블리를 모두 포함하는 제거 가능한 디스크 모듈을 특징으로 했으며, 제거 시 액추에이터 모터는 드라이브에 그대로 남았습니다. 이후의 "윈체스터" 드라이브는 제거 가능한 미디어 개념을 포기하고 제거 불가능한 플래터로 돌아갔습니다.

1974년에, IBM은 스윙 암 액추에이터를 출시했으며, 이는 윈체스터 기록 헤드가 기록된 트랙에 맞춰 기울여도 잘 작동하기 때문에 가능했습니다. IBM의 영국 허슬리 랩에서 발명된 IBM GV (Gulliver) 드라이브의 간단한 설계는 IBM의 역대 가장 많이 라이선스를 받은 전기 기계 발명품이 되었고, 이 액추에이터와 여과 시스템은 1980년대에 결국 모든 HDD에 채택되었고, 나중에 거의 40년과 100억 개의 암에 대해 지금도 여전히 보편적입니다.

최초의 이동식 팩 드라이브와 마찬가지로, 최초의 "윈체스터" 드라이브는 지름 14 inches (360 mm)의 플래터를 사용했습니다. 1978년에, IBM은 8인치 플래터가 장착된 스윙 암 드라이브인 IBM 0680 (Piccolo)을 출시하여, 더 작은 플래터가 이점을 제공할 가능성을 모색했습니다. 그 뒤를 이어 다른 8인치 드라이브가 출시되었고, 그다음에는 당시의 플로피 디스크 드라이브를 대체할 크기의 5+1⁄4 in (130 mm) 드라이브가 출시되었습니다. 후자는 주로 당시 초창기였던 개인용 컴퓨터 (PC) 시장을 겨냥한 것이었습니다.

시간이 지나면서, 기록 밀도가 크게 증가함에 따라, 디스크 지름와 3.5인치와 2.5인치로 더 줄이는 것이 최적이라는 것이 밝혀졌습니다. 이 기간 동안 강력한 희토류 자석 소재가 저렴해졌고, 스윙 암 액추에이터 설계를 보완하여 현대 HDD의 컴팩트한 폼 팩터를 가능하게 했습니다.

1980년대 초반에는, HDD가 PC에 추가되는 희귀하고 매우 비싼 기능이었지만, 1980년대 후반에는, 그것들의 비용이 낮아져 가장 저렴한 컴퓨터를 제외한 모든 컴퓨터에 표준으로 장착되었습니다.

1980년대 초반 대부분의 HDD는 PC 최종 사용자에게 외장형 추가 하위 시스템으로 판매되었습니다. 하위 시스템은 드라이브 제조업체 이름으로 판매되지 않았지만 Corvus Systems와 Tallgrass Technologies와 같은 하위 시스템 제조업체 이름으로 판매되었거나, Apple ProFile과 같은 PC 시스템 제조업체 이름으로 판매되었습니다. 1983년 IBM PC/XT에는 내장형 10MB HDD가 포함되었고, 그 후 얼마 지나지 않아 내장형 HDD가 개인용 컴퓨터에 널리 퍼졌습니다.

외장 HDD는 Apple Macintosh에서 훨씬 더 오랫동안 인기를 유지했습니다. 1986년과 1998년 사이에 만들어진 많은 Macintosh 컴퓨터는 뒷면에 SCSI 포트가 있어, 외부 확장을 간편하게 만들었습니다. 이전의 소형 Macintosh 컴퓨터에는 사용자가 접근할 수 있는 하드 드라이브 베이가 없었으며 (실제로, Macintosh 128K, Macintosh 512K, 및 Macintosh Plus에는 하드 드라이브 베이가 전혀 없었습니다), 따라서 그것들 모델에서, 외장 SCSI 디스크가 내부 스토리지를 확장하는 유일한 합리적인 옵션이었습니다.

HDD 개선은 위 테이블에 나열된 넓이 밀도 증가에 의해 주도되었습니다. 1950년대 후반의 메인프레임 컴퓨터에서 컴퓨터와 엔터테인먼트 컨텐츠 저장과 같은 소비자 응용 프로그램을 포함한 대부분의 대용량 저장 응용 프로그램으로 2000년대에 걸쳐 응용 프로그램이 확장되었습니다.

2000년대와 2010년대에, NAND는 휴대성이나 고성능이 필요한 응용 프로그램에서 HDD를 대체하기 시작했습니다. NAND 성능은 HDD보다 더 빠르게 개선되고 있고, HDD를 위한 응용 프로그램은 침식되고 있습니다. 2018년에, 가장 큰 하드 드라이브의 용량은 15TB였고, 반면에 가장 큰 용량의 SSD의 용량은 100TB였습니다. 2018년 기준, HDD는 2025년경에 100TB 용량에 도달할 것으로 예상되었지만, 2019년 기준, 예상되는 개선 속도는 2026년까지 50TB로 축소되었습니다. 1.8인치 이하의 더 작은 폼 팩터는 2010년경에 단종되었습니다. 무어의 법칙으로 표현되는 솔리드-스테이트 스토리지 (NAND)의 비용은 HDD보다 더 빠르게 개선되고 있습니다. NAND는 HDD보다 수요의 가격 탄력성이 더 높고 이것이 시장 성장을 촉진합니다. 2000년대 후반과 2010년대에, HDD의 제품 수명 주기는 성숙기에 접어들었고, 판매 둔화는 쇠퇴기의 시작을 시사하는 것일 수 있습니다.

2011년 태국 홍수로 인해 제조 공장이 피해를 입었고 2011년부터 2013년까지 하드 디스크 드라이브 비용이 크게 감소했습니다.

2019년에, Western Digital은 SSD 생산에 집중하기 위해, 수요 감소로 인해 마지막 말레이시아 HDD 공장을 폐쇄했습니다. 나머지 세 HDD 제조업체는 모두 2014년 이후로 HDD 수요가 감소했습니다.

2011년 태국 홍수로 인해 제조 공장이 피해를 입었고 2011년부터 2013년까지 하드 디스크 드라이브 비용이 크게 감소했습니다.

Technology

Magnetic recording

Components

전형적인 HDD에는 두 개의 전기 모터가 있습니다: 디스크를 회전시키는 스핀들 모터와 회전하는 디스크에 읽기/쓰기 헤드 어셈블리를 배치하는 액추에이터 (모터)입니다. 디스크 모터에는 디스크에 부착된 외부 로터가 있습니다; 스테이터 권선은 제자리에 고정되어 있습니다. 헤드 지지대 끝의 액추에이터 반대편에는 읽기/쓰기 헤드가 있습니다; 얇은 인쇄-회로 케이블은 읽기/쓰기 헤드를 액추에이터의 피벗에 장착된 증폭기 전자 장치에 연결합니다. 헤드 지지대 암은 매우 가볍지만, 역시 단단합니다; 최신 드라이브에서, 헤드에서 가속도가 550 g에 이릅니다.

액추에이터는 헤드를 원하는 위치로 스윙시키는 영구 자석과 가동 코일 모터입니다. 금속판은 쪼그리고 앉은 네오디뮴-철-붕소 (NIB) 고유속 자석을 지지합니다. 이 판 아래에는 가동 코일이 있으며, 종종 라우드스피커에서 코일과 아날로그에 의해 음성 코일이라고도 하며, 이는 액추에이터 허브에 부착되어 있고, 그 아래에는 모터의 바닥 판에 장착된 두 번째 NIB 자석이 있습니다 (일부 드라이브에는 자석이 하나만 있습니다).

음성 코일 자체는 화살촉 모양이고 이중 코팅 구리 자석 와이어로 만들어졌습니다. 내부 층은 절연체이고, 외부 층은 열가소성 플라스틱으로, 코일을 폼에 감은 후 함께 결합하여 자체 지지가 가능하게 합니다. 화살촉의 두 면을 따라 있는 코일 부분 (액추에이터 베어링의 중심을 가리킴)은 고정 자석의 자기 필드와 상호 작용합니다. 화살촉의 한 면을 따라 방사형으로 바깥쪽으로 흐르는 전류와 다른 면을 따라 방사형으로 안쪽으로 흐르는 전류는 접선력을 생성합니다. 만약 자기 필드가 균일하다면, 각 면은 서로를 상쇄하는 반대 힘을 생성합니다. 그러므로, 자석의 표면은 반은 북극이고 반은 남극이며, 중앙에 방사형 분할선이 있어, 코일의 두 면이 반대 자기 필드를 보고 상쇄하는 대신 더하는 힘을 생성합니다. 코일의 상단과 하단을 따라 흐르는 전류는 헤드를 회전시키지 않는 방사형 힘을 생성합니다.

HDD의 전자 장치는 액추에이터의 움직임과 디스크의 회전을 제어하고 디스크 컨트롤러로/부터 데이터를 전송합니다. 드라이브 전자 장치의 피드백은 서보 피드백에 전담된 디스크의 특수 세그먼트를 수단으로 수행됩니다. 이것들은 완전한 동심원 (전용 서보 기술의 경우)이거나, 실제 데이터로 끼어든 세그먼트 (임베디드 서보의 경우, 그렇지 않으면 섹터 서보 기술로 알려짐)입니다. 서보 피드백은 암을 회전하기 위해 음성 코일 모터를 조정함으로써 GMR 센서의 신호-대-잡음비를 최적화합니다. 보다 현대적인 서보 시스템은 역시 밀리 및/또는 마이크로 액추에이터를 사용하여 읽기/쓰기 헤드를 보다 정확하게 배치합니다. 디스크의 회전은 유체-베어링 스핀들 모터를 사용합니다. 최신 디스크 펌웨어는 플래터 표면에서 효율적으로 읽기와 쓰기를 예약하고 오류가 발생한 미디어의 섹터를 다시 매핑할 수 있습니다.

Error rates and handling

최신 드라이브는 특히 Reed–Solomon 오류 수정을 포함하여 오류 수정 코드 (ECC)를 광범위하게 사용합니다. 이들 기술은 각 데이터 블록에 대해 수학 공식에 의해 결정되는 여분의 비트를 저장합니다; 여분의 비트를 사용하면 많은 오류를 보이지 않게 수정할 수 있습니다. 여분의 비트 자체는 HDD의 공간을 차지하지만, 수정할 수 없는 오류를 발생시키지 않고 더 높은 기록 밀도를 사용할 수 있으므로, 훨씬 더 큰 저장 용량을 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 512-바이트 섹터를 갖는 전형적인 1 TB 하드 디스크는 ECC 데이터에 대해 약 93 GB에 대한 추가 용량을 제공합니다.

2009년 기준, 최신 드라이브에서, 저-밀도 패리티-검사 코드 (LDPC)가 Reed–Solomon을 대체하고 있습니다; LDPC 코드는 섀넌 한계에 가까운 성능을 가능하게 하고 따라서 사용 가능한 가장 높은 저장 밀도를 제공합니다.

전형적인 하드 디스크 드라이브는 드라이브의 "예비 섹터 풀" (역시 "예약 풀"이라고 불림)에서 제공하는 예비 물리 섹터에 실패하는 물리적 섹터의 데이터를 "재매핑"하려고 시도하고, 반면에 불량 섹터에서 오류 수가 여전히 충분히 낮은 동안 ECC에 의존하여 저장된 데이터를 복구합니다. S.M.A.R.T (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology) 기능은 ECC로 수정된 전체 HDD에서 총 오류 수를 계산하고 (비록 관련 S.M.A.R.T 속성 "하드웨어 ECC 복구됨"과 "소프트 ECC 수정"이 일관되게 지원되지 않으므로 모든 하드 드라이브가 아닐지라도), 수행된 섹터 재매핑의 총 수를 계산하는데, 왜냐하면 그러한 오류의 많은 발생이 HDD 고장을 예고할 수 있습니다.

IBM에 의해 1990년대 중반에 개발된 "No-ID 포맷"은 어떤 섹터가 불량인지 그리고 재매핑된 섹터가 어디에 위치해 있는지에 대한 정보를 포함하고 있습니다.

감지된 오류 중 극히 일부만이 수정 불가능한 것으로 끝납니다. 지정된 수정되지 않은 비트 읽기 오류율의 예는 다음과 같습니다:

2013년 엔터프라이즈 SAS 디스크 드라이브에 대한 사양은 오류율이 1016 비트 읽기당 1개의 수정되지 않은 비트 읽기 오류로 명시되어 있습니다,[
2018년 소비자용 SATA 하드 드라이브에 대한 사양은 오류율이 1014 비트당 1개의 수정되지 않은 비트 읽기 오류라고 명시되어 있습니다.

지정된 제조업체 모델 내에서는 수정되지 않은 비트 오류율은 전형적으로 드라이브 용량에 관계없이 같습니다.

가장 심각한 오류 유형은 디스크 펌웨어나 호스트 운영 시스템에 의해 감지되지 않는 조용한 데이터 손상입니다; 이들 오류 중 일부는 하드 디스크 드라이브 오작동으로 인해 발생할 수도 있고 다른 오류는 드라이브와 호스트 사이의 연결의 다른 곳에서 발생할 수도 있습니다.

Development

2010년까지 넓이 밀도 증가율은 무어의 법칙 (2년마다 두 배로 증가)과 유사했습니다: 1988–1996년에는 연간 60%, 1996–2003년에는 100%, 및 2003–2010년에는 30%였습니다. 1997년에 연설한, 고든 무어는 이 증가를 "깜짝 놀랄 만한"이라고 불렀고, 나중에 성장이 영원히 계속될 수는 없다고 지적했습니다. 넓이 밀도 증가가 둔화되면서 2010–2017년 동안 가격 개선은 연간 −12%로 둔화되었습니다. 넓이 밀도 증가율은 2010–2016년 동안 연간 10%로 둔화되었고, 수직 기록에서 최신 기술로 이전하는 데 어려움이 있었습니다.

비트 셀 크기가 감소함에 따라, 더 많은 데이터를 단일 드라이브 플래터에 넣을 수 있습니다. 2013년에, 생산용 데스크탑 3 TB HDD (플래터 4개)의 넓이 밀도는 약 500 Gbit/in2였으며, 이는 약 18개의 자기 그레인(11 x 1.6 그레인)으로 구성된 비트 셀에 해당합니다. 2000년대 중반 이후로, 넓이 밀도의 진보는 그레인 크기, 그레인 자기 강도, 및 헤드의 쓰기 능력을 포함하는 초상자성 3난제에 의해 어려움을 겪었습니다. 허용 가능한 신호-대-잡음비를 유지하기 위해, 더 작은 그레인이 필요합니다; 더 작은 그레인은 자기 강도를 증가시키지 않는 한 자체 반전 (전열 불안정성)될 수 있지만, 알려진 쓰기 헤드 재료는 그레인이 차지하는 점점 작아지는 공간에 매체를 쓰기에 충분한 충분하게 강한 자기장을 생성할 수 없습니다.

자기 저장 기술은 이 3가지 난제를 해결하고, 플래시 메모리-기반 솔리드-스테이트 드라이브 (SSD)와 경쟁하기 위해 개발되고 있습니다. 2013년에, Seagate는 PMR과 Seagate의 의도된 후속 제품 열-지원 자기 기록 (HAMR) 사이의 일종의 "중간 단계" 기술로 의도된 싱글드 자기 기록 (SMR)을 출시했습니다. SMR은 설계 복잡성과 낮은 데이터 접근 속력 (특히 쓰기 속력과 무작위 접근 4k 속력)을 희생하고 데이터 밀도를 높이기 위해 겹치는 트랙을 활용합니다.

대조적으로, HGST (현재 Western Digital의 일부)는 보통의 여과된 공기 대신 헬륨으로 채워진 드라이브를 밀봉하는 방법을 개발하는 데 집중했습니다. 난류와 마찰이 감소하므로, 더 작은 트랙 폭을 사용함으로 인해 더 높은 넓이 밀도를 달성할 수 있고, 마찰로 인해 소산되는 에너지도 낮아져, 전력 소모가 낮아지는 결과를 가져왔습니다. 더욱이, 같은 인클로저 공간에 더 많은 플래터를 장착할 수 있지만, 헬륨 가스는 탈출을 방지하기가 매우 어렵습니다. 따라서, 헬륨 드라이브는 완전히 밀봉되어 있고 공기로 채워진 드라이브와 달리 통기구가 없습니다.

Seagate의 열-지원 자기 기록 (HAMR)을 포함하여 다른 기록 기술은 연구 중이거나 넓이 밀도를 높이기 위해 상업적으로 구현되었습니다. HAMR은 재설계된 미디어와 읽기/쓰기 헤드, 새로운 레이저, 및 새로운 근거리-필드 광 변환기를 갖는 다른 아키텍처가 필요합니다. HAMR은 기술적 문제로 인해 2009년 초에 초기 프로젝트로부터, 예상했던 출시가 10년 이상 지연된 후 2024년 후반에 상업적으로 출시될 예정입니다. HAMR의 계획된 후속 제품, 비트-패턴 기록 (BPR)은 Western Digital과 Seagate의 로드맵에서 제거되어 왔습니다. Western Digital의 마이크로파-지원 자기 기록 (MAMR)은, 에너지-지원 자기 기록 (EAMR)이라고도 하며, 2020년에 표본화되었으며, 최초의 EAMR 드라이브, Ultrastar HC550은 2020년 후반에 출시되었습니다. 2차원 자기 기록 (TDMR) 및 "평면에 수직인 전류" 거대 자기-저항 (CPP/GMR) 헤드가 연구 논문에 등장해 왔습니다.

일부 드라이브는 읽기/쓰기 속력을 높이고 SSD와 경쟁하기 위해 이중 독립 액추에이터 암을 채택했습니다. 3D-구동 진공 드라이브 (3DHD) 개념과 3D 자기 기록이 제안되어 왔습니다.

이들 기술의 실현 가능성과 시기에 대한 가정에 따라, Seagate는 2020–2034년 동안 넓이 밀도가 연간 20%씩 증가할 것으로 예측합니다.

Capacity

2024년에 상업적으로 출시되는 가장 큰 용량의 HDD는 32 TB입니다. 운영 시스템은 최종 사용자에게 보고하는 하드 디스크 드라이브의 용량은 여러 가지 이유로 제조업체가 명시한 용량보다 작은데, 예를 들어, 운영 시스템이 일부 공간을 사용하거나, 데이터 중복성을 위해 일부 공간을 사용하거나, 파일 시스템 구조를 위해 공간을 사용하기도 합니다. 십진 접두사와 이진 접두사의 혼동은 오류로 이어질 수도 있습니다.

Calculation

최신 하드 디스크 드라이브는 호스트 컨트롤러에 연속된 논리 블록 집합으로 나타나고, 총 드라이브 용량은 블록 수에 블록 크기를 곱함으로써 계산됩니다. 이 정보는 제조업체의 제품 사양에서 얻을 수 있고, 저-수준 드라이브 명령을 호출하는 운영 시스템 기능을 사용하여 드라이브 자체에서 얻을 수 있습니다. CKD 레코드 형식을 사용하는 예를 들어 IBM 3390과 같은 이전 IBM 및 호환 드라이브에는 가변 길이 레코드가 있습니다; 그러한 드라이브 용량 계산은 레코드의 특성을 고려해야 합니다. 일부 최신 DASD는 CKD를 시뮬레이션하고, 같은 용량 공식이 적용됩니다.

이전 섹터-지향 HDD의 총 용량은 기록 영역당 실린더 수, 섹터당 바이트 수 (가장 공통적으로 512), 및 드라이브의 영역 수를 곱하여 계산됩니다. 일부 최신 SATA 드라이브는 역시 실린더-헤드-섹터 (CHS) 용량을 보고하지만, 이것들은 보고된 값이 이전 운영 시스템 인터페이스에 의해 제한되기 때문에 물리적 매개변수가 아닙니다. C/H/S 방식은 논리적 블록 주소 지정 (LBA)으로 대체되었습니다. LBA는 첫 번째 블록에 대해 LBA 0에서 시작하고 그 이후로 증가하는 정수 인덱스로 블록을 찾는 간단한 선형 주소 지정 방식입니다. 최신 대형 드라이브를 설명하기 위해 C/H/S 방법을 사용할 때, 헤드 수는 종종 64로 설정되지만, 전형적인 최신 하드 디스크 드라이브에는 플래터가 1~4개 있습니다. 최신 HDD에서, 결함 관리를 위한 여유 용량이 게시된 용량에 포함되지 않습니다; 어쨌든, 많은 초기 HDD에서, 특정 수의 섹터가 여유로 예약되어, 운영 시스템에서 사용할 수 있는 용량이 줄었습니다. 게다가, 많은 HDD는 전형적으로 사용자에 의해 접근될 수 없는 예약된 서비스 영역에 펌웨어를 저장하고 있고, 용량 계산에 포함되지 않습니다.

RAID 하위 시스템에 대해, 데이터 무결성과 내결함성 요구 사항도 실현 용량을 줄입니다. 예를 들어, RAID 1 어레이는 데이터 미러링으로 인해 총 용량의 약 절반을 차지하고, 반면에 n개 드라이브를 갖는 RAID 5 어레이는 패리티 정보를 저장하기 때문에 용량의 1/n (단일 드라이브의 용량과 동일)을 잃습니다. RAID 하위 시스템은 사용자에게 하나 이상의 드라이브로 보이지만, 내결함성을 제공하는 여러 드라이브입니다. 대부분의 RAID 공급업체는 체크섬을 사용하여 블록 수준에서 데이터 무결성을 개선합니다. 일부 공급업체는 520바이트 섹터를 갖는 HDD를 사용하여 512바이트의 사용자 데이터와 8개의 체크섬 바이트를 포함하거나, 체크섬 데이터에 별도의 512바이트 섹터를 사용함으로써 시스템을 설계합니다.

일부 시스템은 Windows에서 diskpart와 같은 특수 디스크 파티셔닝 유틸리티에 대한 지식 없이는 시스템 복구를 위해 숨겨진 파티션을 사용하여 최종 사용자가 사용할 수 있는 용량을 줄일 수 있습니다.

Formatting

Main article: Disk formatting

데이터는 일련의 논리적 블록에서 하드 드라이브에 저장됩니다. 각 블록은 시작과 끝을 식별하는 마커, 오류 감지와 수정 정보, 및 사소한 타이밍 변화를 허용하기 위한 블록 사이의 공간으로 구분됩니다. 이들 블록에는 종종 512바이트의 사용 가능한 데이터가 포함되었지만, 다른 크기가 사용되어 왔습니다. 드라이브 밀도가 증가함에 따라, Advanced Format이라는 이니셔티브가 블록 크기를 4096바이트의 사용 가능한 데이터로 확장하여, 블록 헤더, 오류 검사 데이터, 및 간격에 사용되는 디스크 공간의 양이 상당히 감소했습니다.

물리적 디스크 플래터에서 이들 논리적 블록을 초기화하는 과정은 저-수준 포맷이라고 하며, 이는 보통 공장에서 수행되고 통상적으로 현장에서 변경되지 않습니다. 고-수준 포맷은 운영 시스템에 의해 디스크의 데이터 파일을 구성하기 위해 사용되는 데이터 구조를 씁니다. 여기에는 파티션과 파일 시스템 구조를 선택한 논리 블록에 쓰는 것이 포함됩니다. 예를 들어, 일부 디스크 공간은 디스크 파일 이름의 디렉토리와 특정 파일과 관련된 논리 블록 목록을 보관하기 위해 사용됩니다.

파티션 매핑 체계의 예로는 마스터 부트 레코드 (MBR)와 GUID 파티션 테이블 (GPT)이 있습니다. 파일을 검색하기 위해 디스크에 저장된 데이터 구조의 예로는 DOS 파일 시스템에서 파일 할당 테이블 (FAT)과 많은 UNIX 파일 시스템에서 inode, 그리고 다른 운영 시스템 데이터 구조 (메타데이터라고도 함)가 있습니다. 결과로써, HDD의 모든 공간을 사용자 파일에 사용할 수 있는 것은 아니지만, 이 시스템 오버헤드는 보통 사용자 데이터에 비해 작습니다.

Units

컴퓨팅의 초기 시절에서, HDD의 총 용량이 7~9자리의 십진 자릿수로 지정되었으며, 자주 백만이라는 관용어로 잘렸습니다. 1970년대까지, 제조업체에서 메가바이트 (1 MB = 1,000,000 바이트), 기가바이트 (1 GB = 1,000,000,000 바이트), 테라바이트 (1 TB = 1,000,000,000,000 바이트)와 같은 SI 십진수 접두사를 사용하여 HDD의 총 용량을 제공했습니다. 어쨌든, 메모리 용량은 보통 접두사의 이진 해석을 사용하여 표시됩니다. 즉, 1000 대신 1024의 거듭제곱을 사용합니다.

소프트웨어는 십진 접두사 또는 이진 접두사를 사용하여 다양한 형태로 하드 디스크 드라이브 또는 메모리 용량을 보고합니다. Microsoft Windows 운영 시스템 가족은 저장 용량을 보고할 때 이진 규칙을 사용하므로, 제조업체에 의해 1TB 드라이브로 제공된 HDD는 이들 운영 시스템에서 931 GB HDD로 보고합니다. Mac OS X 10.6 ("Snow Leopard")은 HDD 용량을 보고할 때 십진 규칙을 사용합니다. 리눅스에서 df 명령줄 유틸리티의 기본 동작은 HDD 용량을 1024-바이트 단위로 보고하는 것입니다.

십진 접두사와 이진 접두사 해석의 차이는 일부 소비자에게 혼란을 야기했고 HDD 제조업체에 대항한 집단 소송으로 이어졌습니다. 원고는 십진 접두사 사용이 효과적으로 소비자를 오도했다고 주장했지만, 피고는 잘못이나 책임을 부인하며, 마케팅과 광고가 모든 면에서 법을 준수했으며, 집단 구성원 중 누구도 피해나 부상을 입지 않았다고 주장했습니다. 2020년 캘리포니아 법원은 십진수 의미로 십진 접두사를 사용하는 것은 오도하지 않는다고 판결했습니다.

Form factors

IBM의 첫 번째 하드 디스크 드라이브, IBM 350은 24-인치 플래터 50개를 스택으로 사용했고, 3.75 MB의 데이터 (대략 현대 디지털 사진 한 장 크기)를 저장했고, 두 대의 대형 냉장고와 비슷한 크기였습니다. 1962년에, IBM은 분리형 팩에 14-인치 (공칭 크기) 플래터 6개를 사용했던 모델 1311 디스크를 출시했고, 세탁기 크기와 비슷했습니다. 이것은 수년 동안 표준 플래터 크기가 되었으며, 다른 제조업체에서도 사용되었습니다. IBM 2314는 11-인치 높이의 팩에 같은 크기의 플래터를 사용하고 때때로 "피자 오븐"이라고도 불리는 "서랍 속 드라이브" 레이아웃을 도입했지만, "서랍"이 완전한 드라이브는 아니었습니다. 1970년대로 들어가서, HDD가 1~4개의 HDD를 포함하는 다양한 크기의 독립형 캐비닛으로 제공되었습니다.

1960년대 후반 시작부터, 19-인치 랙에 장착할 수 있는 섀시에 완전히 맞는 드라이브가 제공되었습니다. Digital의 RK05와 RL01은 분리형 팩에 단일 14-인치 플래터를 사용한 초기 사례였으며, 전체 드라이브가 10.5-인치 높이의 랙 공간 (6개의 랙 유닛)에 들어맞았습니다. 1980년대 중반에서 후반에는, (우연히도) 10.5-인치 플래터를 사용한 비슷한 크기의 Fujitsu Eagle이 인기 있는 제품이었습니다.

내장 플로피 디스크 드라이브 (FDD)를 가지는 마이크로컴퓨터의 판매가 증가와 함께, FDD 마운팅에 맞는 HDD가 바람직해졌습니다. Shugart Associates SA1000부터 시작하는, HDD 폼 팩터는 처음에는 8-인치, 5¼-인치, 및 3½-인치 플로피 디스크 드라이브의 폼 팩터를 따랐습니다. 비록 이들 공칭 크기로 언급될지라도, 그들 세 드라이브의 실제 크기는 각각 9.5", 5.75" 및 4" 너비입니다. 더 작은 플로피 디스크 드라이브가 없었기 때문에, 2½-인치 드라이브 (실제로는 2.75" 너비)와 같은 더 작은 HDD 폼 팩터가 제품 제공 또는 산업 표준에서 개발되었습니다.

2019년 기준, 2½-인치와 3½-인치 하드 디스크가 가장 인기 있는 크기입니다. 2009년까지, 모든 제조업체는 움직이는 부품이 없는 플래시 메모리의 가격 하락으로 인해 1.3-인치, 1-인치, 및 0.85-인치 폼 팩터에 대한 신제품 개발을 중단했습니다.[126][127] 명목 크기는 인치이지만, 실제 치수는 밀리미터로 지정됩니다.

Performance characteristics

Main article: Hard disk drive performance characteristics

HDD의 데이터에 접근하기 위한 시간을 제한하는 요소는 대부분 회전 디스크와 이동 헤드의 기계적 본성과 관련이 있으며, 여기에는 다음이 포함됩니다:

탐색 시간은 헤드 어셈블리가 데이터를 포함하는 디스크의 트랙까지 이동하기 위해 걸리는 시간을 측정한 것입니다.
회전 지연은 데이터 전송이 요청될 때 원하는 디스크 섹터가 헤드 바로 아래에 있지 않을 수 있기 때문에 발생합니다. 평균 회전 지연은 평균 지연이 회전 주기의 절반이라는 통계적 관계에 따라 테이블에 나와 있습니다.
비트 전송률 또는 데이터 전송률 (헤드가 올바른 위치에 있으면)은 전송되는 블록 수에 따라 달라지는 지연을 발생시킵니다; 전형적으로는 비교적 작지만, 대용량 연속 파일을 전송하는 경우 지연이 꽤 길어질 수 있습니다.

에너지를 절약하기 위해 드라이브 디스크가 멈추는 경우에도 지연이 발생할 수 있습니다.

조각-모으기는 관련 항목을 디스크의 물리적으로 가까운 영역으로 이동함으로써 데이터 검색 지연을 최소화하기 위해 사용되는 절차입니다. 일부 컴퓨터 운영 시스템은 조각 모으기를 자동으로 수행합니다. 비록 자동 조각 모으기는 접근 지연을 줄이기 위한 것이지만, 절차가 진행되는 동안 성능이 일시적으로 저하됩니다.

데이터 접근 시간은 회전 속력을 높임으로써 (따라서 지연 시간을 줄임) 또는 탐색에 소요되는 시간을 줄임으로써 개선될 수 있습니다. 넓이 밀도를 높이는 것은 데이터 전송 속력을 높이고 헤드 세트 아래의 데이터 양을 늘려 처리량을 늘리고, 따라서 주어진 양의 데이터에 대한 탐색 활동을 잠재적으로 줄일 수 있습니다. 데이터 접근 시간은 처리량 증가에 따라가지 못했으며, 이는 처리량 증가 자체가 비트 밀도와 저장 용량의 증가에 따라가지 못했습니다.

Latency

Data transfer rate

2010년 기준, 전형적인 7,200-rpm 데스크탑 HDD는 최대 1,030 Mbit/s의 지속적인 "디스크-대-버퍼" 데이터 전송율을 보입니다. 이 율은 트랙 위치에 따라 다릅니다; 율은 바깥쪽 트랙 (회전당 데이터 더 많은 섹터가 있음)의 데이터에 대해 더 높고 안쪽 트랙 (회전당 데이터 더 적은 섹터가 있음)으로 갈수록 낮아집니다; 그리고 일반적으로 10,000-rpm 드라이브의 경우 다소 높습니다. 현재, 널리 사용되는 "버퍼-대-컴퓨터" 인터페이스 표준은 3.0 Gbit/s SATA로, 버퍼에서 컴퓨터로 약 300 MB/s (10-비트 인코딩)를 전송할 수 있고, 따라서 오늘날의 디스크-대-버퍼 전송율보다 여전히 여유 있게 앞서 있습니다. 데이터 전송율 (읽기/쓰기)는 특수 파일-생성 도구를 사용하여 대용량 파일을 디스크에 쓰고, 그런-다음 파일을 다시 읽음으로써 측정될 수 있습니다. 전송율은 파일 시스템 조각화와 파일 레이아웃에 의해 영향을 받을 수 있습니다.

HDD 데이터 전송율은 플래터의 회전 속력과 데이터 기록 밀도에 따라 달라집니다. 열과 진동이 회전 속력을 제한하기 때문에, 밀도를 높이는 것이 순차 전송율을 개선하는 주요 방법이 됩니다. 속력이 빨라질수록 더 강력한 스핀들 모터가 필요하며, 이로 인해 더 많은 열이 발생합니다. 넓이 밀도는 디스크의 트랙 수와 트랙당 섹터 수를 모두 늘려서 높아지지만, 주어진 rpm에 대해 데이터 전송율을 높이는 것은 후자뿐입니다. 데이터 전송율 성능은 넓이 밀도의 두 구성 요소 중 하나만 추적하기 때문에, 그 성능이 더 낮은 율로 향상됩니다.

Other considerations

기타 성능 고려사항으로는 품질에 따른 가격, 전력 소비, 가청 소음, 및 작동 시와 비작동 시의 충격 저항성 등이 있습니다.

Access and interfaces

현재 하드 드라이브는 병렬 ATA, 직렬 ATA, SCSI, Serial Attached SCSI (SAS), 및 Fibre Channel을 포함한 여러 버스 유형 중 하나를 통해 컴퓨터에 연결됩니다. 일부 드라이브, 특히 외장형 휴대용 드라이브는 IEEE 1394, 또는 USB를 사용합니다. 이들 모든 인터페이스는 디지털입니다; 드라이브의 전자 장치는 읽기/쓰기 헤드에서 아날로그 신호를 처리합니다. 현재 드라이브는 내부적으로 사용되는 데이터 인코딩 체계와 독립적이고, 드라이브 내의 디스크와 헤드의 실제 개수와 독립적인 나머지 컴퓨터에 일관된 인터페이스를 제공합니다.

전형적으로, 드라이브 내부 전자 장치에서 DSP는 읽기 헤드에서 원시 아날로그 전압을 가져오고 PRML와 Reed–Solomon error correction을 데이터를 디코딩하기 위해 사용하고, 그런-다음 해당 데이터를 표준 인터페이스로 전송합니다. 해당 DSP는 역시 오류 감지와 수정에 의해 감지된 오류율을 감시하고, 불량 섹터 리매핑, 자체-모니터링, 분석, 및 보고 기술을 위한 데이터 수집, 및 기타 내부 작업을 수행합니다.

최신 인터페이스는 단일 데이터/제어 케이블로 드라이브를 호스트 인터페이스에 연결합니다. 각 드라이브는 역시 보통 전원 공급 장치에 직접 연결되는 추가 전원 케이블을 가집니다. 이전 인터페이스에는 데이터 신호와 드라이브 제어 신호에 대한 별도의 케이블이 있습니다.

Small Computer System Interface (SCSI), 원래 Shugart Associates System Interface에 대해 SASI라는 이름으로, 1990년대 중반까지 서버, 워크스테이션, Commodore Amiga, Atari ST, 및 Apple Macintosh 컴퓨터에서 표준이었으며, 이때까지 대부분 모델이 새로운 인터페이스로 전환되었습니다. 데이터 케이블의 길이 제한은 외부 SCSI 장치를 허용합니다. SCSI 명령 집합은 더 현대적인 SAS 인터페이스에서 여전히 사용됩니다.
Integrated Drive Electronics (IDE), 나중에 AT Attachment (ATA, SATA 도입 시 별칭 PATA (Parallel ATA)가 소급적으로 추가됨)라는 이름으로 표준화되어 HDD 컨트롤러를 인터페이스 카드에서 디스크 드라이브로 옮겼습니다.이를 통해 호스트/컨트롤러 인터페이스가 표준화되고, 호스트 장치 드라이버에서 프로그래밍 복잡성이 줄어들고, 시스템 비용과 복잡성이 감소했습니다. 40-핀 IDE/ATA 연결은 데이터 케이블에서 한 번에 16-비트의 데이터를 전송합니다. 데이터 케이블은 원래 40-도체였지만, 나중에 더 높은 속력이 요구되면서 고속에서 크로스토크를 줄이기 위해 추가 와이어를 갖는 80-도체 케이블을 사용하는 "울트라 DMA" (UDMA) 모드가 도입되었습니다.
EIDE는 원래 IDE 표준에 대한 (Western Digital에 의한) 비공식 업데이트였으며, 주요 개선 사항은 CPU의 개입 없이 디스크와 컴퓨터 사이에 데이터를 전송하기 위해 직접 메모리 접근 (DMA)를 사용하는 것이었으며, 이 개선 사항은 나중에 공식 ATA 표준에 채택되었습니다. 메모리와 디스크 사이에 데이터를 직접 전송함으로써, DMA는 CPU가 바이트당 바이트를 복사할 필요가 없으므로 데이터 전송이 발생하는 동안 다른 작업을 처리할 수 있습니다.
Fibre Channel (FC)은 엔터프라이즈 시장에서 병렬 SCSI 인터페이스의 후속 제품입니다. 그것은 직렬 프로토콜입니다. 디스크 드라이브에서, 보통 Fibre Channel Arbitrated Loop (FC-AL) 연결 토폴로지가 사용됩니다. FC는 단순한 디스크 인터페이스보다 훨씬 더 광범위하게 사용되고, 스토리지 영역 네트워크 (SAN)의 초석입니다. 최근에는 iSCSI와 ATA over Ethernet과 같은 이 분야의 다른 프로토콜도 개발되어 왔습니다. 혼란스럽게도, 드라이브는 보통 파이버 채널에 구리 꼬임-쌍 케이블을 사용하고, 광섬유는 사용하지 않습니다. 후자는 전통적으로 서버나 디스크 어레이 컨트롤러와 같은 대형 장치에 사용됩니다.
Serial Attached SCSI (SAS). SAS는 훨씬 더 빠른 속력의 데이터 전송을 허용하도록 설계된 장치를 위한 차세대 직렬 통신 프로토콜이고 SATA와 호환됩니다. SAS는 표준 3.5-인치 SATA1/SATA2 HDD에 기계적으로 호환되는 데이터와 전원 커넥터를 사용하고, 많은 서버-지향 SAS RAID 컨트롤러도 SATA HDD를 주소 지정할 수 있습니다. SAS는 전통적인 SCSI 장치에서 발견되는 병렬 방식 대신 직렬 통신을 사용하지만 여전히 SCSI 명령을 사용합니다.
Serial ATA (SATA). SATA 데이터 케이블은 EIA-422와 마찬가지로 장치로 데이터를 차등 전송하기 위한 데이터 쌍이 하나 있고, 장치에서 차등 수신하기 위한 쌍이 하나 있습니다. 이를 위해서는 데이터가 직렬로 전송되어야 합니다. 유사한 차등 신호 시스템이 RS485, LocalTalk, USB, FireWire, 및 차등 SCSI에서 사용됩니다. SATA I~III는 SAS 명령의 부분집합과 호환 인터페이스와 호환되도록 설계되었습니다. 그러므로, SATA 하드 드라이브는 SAS 하드 드라이브 컨트롤러에 연결되고 제어될 수 있습니다 (호환성이 제한된 드라이브/컨트롤러와 같은 몇 가지 사소한 예외가 있습니다). 어쨌든, 그것들은 그 반대로 연결할 수는 없습니다—SATA 컨트롤러는 SAS 드라이브에 연결될 수 없습니다.

Integrity and failure

헤드와 디스크 표면 사이의 간격이 극단적으로 좁기 때문에, HDD는 헤드 충돌에 의해 손상될 가능성이 높습니다 – 헤드 충돌은 헤드가 플래터 표면을 긁어, 종종 얇은 자기 필름을 갈아내고 데이터가 손실되는 디스크 고장입니다. 헤드 충돌은 전자적 고장, 갑작스러운 정전, 물리적 충격, 드라이브 내부 인클로저의 오염, 마모, 부식, 또는 제조가 불량한 플래터와 헤드로 인해 발생할 수 있습니다.

HDD의 스핀들 시스템은 디스크가 회전하는 동안 헤드를 적절한 비행 높이에서 지지하기 위해 디스크 인클로저 내부의 공기 밀도에 의존합니다. HDD는 제대로 작동하기 위해 특정 범위의 공기 밀도가 필요합니다. 외부 환경과 밀도와의 연결은 인클로저의 작은 구멍 (폭 약 0.5mm)을 통해 이루어지며, 보통 내부에 필터 (숨 필터)가 있습니다. 만약 공기 밀도가 너무 낮으면, 비행 헤드에 충분한 리프트가 없으므로, 헤드가 디스크에 너무 가까워지고, 헤드 충돌과 데이터 손실의 위험이 있습니다. 약 3,000 m (9,800 ft) 이상의 안정적인 고고도 작동을 위해 특별히 제조된 밀폐와 가압 디스크가 필요합니다. 최신 디스크에는 온도 센서가 포함되어 있고 작동 환경에 맞게 작동을 조정합니다. 숨 구멍은 모든 디스크 드라이브에서 볼 수 있습니다 – 그것들은 보통 옆에 스티커가 붙어 있어 사용자에게 구멍을 덮지 말라고 경고합니다. 작동 드라이브 내부의 공기도 끊임없이 움직이며, 회전하는 플래터와의 마찰에 의해 움직입니다. 이 공기는 내부 재순환 필터를 통과하여 제조 과정에서 남은 오염 물질, 인클로저에 어떻게든 들어온 입자나 화학 물질, 및 정상적인 작동 중에 내부적으로 생성된 입자나 가스를 제거합니다. 장시간 매우 높은 습도는 헤드와 플래터를 부식시킬 수 있습니다. 이에 대한 예외는 습도나 대기압 변화로 인해 발생할 수 있는 환경 문제를 크게 제거하는 밀폐형 헬륨 충전 HDD입니다. 그러한 HDD는 HGST에 의해 2013년에 처음으로 성공적으로 대량 구현되면서 도입되었습니다.

특히 거대 자기-저항 (GMR) 헤드에 대해, 오염으로 인한 사소한 헤드 충돌 (디스크의 자기 표면이 제거되지는 않음)은 디스크 표면과의 마찰로 인해 일시적으로 헤드 과열을 초래하고, 헤드 온도가 안정될 때까지 잠시 동안 데이터를 읽을 수 없게 될 수 있습니다 (소위 "열적 거칠기"라고 불리며, 이 문제는 읽기 신호에 대한 적절한 전자적 필터링을 통해 부분적으로 처리할 수 있습니다).

하드 디스크의 로직 보드가 고장날 때, 드라이브는 종종 작동 상태로 복원되고 동일한 하드 디스크 중 하나로 회로 보드를 교체함으로써 복구될 수 있습니다. 읽기-쓰기 헤드 오류의 경우에서, 그것들은 먼지-없는 환경에서 특수 도구를 사용하여 교체될 수 있습니다. 만약 디스크 플래터가 손상되지 않았으면, 그것들은 동일한 인클로저로 옮겨지고 데이터는 새 드라이브에 복사되거나 복제될 수 있습니다. 디스크-플래터 오류가 발생하는 경우에서, 디스크 플래터의 분해와 이미지화가 요구될 수 있습니다. 파일 시스템에 대한 논리적 손상에 대해, 유닉스-계열 시스템의 fsck 및 Windows의 CHKDSK를 포함한 다양한 도구는 데이터 복구에 대해 사용될 수 있습니다. 논리적 손상에서 복구는 파일 카빙을 요구할 수 있습니다.

서버용으로 설계와 판매되는 하드 디스크 드라이브는 보통 데스크탑 컴퓨터에서 사용되는 소비자-등급 드라이브보다 고장이 덜 날 것이라는 것이 공통적인 기대입니다. 어쨌든, Carnegie Mellon University와 Google에 의한 두 가지 독립적인 연구에 따르면 드라이브의 "등급"은 드라이브의 고장률과 관련이 없습니다.

Tom's Hardware에 의해 2011년에 발표된 SSD 및 자기 디스크 실패 패턴에 대한 연구 요약에서는 다음과 같이 연구 결과를 요약했습니다:

Mean time between failures (MTBF)는 신뢰성을 나타내는 것은 아닙니다; 연간 실패율이 더 높고 보통 더 관련성이 높습니다.
HDD는 초기 사용 시에는 고장이 발생하지 않고, 온도의 영향도 미미합니다; 대신, 시간이 지날수록 고장률이 꾸준히 증가합니다.
S.M.A.R.T.는 기계적 문제에 대해 경고하지만 신뢰성에 영향을 미치는 다른 문제에 대해서는 경고하지 않고, 따라서 상태의 신뢰할 수 있는 지표는 아닙니다.
"기업용" 및 "소비자용"으로 판매되는 드라이브의 실패율은 "매우 유사"하지만, 이들 드라이브 유형은 서로 다른 운영 시스템에 맞게 맞춤화되어 있습니다.
드라이브 어레이에서, 하나의 드라이브에 오류가 발생하면 두 번째 드라이브에도 오류가 발생할 수 있는 단기적 위험이 크게 증가합니다.

2019년 기준, 스토리지 공급업체, Backblaze는 모델과 제조업체 사이에 안정성이 크게 다른 110,000개의 기성품 HDD를 보유한 스토리지 팜에 대해 연간 2%의 연간 고장률을 보고했습니다. Backblaze는 그 후 동등한 연령대의 HDD와 SSD에 대한 고장률이 비슷하다고 보고했습니다.

비용을 최소화하고 개별 HDD의 오류를 극복하기 위해, 스토리지 시스템 제공자는 중복 HDD 어레이에 의존합니다. 오류가 발생한 HDD는 지속적으로 교체됩니다.

Market segments

Consumer segment

Desktop HDDs : 데스크탑 HDD는 전형적으로 2~5개의 내부 플래터를 갖고 있고, 5,400~10,000rpm으로 회전하고, 0.5 Gbit/s 이상 (1 GB = 109 bytes; 1 Gbit/s = 109 bit/s)의 미디어 전송률을 가지고 있습니다. 초기 (1980–1990년대) 드라이브는 회전 속도에서 더 느린 경향이 있습니다. 2019년 5월 기준, 가장 높은 용량 데스크탑 HDD는 16 TB를 저장했으며, 2019년 후반에 18 TB 드라이브를 출시할 계획이었습니다. 18TB HDD는 2020년에 출시되었습니다. 2016년 기준, 평균 데스크탑 컴퓨터에서 하드 드라이브 전형적인 속력은 7,200 rpm이고, 반면에 저가형 데스크탑 컴퓨터는 5,900 rpm 또는 5,400 rpm 드라이브를 사용할 수 있습니다. 2000년대와 2010년대 초반 일부에서, 데스크탑 사용자와 데이터 센터에서는 Western Digital Raptor와 같은 10,000 rpm 드라이브도 사용했지만 2016년 기준 그러한 드라이브는 훨씬 희귀해졌고 공통적으로 사용되지 않았으며, 현재는 NAND 플래시-기반 SSD로 대체되었습니다.

Mobile (laptop) HDDs : 데스크탑과 엔터프라이즈 대응 제품보다 작고, 그것들은 전형적으로 내부 플래터가 하나 있고 데스크탑에 더 공통적인 3.5인치 폼 팩터 대신 2.5'' 또는 1.8''의 물리적 크기이기 때문에 속도가 느리고 용량이 적은 경향이 있습니다. 모바일 HDD는 4,200 rpm, 5,200 rpm, 5,400 rpm, 또는 7,200 rpm으로 회전하며, 5,400rpm이 가장 공통적입니다; 7,200rpm 드라이브는 보통 더 비싸고 용량이 작고, 반면에 4,200rpm 모델은 보통 매우 높은 저장 용량을 가집니다. 플래터가 작기 때문에, 모바일 HDD는 일반적으로 데스크탑 대응 제품보다 용량이 낮습니다.

Consumer electronics HDDs

이들 드라이브는 전형적으로 5400rpm으로 회전하고 다음을 포함합니다:

Video hard drives는, 때때로 "surveillance hard drives"라고도 불리며, 디지털 비디오 레코더에 삽입되어 있고 읽기 오류와 쓰기 오류가 발생하더라도 보장된 스트리밍 용량을 제공합니다.
자동차에 내장된 드라이브입니다; 그것들은 전형적으로 더 큰 충격을 견뎌내고 더 넓은 온도 범위에서 작동하도록 제작되었습니다.

External and portable HDDs

현재 외장 하드 디스크 드라이브는 전형적으로 USB-C를 통해 연결됩니다; 이전 모델은 USB-B (때로는 더 나은 대역폭을 위해 한 쌍의 포트 사용) 또는 (드물게) eSATA 연결을 사용합니다. USB 2.0 인터페이스를 사용하는 변형 제품은 일반적으로 SATA를 통해 연결된 내부 장착 하드 드라이브에 비해 데이터 더 느린 전송률을 가집니다. 플러그 앤 플레이 드라이브 기능은 시스템 호환성을 제공하고 대용량 스토리지 옵션과 휴대형 디자인이 특징입니다. 2015년 3월 기준, 외장 하드 디스크 드라이브에 대해 사용 가능한 용량은 500GB~10TB입니다. 외장 하드 디스크 드라이브는 보통 조립된 통합 제품으로 제공되지만, 별도 구매한 드라이브와 외부 인클로저 (USB 또는 기타 인터페이스를 가짐)를 결합함으로써 조립될 수도 있습니다. 그것들은 2.5인치와 3.5인치 크기로 제공됩니다; 2.5인치 변형 제품은 전형적으로 휴대용 외장 드라이브라고 하고, 반면에 3.5인치 변형 제품은 데스크탑 외장 드라이브라고 합니다. "휴대용" 드라이브는 "데스크탑" 드라이브보다 더 작고 가벼운 인클로저에 패키징됩니다; 추가적으로, "휴대용" 드라이브는 USB 연결에서 제공하는 전원을 사용하고, 반면에 "데스크탑" 드라이브는 외부 전원 브릭이 필요합니다. 암호화, Wi-Fi 연결, 생체 인식 보안 또는 다중 인터페이스 (예를 들어, FireWire)와 같은 기능은 더 높은 비용으로 제공됩니다. 인클로저에서 꺼낼 때, 인쇄 회로 기판에 삽입된 USB 인터페이스와 SATA (또는 병렬 ATA) 인터페이스가 없기 때문에 랩탑이나 데스크탑 컴퓨터에서 내부적으로 사용할 수 없는 사전 조립된 외장 하드 디스크 드라이브가 있습니다.

Enterprise and business segment

Server and workstation HDDs

Hot-swappable HDD enclosure 전형적으로 엔터프라이즈 소프트웨어를 실행하는 다중-사용자 컴퓨터에서 사용됩니다. 예를 들어 트랜잭션 처리 데이터베이스, 인터넷 인프라 (이메일, 웹서버, 전자상거래), 과학 컴퓨팅 소프트웨어, 및 니어라인 스토리지 관리 소프트웨어가 있습니다. 엔터프라이즈 드라이브는 공통적으로 신뢰성을 희생하지 않고 가능한 가장 높은 성능을 제공하면서 까다로운 환경에서 지속적으로 ("24/7") 작동합니다. 최대 용량이 주요 목표가 아니고, 결과로써 드라이브는 종종 비용에 비해 비교적 낮은 용량으로 제공됩니다. 가장 빠른 엔터프라이즈 HDD는 10,000rpm 또는 15,000rpm으로 회전하고, 1.6Gbit/s 이상의 순차적 미디어 전송 속력과 최대 1Gbit/s의 지속적 전송률을 달성할 수 있습니다. 10,000rpm 또는 15,000rpm으로 실행되는 드라이브는 더 작은 플래터를 사용하여 증가된 전력 요구 사항을 완화하고 (공기 저항이 적기 때문) 따라서 일반적으로 가장 높은 용량의 데스크탑 드라이브보다 용량이 낮습니다. 엔터프라이즈 HDD는 공통적으로 Serial Attached SCSI (SAS) 또는 Fibre Channel (FC)를 통해 연결됩니다. 일부는 여러 포트를 지원하므로, 그것들은 중복 호스트 버스 어댑터에 연결될 수 있습니다. 엔터프라이즈 HDD는 512 바이트 (종종 520, 524, 528, 또는 536 바이트)보다 큰 섹터 크기를 가질 수 있습니다. 추가 섹터당 공간은 하드웨어 RAID 컨트롤러 또는 응용 프로그램에 의해 Data Integrity Field (DIF) 또는 Data Integrity Extensions (DIX) 데이터를 저장하는 데 사용할 수 있어, 안정성이 높아지고 조용한 데이터 손상이 방지됩니다.

Surveillance hard drives; 네트워크 비디오 레코더에 사용되는 비디오 녹화용 HDD입니다.

Economy

Price evolution

1988–1996년 동안 바이트당 HDD 가격은 연간 40%, 1996–2003년 동안 연간 51%, 및 2003–2010년 동안 연간 34%의 비율로 감소했습니다. 넓이 밀도 증가가 둔화되고 2011 태국 홍수로 제조 시설이 손상되면서 2011–2014년 동안 가격 감소율이 연간 13%로 둔화되었고, 2010–2017년 동안 연간 11%로 유지되었습니다.

연방 준비제도 이사회는 3개 이상의 엔터프라이즈 HDD와 관련 컨트롤러, 랙, 및 케이블을 포함하는 대규모 엔터프라이즈 스토리지 시스템에 대한 품질 조정 가격 지수를 발표했습니다. 이들 대규모 스토리지 시스템에 대한 가격은 2004–2009년 동안 연 30%, 2009–2014년 동안 연 22%의 비율로 감소했습니다.

Manufacturers and sales

200개 이상의 회사가 시간이 지남에 따라 HDD를 제조했지만, 통합으로 인해 오늘날 생산은 Western Digital, Seagate, 및 Toshiba의 세 제조업체에만 집중되었습니다. 생산은 주로 태평양 연안에서 이루어집니다.

HDD 유닛 출하량은 2010년 6억 5,100만 유닛으로 정점을 찍었고 그 이후로 감소하여 2022년에는 1억 6,600만 유닛이 되었습니다. Seagate가 유닛의 43%를 차지하며 가장 큰 시장 점유율을 기록했습니다.

Competition from SSDs

HDD는 더 높은 속력 (M.2 (NGFF) NVMe 드라이브에 대해 초당 최대 7기가바이트 및 PCIe 확장 카드 드라이브에 대해 초당 2.5기가바이트), 견고성, 및 낮은 전력이 가격보다 더 중요한 시장에서 솔리드-스테이트 드라이브 (SSD)로 대체되고 있는데, 왜냐하면 SSD의 비트 비용은 HDD보다 4~9배 더 높기 때문입니다. 2016년 기준, HDD의 연간 고장률은 2~9%이고, 반면에 SSD의 고장률은 연간 1~3%로 더 낮습니다. 어쨌든, SSD는 HDD보다 수정할 수 없는 데이터 오류가 더 많습니다.

SSD는 가장 큰 HDD보다 더 큰 용량 (최대 100TB)과 더 높은 저장 밀도 (100TB와 30TB SSD는 3.5인치 HDD와 같은 높이의 2.5인치 HDD 케이스에 보관됨)로 제공되지만, 그러한 대용량 SSD는 매우 비쌉니다.

96개 층을 갖는 1.33 Tb 3D NAND 칩 (솔리드-스테이트 드라이브 (SSD)에 공통적으로 사용되는 NAND)의 실험실 시연은 2019년 기준으로 5.5 Tbit/in2이고, 반면에 HDD에 대해 최대 넓이 밀도는 1.5 Tbit/in2입니다. 플래시 메모리의 넓이 밀도는 무어의 법칙 (연간 40%)과 유사하게 2년마다 두 배로 증가하고 있고, HDD에 대한 연간 10~20%보다 빠릅니다. 2018년 기준, HDD에 대한 최대 용량은 16테라바이트, SSD에 대한 최대 용량은 100테라바이트입니다. 2016년에 생산된 데스크탑 컴퓨터와 노트북 컴퓨터의 70%는 HDD를 사용했고 SSD는 30%를 사용했습니다. HDD 사용 점유율은 감소하고 있고 한 예측에 따르면 2018–2019년에는 50% 미만으로 떨어질 수 있는데, 왜냐하면 SSD가 데스크탑 컴퓨터와 노트북 컴퓨터와 MP3 플레이어에서 소용량 (1테라바이트 미만) HDD를 대체하고 있기 때문입니다.

SSD와 기타 응용에 사용되는 실리콘-기반 플래시 메모리 (NAND) 칩에 대한 시장은 HDD에 대한 것보다 빠르게 성장하고 있습니다. 전 세계 NAND 수익은 2011–2017년 동안 220억 달러에서 570억 달러로 연간 16% 성장했고, 반면에 생산량은 19엑사바이트에서 175엑사바이트로 연간 45% 성장했습니다.

External links

Hard Disk Drives Encyclopedia
Video showing an opened HD working
Average seek time of a computer disk (archived)
Timeline: 50 Years of Hard Drives. Archived October 6, 2013, at the Wayback Machine.
HDD from inside: Tracks and Zones. How hard it can be?
Hard disk hacking – firmware modifications, in eight parts, going as far as booting a Linux kernel on an ordinary HDD controller board
Hiding Data in Hard Drive's Service Areas (PDF), February 14, 2013, by Ariel Berkman (archived)
Rotary Acceleration Feed Forward (RAFF) Information Sheet (PDF), Western Digital, January 2013
PowerChoice Technology for Hard Disk Drive Power Savings and Flexibility (PDF), Seagate Technology, March 2010
Shingled Magnetic Recording (SMR), HGST, Inc., 2015
The Road to Helium, HGST, Inc., 2015
Research paper about perspective usage of magnetic photoconductors in magneto-optical data storage.

Dawoum

(번역) Hard disk drive

History