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拆解HDD:探究内部机电奇迹

2022-10-18 14:42:23 Brian Dipert 阅读:
我发现硬盘驱动器(HDD)的机电奇迹才是更让人惊艳的技术成就;而这也意味着今天的拆解对象就是HGST Ultrastar 7K3000 3TB硬盘…

对于闪存(flash)产业多年来在成本、容量、性能和可靠度等方面取得的进展,我在过去的许多文章中(可以追溯到约四分之一世纪左右…)经常表达由衷钦佩。我想自己应该存有个人偏见,因为我在大学毕业后(不包括大学期间的实习期间)的工程生涯“缘起”——八年的时间在英特尔(Intel)担任应用工程师,而那段时间正逢该公司固态储存装置的萌芽期。XXEednc

然而,老实说,我发现硬盘驱动器(HDD)的机电奇迹才是更让人惊艳的技术成就:XXEednc

由一个或(通常)多个磁盘(platter),以高达15,000RPM的速度旋转。每个磁盘搭配一个或(通常)两个读/写磁头,磁头悬停在快速旋转的磁盘一侧或两侧只几纳米距离,并快速存取所需储存磁道与扇区的数据。XXEednc

相较于其他竞争设计,可实现更低功耗、高度坚固与稳定性。XXEednc

由于PRML (部份响应最大似然)感测、译码与主流PMR (垂直磁记录)、次代SMR (迭瓦磁记录)与后续兴起HAMR (热辅助磁记录)等储存技术,所压缩至每个磁盘上的数据越来越多。XXEednc

我见过很多硬盘内部的照片,但从来没有亲手拆过。一般当硬盘坏掉时(这些年来我只遇到过几次这种情况,但并不一定因为本身既有的问题),我就直接用强力磁铁或大锤敲打,以避免其他人存取原本储存于其上的信息,之后就能放心扔掉它。但最近发生了一些事情让我有机会进一步详细看看硬盘内部。XXEednc

如今,在配备网络储存装置(NAS)时,我不再以全额零售价购买全新硬盘了,而是挑选翻新的日立全球储存技术(HGST) Ultrastar硬盘,这在亚马逊(Amazon)、eBay、Newegg等网站均有销售。HGST是日立在2003年收购IBM磁盘驱动器事业时所成立的子公司(因此也说明了其他老员工可能仍记得“Ultrastar”品牌),但实际上已经不存在了。 威腾电子(Western Digital;WD)在2012年收购了HGST,这一品牌到2018年就被淘汰了。这表示这些硬盘有年纪了,但截至目前为止我的运气很好,他们通常还支持翻新商提供的多年保固。XXEednc

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有一天,我开始研究QNAP TS-328的软件使用接口:XXEednc

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后来,我注意到在NAS bay 3的3TByte硬盘中有个“警告”标示:XXEednc

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进一步浏览用户接口(UI),发现在硬盘上有16个扇区回报 “S.M.A.R.T. ID 197 Current Pending Sector” (目前待处理扇区) 属性:XXEednc

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以下是197属性的定义,由维基百科提供。XXEednc

列入“不稳定”扇区 (等待重新对应,因为有不可恢复的读取错误)。如果一个不稳定的扇区随后被成功读取,该扇区就会被重新对应,而其值就会减少。扇区上的读取错误不会立即重新对应扇区(因为无法读取正确的值,所以不知道要重新对应的值,而且以后也可能为可读取);相反地,硬盘韧体会记住该扇区需要重新对应,并在下次成功读取时重新对应。XXEednc

然而,有些硬盘在成功读取时不会立即重新对应这些扇区;相反地,硬盘会先行尝试写入有问题的扇区,如果写入操作成功,该扇区会被标记为良好(在此情况下,“重新分配计算”(0xC4)将不会增加)。这是一个严重的缺点,因为如果硬盘包含边缘扇区,而这些扇区在成功写入操作后过了一段时间才会持续失效,那么硬盘则不会重新对应这些问题扇区。XXEednc

但QNAP的用户手册中指出,我不一定需要马上做什么事情。我甚至并未收到来自NAS的通知信件,这说明了应该没什么迫切性:XXEednc

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尽管如此,我身边还有一个备用的3TB硬盘,且其替代品还不到40美元,所以我便直接动手交换。几个小时后,在RAID重建后,一切又可以正常工作了:XXEednc

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因此,今天的拆解对象就是Ultrastar 7K3000 3TB了!如同往常一样,伴随一枚0.75吋(19.1mm)直径的10美分硬币作为比较。请注意,根据我先前的产品时间评论,卷标上印有2013年4月的制造日期:XXEednc

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除了安装螺丝的位置,这个硬盘的上下两面并没有什么需要注意的,在其两侧也没有哪一侧值得讨论:XXEednc

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另一边更有趣:从左到右是15针电源连接器和8针SATA连接器(右边的另外两个位置则无作用)。直接看一下底部(右图):XXEednc

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来自PCB的四条扁平电缆大概是为旋转磁盘的马达提供动力(和管理)……但我们必须深入内部进行确认:XXEednc

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说到深入内部……如果你重新检查顶部的照片,你会看到周边有6个六角螺丝,另外还有三个在防破坏的透明塑料底下。顺带一提,在我忘记之前,在同一张照片中可见的另一个孔,在三个塑料包装的螺丝头右边以及在硬盘的右下角的是“透气孔”。它通常明确标有“请勿遮盖”或类似的警告讯息,在此情况下,其目的有两个:均衡硬盘内外的大气压力,并为可能累积在硬盘内的湿气提供排气。XXEednc

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总之,让我们把这些螺丝拧下来。在卸下所有9颗可见的螺丝后,我还是没能取下硬盘的上“盖”。在标签底下看了一下,证实了我的推测;还有一颗螺丝藏在里面:XXEednc

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本文为电子技术设计原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
Brian Dipert
EDN资深博客作者。Brian Dipert是前EDN杂志的高级技术编辑。 他是BDTi的高级分析师,嵌入式视觉联盟的主编,以及AnandTech、EDN杂志和《低功耗设计》的特约编辑。 他也是Sierra Media的创始人。
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