现代硬盘驱动器（HDD）以有趣的方式将大规模生产中的精密工程与最鄙视的存储技术结合在一起。尽管有诸如“旋转锈”这样令人un称赞的绰号，但大多数光盘在其整个使用寿命中仍设法使距记录和读取头几纳米的极其光滑的磁性板旋转。后者的支架依次拉动螺线管，能够在几毫秒内将磁头精确定位在微观磁道上。
尽管数十年来越来越多的磁道被塞入一平方毫米的盘片中，并且读写头不断被越来越复杂的磁头所取代，但硬盘驱动器的可靠性却在不断提高。在存储公司Backblaze的2020年第二季度报告中，很明显，与去年相比，其硬盘驱动器的年故障率已大大降低。
问题是，这是否意味着硬盘将随着时间的推移变得更加可靠，以及MAMR和HAMR等新技术如何在未来几十年内影响这一过程。
从巨型到万亿
内部机构及其五十个610毫米的盘片IBM 350
HDD第一批HDD于1950年代出售。 IBM 350的存储容量为3.75 MB，在152 x 172 x 74厘米的机柜中有五十张24英寸（610毫米）磁盘。今天，3.5英寸（14.7英寸）中最先进的硬盘驱动器X 10.2 x 2.6厘米）可以使用常规（非平铺）记录技术最多容纳18 TB 。
IBM 350中的片以1200 rpm的速度旋转。新的硬盘驱动器专注于减小刀片尺寸并提高主轴转速（5400-15,000 rpm）。其他改进包括将读取和写入头放置在更靠近光盘表面的位置。
1961年的IBM 1301 DSU（磁盘存储单元）是一项重大创新-它使用单独的托架，每个盘片均带有读写头。空气动力学是另一项创新-头部在气垫支撑下在板表面上方自由飞行，这可以极大地减少从板到表面的距离。
经过46年的发展，IBM在2003年将其HDD业务出售给了Hitachi。到那时，磁盘的容量已增加了48,000倍，并且容量大大减少了。29161次。功耗从2.3 kW降至10 W（台式机型号），每兆字节的成本从68,000美元降至0.002美元。同时，板的数量从几十个减少到最大一对。
我们在更少的空间中存储更多数据
内部构件1”希捷MicroDrive
微型化一直是所有领域的主要目标-无论是机械，电子还是计算机。 1940年代和1950年代的巨大电子管或中继计算机怪兽演变成较小的晶体管系统，然后演变成现代的超薄ASIC奇观。存储技术也发生了相同的变化。
HDD的驱动电子设备已充分受益于VLSI电路的日益普及以及伺服器精度和功耗的提高。随着材料科学的发展，单位面积记录的密度增加，这导致越来越少的较重且更光滑的板（玻璃或铝）出现，并且磁性涂层的质量得到改善。随着我们越来越意识到单个组件（ASIC外壳，焊料合金，螺线管，支架空气动力学等）的特性，逐步改进逐渐取代了革命。
六个开放式硬盘驱动器，大小从8“到1”不等，
尽管已经尝试过两次将硬盘极端小型化（1.3“ 1992年的HP Kittyhawk微型驱动器和1”微型驱动器）。1999年），最终市场决定采用3.5英寸和2.5英寸的外形尺寸。Microdrive外形被吹捧为使用NAND Flash技术的CompactFlash卡的替代品-一种具有更高容量和几乎无限重写的替代品，非常适合嵌入式系统。
与其他区域一样，对写入速度和随机访问时间的物理限制使硬盘驱动器最有用，因为在这种情况下，大量存储对于节省金钱和提高可靠性至关重要。结果，HDD市场针对台式机和服务器计算机以及视频监视和备份目的（与电影竞争）进行了优化。
了解硬盘故障的原因
尽管通常认为硬盘驱动器的弱点是它们的机械部件，但各种原因也可能归咎于故障，即：
- 人为错误；
- 机械和电子设备故障；
- 固件损坏；
- 外部因素（热量，湿度）；
- 营养。
当关闭电源时或在操作过程中（板旋转且磁头未停放时），HDD被分配了允许的物理冲击值。超过该值可能会损坏移动臂的螺线管，或者磁头可能会碰到板表面。如果这些值不被超过，则失败的主要原因将自然磨损，其程度是由MTBF的数量（平均故障间隔时间，“确定的平均故障间隔时间”）。
MTBF是通过随时间推移观察到的磨损推断得出的。硬盘驱动器的MTBF通常为100,000到1百万小时，为了在整个周期内测试驱动器的运行情况，它必须保持10到100年的使用寿命[不完全-这是一个更正确的解释/大约。翻译]。该数字假设硬盘驱动器在建议的条件下运行。
显然，使硬盘驱动器遭受剧烈震动（将其摔落在水泥地板上）或电涌（电涌，静电放电）会缩短其寿命。不太明显的是在任何产品中都可以发现的制造缺陷，因此大多数产品的“合格率”都是可以接受的。
不关你的事，关乎生产线
尽管MTBF强劲，并且Backblaze做出了明显的努力，以确保其130,000个硬盘在生命中快乐地旋转，然后进入硬盘驱动器天堂（通常通过金属粉碎机），但Backblaze报告称，在2020年第一季度，每年发生故障的可能性（AFR ）为1.07％。幸运的是，这是该公司自2013年开始发布报告以来的最低数字。例如，在2019年第一季度，AFR为1.56％。
正如我们已经提到的，在集成电路的生产和安装过程中，可能会出现瑕疵，这些瑕疵已经在HDD的操作过程中显现出来。随着时间的流逝，诸如电迁移，热和机械应力之类的东西可能会由于电迁移（特别是由于静电放电）而导致电路故障（由于IC封装内部的导线爆裂）而磨损在IC内部的焊点或电路上。
HDD的机械组件要经受精密的工程公差以及适当的润滑。在过去，可能存在磁头粘着的问题，其中润滑剂的特性会随时间变化，直到托架失去移出停放位置的能力。今天，改善润滑或多或少地解决了这个问题。
然而，在制造过程的每个步骤中，都有可能最终累积缺陷，并破坏美丽的闪亮MTBF，使产品处于跳动率图表的不良方面（形状像“浴池”）。该曲线表示由于严重的制造缺陷而导致的故障率的早期峰值，此后故障率一直下降，直到该图接近设备使用寿命。
展望未来
今天的硬盘清楚地反映了生产过程的成熟程度-过去十年困扰他们的许多老问题已经解决或避免了。一些重大的创新，例如向充氦驱动器的迁移，尚未在效率或可靠性方面取得重大进展。除与技术本身相关的任何问题外，其他更改（例如从PMZ，垂直磁记录到HAMR，热磁记录的过渡）都不会极大地影响硬盘的使用寿命。
实际上，对于那些希望以小笔钱购买大容量存储设备的人来说，硬盘驱动器技术的未来似乎很无聊，这种情况应该持续至少十年。硬盘驱动器的基本原理，即在晶片上存储磁取向，甚至可以转移到单个分子上。诸如HAMR之类的创新应提高这些磁取向的长期稳定性。
与NAND闪存相比，这是HDD的巨大优势，后者使用小型电容器存储电荷，并采用物理损坏它们的写入方法。那里的物理约束要严格得多，它们导致了更复杂的设计，例如四级单元（QLC）闪存，必须在每个单元中区分16个不同的电压值。这种复杂性意味着，在许多情况下，尤其是在延迟方面，基于QLC的驱动器仅比5400 RPM硬盘快。
减速旋转
我在自己的计算机上使用的第一个硬盘驱动器是IBM PS / 2（386SX）中的20或30 MB的Seagate，当我的父亲在工作中切换到新PC后，父亲给了我-显然，他们需要释放放置在仓库中。在MS-DOS时代，对于操作系统，一堆游戏，WordPerfect 5.1等等，这已经足够了。到90年代末，它已经是一个荒谬的卷，而对于硬盘驱动器，我们已经在谈论千兆字节。
尽管从那时起我已经更换了许多PC和笔记本电脑，但到目前为止，只有固态驱动器正在逐渐消失。这些以及行业指标（如Backblaze的报告）使我充满信心，新硬盘将可以长时间旋转。也许，当3D XPoint内存变得便宜而足够大时，情况将会改变。
在那之前，旋转自己。