2009/12/21 月曜日

Advanced Format Architectureの意義

Western Digital’s Advanced Format: The 4K Sector Transition Begins – AnandTech
http://www.anandtech.com/storage/showdoc.aspx?i=3691

AnandTechにWestern Digitalとの取材で得たAdvanced Formatアーキテクチャ関連情報が掲載されていました。

Western Digitalに限らず、他のHDDメーカーもセクタサイズを4KiB※へ移行するようですので、その意義についてAnandTechの記事を参考にちょっと調べてみました。

※今回はHDD関連ですのでkB(1kB=1000Byte)を使用すると紛らわしいのでKiB(1KiB=1024Byte)表記に統一しました。

プラッタの高密度化によるエラー発生率上昇

通常1つのセクタには1つのファイルしか格納できず、現在と比べるとファイルサイズが小さかった1990年代はこれまでのHDDが採用した512Byteセクタがバランスが良かった。

しかし、現在の記録するファイルのサイズが増大し、さらにHDDはプラッタの密度が上昇し、それに伴いプラッタ上に記録される磁気の信号に対するノイズの割合(S/N比)が減少している。

SNR

(引用:http://www.anandtech.com/storage/showdoc.aspx?i=3691)

信号なのかノイズなのかを見分けることが難しくなるため、エラーを防ぐためエラー訂正符号(ECC)を添付するが、S/N比が小さくなればなるほど長いECCが必要となってくる。そのため、現在の高密度プラッタではECCが占める割合が増えてきている。

このまま高密度化を進めていくといずれ実データとECCの量が同じなってしまい、さらに高密度記録が難しくなってしまう。

ECCの効率的な符号化

現在のHDDのECCにどのような符号が使われているのかはわかりませんが、HDDのECCはデータサイズが大きくなるほど効率が高くならしい。つまり、セクタサイズを大きくすることでECCの占める割合を減らすことができる。

※磁気記憶媒体には効率は悪いが高速処理可能な『ファイヤ符号(fire code ECC correction)』を使用していると習ったが今も使っているかは知らない… 知ってたら教えて(^^;)

hgst_eccsectorsize

(引用:WinHEC2005 HGST発表資料より)

例えば、セクタサイズが512Byteであれば40ByteのECCが必要であるとすると、8倍である4096Byteのセクタではこれが100Byteで済む。

何故に4KiB?

データサイズを長くすればするほど効率が向上するなら、4KiBと言わずもっと長くすればいいのに!と思いますが、4KiBというのもワケあり。

多くのPCで用いられているx86アーキテクチャはメモリを4KiB単位でページし記憶している。また、Windowsで用いらているNTFS、LinuxのEXT3、MacOSのHFS+のファイルシステムはいずれも現在はデフォルトでのクラスタサイズが4KiBとなっている。これらとセクタサイズを統一することでより利用効率の向上を図っているわけである。

まとめ

調べてみると、4KiBセクタへの移行準備が始まったのは1990年代後半。BIOSでの対応、OSでの対応などを経て、今年ようやくHDD側が対応。高い信頼性を保ちながら高密度化を進めていくために4KiBセクタが徐々に標準になって行きそうですね。

参考文献等(AnandTech以外)

(PDF) Sample Title Goes In This Space – IDEMA
http://www.idema.org/_smartsite/modules/local/data_file/show_file.php?cmd=download&data_file_id=1699

(PDF) Hard Disk Drive Long Data Sector White Paper – IDEMA Japan
http://www.idema.gr.jp/technical/white/6_13_07.pdf

(PDF) Advanced Format Technology – Western Digital
http://www.wdc.com/wdproducts/library/whitepapers/en/2579-771430-A00.pdf

(DOC) 4K Byte-Sector HDD-Data Format Standard
http://www.idema.org/_smartsite/modules/local/data_file/show_file.php?cmd=download&data_file_id=1259

今井秀樹(1984) 『情報理論』 昭晃堂 ISBN4-7856-1139-1

これまでのAdvanced Format Architecture関連記事

はいじん☆ちゃんねる >> 【注意!】WD10EARSは特殊な物理フォーマットを採用
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1件のコメント »

  1. Linux

    Linuxについて記事を書いております。まだまだかけだしですが、今後発展予定です。もし、よろしければトラックバックお願いします。

    トラックバック by Linux — 2010/1/15 金曜日 @ 15:10:48

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