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Western Digital Drive  Basic 西部数据认证工程师 07/18/11
硬盤 – 主要部件介紹 (1) Spindle Motor 旋轉馬達 Disk Media 記錄數據碟片 VCM Magnet 音圈馬達磁鐵 Base Casting 鑄件之底座 Air Circulation Filter 空氣過濾器 Latch 音圈卡鎖
硬盤 – 主要部件介紹 (2) Base Cover 頂蓋 HSA (Headstack Assembly) Disk 碟片 Spacer 間隔圈 Spindle Motor 旋轉馬達 Clamp 固定銷 VCM (Voice Coil Magnet)
硬盘–  Headstack Assembly (HSA- 头堆 ) Bracket/Connector 托架 / 連接器 Flex Circuit 撓性電纜 Voice Coil Pivot 軸 Actuator Suspension 懸臂 Slider / Head 滑片 / 磁頭
數據記錄原理基礎
同樣是 3.5” 的結構 , 現在的硬盤能存儲超過 90 年的 20M 硬盤 12,500 倍的數據 硬盤容量的增長歷史 14 YEARS 20 MB Technical Specs... Physical Parameters: Cylinders = 782 Heads = 2 Sectors/track = 27 Sectors/drive = 42,228 RPM  = 4500 Data Density: Bits/inch (BPI) = 22Kb Tracks/inch(TPI) = 1021 Caviar 1990 250  GB  (250,000 MB!) Physical Parameters: Cylinders = 74,686 Heads =  6 Sectors/track = 506 – 945  Sectors/drive = 488,397,168 RPM  = 7200  Data Density: Bits/inch (BPI) = 660Kb Tracks/inch(TPI) = 76,000 Caviar 2004
數據被集合到了有  512 字節的扇區 head 3 head 2 head 1 head 0 底部和頂部都可記錄數據 Tracks  -  指一個單環形 Cylinders  同半徑同 心圓在所有碟片面 上的集合 Sectors  -  軌被 512 字節的扇區分割開來 這就是數據存儲的地方
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],506  Sectors per Track 752  Sectors per Track 945  Sectors per Track Zoned Bit Recording Landing Zone
Data and Servo Wedge Recording Servo Wedge –  特別的非數據區域 用於定位磁頭在軌道上的恰當位置 DATA (512 bytes)  one sector / one LBA
C B data data servo A D rotation Using Servo Wedges to Stay Track Center Track Center
[object Object],[object Object],[object Object],移動磁頭到正確的軌道 Disk HSA (Head Stack Assembly) COIL VCM (Voice Coil Magnet) Disk HSA (Head Stack Assembly) COIL VCM (Voice Coil Magnet)
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Avg. Access Time  =   Seek Time  +  Latency  +  Transfer Time  +   Controller Overhead  1/3 1/3 1/3 requested sector disk rotation DISK 一般認為這指碟片與主機之間在收到寫或者讀請求 的所花費的時間 平均尋道時間
讀寫磁頭基礎
滑板 / 磁頭放置在 1 角硬幣上的大小 (US$.01)
空白的磁頭晶圓
加工後的磁頭晶圓 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],>>20K Heads
Heads – Celebrating 52 years of Flight 磁 頭 -  慶祝飛行 52  年 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
典型的硬盤磁頭設計 Air Bearing Surfaces 空氣軸承表面 Read/write sensors 讀寫傳感器 Slider 滑子
磁頭 / 碟片飛行高度和污染物的比較 Today's hard drive heads typically “fly” at around 100Å above the media  今天典型 的磁頭 “飛行” 在 碟片上 100Å For comparison: 為比較 : Head Fly Height ~100Å
磁頭和碟片的尺寸 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
今天的硬盤都已經使用 (G)MR 磁頭從碟片上讀寫資料 典型的硬盤磁頭的設計 MR  READING element Inductive WRITING element WRITE SIGNALS READ SIGNALS
由于碟片在磁头下面转动 , 磁头产生短暂的脉冲磁场 , 这个磁场经过碟片上的鍍磁层的时候 , 磁单元被磁化从而进行重新的排列 . 在碟片上寫數據的原理 Inductive Head
碟片上磁单元的磁场将经过磁头下面 , 这将引起 GMR 磁头电阻的急速变化 ,  这些信号将会被硬盘电子电路获得 , 从而读去到数据 . 從碟片上讀數據的原理
[object Object],[object Object],[object Object],碟片上的數據 magnetic fields N S N S N S N S N S disk rotation magnetic layer of the disk
Maximize Areal Density 最大化地區密度 Capacity is measured by  Areal Density 容量由地區密度測量 Areal Density = TPI x BPI  (Gbits/in 2 ) where: TPI = tracks per inch 每英寸磁道數 BPI = bits per inch 位 元 每英寸 To hold more data, need more TPI and BPI 須要 更多資料 ,  需要更多 TPI  和 BPI As capacity increases,  bit sizes must decrease , making It more difficult to write and read the magnetic signal 當容量增 大 ,  位元 體積 必須減少 ,  使它更難寫和讀磁性信號 Consumers Wants Bigger Capacity Drives 消費者想要更大的容量
tracks 磁道 bits Higher Areal Density is Always a Challenge 密度的挑戰 1989 Today Less magnetic signal to read 比較上磁力信號弱
[object Object],[object Object],Current Areal Density 當前的地區密度 76,000  Tracks / inch (TPI) ~660,000  data bits / inch also defined as  (660 Kbpi)   ~660,000  資料位元 / 英寸並且 被定義和 (660 Kbpi) Disk spins at  7200  RPM
台式机市场趋势 – 容量 Trend Focus, August 2004 42% 32% 10% 8% 16% 29% 24% 18%
硬盘碟片   Basics
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Disk Media Basics 磁片的基本構造
硬盘磁头   Basics
HDS Operations –  制造基地 Malaysia  Thailand  Fremont, CA  Thailand  Head R&D  Wafer Fab Slider  HGA  HSA HD HD  PCBA
Head Manufacturing Flow 磁头制造流程 Total Cycle Time:  49-52 days to completed HD Cycle Time from wafer start to HSA = 46 days  Slider Fab Wafer Fab HD FGI HSA HGA 59 days 63 days 46 days Mfr B Mfr A WD Comparative Wafer Start to HSA Cycle Times Wafer  Under-Coating WD Fremont WD Thailand
Fremont Resources – Professional Staff BS/BA 34% MS/MA 25% PhD 34% Diploma 7% Exempt Staff Experience: 18 Years New staff (non-RR): 13% Management Experience: 20 Years New staff (non-RR): 16% PhD 20% MS/MA 23% BS/BA 33% Diploma 24%
WD Head Technology
研发任务 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]
西部数据磁头技术状况 ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Normalized Reliability Failure Rate Normalized Drive Yields CY 2003 Failure Rates Yields 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 WD Best-in-Class Vendor 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 WD Aug. 2003 WD Current Best-in-Class Vendor
Roadmap Overview HD Industry Areal Density Growth Slowing 2000 2001 2002 2003 2004 2005 10 100 1000 GB/disk 125-133 GB Advanced GMR Advanced Deposition High Moment Write Pole Planar Write Head Thin Overcoats Dynamic Controls  167 GB CPP Read Head Perpendicular Writer Advanced Materials Dynamic Controls 10 GB GMR heads 40 GB Enhanced GMR   80 GB Specular GMR Deep UV Lithography
技术发展里程 Writer Reader Longitudinal Perpendicular GMR Advanced GMR GMR  Giant Magneto Resistance TMR  Tunneling Magneto Resistance CPP  Current Perpendicular to Plane CPP-GMR ,  TMR 80 GB 120 GB 160 GB >240 GB
长期的技术进步 Perpendicular, Discrete track, Thermal Assist Thermal Assist, Probe 2008-2014 Perpendicular, Discrete track Perpendicular 2004-2011 Longitudinal Longitudinal 2003-2004 Western Digital Leading Competitor Timeframe
什麼是 Firmware ( 固件) ,[object Object],[object Object],[object Object]
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],什麼是 Firmware (固件) What is FirmWare :
[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],什麼是 Firmware (固件)
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Western digital drive basic

  • 1. Western Digital Drive Basic 西部数据认证工程师 07/18/11
  • 2. 硬盤 – 主要部件介紹 (1) Spindle Motor 旋轉馬達 Disk Media 記錄數據碟片 VCM Magnet 音圈馬達磁鐵 Base Casting 鑄件之底座 Air Circulation Filter 空氣過濾器 Latch 音圈卡鎖
  • 3. 硬盤 – 主要部件介紹 (2) Base Cover 頂蓋 HSA (Headstack Assembly) Disk 碟片 Spacer 間隔圈 Spindle Motor 旋轉馬達 Clamp 固定銷 VCM (Voice Coil Magnet)
  • 4. 硬盘– Headstack Assembly (HSA- 头堆 ) Bracket/Connector 托架 / 連接器 Flex Circuit 撓性電纜 Voice Coil Pivot 軸 Actuator Suspension 懸臂 Slider / Head 滑片 / 磁頭
  • 6. 同樣是 3.5” 的結構 , 現在的硬盤能存儲超過 90 年的 20M 硬盤 12,500 倍的數據 硬盤容量的增長歷史 14 YEARS 20 MB Technical Specs... Physical Parameters: Cylinders = 782 Heads = 2 Sectors/track = 27 Sectors/drive = 42,228 RPM = 4500 Data Density: Bits/inch (BPI) = 22Kb Tracks/inch(TPI) = 1021 Caviar 1990 250 GB (250,000 MB!) Physical Parameters: Cylinders = 74,686 Heads = 6 Sectors/track = 506 – 945 Sectors/drive = 488,397,168 RPM = 7200 Data Density: Bits/inch (BPI) = 660Kb Tracks/inch(TPI) = 76,000 Caviar 2004
  • 7. 數據被集合到了有 512 字節的扇區 head 3 head 2 head 1 head 0 底部和頂部都可記錄數據 Tracks - 指一個單環形 Cylinders 同半徑同 心圓在所有碟片面 上的集合 Sectors - 軌被 512 字節的扇區分割開來 這就是數據存儲的地方
  • 8.
  • 9. Data and Servo Wedge Recording Servo Wedge – 特別的非數據區域 用於定位磁頭在軌道上的恰當位置 DATA (512 bytes) one sector / one LBA
  • 10. C B data data servo A D rotation Using Servo Wedges to Stay Track Center Track Center
  • 11.
  • 12.
  • 14. 滑板 / 磁頭放置在 1 角硬幣上的大小 (US$.01)
  • 16.
  • 17.
  • 18. 典型的硬盤磁頭設計 Air Bearing Surfaces 空氣軸承表面 Read/write sensors 讀寫傳感器 Slider 滑子
  • 19. 磁頭 / 碟片飛行高度和污染物的比較 Today's hard drive heads typically “fly” at around 100Å above the media 今天典型 的磁頭 “飛行” 在 碟片上 100Å For comparison: 為比較 : Head Fly Height ~100Å
  • 20.
  • 21. 今天的硬盤都已經使用 (G)MR 磁頭從碟片上讀寫資料 典型的硬盤磁頭的設計 MR READING element Inductive WRITING element WRITE SIGNALS READ SIGNALS
  • 22. 由于碟片在磁头下面转动 , 磁头产生短暂的脉冲磁场 , 这个磁场经过碟片上的鍍磁层的时候 , 磁单元被磁化从而进行重新的排列 . 在碟片上寫數據的原理 Inductive Head
  • 23. 碟片上磁单元的磁场将经过磁头下面 , 这将引起 GMR 磁头电阻的急速变化 , 这些信号将会被硬盘电子电路获得 , 从而读去到数据 . 從碟片上讀數據的原理
  • 24.
  • 25. Maximize Areal Density 最大化地區密度 Capacity is measured by Areal Density 容量由地區密度測量 Areal Density = TPI x BPI (Gbits/in 2 ) where: TPI = tracks per inch 每英寸磁道數 BPI = bits per inch 位 元 每英寸 To hold more data, need more TPI and BPI 須要 更多資料 , 需要更多 TPI 和 BPI As capacity increases, bit sizes must decrease , making It more difficult to write and read the magnetic signal 當容量增 大 , 位元 體積 必須減少 , 使它更難寫和讀磁性信號 Consumers Wants Bigger Capacity Drives 消費者想要更大的容量
  • 26. tracks 磁道 bits Higher Areal Density is Always a Challenge 密度的挑戰 1989 Today Less magnetic signal to read 比較上磁力信號弱
  • 27.
  • 28. 台式机市场趋势 – 容量 Trend Focus, August 2004 42% 32% 10% 8% 16% 29% 24% 18%
  • 29. 硬盘碟片 Basics
  • 30.
  • 31. 硬盘磁头 Basics
  • 32. HDS Operations – 制造基地 Malaysia Thailand Fremont, CA Thailand Head R&D Wafer Fab Slider HGA HSA HD HD PCBA
  • 33. Head Manufacturing Flow 磁头制造流程 Total Cycle Time: 49-52 days to completed HD Cycle Time from wafer start to HSA = 46 days Slider Fab Wafer Fab HD FGI HSA HGA 59 days 63 days 46 days Mfr B Mfr A WD Comparative Wafer Start to HSA Cycle Times Wafer Under-Coating WD Fremont WD Thailand
  • 34. Fremont Resources – Professional Staff BS/BA 34% MS/MA 25% PhD 34% Diploma 7% Exempt Staff Experience: 18 Years New staff (non-RR): 13% Management Experience: 20 Years New staff (non-RR): 16% PhD 20% MS/MA 23% BS/BA 33% Diploma 24%
  • 36.
  • 37.
  • 38. Roadmap Overview HD Industry Areal Density Growth Slowing 2000 2001 2002 2003 2004 2005 10 100 1000 GB/disk 125-133 GB Advanced GMR Advanced Deposition High Moment Write Pole Planar Write Head Thin Overcoats Dynamic Controls 167 GB CPP Read Head Perpendicular Writer Advanced Materials Dynamic Controls 10 GB GMR heads 40 GB Enhanced GMR 80 GB Specular GMR Deep UV Lithography
  • 39. 技术发展里程 Writer Reader Longitudinal Perpendicular GMR Advanced GMR GMR Giant Magneto Resistance TMR Tunneling Magneto Resistance CPP Current Perpendicular to Plane CPP-GMR , TMR 80 GB 120 GB 160 GB >240 GB
  • 40. 长期的技术进步 Perpendicular, Discrete track, Thermal Assist Thermal Assist, Probe 2008-2014 Perpendicular, Discrete track Perpendicular 2004-2011 Longitudinal Longitudinal 2003-2004 Western Digital Leading Competitor Timeframe
  • 41.
  • 42.
  • 43.