История жестких дисков, часть III — Миниатюризация
Жесткие диски знакомы всем пользователям, без них сложно представить современный компьютер. Конечно, SSD вытеснили жесткие диски в сценариях, где требуется максимальная производительность, например, для загрузочного раздела ОС. Но если нужна максимальная емкость, то без HDD не обойтись.
Сегодня жесткие диски достигли емкости 18 Тбайт, а скоро выйдут и более емкие модели, в том числе и благодаря технологии термомагнитной записи (HAMR). 3,5» форм-фактор жестких дисков сегодня утвердился, однако они не всегда были такими. В нашем цикле статей мы проведем небольшой экскурс в историю жестких дисков.
В первой части мы начали с 50-х годов прошлого века. Во второй части мы перешли к эпохе миникомпьютеров, которые появились в 1980-е годы. Сейчас настало время перенестись в 90-е годы и поговорить на тему миниатюризации. В то время казалось, что жесткие диски будут становиться все более компактными. После 2,5-дюймового формата появился 1,8-дюймовый, затем 1-дюймовый и даже меньше. Многие аналитики считали, что жесткими дисками будут оснащаться смартфоны, камеры, аудио/видеоплееры, карманные игровые приставки и так далее. В статье мы рассмотрим историю миниатюризации жестких дисков и поговорим о том, почему прогнозы не оправдались.
Первые мобильные компьютеры
В конце 1980-х годов стали популярны переносные мобильные компьютеры, которые позднее превратились в ноутбуки. Изначально в них устанавливались 3,5» жесткие диски, которые приводили к весьма существенным размерам. И здесь стоит привести два характерных примера.
Compaq Portable II Computer
Compaq Portable II Computer, источник Wikipedia. Дисковод 3,5» является более поздним модом, система поставлялась только с 5,25» вариантом.
Система Compaq Portable II 1986 года с 10-Мбайт (Model 3) или 20-Мбайт (Model 4) 3,5» жестким диском напоминала чемоданчик и весила под 12 кг. Кстати, ценник Model 4 начинался с $4.999 ($12.511 с учетом инфляции, 890 тыс. рублей). Причем этот портативный ПК работал только от сети, а 9» монохромный дисплей закрывался спереди клавиатурой, которая откидывалась в рабочем положении.
Compaq SLT/286
Compaq SLT-286, источник Wikipedia
Более компактные и легкие мобильные компьютеры с аккумулятором первоначально оснащались только дисководом, без жесткого диска. Все изменилось в 1988 году с выходом Compaq SLT/286, где появился 3,5» жесткий диск на 20 Мбайт (позднее стал доступен апгрейд на 40 Мбайт). Цена системы составляла $5.400 ($12.521 с учетом инфляции, 890 тыс. рублей). Лэптоп весил уже 6,4 кг, толщину удалось уменьшить до 8,5 дюймов (21,6 см). Дисплей в сложенном состоянии закрывал клавиатуру сверху, но последняя была съемной, поскольку печатать при такой толщине было проблематично. Кстати, время автономной работы Compaq указывала не менее 3 часов. А если докупить несколько аккумуляторов, то можно было получить и большую мобильность, поскольку они были сменными. Compaq как раз предлагала соответствующую зарядную станцию.
Compaq LTE/286
Compaq LTE/286, источник Wikipedia
В 1989 году выходит Compaq LTE/286, который уже более-менее напоминает современные ноутбуки. Цена составила порядка $5.000 ($11.060, 788 тыс. рублей). Вес удалось снизить до 3 кг, как и толщину — всего 2 дюйма (5 см). Здесь впервые были использованы 2,5» жесткие диски емкостью 20 Мбайт (позднее 40 Мбайт). Имелся и дисковод 3,5» формата. Наглядно видно, что 2,5» жесткие диски сыграли ключевую роль в уменьшении габаритов мобильных компьютеров и веса, а также в увеличении времени автономной работы. Поэтому на 2,5» формате стоит остановиться подробнее.
Первый 2,5» жесткий диск PrairieTek 220
2,5» жесткий диск PrairieTek 220, 1988 (источник: PrairieTek)
Основанная Терри Джонсоном компания PrairieTek представила в 1988 году первый 2,5» жесткий диск на 20 Мбайт. Толщина накопителя составляла 25 мм, PT220 знаменовал целую череду инноваций в сегменте мобильных компьютеров. 2,5» форм-фактор занимал на 30% меньше объема по сравнению с 3,5» жесткими дисками. Массовое производство стартовало в 1989 году.
2,5» жесткий диск Prairie 120, 1990 (источник: архив Jim Porter)
В 1990 году выходят еще два накопителя. Prairie 120 на 21,4 Мбайт оказался еще тоньше: 15,4×71,4×101,6 мм при весе 180 г. Среднее энергопотребление не превышало 1,0 Вт. Использовались инновационные головки с переменным усилием прижима, которые никогда не входили в прямой контакт с поверхностью диска. Поэтому не приходилось переживать насчет их отламывания при некорректной парковке. Второй жесткий диск Prairie 240 (25,4×72,6×116,8 мм, 258 г) удвоил емкость до 42,8 Мбайт, при этом он потреблял меньше 1,5 Вт. 240 можно назвать логичным развитием оригинального 220, поскольку он потреблял такую же мощность, но обеспечивал в два раза большую емкость.
2,5» жесткие диски Prairie 240 и 242 (источник: архив Jim Porter)
На то время единственными конкурентами были JVC и Conner Peripherals, которые быстро поняли, что рынку нужны еще более емкие HDD. Однодисковая модель PrairieTek на 40 Мбайт, которая могла стать потенциально успешным продуктом, задержалась. В 1990 году из PrairieTek уходит сооснователь Стив Волк, после этого компания не продержалась и года. В 1991 PrairieTek подает на банкротство, а в 1992 году началась битва за патенты PrairieTek, которые в итоге купили Conner Peripherals и Alps Electric за впечатляющую сумму $18 млн. В патентах, например, описывались возможности снижения энергопотребления, которые затем вошли в стандарты ATA и SCSI.
Гонка емкости 2,5» HDD
К моменту банкротства PrairieTek на рынке 2,5» жестких дисков присутствовало еще десяток других компаний, причем все они предлагали емкости выше 20 Мбайт. Срок жизни продуктов начал измеряться уже не годами, а месяцами. Здесь стоит отметить компанию Toshiba, которая не выпускала настольные компьютеры, но довольно рано вышла на рынок мобильных систем. Она разработала жесткий диск с нуля, причем на стеклянных пластинах (в HDD PrairieTek использовались алюминиевые пластины).
Интересно, что в то время единого 2,5» формата не было. Вы наверняка обратили внимание на разные габариты жестких дисков PrairieTek, и здесь речь идет лишь об одном производителе. Поэтому разработчикам мобильных компьютеров приходилось закладывать в дизайн конкретную модель жесткого диска. Для перехода на другую модель приходилось переделывать крепежные отверстия и расположение интерфейсов.
Конец подобной неразберихе положил форум Sun Microsystems в начале 1990 года, по итогам которого был создан комитет SFF Committee. Но только в ноябре 1993 индустрия одобрила спецификацию SFF-8004, которая разрабатывалась группой Дэвида Уайта. Что сделало жесткие диски для ноутбуков совместимыми и заменяемыми. Позднее производители перешли на 2,5» жесткие диски толщиной всего 9,5 мм, оставив штатные 12,5 мм для самых емких моделей. В декабре 2009 Seagate анонсировала жесткие диски толщиной всего 7 мм, однако рекорд здесь принадлежит Western Digital, которая выпустила в 2013 году накопители толщиной 5 мм.
Apple Powerbook 100, источник Wikipedia
Гонка емкости жестких дисков мобильных компьютеров в начале 90-х набрала такие темпы, что потребители нещадно критиковали модели с 20-Мбайт HDD. Например, таковым оказался ноутбук Apple PowerBook 100 за $2.300 ($4.632, 330 тыс. рублей). Он вышел в декабре 1991 с 20-Мбайт жестким диском. И хотя Apple отреагировала на критику, добавив 40-Мбайт опцию через несколько недель, темп набрать не удалось.
IBM ThinkPad 700C, источник Wikipedia
IBM уже в октябре 1992 года представляет ThinkPad 700 весом под 3 кг и ценой $2.950 ($5.767, 410 тыс. рублей), который оснащался 120-Мбайт жестким диском. Опция ThinkPad 700C с цветным дисплеем стоила дороже — $4.350 ($8.504, 605 тыс. рублей). ThinkPad 300 производства Zenith Data Systems тоже оснащался 120-Мбайт HDD, при этом обещал до 10 часов автономной работы. Стоил ноутбук еще дешевле — $2.199 ($4.299, 306 тыс. рублей). В августе 1993 года IBM анонсировала ThinkPad 500 с жестким диском на 170 Мбайт и весом всего 1,7 кг, однако он был отозван четыре месяца спустя.
Еще меньше: первые 1,8-дюймовые жесткие диски
Integral Peripherals Mustang 1820 в прозрачном корпусе, источник Integral Peripherals
В 1991 году Integral Peripherals, небольшая компания из Колорадо (США), представила 1,8-дюймовые жесткие диски емкостью 20 Мбайт под названием Mustang 1820. Через год она выпускает уже 1,8» Stingray 1842 на 40 Мбайт в таком же форм-факторе (толщина 15 мм, ширина 50 мм, длина 76 мм). В режиме бездействия энергопотребление составляло 35 мВт, в режиме сна — 15 мВт. Выход из режима сна осуществлялся примерно за секунду. Подобные жесткие диски предназначались для небольших потребительских продуктов, таких как видеокамеры, аудиоплееры, устройства мониторинга сердечного ритма. Но судьба Integral Peripherals оказалась незавидной, компания стала банкротом в конце 90-х.
1,3 дюйма: HP Kittyhawk
HP Kittyhawk вместе с картой CF и монетой для сравнения, источник: Wikipedia
В 1992 году Hewlett Packard ставит новый рекорд с 20-Мбайт 1,3-дюймовым накопителем Kittyhawk с интерфейсом IDE, который устанавливался в персональный «наладонник» производства EO, Inc. Позднее была представлена модель Kittyhawk II на 40 Мбайт. Габариты накопителей составляли 50,8×36,5×10,5 мм, вес — 28 г. На самом деле жесткие диски изготавливались Citizen Corporation, которая в то время была лидером по производству миниатюрных устройств. Интересно, что у HDD появились некоторые инновации, в том числе акселерометр, который защищал жесткий диск от падения. Производитель заявлял, что Kittyhawk выдержит падение с высоты метра на бетонный пол без потери данных.
Несмотря на интересные характеристики, коммерческого успеха у Kittyhawk не было. В ноутбуки такие жесткие диски устанавливать было невыгодно из-за высокой цены мегабайта (за 40-Мбайт HDD просили $499, то есть нынешние $975 или 69,4 тыс. рублей). Рынок КПК и наладонных устройств в начале 90-х так и не «взлетел». Для игровых консолей жесткий диск тоже был слишком дорогой.
В итоге HP прекращает производство Kittyhawk в 1994 году. Было продано порядка 160.000 накопителей, хотя прогноз на два года составлял 700.000. В 1996 году из-за провала Kittyhawk компания Hewlett Packard закрывает подразделение Disk Memory Division и уходит с рынка жестких дисков.
Новая надежда: IBM Microdrive 1»
Жесткие диски Microdrive от IBM и Hitachi, источник Wikipedia
В 1999 году подразделение IBM Almaden Research Center под руководством Тима Рейли представило 1-дюймовые жесткие диски Microdrive на 170 и 340 Мбайт. Они устанавливались в слоты CompactFlash (CF) Type II, габариты 42×36 x 5 мм тоже соответствовали данному стандарту (здесь можно найти тест Microdrive на 340 Мбайт, сделанный в 2000 году). Скорость передачи данных через адаптер PCMCIA составила 0,77–0,82 Мбайт/с, что меньше 48-Мбайт карты CF2 (1,62 Мбайт/с). Из характеристик Microdrive можно отметить скорость вращения шпинделя 3.600 об/мин, среднюю задержку 8,33 мс, скорость чтения с поверхности дисков 38,8–59,9 Мбит/с, скорость интерфейса 5,2 Мбайт/с.
В 2000 году выходит второе поколение Microdrive емкостью 512 Мбайт и 1 Гбайт. Здесь мы приведем ссылку на тест 1-Гбайт модели. 16-граммовый жесткий диск показал скорость линейного чтения 3,56 Мбайт/с, записи — 1,86 Мбайт/с, что заметно превышает уровень 340-Мбайт модели. Время доступа по тестам — 22 мс, здесь у карт CF всегда сохранялось преимущество — 1,4 мс.
Затем IBM продает подразделение HDD Hitachi, за производство и маркетинг Microdrive отвечает Hitachi Global Storage Technologies. В 2003 году выходят модели на 2 и 4 Гбайт, в 2005 — на 6 Гбайт. Позднее были представлены жесткие диски на 8 и 16 Гбайт.
Seagate ST1
Жесткий диск Seagate ST1 на 2,5 Гбайт, источник Wikipedia
В 2004 году Seagate выпускает жесткие диски ST1 на 2,5 и 5 Гбайт в том же форм-факторе, что и IBM Microdrive, но из-за зарегистрированной торговой марки называет их 1-дюймовыми HDD или жесткими дисками CompactFlash. Скорость вращения шпинделя составляет те же 3.600 об/мин, размер буфера 2 Мбайт. По итогам тестов среднее время доступа было 24,7 мс, скорость чтения достигала 8,7 Мбайт/с, средний уровень был 6,8 Мбайт/с.
Открытый жесткий диск Seagate ST1, источник Wikipedia
В 2005 году Seagate анонсирует 8-Гбайт жесткий диск. На базе миниатюрного жесткого диска были выпущены внешние накопители Pocket Hard Drive с интегрированным кабелем USB 2.0, напоминающие хоккейную шайбу (в 2005 году редакция IXBT.com протестировала такой накопитель емкостью 5 Гбайт). Позднее был представлен 12-Гбайт вариант, который в линейке ST1 стал последним.
Китайская попытка: GS Magicstor
Жесткий диск GS Magicstor на 4,8 Гбайт, источник ixbt.com
В 2003 году китайский производитель GS Magicstor (подразделение GS Magic, Inc.) анонсирует собственные 1-дюймовые жесткие диски емкостью 2,4 Гбайт. За ними в 2004 году последовали варианты емкостью 2,2 (Magicstor 1022C) и 4,8 Гбайт (Magicstor 1024C). Скорость вращения шпинделя составила 4.200 об/мин, скорость чтения с поверхности диска — 53–100 Мбит/с, скорость передачи данных 3,3–6,5 Мбайт/с. Здесь можно привести ссылку на тест. Однако в 2004 году Hitachi Global Storage Technologies подала иск на GS Magicstor за нарушение многочисленных патентов Hitachi GST.
Преимущества и недостатки 1-дюймовых жестких дисков
Жесткие диски Microdrive на момент своего анонса казались весьма обещающими. Действительно, по емкости они превосходили карты Compact Flash, и такая ситуация продержалась до 2006 года. Жесткие диски выдерживали больше циклов записи по сравнению с флэш-памятью, что позволяло использовать их для файла подкачки во встраиваемых системах. HDD лучше справлялись с потерей питания, данных терялось меньше. Наконец, HDD Microdrive можно было использовать не только вместо карт Compact Flash, но и в отсеках ноутбуков через адаптер PCMCIA.
Однако уже в 2006 году емкость флэш-карт CF догнала Microdrive. В 2015 году выпущены 512-Гбайт карты CF, которые в 42 раза превосходили емкость 12 Гбайт у последнего 1» HDD Seagate ST1. Механические жесткие диски все же более чувствительны к ударам и изменению температур, чем флэш-память. Хотя производители HDD добавили различные функции, повышающие надежность. High-end карты Compact Flash показывают пропускную способность порядка 45 Мбайт/с, в то время как Microdrive дают всего 4–6 Мбайт/с. Что весьма чувствительно для пакетной съемки, например.
HDD требуют время на раскрутку шпинделя при выходе из режима сна (порядка 1 с). Жесткие диски, в отличие от флэш-памяти, потребляют энергию даже когда нет процесса чтения/записи (по этой причине производители и переводят их в режим сна, что приводит к дополнительным задержкам на раскрутку).
Все это привело к тому, что флэш-память вытеснила жесткие диски Microdrive. Современная флэш-память отличается высокой надежностью, низкой себестоимостью и энергопотреблением, не говоря уже о компактных размерах.
Toshiba 0,85» HDD для мобильных телефонов
Toshiba 0,85» HDD
В 2004 году Toshiba анонсировала самый маленький жесткий диск форматом всего 0,85 дюйма. Емкость HDD составила 2 и 4 Гбайт. Новый жесткий диск был ориентирован на портативные музыкальные/видеоплееры, КПК и мобильные телефоны, тонкие ноутбуки. Среднее время поиска HDD — 16 мс, среднее энергопотребление — 0,5 Вт, скорость вращения шпинделя 3.600 об/мин, вес — всего 8,5 г. Первым аудиоплеером с новым HDD стал Cowon iAudio 6.
Toshiba намеревалась продать к концу 2004 года 300.000 своих 0,85» жестких дисков. С чем же были связаны такие надежды? В 2001 году вышел iPod, где использовался 1,8» жесткий диск Toshiba. И к 2004 году японская компания поставила более трех миллионов 1,8» HDD. Преемник iPod под названием iPod Mini использовал уже 4-Гбайт 1» жесткий диск Hitachi. Однако тот же Apple iPod Nano получил в свое распоряжение уже 4 Гбайт флэш-памяти, поэтому судьба 0,85» жесткого диска Toshiba была предрешена.
Заключение
На этом мы заканчиваем экскурс в историю миниатюризации HDD. В следующей части мы поговорим о более традиционных 2,5» и 3,5» форматах, которые и сегодня занимают значительную долю рынка.
