Усовершенствование системы регулировки температуры жесткого диска (стр. 5 из 12)
Рисунок 2.1 - Интерфейс программы HDDlife
2.3 Опасности перегрева жестких дисков
Проблема нагрева, и соответственно, отвода тепла – одна из самых острых для современных жёстких дисков. Высокооборотный шпиндель, быстродействующий привод головок, и, наконец, плотный поток данных при операциях чтения и записи (до 100 Мбайт/с) требуют значительных затрат энергии. Типовые ЖД среднего класса (напомним, это форм-фактор 3.5″; скорость вращения 7200 об./мин и интерфейс PATA/SATA) потребляют 4-9 Вт в режиме простоя, и 8-18 Вт при активной работе – пересылке данных и поиске. Стартовая мощность при раскрутке шпинделя значительно выше (16-35 Вт), но такой режим кратковременен, до 10-15 сек, и на общий нагрев диска практически не влияет.
Вся эта мощность (с точностью до 1%) в конечном счете, выделяется в виде тепла, чем и объясняется значительный нагрев ЖД. А ведь он очень вреден для механики, и особенно для читающих головок – ключевого элемента всей конструкции. Многослойные тонкоплёночные магнитные резисторы реагируют как на магнитное поле, так и на температуру.
При длительном перегреве головки деградируют, их отдача (степень изменения сопротивления в зависимости от намагниченности) уменьшается, и, в конце концов, микропрограмма при всех математических ухищрениях не может распознать, что именно записано на пластине – 0 или 1. Это касается не только и не столько пользовательских данных: критически важные для работы сервометки и модули служебной зоны точно так же считываются всё хуже. Диск начинает стучать, неуверенно опознаётся и в итоге полностью выходит из строя.
Поэтому производители отмеряют нынешним ЖД сравнительно узкий диапазон рабочих температур: нагрев корпуса, измеренный в центре крышки, не должен превышать 60º, при температуре окружающей среды +5…55º, реже 0…60º(к примеру, обычные микросхемы выдерживают до 125º, а в сложнейших процессорах Intel Core 2 Duo встроенная термозащита срабатывает при 81º). Причём верхняя граница нагрева означает лишь то, что диск не выйдет из строя сразу и какое-то время проработает в таком тепловом режиме. Однако его ресурс будет расходоваться катастрофически быстро, и о сколько-нибудь приемлемой надёжности говорить не приходится.
Скажем пару слов об измерении температуры ЖД. Внешние термодатчики (как на материнских платах) здесь не прижились, и обычно все пользуются данными SMART, доступными через многочисленные прикладные программы. Атрибут #194 TemperatureTemperature" имеется у всех дисков, он практически в реальном времени отражает нагрев системной головки (обычно нижней в банке). Ведь всякий магнитный резистор является еще и терморезистором, так, что отдельный датчик излишен.
Впрочем, современные модели Western Digital уже обзавелись вторым сенсором, встроенным прямо в корпус банки (это потребовалось для более точного учета градиента температур). Его показания отражаются в новом атрибуте SMART #190 HDA Temperature. У WD есть ещё и своеобразная нормировка: приводится не само значение температуры, а результат его вычитания из условного числа 125. Например, значение атрибута 93 соответствует нагреву в 32º, а при 70 и меньше пора бить тревогу.
У дисков Seagate (в частности, популярных линеек 7200.9 и 7200.10) термоатрибутов тоже два, но они имеют другой смысл: #190 – это Airflow Temperature, а #194 – HDA Temperature, причем наиболее интересный первый атрибут выдается в нормировке 100º-значение (тем самым критический нагрев соответствует значению 45).
В силу аэродинамических эффектов, головка всегда нагревается сильнее, чем весь корпус. В зависимости от конструкции ЖД, разница может достигать 5-15º. Поэтому температура по SMART часто не совпадает с нагревом верхней крышки, и это следует учитывать при оценке ситуации.
Практика показала, что устойчивее всего диски работают при температуре по SMART 35-40º, это соответствует крышке, слегка теплой на ощупь. Именно в таких условиях проводится на заводе первичная разметка пластин и формируются адаптивы, поэтому для механики и микропрограммы ЖД подобный нагрев особенно благоприятен. Магнитный слой ведёт себя наиболее стабильно, отдача головок максимальна, а рекалибровки и другие настройки в связи с дрейфом температур можно проводить реже.
В реальных условиях столь узкий интервал соблюдать сложно, да и необязательно: отказоустойчивость современных дисков практически не страдает, если диапазон рабочих температур расширить до 25-45º. Данных, легко достижимых цифр и следует придерживаться как границ эксплуатационной надёжности ЖД.
Плата электроники может нагреваться значительно сильнее, до 60º и выше, рука такое переносит с трудом. Однако микросхемы сравнительно устойчивы к таким температурам, а от банки плата всегда отделена пористой прокладкой, служащей электро- и теплоизолятором. Один из слоев металлизации на плате занимает почти всю её площадь, обеспечивая теплоотвод от нагруженных деталей и удовлетворительное пассивное охлаждение. Поэтому тепловой режим платы – это её внутреннее дело, мало влияющее на долговечность всего диска (конечно, при условии качественного питания и хотя бы минимальной конвекции).
Нагрев по SMART выше 45º крайне нежелателен: он осложняет функционирование механики ЖД (требуются лишние рекалибровки), повышает вероятность ошибок в данных, а главное – резко усиливает износ головок чтения. По некоторым данным, каждые добавочные 5º ускоряют их деградацию вдвое. Так что даже непродолжительный, но сильный перегрев (вызванный, например, пиковыми нагрузками, неисправным вентилятором или просто жаркой погодой) рискует ощутимо сократить жизнь диска, не говоря о страшном – аварии.
Пожалуй, наихудший исход – заклиненный шпиндель. Гидродинамические подшипники современных ЖД, при всех своих преимуществах (меньший шум и нагрев, способность гасить вибрации и т.п.) оказались склонны к заклиниванию в условиях повышенных температур. Видимо, погрешности в изготовлении перечёркивают теоретические достоинства конструкции. В некоторых горячих (и, заметим, популярных) семействах "клин" стал прямо-таки бедствием.
В этой связи стоит отслеживать худшее (worst) значение температурного атрибута SMART, которое показывает максимальный нагрев за всё время жизни диска. Если оно превышает 55º, то необходимо принять меры к охлаждению ЖД. Формально такой показатель можно расценить как нарушение правил эксплуатации, и даже отказать в гарантии. К счастью, наши сервисы к SMART не придираются.
Кроме того, ЖД массовых серий не рассчитаны на непрерывную работу. Из глубин фирменных спецификаций можно выудить рекомендуемый для них режим – 8*5, что означает пять дней в неделю по восемь часов в день (расписание типичного офиса). Иногда в документации фигурирует суммарная наработка 2400 часов в год. Ограничение вызвано именно недостаточной стойкостью дисков к длительному нагреву: износ механики и деградация головок существенно сокращают их ресурс.
В режиме пониженного энергопотребления (головки запаркованы, привод БМГ обесточен, шпиндель замедлен или остановлен) современные диски практически не греются, и их ресурс не расходуется. Вполне допустимо и даже предпочтительно в плане общей надёжности, если компьютеры по окончании рабочего дня не выключаются, а переводятся в дежурный режим с указанным состоянием ЖД. Тем более это справедливо для ноутбуков (но диски 2.5" засыпают и без дополнительной настройки, это заложено в их микропрограмму).
Накопители, относящиеся к корпоративному классу (Enterprise Storage), значительно более выносливы и допускают круглосуточную эксплуатацию (режим 24*7). Другими словами, не только сильный, но и продолжительный нагрев им не страшен. Этому способствует система термозащиты, сходная с троттлингом современных процессоров: при критической температуре (обычно 56º) микропрограмма принудительно снижает производительность ЖД, что не даёт ему перегреваться дальше. К примеру, Seagate Barracuda ES на 20 секунд переходит в тихий режим с замедленным на 40% позиционированием БМГ.
В новейших ES-дисках firmware заботится и о таких тонких моментах, как динамическое управление высотой полёта головок (набегающий воздух подогревается крошечным резистором), периодическое отряхивание головок записи от налипших магнитных частиц или компенсация вибрации от соседних ЖД (актуально для RAID-массивов и прочих многодисковых систем). При "некомфортном" перегреве или переохлаждении активируется режим проверки записи, когда диск вычитывает только что записанные данные, сравнивая их с оригиналом. Все эти технологии обеспечивают повышенную надёжность записи данных в условиях перепадов температуры. Свой вклад вносит и более строгий производственный контроль, начиная с подбора термостабильных компонентов и кончая выходным тестированием в термокамере. Различие стоит иметь в виду пользователям, планирующим покупку диска: если предполагается высокая и длительная нагрузка, что не редкость ныне даже в домашних машинах, то можно присмотреться к корпоративным моделям. Повышенные затраты (ES-диски на 40-50% дороже) в данном случае окупятся надёжностью и большим ресурсом.
Не слишком благоприятно для ЖД и его переохлаждение, когда рабочая температура не превышает 25º. Это случается при пониженных температурах среды и/или слишком интенсивном обдуве. От холода, как ни парадоксально, страдает надёжность диска: как показало недавнее исследование Google, у таких накопителей растёт вероятность сбоев и снижается ресурс. Кроме того, в связи с замедленным позиционированием ухудшается производительность.
Если же воздух охлаждается почти до нуля (не редкость в плохо отапливаемых помещениях типа складов), то это уже небезопасно и диску, строго говоря, нужен прогрев перед работой. В противном случае он может не только не запуститься, но и повредиться при подаче питания
С появлением жестких дисков со скоростями вращения магнитных дисков 7200 оборотов в минуту пользователи на практике смогли ощутить сильное тепловыделение во время их работы. В основном, источником нагрева служат не микросхемы на плате контроллера, а система позиционирования магнитных головок и шпиндельный двигатель, находящиеся в герметичном блоке. К повышенной температуре наиболее чувствительны магнитные диски, т.к. размагничивание и, следовательно, потеря информации при нагревании происходит быстрее. Выражается это в прямой зависимости количества часов наработки на отказ.