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하드 디스크 드라이브

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목차

1. 개요

하드 디스크 드라이브(HDD)는 컴퓨터의 데이터를 저장하는 데 사용되는 저장 장치이다. 1956년 IBM이 최초의 상용 HDD인 RAMAC을 출시했으며, 플래터에 자기장의 변화를 기록하여 데이터를 저장하는 방식을 사용한다. HDD는 플래터, 헤드, 액추에이터, 제어 회로 등 다양한 부품으로 구성되며, USB, SATA, SAS 등의 인터페이스를 통해 컴퓨터와 연결된다. HDD는 2000년대 이후 디지털 가전제품에 널리 사용되었으며, 외장 하드 디스크, NAS 등 다양한 형태로 활용되고 있다. HDD의 용량은 지속적으로 증가해 왔지만, 최근에는 SSD의 등장으로 시장 점유율이 감소하는 추세이다. 현재 웨스턴디지털, 씨게이트, 도시바 3사가 HDD 시장을 주도하고 있다.

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하드 디스크 드라이브
기본 정보
2.5인치 SATA 하드 디스크 드라이브의 내부
2.5인치 SATA 하드 디스크 드라이브의 내부
발명일1954년 12월 24일
발명자레이 존슨이 주도한 IBM 팀
명칭
영어Hard disk drive
기타 명칭디스크 드라이브
디스크 파일
직접 접근 저장 장치
CKD 디스크
윈체스터 디스크 드라이브
설명
하드 디스크 드라이브데이터를 저장하는 전기 기계 장치
특징비휘발성
자기 저장 방식 사용
기술 정보
저장 매체자기 기록 방식
추가 정보
관련 용어디스크 드라이브
직접 접근 저장 장치
CKD 디스크
윈체스터 디스크 드라이브

2. 역사

1980년대 초반까지 하드디스크는 PC에서 특별한 기능을 하는 고가의 주변기기였다. 하지만 1980년대 후반에 들어오면서 PC에 있어 필수적인 기능이 되어 저가의 PC에도 탑재되기 시작했다.

1983년 IBM PC/XT에는 내장 10MB HDD가 포함되었고, 그 직후 개인용 컴퓨터에서 내장 HDD가 급증했다. 외부 HDD는 애플 매킨토시에서 훨씬 더 오랫동안 인기를 누렸는데, 1986년부터 1998년 사이에 제작된 많은 매킨토시 컴퓨터에는 후면에 SCSI 포트가 있어 외부 확장이 간편했다.

1963년 IBM은 1301보다 두 배의 트랙 용량과 실린더당 두 배의 트랙 수를 가진 1302를 출시했다.[29] 1973년에는 "윈체스터"라는 코드명의 새로운 유형의 HDD를 출시했는데, 가장 큰 특징은 드라이브의 전원이 꺼졌을 때 디스크 헤드가 디스크 플래터 스택에서 완전히 철회되지 않았다는 점이다. 대신 헤드가 스핀다운 시 디스크 표면의 특수 영역에 "착륙"하도록 허용하고, 나중에 디스크의 전원이 켜지면 다시 "이륙"했다.

1974년 IBM은 윈체스터 레코딩 헤드가 기록된 트랙에 비스듬히 위치해도 잘 작동하기 때문에 가능해진 스윙 암 액추에이터를 출시했다. 최초의 이동식 팩 드라이브와 마찬가지로 최초의 "윈체스터" 드라이브는 지름의 플래터를 사용했다. 1978년 IBM은 8인치 플래터가 있는 IBM 0680(피콜로) 스윙 암 드라이브를 출시하여 더 작은 플래터가 이점을 제공할 수 있는 가능성을 모색했다. 그 뒤를 이어 다른 8인치 드라이브와 드라이브가 등장했는데, 당시 플로피 디스크 드라이브를 대체하기 위해 크기가 조정되었다.

시간이 지남에 따라 기록 밀도가 크게 증가함에 따라 디스크 직경을 3.5인치 및 2.5인치로 더 줄이는 것이 최적임을 알게 되었다. 이 기간 동안 강력한 희토류 자석 재료가 저렴해졌고, 스윙 암 액추에이터 디자인과 상호 보완적으로 작용하여 현대 HDD의 소형 폼 팩터를 가능하게 했다.

2011년 태국 홍수는 제조 공장에 피해를 입히고 2011년부터 2013년까지 하드 디스크 드라이브 비용에 악영향을 미쳤다.[38] 2019년 웨스턴디지털은 수요 감소로 인해 말레이시아의 마지막 HDD 공장을 폐쇄하고 SSD 생산에 집중했다.[39] 2014년 이후 세 개의 남은 HDD 제조업체 모두 HDD에 대한 수요가 감소했다.[40]

“하드 디스크 드라이브”, “HDD”, “하드 디스크”, “하드 드라이브”, 자기 디스크, “고정 디스크”[133][134] 등으로 불린다. JIS 정보처리 용어에서는 “하드 디스크”이다.

하드 디스크 드라이브는 반도체 메모리에 비해 읽기·쓰기 시간이 오래 걸린다. 따라서 OS에서 보면 하드 디스크 드라이브와 같은 동작으로 더 빠른 액세스를 실현하기 위한 노력도 이루어져 왔다. 2024년 현재 주류인 3.5인치 크기 HDD의 저장 용량은 1대당 최대 30TB에 달했다. 또한 2.5인치 크기에서는 노트북 컴퓨터에서 자주 사용되는 9.5mm 두께 이하에서 1대당 최대 8TB, 15mm 두께에서는 10TB에 달하고 있다.

최근에는 소형화와 저전력 소비를 중시하는 경향이 강해지면서, 출하 대수에서는 PC용으로 주류인 3.5인치 크기뿐만 아니라, 이전에는 노트북 PC가 주요 용도였던 2.5인치 이하 HDD가 게임기(플레이스테이션 3·엑스박스 360)와 서버 용도를 중심으로 수요가 확대되고 있다.

2. 1. 초기 역사

1956년 미국의 IBM은 최초의 상용 하드 디스크 드라이브인 RAMAC을 출시했다.[186] 이 드라이브는 메인프레임과 미니컴퓨터에 탑재하기 위해 만들어졌으며, 지름 24인치의 플래터 50장으로 약 4.8 MiB의 용량을 제공했고, 가격은 약 5만 달러였다.

초기의 HDD. 최신형 HDD하고는 달리 플래터가 매우 많다.


HDD 특성의 시간 경과에 따른 개선
매개변수초기 (1957)개선된 값개선 비율
용량
(포맷됨)		3.75 메가바이트[22]32 테라바이트[87][15]850만 배
물리적 부피약 1925.55L32.1cuin[16]56,000 배
무게약 907.18kg약 62.37g[16]15,000 배
평균 액세스 시간약 600 밀리초2.5ms ~ 10ms약 200 배
가격메가바이트 당 (1961;[17] 2022년 )2022년 말 기준 테라바이트 당 14.4달러[18]68억 배
데이터 밀도제곱인치당 2,000 비트[19]2023년 기준 제곱인치당 1.4 테라비트[20]7억 배
평균 수명약 2000시간 MTBF약 2,500,000시간 (~285년) MTBF[21]1250 배



최초로 생산된 IBM 하드 디스크 드라이브인 350 디스크 스토리지는 1957년 IBM 305 RAMAC 시스템의 구성 요소로 출시되었다. 350은 위쪽과 아래쪽을 향한 두 개의 읽기/쓰기 헤드를 가진 단일 암을 가지고 있었는데, 이는 인접한 플래터 쌍 사이를 수평으로 그리고 한 쌍의 플래터에서 두 번째 세트로 수직으로 이동했다.[24][25][26] IBM 350의 변형으로 IBM 355, IBM 7300 및 IBM 1405가 있다.

1961년 IBM은 IBM 350 및 유사 드라이브를 대체한 IBM 1301 디스크 스토리지 유닛을 발표했고, 1962년에 출시했다.[27] 1301은 각각 약 두께와 24inch 지름의 25개의 플래터가 포함된 하나(모델 1용) 또는 두 개(모델 2용)의 모듈로 구성되었다.[28] 초기 IBM 디스크 드라이브는 암당 두 개의 읽기/쓰기 헤드만 사용한 반면, 1301은 사용된 각 표면당 하나의 헤드가 있는 48개의 헤드(콤) 배열을 사용했다. 헤드 배열의 움직임은 반복 가능한 위치 지정을 보장하는 유압 액추에이터의 이진 가산기 시스템에 따라 달라졌다. 1301 캐비닛은 나란히 놓인 세 대의 대형 냉장고 크기였으며, 모듈당 약 2,100만 개의 8비트 바이트에 해당하는 용량을 저장했다. 액세스 시간은 약 0.25초였다.

1962년 IBM은 세탁기 크기였으며 이동식 디스크 팩에 2백만 문자를 저장하는 모델 1311 디스크 드라이브를 출시했다.

1980년대 초반까지 하드디스크는 PC에서 특별한 기능을 하는 고가의 주변기기였지만, 1980년대 후반에 들어오면서 PC에 필수적인 기능이 되어 저가의 PC에도 탑재되기 시작했다.

1983년 IBM PC/XT에는 내장 10MB HDD가 포함되었고, 그 직후 개인용 컴퓨터에서 내장 HDD가 급증했다.

2. 2. 2000년대 이후

2000년대에 들어 가전제품의 디지털화가 진행되면서 음성, 영상 등의 데이터를 디지털 데이터로 기록하는 용도가 생겨나 일반 가전제품에서의 사용도 늘기 시작했다. 용량 단위당 가격이 저렴하고 대용량이며, 랜덤 액세스가 가능하고, RAM 디스크에는 못 미치지만 액세스 속도도 비교적 빠르며, 재기록이 가능하다는 특성을 살려 2003년 이후, 특히 하드디스크레코더와 디지털 오디오 플레이어 등의 용도에서 탑재가 증가했으며, 내비게이션에도 탑재되어 지도 정보 저장 등에 활용되고 있다.[142]

2000년대 초반 이후 디지털 가전제품의 수요가 증가함에 따라 디지털화된 영상과 음성을 저장하기 위한 용도의 수요가 증가하였으며, 2000년대 중반부터는 내비게이션과 텔레비전에도 하드디스크가 탑재되기 시작했다. 그 이후, 하드디스크를 USB나 IEEE 1394를 이용해 외부 장치처럼 이용할 수 있는 외장 하드디스크(외장 하드)가 등장하였다. 또한, 특정 컴퓨터에 종속되지 않고, 독립적으로 네트워크상에서 공유할 수 있는 NAS라는 제품도 등장하였다.[142]

2000년대 전후로 3.5인치 HDD를 제조했던 트라이젬을 비롯하여, 퀀텀, 맥스터, IBM, 엡손, 일본 빅터, 파나소닉 시코쿠 일렉트로닉스(현 파나소닉 헬스케어) → 파나소닉 시스템 네트웍스, 후지쓰, 삼성전자, NEC 등 많은 기업들이 하드 디스크 드라이브를 제조하거나 관련 기술 개발에 참여했다.

3. 원리와 구조

하드 디스크 드라이브는 레코드 플레이어와 유사한 구조를 가진다. 레코드판 역할을 하는 '''플래터'''와 바늘 역할을 하는 자기 헤드 및 암으로 구성된다. 암은 원판 위를 초당 최대 100회 왕복하며 데이터를 읽고 쓰며, 원판의 정보는 레코드와 달리 동심원 형태로 기록된다.

자기 단면 및 주파수 변조로 인코딩된 2진 데이터


초기에는 리니어 모터가 사용되었으나, 밀폐형 하드 디스크로 발전하면서 스테핑 모터 구동 로터리형으로 변화했다. 이후 트랙 밀도 향상을 위해 보이스 코일 모터 서보 제어가 도입되었다. 초기에는 플래터 한 면이 서보면 서보에 사용되었으나, 1980년대 후반~1990년대 초반에는 데이터면 서보 방식이 채택되었다. 데이터면 서보는 열 변형 등에 의한 기계적 위치 오차 정밀도에서 유리하다.

플래터는 주로 알루미늄이나 유리로 제조되며, 최근에는 평활성과 강도 면에서 유리 플래터가 주로 사용된다. 하드 디스크 드라이브는 1장 이상의 플래터로 구성되며, 각 플래터의 양면 또는 한 면에 데이터가 기록된다. 1장당 기록 밀도를 높이는 것은 성능 향상의 중요한 요소이다. 유리 플래터는 호야(HOYA)에 의해 발명되었으며, 유리 재질 3.5인치 하드 디스크 플래터를 사용한 세계 최초 제품은 2000년 IBM Deskstar DTLA-307020이다.

CSS(Contact Start Stop) 방식은 디스크 정지 시 헤드와 플래터가 접촉한다. 자성체 층 위에 윤활 피막(라이너)이 있어 회전 속도가 낮을 때는 헤드가 라이너 위를 미끄러진다. 회전 속도가 높아지면 플래터 표면 근방 점성 공기가 헤드에 기류를 발생시켜 양력으로 헤드가 미세하게 뜨게 된다. 부상 후에는 접지 효과가 작용하여 플래터와의 접촉을 억제한다. 라이너가 열화되면 헤드가 손상되는 헤드 크래시(Head Crash) 현상이 발생할 수 있다.

Load/Unload 방식(램프 로드 방식)은 정지 시 헤드를 플래터 바깥쪽 램프(Ramp)에 피난시키고, 플래터 회전 속도가 안정된 후 플래터 위로 이동시킨다.[143] 이 방식은 디스크 작동 중지 시 헤드가 플래터에 접촉하지 않아 내충격성이 높다. 과거에는 정지 명령으로 헤드를 플래터에서 들어 올려 피난 위치로 이동시켰으나, 부품 수 감소와 MS-DOS 등 정지 명령을 보내지 않는 OS 보급으로 CSS 방식이 채택되었다. 이로 인해 "붙어버림" 현상이 발생하기도 했으나, 플래터 일부에 요철 영역(Shipping Zone)을 설치하고 정지 시 헤드를 이동시키는 방식으로 해결되었다. 오늘날 OS는 하드 디스크 드라이브에 정지 명령을 보내며, 휴대 기기용 하드 디스크 드라이브는 헤드를 피난 영역으로 되돌리는 드롭 센서 기능을 채택하고 있다.

플래터에 먼지가 부착되면 헤드 손상 원인이 되므로 플래터와 헤드 주변은 밀폐되어 있다. 개봉은 특수 공구가 필요하거나 "개봉 후 보증 제외" 봉인이 붙어 있다. 완전 밀폐는 아니며, 온도 변화에 따른 기압 변화를 해소하기 위해 먼지 필터를 갖춘 압력 해제 개구부가 있다. 헤드에 작용하는 양력은 공기 밀도(기압)의 영향을 받으므로, 헤드와 플래터 간 거리를 안정적으로 유지하려면 내부 기압이 크게 변하지 않아야 한다. 고지대 등 기압이 낮은 환경에서는 헤드가 부딪히기 쉬워지므로,[144] 제품 사양에 사용 환경 기압(고도) 정보가 포함된다. 헬륨 충전 대용량 HDD는 먼지 필터가 없는 밀폐 구조이다.

플래터는 다양한 표면 처리 기술에 의해 진화하고 있다. 하드 디스크 드라이브에는 플래터 회전용 스핀들 모터와 스윙 암 구동용 시크 모터, 두 개의 모터가 사용된다. 스핀들 모터는 직접 구동 방식으로, 역기전력을 검출하여 센서 없이 회전 속도가 제어된다. 주요 회전 속도는 4,200, 5,400, 7,200, 10,000, 15,000 rpm이다. 시크 모터에는 보이스 코일 모터가 사용된다. 보이스 코일 모터는 리니어 모터의 일종으로, 두 자석(네오디뮴 자석 사용) 사이 코일에서 발생하는 로렌츠 힘을 작동 원리로 한다. 코일은 스윙 암 끝에 고정, 스윙 암 축을 중심으로 부채꼴 궤적을 따라 움직인다. 보이스 코일 모터는 소형화, 고속화에 유리하여 1980년대 후반부터 보급, 1993년경 일반화되었다. 이전에는 스테핑 모터와 링크 기구가 사용되었다.

하드 디스크 드라이브는 시동 시 서보 정보를 수집하는 '''캘리브레이션'''과 정기적 서보 정보 보정 '''리캘리브레이션'''을 수행한다. 서보 정보를 메모리에 보관, 헤드 작동 속도를 향상시킨다. 윈도우 등 소비자용 하드 디스크는 서보 정보 수집 중 액세스를 대기시켜도 문제없었다. 그러나 FreeBSD 등 일부 OS는 대기 중 타임아웃으로 드라이브가 분리, OS 충돌 상황이 발생했다. 양쪽 개선으로 서보 정보 수집 중 액세스 시 리캘리브레이션 중단, 액세스 수용, OS는 리캘리브레이션 가능성 포함 타임아웃 시간을 설정했다. 최근 하드 디스크 드라이브는 서보 정보를 한 번에 읽지 않고, 정기적 디스크 I/O에 1트랙/1초 간격으로 끼워 넣어 서보 정보 보정을 수행한다. 액세스가 적은 심야 등에 하드 디스크 드라이브가 "카리카리" 소리를 내는 것은 이 때문이다.

3. 1. 기본 원리

컴퓨터에 저장되는 모든 데이터는 0과 1의 두 가지 디지털 신호로 이루어지며, 하드 디스크는 이러한 디지털 신호를 플래터에 기록한다.[41] 플래터는 원반 형태로, 자기장의 밀도 변화를 이용하여 데이터를 기록한다. 헤드는 플래터 위를 지나가면서 자기장의 극성이 변하면 1, 변하지 않으면 0으로 인식한다.

하드디스크의 구조2


헤드와 플래터


하드 디스크의 구조


하드 디스크는 자기장을 이용한 기계적 구조로 인해 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)와 같은 반도체 기반 저장 매체에 비해 진동, 충격, 자성 등 외부 환경에 취약하다. 하드 디스크 외부는 소음과 먼지 유입을 최소화하기 위해 밀폐된 구조로 설계된다. 일부 모델은 헬륨으로 채워져 외부와 완전히 격리되지만, 일반적인 하드 디스크는 기압을 맞추기 위한 작은 구멍이 있어 외부 환경에 따라 수명이 달라질 수 있다.

하드 디스크 드라이브(HDD)는 디스크 양면의 얇은 강자성체 박막에 데이터를 기록한다. 자화 방향의 순차적인 변화는 이진 데이터 비트를 나타낸다. 데이터는 자화의 변화를 감지하여 디스크에서 읽어들인다. 사용자 데이터는 런 레스 런 레스 코드와 같은 인코딩 방식을 사용하여 인코딩된다. 이는 데이터가 자기적 변화로 어떻게 표현되는지 결정한다.

종방향 기록(표준) & 수직 자기 기록 다이어그램


200 MB HDD 플래터에 저장된 비트의 단일 자화 기록 (CMOS-MagView를 사용하여 가시화)


파손된 하드 디스크, 유리 플래터가 보임


일반적인 HDD 설계는 기록된 데이터를 저장하는 평평한 원형 디스크인 플래터를 고정하는 스핀들로 구성된다. 플래터는 알루미늄 합금, 유리, 세라믹과 같은 비자성 재료로 만들어진다. 플래터는 10~20nm 깊이의 얇은 자성 재료 층으로 코팅되고, 외부에는 보호를 위한 탄소 층이 있다. 참고로, 일반적인 복사 용지의 두께는 0.07~0.18mm 이다.

현대 HDD의 플래터는 휴대용 기기의 경우 4200rpm, 고성능 서버의 경우 15,000rpm까지 다양한 속도로 회전한다. 최초의 HDD는 1,200rpm으로 회전했고, 여러 해 동안 3,600rpm이 표준이었다.[42] 2019년 기준으로 대부분 소비자용 HDD 플래터는 5,400 또는 7,200rpm으로 회전한다.

정보는 플래터가 읽기/쓰기 헤드를 지나 회전할 때 플래터에 기록되고 읽혀진다. 읽기/쓰기 헤드는 자기 표면에 매우 가깝게 위치하며, 비행 높이는 수십 나노미터 범위이다. 읽기/쓰기 헤드는 바로 아래를 지나는 재료의 자화를 감지하고 수정한다.

현대 드라이브는 각 플래터 표면에 하나의 헤드가 있으며, 공통 암에 장착된다. 액추에이터 암(또는 액세스 암)은 플래터가 회전할 때 헤드를 호(대략 방사형)를 따라 이동시켜 각 헤드가 플래터의 거의 전체 표면에 접근할 수 있도록 한다. 암은 음성 코일 액추에이터 또는 스테퍼 모터를 사용하여 이동한다. 초기 HDD는 모든 트랙에 동일한 양의 데이터가 기록되었지만, 1990년대 이후 현대 드라이브는 존 비트 레코딩을 사용하여 내부 영역에서 외부 영역으로 기록 속도를 높이고 외부에 더 많은 데이터를 저장한다.

현대 드라이브에서 자기 영역 크기가 작아지면서 열 효과로 인해 자기 상태가 손실될 위험, 즉 "초상자성 한계"가 발생한다. 이를 해결하기 위해 플래터는 루테늄 3원자 층으로 분리된 두 평행 자성 층으로 코팅되며, 두 층은 반대 방향으로 자화되어 서로 강화된다. 2005년 처음 출시된 수직 자기 기록(PMR)은 열 효과를 극복하고 기록 밀도를 높이는 기술이다.

2004년에는 연성, 경성 자성층으로 구성된 ''교환 스프링 매체''(교환 결합 복합 매체)가 도입되어 쓰기 성능이 향상되었다. 열 안정성은 가장 단단한 층에 의해 결정된다.

플럭스 제어 MAMR(FC-MAMR)은 새 플래터 재료 없이 기록 용량을 늘릴 수 있다. MAMR 드라이브는 읽기/쓰기 헤드에 마이크로파를 생성하는 스핀 토크 발생기(STO)가 있어 더 작은 비트를 기록, 면적 밀도를 높인다. 헤드의 쓰기 코일은 폴을 둘러싸고, STO는 폴과 실드 사이 에어 갭에 배치되어 자기장 세기를 증가시킨다. FC-MAMR은 마이크로파 대신 MAMR 기술을 사용한다. STO는 자기장 생성층(FGL)과 스핀 주입층(SIL)을 가지며, FGL은 SIL에서 생성되는 스핀 편극 전자를 사용하여 자기장을 생성한다.[44]

최신 드라이브는 오류 정정 코드(ECC), 특히 리드-솔로몬 오류 정정을 사용한다. 수학 공식에 따라 추가 비트를 각 데이터 블록에 저장하여 오류를 수정한다. 1TB HDD는 오류 정정(ECC) 데이터에 약 93GB를 사용한다.[47] 2009년부터는 저밀도 패리티 검사 코드(LDPC)가 리드-솔로몬을 대체하고 있다. LDPC 코드는 섀넌 한계에 가까운 성능을 제공한다.[48]

일반 HDD는 고장난 물리적 섹터 데이터를 "예비 섹터 풀"의 예비 섹터로 "재매핑"한다.[49] ECC는 저장된 데이터를 복구한다. S.M.A.R.T는 ECC 수정 오류 수와 섹터 재매핑 수를 계산하여 HDD 고장을 예측한다.

하드 디스크 드라이브의 기본 구조는 레코드 플레이어와 유사하다. 레코드판에 해당하는 플래터와 바늘에 해당하는 자기 헤드 및 암으로 구성된다. 암은 원판 위를 초당 최대 100회 왕복하며 데이터를 읽고 쓴다. 원판의 정보는 레코드와 달리 동심원 형태로 기록된다.

초기에는 리니어 모터가 사용되었으나, 밀폐형 하드 디스크로 발전하면서 스테핑 모터 구동 로터리형으로 변화했다. 이후 트랙 밀도 향상을 위해 보이스 코일 모터 서보 제어가 도입되었다. 초기에는 플래터 한 면이 서보면 서보에 사용되었으나, 1980년대 후반~1990년대 초반에는 데이터면 서보 방식이 채택되었다. 데이터면 서보는 열 변형 등에 의한 기계적 위치 오차 정밀도에서 유리하다.

플래터는 주로 알루미늄이나 유리로 제조되며, 최근에는 평활성과 강도 면에서 유리 플래터가 주로 사용된다. 하드 디스크 드라이브는 1장 이상의 플래터로 구성되며, 각 플래터의 양면 또는 한 면에 데이터가 기록된다. 1장당 기록 밀도를 높이는 것은 성능 향상의 중요한 요소이다. 유리 플래터는 호야(HOYA)에 의해 발명되었으며, 유리 재질 3.5인치 하드 디스크 플래터를 사용한 세계 최초 제품은 2000년 IBM Deskstar DTLA-307020이다.

CSS(Contact Start Stop) 방식은 디스크 정지 시 헤드와 플래터가 접촉한다. 자성체 층 위에 윤활 피막(라이너)이 있어 회전 속도가 낮을 때는 헤드가 라이너 위를 미끄러진다. 회전 속도가 높아지면 플래터 표면 근방 점성 공기가 헤드에 기류를 발생시켜 양력으로 헤드가 미세하게 뜨게 된다. 부상 후에는 접지 효과가 작용하여 플래터와의 접촉을 억제한다. 라이너가 열화되면 헤드가 손상되는 헤드 크래시(Head Crash) 현상이 발생할 수 있다.

Load/Unload 방식(램프 로드 방식)은 정지 시 헤드를 플래터 바깥쪽 램프(Ramp)에 피난시키고, 플래터 회전 속도가 안정된 후 플래터 위로 이동시킨다.[143] 이 방식은 디스크 작동 중지 시 헤드가 플래터에 접촉하지 않아 내충격성이 높다.

과거에는 정지 명령으로 헤드를 플래터에서 들어 올려 피난 위치로 이동시켰으나, 부품 수 감소와 MS-DOS 등 정지 명령을 보내지 않는 OS 보급으로 CSS 방식이 채택되었다. 이로 인해 "붙어버림" 현상이 발생하기도 했으나, 플래터 일부에 요철 영역(Shipping Zone)을 설치하고 정지 시 헤드를 이동시키는 방식으로 해결되었다. 오늘날 OS는 하드 디스크 드라이브에 정지 명령을 보내며, 휴대 기기용 하드 디스크 드라이브는 헤드를 피난 영역으로 되돌리는 드롭 센서 기능을 채택하고 있다.

플래터에 먼지가 부착되면 헤드 손상 원인이 되므로 플래터와 헤드 주변은 밀폐되어 있다. 개봉은 특수 공구가 필요하거나 "개봉 후 보증 제외" 봉인이 붙어 있다. 완전 밀폐는 아니며, 온도 변화에 따른 기압 변화를 해소하기 위해 먼지 필터를 갖춘 압력 해제 개구부가 있다. 헤드에 작용하는 양력은 공기 밀도(기압)의 영향을 받으므로, 헤드와 플래터 간 거리를 안정적으로 유지하려면 내부 기압이 크게 변하지 않아야 한다. 고지대 등 기압이 낮은 환경에서는 헤드가 부딪히기 쉬워지므로,[144] 제품 사양에 사용 환경 기압(고도) 정보가 포함된다. 헬륨 충전 대용량 HDD는 먼지 필터가 없는 밀폐 구조이다.

플래터는 다양한 표면 처리 기술로 발전하고 있다.

하드 디스크 드라이브에는 플래터 회전용 스핀들 모터와 스윙 암 구동용 시크 모터, 두 개의 모터가 사용된다.

스핀들 모터는 직접 구동 방식으로, 역기전력을 검출하여 센서 없이 회전 속도가 제어된다. 주요 회전 속도는 4,200, 5,400, 7,200, 10,000, 15,000 rpm이다.

시크 모터에는 보이스 코일 모터가 사용된다. 보이스 코일 모터는 리니어 모터의 일종으로, 두 자석(네오디뮴 자석 사용) 사이 코일에서 발생하는 로렌츠 힘을 작동 원리로 한다. 코일은 스윙 암 끝에 고정, 스윙 암 축을 중심으로 부채꼴 궤적을 따라 움직인다. 보이스 코일 모터는 소형화, 고속화에 유리하여 1980년대 후반부터 보급, 1993년경 일반화되었다. 이전에는 스테핑 모터와 링크 기구가 사용되었다. 스테핑 모터는 초기 위치 설정 후 모터 회전 각도를 직접 제어 가능했지만, 보이스 코일 모터 채용으로 암 위치 피드백 서보 기구 제어가 필요해졌다. 초기에는 플래터 한 면에 좌표 정보를 기록한 검출부로 서보 제어를 수행했다. 기억 용량 증가 기술로 서보 면 서보 방식은 사라지고, 주소 정보를 데이터와 혼재시키는 데이터 면 서보 방식으로 변화했다.

하드 디스크 드라이브는 시동 시 서보 정보를 수집하는 '''캘리브레이션'''과 정기적 서보 정보 보정 '''리캘리브레이션'''을 수행한다. 서보 정보를 메모리에 보관, 헤드 작동 속도를 향상시킨다. 리캘리브레이션이 문제가 되기도 했다. 윈도우 등 소비자용 하드 디스크는 서보 정보 수집 중 액세스를 대기시켜도 문제없었다. 그러나 FreeBSD 등 일부 OS는 대기 중 타임아웃으로 드라이브가 분리, OS 충돌 상황이 발생했다. 양쪽 개선으로 서보 정보 수집 중 액세스 시 리캘리브레이션 중단, 액세스 수용, OS는 리캘리브레이션 가능성 포함 타임아웃 시간을 설정했다. 최근 하드 디스크 드라이브는 서보 정보를 한 번에 읽지 않고, 정기적 디스크 I/O에 1트랙/1초 간격으로 끼워 넣어 서보 정보 보정을 수행한다. 액세스가 적은 심야 등에 하드 디스크 드라이브가 "카리카리" 소리를 내는 것은 이 때문이다.

3. 2. 주요 구성 요소


  • '''제어 회로'''

: 하드 디스크를 제어하는 회로로, 전반적인 부분을 제어한다. 제어 회로에 있는 버퍼 메모리는 하드 디스크에 입출력될 데이터를 임시로 저장한다. S.M.A.R.T. 기술이 내장된 하드 디스크는 자가 문제 진단을 할 수 있으며, 문제를 발견하면 부팅 시 사용자에게 보고한다. 단, 바이오스가 S.M.A.R.T. 기술을 지원하지 않거나 사용 안 함으로 설정된 경우에는 사용자에게 보고하지 않는다.[49]

  • '''스핀들 모터 (Spindle Motor)'''

: 플래터의 회전을 담당한다. 브러시리스 모터를 이용하여 구동하기 때문에 모터의 제어 회로가 따로 필요하다. 초기에는 볼 베어링을 사용했지만, 유체를 사용함으로써 볼의 마모로 인한 수명 문제가 개선된 동압 유체 베어링이 개발되면서 동압 유체 베어링으로 대체되었다. 동압 유체 베어링이 적용되면 거의 완전하게 원형 회전을 할 수 있어 트랙 밀도를 높일 수 있다.
: 데이터가 기록되는 부분이다. 플래터는 금속 재질이지만, 거울처럼 반사가 잘 될 정도로 래핑 상태가 부드러우며, 데이터를 기록하기 위해 산화철 등의 자성체로 코팅되어 있다. 하나의 하드 디스크에는 한 개 또는 그 이상의 플래터가 장착되어 있다. 플래터 수가 많으면 더 큰 용량을 저장할 수 있지만, 안정성에는 문제가 생길 수 있다.

  • '''액추에이터 (Actuator)'''

: 헤드가 원하는 데이터를 읽을 수 있게 제어 회로의 명령에 따라 액추에이터 암을 구동하는 역할을 한다. 구동을 위해 네오디뮴 자석이 있으며, 누설 자속을 줄이기 위해 철과 같은 강자성체 재질로 된 자석 덮개가 있다. 액추에이터는 명령어 대기열(Command queuing영어) 기술을 통해 구동을 최소화하여 여러 개의 파일을 효율적으로 입출력할 수 있다. 단, 명령어 대기열 기술을 사용할 때에는 하드 디스크와 ICH 칩셋이 모두 커맨드 큐잉 기술을 지원해야 사용이 가능하다. 초창기 하드 디스크는 스테핑 모터로 액추에이터를 구동하여 데이터 손실을 방지하기 위해 헤드 파킹이 필요하였으나, 현재는 음성 코일 방식으로 액추에이터가 구동되어 하드 디스크의 전원 공급이 중단될 경우에는 스핀들 모터의 관성으로 헤드가 자동으로 제자리로 파킹되기 때문에 헤드 파킹은 더 이상 필요하지 않다.

  • '''액추에이터 암 (Actuator arm)'''

: 액추에이터를 통해 구동되며, 하나의 하드 디스크에는 여러 개의 암이 달려 있다. 앞뒷면을 모두 사용하기 때문에, 각 플래터당 두 개의 암이 달려 있다. 각 암의 끝에는 입출력을 위해 헤드가 달려 있다.

  • '''헤드 (Head)'''

: 데이터를 읽고 쓰는 헤드로, 스핀들 모터가 작동할 때 헤드는 제어 회로를 통해 나노미터 단위로 부상하여 기록한다. 헤드가 부상되지 않은 상태에서 스핀들 모터가 작동될 경우에는 플래터에 손상을 주어 베드 섹터 등의 복구가 불가능한 문제로 번질 수 있다. 헤드의 기록 방식에는 수직 기록 방식과 수평 기록 방식이 있다. 수직 기록 방식은 수직으로 데이터를 기록하기 때문에 수평 기록 방식에 비해 플래터당 기록 밀도를 훨씬 높일 수 있으며, 자성의 손실이 거의 없어 데이터의 수명이 더 길다.

2.5인치 삼성 하드 디스크 MP0402H의 회로 기판


왼쪽에 액추에이터 코일, 오른쪽에 읽기/쓰기 헤드가 있는 헤드 스택


플래터를 향한 면을 보여주는 단일 읽기-쓰기 헤드의 클로즈업


일반적인 HDD에는 디스크를 회전시키는 스핀들 모터와 회전하는 디스크 위로 읽기/쓰기 헤드 어셈블리를 위치시키는 액추에이터(모터)라는 두 개의 전기 모터가 있다. 액추에이터는 헤드를 원하는 위치로 이동시키는 영구 자석과 이동 코일 모터이다. HDD의 전자 장치는 액추에이터의 움직임과 디스크의 회전을 제어하고 디스크 컨트롤러와 데이터를 주고받는다.

4. 크기 및 규격

하드 디스크 드라이브(HDD)는 플로피 디스크 드라이브(FDD)를 대체하기 위해 개발되었으므로, 초기에는 FDD와 호환되는 크기로 제작되었다.

8인치, 5.25인치, 3.5인치 2.5인치, 1.8인치, 1인치의 하드 디스크


5.25인치 풀 사이즈 110MB HDD (위)와 2.5인치 6.5GB HDD (아래) 비교


규격크기제안 시기설명
8인치241.3mm × 117.5mm × 362mm대형 범용 컴퓨터에 사용되었으며 1980년대까지 개인용 컴퓨터에도 사용되었다. 2016년 현재는 생산되지 않는다.
5.25인치146.1mm × 82.55mm × 203mm1980년시게이트가 제안했다. 대형 범용 컴퓨터와 1990년대 중반까지의 개인용 컴퓨터에 사용되었으며, 2016년 현재는 생산되지 않는다.
3.5인치101.6mm × 25.4mm × 146mm현재 데스크톱 PC에서 가장 일반적으로 사용된다. 서버용으로는 SCSI 또는 SAS 인터페이스가, 일반 시장용으로는 SATA 인터페이스가 주로 사용된다. NAS 대응 기기는 이 크기에 맞춰 설계된 경우가 많다.
2.5인치69.85mm × 7~15mm × 100mm1988년노트북, 소형 기기, 외장 하드 디스크 등에서 널리 사용되며, 많은 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)의 규격이기도 하다. 게임기와 서버용으로도 사용되며, 특히 서버용은 소비 전력을 중시하는 데이터센터 등에서 사용된다.
1.8인치54mm × 8mm × 71mm1993년휴대용 기기에서 더 작고 더 많은 데이터를 저장할 필요에 따라 제안되었으며, 아이팟 등에 사용되면서 한때 사용량이 늘었으나 플래시 메모리에 밀려 2012년 이후 사용량이 감소하고 있다.
1인치42.8mm × 5mm × 36.4mm1999년IBM이 CF 슬롯에 적용 가능한 HDD로 발표했다. 마이크로 드라이브라는 상표로 알려져 있으며, 고성능 디지털 카메라나 소형 디지털 오디오 플레이어 등에 채택되었으나, 플래시 메모리와의 경쟁으로 2008년경 거의 쇠퇴했다.
0.85인치24mm × 5mm × 32mm2004년도시바가 휴대전화 등에 사용될 것으로 제안했다. 오백원 동전과 거의 같은 크기이며, 2007년 이후 신제품이 발표되지 않았다.



현재 시장에 출시되는 HDD의 대부분은 3.5인치 또는 2.5인치 크기의 플래터를 채택하고 있다. 과거에는 컴팩트플래시 크기의 마이크로 드라이브 등 소형 드라이브도 판매되었지만, 대용량·저가격화된 플래시 메모리 기반 저장 장치에 밀려 점차 생산이 중단되었다.

5. 전송 인터페이스


  • '''SASI :''' SCSI의 모태이다.
  • '''SCSI (스카시) :''' 병행연산 버스의 원형이다.
  • '''ST-506(시게이트 인터페이스) :''' 현재의 플로피 디스크를 제어하는 것과 동일한 MFM 방식이다.
  • '''ST-412(시게이트 인터페이스) :''' MFM 방식에 RLL 압축 기술을 적용하여 용량을 늘렸다. ST-506를 개량한 것이다.
  • '''ESDI :''' ST-412/506에 비해 동작 속도가 급격히 빨라졌지만, 이전의 규격들과 호환되지 않는다.
  • '''ATA :''' 초기의 병렬 방식인 병렬 ATA와 2003년에 개발된 직렬방식인 SATA가 있다.

1998년 씨게이트 HDD의 내부 사진(패러렐 ATA 인터페이스 사용)


3.5인치 SATA 드라이브 위에 놓인 2.5인치 SATA 드라이브, 데이터(7핀) 및 전원(15핀) 커넥터의 클로즈업

  • '''소형 컴퓨터 시스템 인터페이스(SCSI, 원래 Shugart Associates System Interface의 약자인 SASI로 명명됨)'''는 1990년대 중반까지 서버, 워크스테이션, 코모도어 아미가, 아타리 ST 및 애플 매킨토시 컴퓨터의 표준이었으며, 그때까지 대부분의 모델은 최신 인터페이스로 전환되었다. 데이터 케이블의 길이 제한으로 인해 외부 SCSI 장치가 가능했다. SCSI 명령 집합은 더 최신의 SAS 인터페이스에서도 여전히 사용된다.
  • '''통합 드라이브 전자 장치(IDE)'''는 나중에 AT 부착(ATA, SATA 도입 시 소급 적용된 별칭 PATA(패러렐 ATA)가 있음)이라는 이름으로 표준화되어 인터페이스 카드에서 디스크 드라이브로 HDD 컨트롤러를 이동했다. 이를 통해 호스트/컨트롤러 인터페이스를 표준화하고, 호스트 장치 드라이버의 프로그래밍 복잡성을 줄이고, 시스템 비용과 복잡성을 줄이는 데 도움이 되었다.
  • '''EIDE'''는 (웨스턴 디지털이) 원래 IDE 표준을 비공식적으로 업데이트한 것으로, 주요 개선 사항은 직접 메모리 액세스(DMA)를 사용하여 CPU의 개입 없이 디스크와 컴퓨터 간에 데이터를 전송하는 것이었다.
  • '''파이버 채널(FC)'''은 엔터프라이즈 시장에서 병렬 SCSI 인터페이스의 후속 제품이다.
  • '''시리얼 어태치드 SCSI(SAS)'''. SAS는 훨씬 더 빠른 속도의 데이터 전송을 허용하도록 설계된 장치에 대한 차세대 시리얼 통신 프로토콜이며 SATA와 호환된다.
  • '''시리얼 ATA(SATA)'''

6. 용량의 변화

1956년 최초의 하드 디스크 드라이브는 약 4.8MB의 용량을 가졌다.[141] 2024년 현재는 수십 TB에 달하는 대용량 하드 디스크 드라이브가 출시되고 있다.

1956년부터 2009년까지 최신 하드 디스크 드라이브의 기록 면밀도 연평균 성장률(CAGR)과 무어의 법칙 CAGR 비교


용량 증가는 수직 자기 기록(PMR) 방식, HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording), MAMR (Microwave Assisted Magnetic Recording) 등 새로운 기술 개발을 통해 이루어지고 있다.

  • '''수직 자기 기록 (PMR)''': 2005년에 처음 출시된 기술로, 특정 HDD에 사용되고 있다. 헤드에서 생성되는 자기장의 세기를 높이는 방식으로 기록 밀도를 향상시킨다.[43]
  • '''HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording)''': 시게이트에서 개발 중인 기술이다.
  • '''MAMR (Microwave Assisted Magnetic Recording)''': 도시바에서 실험에 성공한 방식으로, 헤드 끝에서 방출되는 전자파의 주파수를 다단계로 구분하여 특정 기록면에 접근하는 방식이다.
  • '''FC-MAMR (Flux Control-MAMR)''': 새로운 하드 디스크 드라이브 플래터 재료가 필요 없이 하드 드라이브의 기록 용량을 늘릴 수 있는 기술이다. MAMR 기술을 사용하며, 읽기/쓰기 헤드에 마이크로파를 생성하는 스핀 토크 발생기(STO)가 있어 플래터에 물리적으로 더 작은 비트를 기록하여 면적 밀도를 높인다. STO는 자기장 생성층(FGL)과 스핀 주입층(SIL)을 가지고 있으며, FGL은 SIL에서 생성되는 스핀 편극 전자를 사용하여 자기장을 생성한다.[44]


2011년에는 동일본 대지진과 태국 홍수로 인해 HDD 생산량이 감소하고 가격이 급등하기도 했지만, 2012년에 생산이 회복되었다.[172]

7. 하드 디스크를 이용한 전자제품


  • '''HDD 레코더(PVR)''': VHS나 베타맥스와 같은 자기 테이프를 사용하는 대신 하드 디스크를 사용하여 디지털 파일 형태로 방송을 저장한다. 화질이 뛰어나고, PC와 연결하여 동영상 자료를 보관하고 편집할 수 있다. VHS 테이프 수백 개 분량의 동영상을 저장할 수 있으며, 리모콘으로 녹화물을 빠르게 찾고, 재생, 삭제, 편집할 수 있다. 기존 VTR처럼 클리닝 테이프를 사용하거나 되감기, 빨리 감기를 할 필요가 없다. 하드 디스크를 2개 사용하면 두 채널을 동시에 녹화할 수도 있다.
  • '''자동차 내비게이션''': 하드 디스크에 영화, 음악 등을 저장하여 자동차 안에서 즐길 수 있다.
  • '''휴대용 음악 플레이어''': 하드 디스크를 탑재하여 수천 곡의 음악을 저장할 수 있다.
  • '''캠코더''': DV 등 기존의 테이프 대신 HDD 내장형 캠코더를 사용하여 촬영 영상을 저장한다. 기존 방식보다 부피가 작아 휴대와 사용이 편리하고, 저장 성능이 우수하며, PC에서 동영상 자료를 보관하고 편집할 수 있다.
  • '''오락기''': 플레이스테이션 3, 엑스박스와 같은 가정용 오락기에 하드 디스크가 채용되었다.
  • '''외장 하드 디스크''': 하드 디스크를 USB, IEEE1394, e-SATA 등으로 연결할 수 있게 해주는 변환 장치와 함께 사용하면 이동식 디스크로 사용할 수 있다.

8. 성능 특성

HDD에서 데이터 접근 시간(시간)을 제한하는 요인은 대부분 회전 디스크와 움직이는 헤드의 기계적 특성과 관련이 있으며, 다음과 같은 요소가 포함된다.


  • 탐색 시간은 헤드 어셈블리가 데이터가 포함된 디스크 트랙으로 이동하는 데 걸리는 시간을 측정한 것이다.
  • 회전 지연 시간은 데이터 전송이 요청될 때 원하는 디스크 섹터가 헤드 바로 아래에 있지 않을 수 있기 때문에 발생한다. 평균 회전 지연 시간은 아래 표에 표시되어 있으며, 평균 지연 시간이 회전 주기의 절반이라는 통계적 관계를 기반으로 한다.
  • 비트 전송률 또는 데이터 전송률(헤드가 올바른 위치에 있는 경우)은 전송되는 블록 수의 함수인 지연을 생성한다. 일반적으로 비교적 작지만 큰 연속 파일을 전송하면 상당히 길어질 수 있다.


드라이브 디스크가 에너지를 절약하기 위해 정지된 경우에도 지연이 발생할 수 있다.

조각 모음은 디스크에서 관련 항목을 물리적으로 근접한 영역으로 이동하여 데이터 검색 지연을 최소화하는 데 사용되는 절차이다. 일부 컴퓨터 운영 체제는 자동으로 조각 모음을 수행한다. 자동 조각 모음은 접근 지연을 줄이기 위한 것이지만, 절차가 진행되는 동안 성능이 일시적으로 저하될 수 있다.

데이터에 접근하는 시간은 회전 속도를 높여(따라서 지연 시간을 줄임) 또는 탐색 시간을 줄임으로써 향상될 수 있다. 기록 밀도를 높이면 데이터 전송률을 높이고 일련의 헤드 아래에 있는 데이터 양을 늘림으로써 처리량이 증가하고 주어진 양의 데이터에 대한 탐색 작업이 줄어들 수 있다. 데이터 접근 시간은 처리량 증가를 따라잡지 못했으며, 처리량 증가 자체도 비트 밀도 및 저장 용량 증가를 따라잡지 못했다.

HDD의 일반적인 대기 시간 특징
회전 속도 (rpm)평균 회전 대기 시간 (ms)
15,0002
10,0003
7,2004.16
5,4005.55
4,8006.25



2010년 기준, 일반적인 7,200rpm 데스크톱 HDD는 지속적인 "디스크-버퍼" 데이터 전송 속도가 최대 1,030 Mbit/s이다. 이 속도는 트랙 위치에 따라 달라진다. 바깥쪽 트랙(회전당 더 많은 데이터 섹터가 있음)의 데이터는 속도가 더 빠르고 안쪽 트랙(회전당 데이터 섹터가 적음)으로 갈수록 속도가 느려진다. 일반적으로 10,000rpm 드라이브의 속도가 다소 더 빠르다. 현재 널리 사용되는 "버퍼-컴퓨터" 인터페이스 표준은 3.0 Gbit/s SATA이며, 버퍼에서 컴퓨터로 초당 약 300메가바이트(10비트 인코딩)를 전송할 수 있으므로, 현재 디스크-버퍼 전송 속도보다 여전히 상당히 빠르다. 데이터 전송 속도(읽기/쓰기)는 특수 파일 생성 도구를 사용하여 디스크에 큰 파일을 쓰고, 그 파일을 다시 읽는 방식으로 측정할 수 있다. 전송 속도는 파일 시스템 단편화 및 파일의 레이아웃의 영향을 받을 수 있다.

HDD 데이터 전송 속도는 플래터의 회전 속도와 데이터 기록 밀도에 따라 달라진다. 열과 진동이 회전 속도를 제한하기 때문에, 순차 전송 속도를 향상시키는 주된 방법은 밀도를 높이는 것이다. 더 높은 속도에는 더 강력한 스핀들 모터가 필요하며, 이는 더 많은 열을 발생시킨다. 기록 면적 밀도는 디스크 전체의 트랙 수와 트랙당 섹터 수를 모두 늘림으로써 향상되지만, 후자만이 특정 rpm에서 데이터 전송 속도를 높인다. 데이터 전송 속도 성능은 기록 면적 밀도의 두 구성 요소 중 하나만 추적하기 때문에, 성능 향상 속도는 더 낮다.

9. 신뢰성 및 고장

하드 디스크 드라이브(HDD)는 헤드 충돌, 외부 충격, 먼지, 온도 변화 등 여러 요인으로 인해 고장날 수 있다. 헤드 충돌은 헤드가 플래터 표면을 긁어 데이터 손실을 유발하는 심각한 고장이다. 헤드 충돌은 전자 장치 고장, 갑작스러운 정전, 물리적 충격, 드라이브 내부 오염, 마모, 부식, 플래터 및 헤드 제조 불량 등이 원인이 될 수 있다.[136][137][138][139][140]

HDD 헤드 충돌


더 심각한 충돌


HDD의 스핀들 시스템은 디스크 회전 중 헤드를 적절한 높이로 유지하기 위해 디스크 인클로저 내부의 공기 밀도에 의존한다. 공기 밀도가 너무 낮으면 헤드가 디스크에 너무 가까워져 헤드 충돌 위험이 커진다. 3000m 이상의 고고도에서는 특수 제작된 밀폐 및 가압 디스크가 필요하다. 최신 디스크는 온도 센서를 포함하여 작동 환경에 따라 작동을 조정한다.

자기저항(GMR) 헤드의 경우, 오염으로 인한 경미한 헤드 충돌은 헤드를 일시적으로 과열시켜 짧은 시간 동안 데이터를 읽을 수 없게 만들 수 있다. 하드 디스크 로직 보드 고장 시, 동일 하드 디스크의 회로 기판으로 교체하여 드라이브를 복구하고 데이터를 복구할 수 있다. 읽기-쓰기 헤드 오류는 먼지 없는 환경에서 특수 도구로 교체 가능하다. 디스크 플래터가 손상되지 않았다면 동일 인클로저로 이전하여 데이터를 복사할 수 있다. 디스크 플래터 고장 시에는 분해 및 이미징이 필요할 수 있다.[95]

카네기 멜론 대학교[96]와 구글[97]의 연구에 따르면, 드라이브 등급과 고장률은 관련이 없다. Tom's Hardware의 2011년 연구[98]에 따르면, 평균 고장 간격(MTBF)은 신뢰성을 나타내지 않으며, 연간 고장률이 더 관련이 있다. HDD는 초기 사용 중 고장이 잘 발생하지 않고, 온도는 큰 영향이 없으며, 고장률은 시간이 지나면서 꾸준히 증가한다. S.M.A.R.T.는 기계적 문제에 대해 경고하지만, 다른 문제는 경고하지 않아 신뢰할 수 있는 지표가 아니다.[99] "엔터프라이즈" 및 "소비자" 드라이브의 고장률은 유사하지만, 작동 환경에 따라 다르게 사용자 지정된다.[100][101]

저장소 제공업체 Backblaze는 11만 개 HDD 저장소 팜에서 연간 2%의 고장률을 보고했으며, 모델과 제조업체에 따라 신뢰성이 크게 달랐다.[102] 이후 Backblaze는 HDD와 SSD의 고장률이 비슷하다고 보고했다.[103]

S.M.A.R.T. 기술을 통해 하드 디스크 드라이브 상태를 모니터링하고 고장을 예측할 수 있다. S.M.A.R.T는 수정된 오류 총 수와 섹터 재매핑 총 수를 계산하여 HDD 고장을 예측한다.

데이터 손실을 방지하기 위해 정기적인 백업이 필수적이다.

10. 시장 현황

200개 이상의 회사가 하드 디스크 드라이브(HDD)를 제조했지만, 현재는 웨스턴디지털(Western Digital), 씨게이트, 도시바(Toshiba) 세 회사만이 생산을 담당하고 있다. HDD 출하량은 2010년 6억 5100만 대로 최고점을 찍은 후 감소하여 2022년에는 1억 6600만 대로 줄었다.[115] 씨게이트는 43%의 시장 점유율로 가장 큰 시장 점유율을 차지했다.[116]

HDD와 SSD


하드 디스크 드라이브(HDD)는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)에 의해 대체되고 있는데, SSD가 더 높은 속도, 내구성, 낮은 전력 소모를 가지기 때문이다. 그러나 SSD의 비트당 비용은 HDD보다 4~9배 더 높다.[11][120] 2016년 기준으로 HDD의 고장률은 연간 2~9%였지만, SSD의 고장률은 연간 1~3%로 더 낮다.[11]

2011년 대규모 합병 등 업계 재편이 진행되면서[173][174] 웨스턴 디지털, 시게이트 테크놀로지, 도시바 3사가 거의 모든 시장 점유율을 차지하게 되었다. 2012년 시장 점유율은 웨스턴 디지털이 44.5%, 시게이트 테크놀로지가 41.8%, 도시바가 13.7%였다.[172]

2023년 현재 하드디스크 시장을 주도하는 주요 기업은 다음과 같다.

기업명설명
씨게이트최대 규모의 HDD 전문 제조업체. 2011년 12월 19일 삼성전자의 HDD 사업을 인수.
웨스턴디지털2012년 3월 8일 히타치GST를 인수하여 HGST로 사명 변경. WD와 HGST의 2개 브랜드 체제로 HDD 제조 및 판매.
HGST2003년 1월 히타치제작소와 IBM의 HDD 사업 부문이 통합하여 설립. 웨스턴디지털의 완전 자회사. 2011년 3월 7일, 히타치제작소는 히타치GST의 모든 주식을 웨스턴디지털에 매각, 2012년 3월 8일 완료. 같은 해 5월 7일 HGST로 사명 변경. 2018년 3월 15일 웨스턴디지털은 HGST 브랜드 제품을 웨스턴디지털 브랜드로 이관할 방침을 발표.[175]
도시바 디바이스&스토리지도시바 계열의 하드디스크·반도체 전문 제조업체. 웨스턴디지털로부터 시험 설비 일부, 히타치GST로부터 1TB 플래터의 3.5인치 HDD 생산 설비를 취득하여 데스크톱용 3.5인치 HDD 제조에 진출.



과거 HDD를 제조했거나 관련 사업을 했던 주요 기업들은 다음과 같다.

기업명설명
코너HDD에 사용되는 IDE 인터페이스를 컴팩과 함께 개발. 1996년에 씨게이트에 인수.
2000년대 전후로 3.5인치 HDD를 제조.
퀀텀1990년대 세계 시장 점유율 2위. 2001년에 맥스터와 합병되어 HDD 사업에서 철수.
맥스터2005년에 씨게이트에 인수.
IBM1956년 RAMAC 350 Disk Storage부터 HDD의 역사가 시작. 2003년에 HDD 사업 부문 전체를 히타치 제작소에 매각.
에프손SCSI 하드디스크 드라이브 제조업체. 하드디스크 드라이브 사업에서 철수.
일본 빅터1990년대 전후로 2.5인치 HDD 등 소형 HDD를 생산. 2008년 플래터용 모터 제조 판매 사업 매각.
파나소닉 시코쿠 일렉트로닉스(구 마쓰시타 주 일렉트로닉스, 현 파나소닉 헬스케어) → 파나소닉 시스템 네트웍스1994년부터 2002년까지 퀀텀사의 OEM 생산. 2003년 도시바와 기술 제휴, 2013년 9월 현재 도시바 브랜드의 2.5인치 및 1.8인치 등 소형 HDD 생산.
후지쓰2009년 HDD 사업을 도시바에 양도, HDD 미디어 부문을 쇼와 덴코에 양도하여 사업 철수.
삼성전자2011년 4월 19일, HDD 사업을 시게이트 테크놀로지에 매각하기로 합의, 같은 해 12월 19일에 완료.
NEC1990년대 중반까지 자체적으로 HDD 제조. 2000년대 초 철수.
JTS미국 캘리포니아주에 있던 HDD 제조업체, 1990년대 후반에 제조. 인도산.



그 외에도, 후지전기, 알프스전기, 쿠보타 등도 제조했지만, 1990년대 중반에는 철수했다.

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