"西部數據(WD)"開拓硬碟新格式

硬碟由十多年前到現在的架構終於要改善了!
其實除了傳統硬碟可以因為這樣而獲得效能跟空間的提升以外
我們(未來)最關心的SSD,也是會因為這樣而獲益!

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硬盤行業實際上早在十多年前就開始計劃4KB扇區技術。在硬盤容量以MB計的年代，每扇區512byte顯得非常合適。但隨著技術的進步，硬盤容 量的增大，依舊保持512byte的扇區尺寸已經越來越不合時宜。具體來看，隨著存儲密度（Areal Density）的增大，磁頭讀取磁盤時的信噪比（SNR）會出現明顯的下降，也就是說讀取時會更容易出現錯誤。因此必須加入ECC校驗碼來保證數據可靠 性，但ECC數據實際上消耗了磁盤上可用的存儲空間，有時甚至可能把存儲密度上升帶來的多餘空間完全抵消掉了。

更關鍵的問題在於，ECC校驗實際上在更大數據量的扇區尺寸下效率更高。比如，512byte的一個扇區需要40byte的ECC校驗區，而4KB扇區只需要100byte，直接節省了40x8-100=220byte的存儲空間。另外，更大的扇區還能讓糾錯時一次性更改更大量的數據，讓「突發糾錯」（burst error correction）效率更高。

為什麼選用4KB而不是2KB、8KB來替代512byte扇區？這是因為4KB在計算機系統中的特殊地位。在x86架構中，通常情況下內存的分頁（Page）容量即為4KB，而在磁盤文件系統中，包括NTFS、EXT3和HFS+格式的簇（cluster）容量也同樣是4KB。這樣一來，用4KB的磁盤扇區中讀取的數據可以正好裝滿一個內存頁，也映射著磁盤分區中的一個簇，自然是最佳選擇。

對於消費者來說，4KB扇區技術的最大裨益就是更大的格式化容量。西部數據稱，「先進格式化」可以讓磁盤格式化效率（格式化後容量）提升7%到11%，同時ECC校驗效率提升50%，整體容錯能力提升兩個數量級。因此，新技術還會讓磁盤的可靠性明顯提升。

不過，為了保證512byte扇區到4KB扇區的平穩過渡，目前西數使用了一種模擬技術，將一個4KB的邏輯扇區在固件中模擬為8個512byte的邏輯扇區，保證操作系統兼容性。但這樣依然存在問題，即扇區和簇的「校準」。

如果文件系統的4KB簇正好對應了一個4KB扇區，則一切正常。但如果簇對應的8個512byte邏輯扇區橫跨在兩個4KB物理扇區中，此時讀寫一 個簇就需要操作兩個扇區，帶來明顯的轉換延遲。根據硬盤行業組織IEDMA（國際磁盤驅動器設備與材料協會）的測試，這種情況尤其會嚴重影響磁盤的隨機寫入性能。

問題具體來看，雖然推動4KB扇區的工作從1998年就已經開始，但直到近些年來才有了實質進展。導致在此之前推出的Windows 5.x系統中（Windows 2000/XP/2003等），第一個分區是從LBA 63(第63個512byte扇區)開始的。很明顯，63不能整除8，因此只要是在4KB扇區硬盤上使用Windows XP系統就會出現上述的校準問題。而Windows 6.x（Windows 7/Vista/Server 2008）則已經提供了對4KB扇區的支持，只是在使用磁盤鏡像工具（如Ghost、Acronis Disk Director Suite等）進行分區恢復、拷貝等操作時容易出現問題。另外，根據西部數據的測試，Linux和Mac OS X系統不會出現這種分區校準問題，甚至SuperDuper這類磁盤鏡像工具也可直接使用。

為解決這一問題，西部數據提供了兩種方案。首先，只要在硬盤上短接7號和8號跳線，硬盤控制器芯片即可提供一個邏輯分區的偏移量，使LBA63變成LBA64，解決校準問題。不過這種方案僅能針對全盤只有一個分區的情況。

第二種方案，則是一款名為WD Align的工具軟件。該工具可以移動分區和數據，「對齊」文件系統簇與4KB扇區。推薦使用Windows 5.x操作系統，或是需要磁盤鏡像軟件的用戶使用該工具。由於WD Align需要移動全盤數據，因此最好在分區或操作系統安裝完畢後即使用該工具進行遷移。

西部數據表示，首批使用「先進格式化」技術的硬盤為Caviar Green綠盤系列的單碟500GB型號，型號標識為EARS。除了查看型號外，由於目前還沒有軟件能夠分辨磁盤的原生扇區尺寸，WD Align也是唯一的識別工具。

最後需要指出的是，4KB扇區技術並非西部數據的專利。該計劃由IDEMA（國際磁盤驅動器設備與材料協會）推動，預計在2011年之前，各大硬盤廠商都會推出自己的4KB扇區硬盤，只是可能在操作系統兼容性上的解決方案略有不同。至於何時才能夠直接使用原生4KB扇區，結束模擬512byte扇區的「過渡期」，目前的預計是在徹底淘汰Windows 5.x系統的2014年（WinXP技術支持終止）左右。