量的增大,依旧保持512byte的扇区尺寸已经越来越不合时宜。具体来看,随着存储密度(Areal
Density)的增大,磁头读取磁盘时的信噪比(SNR)会出现明显的下降,也就是说读取时会更容易出现错误。因此必须加入ECC校验码来保证数据可靠
性,但ECC数据实际上消耗了磁盘上可用的存储空间,有时甚至可能把存储密度上升带来的多余空间完全抵消掉了。
更关键的问题在于,ECC校验实际上在更大数据量的扇区尺寸下效率更高。比如,512byte的一个扇区需要40byte的ECC校验区,而4KB扇区只
需要100byte,直接节省了40×8-100=220byte的存储空间。另外,更大的扇区还能让纠错时一次性更改更大量的数据,让「突发纠
错」(burst error correction)效率更高。
为什么选用4KB而不是2KB、8KB来替代512byte扇区?这是因为4KB在计算机系统中的特殊地位。在x86架构中,通常情况下内存的分页
(Page)容量即为4KB,而在磁盘文件系统中,包括NTFS、EXT3和HFS+格式的簇(cluster)容量也同样是4KB。这样一来,用4KB
的磁盘扇区中读取的数据可以正好装满一个内存页,也映射着磁盘分区中的一个簇,自然是最佳选择。
对于消费者来说,4KB扇区技术的最大裨益就是更大的格式化容量。西部数据称,「先进格式化」可以让磁盘格式化效率(格式化后容量)提升7%到11%,同
时ECC校验效率提升50%,整体容错能力提升两个数量级。因此,新技术还会让磁盘的可靠性明显提升。
不过,为了保证512byte扇区到4KB扇区的平稳过渡,目前西数使用了一种模拟技术,将一个4KB的逻辑扇区在固件中模拟为8个512byte的逻辑
扇区,保证操作系统兼容性。但这样依然存在问题,即扇区和簇的「校准」。
如果文件系统的4KB簇正好对应了一个4KB扇区,则一切正常。但如果簇对应的8个512byte逻辑扇区横跨在两个4KB物理扇区中,此时读写一
个簇就需要操作两个扇区,带来明显的转换延迟。根据硬盘行业组织IEDMA(国际磁盘驱动器设备与材料协会)的测试,这种情况尤其会严重影响磁盘的随机写
入性能。
问题具体来看,虽然推动4KB扇区的工作从1998年就已经开始,但直到近些年来才有了实质进展。导致在此之前推出的Windows
5.x系统中(Windows 2000/XP/2003等),第一个分区是从LBA
63(第63个512byte扇区)开始的。很明显,63不能整除8,因此只要是在4KB扇区硬盘上使用Windows
XP系统就会出现上述的校准问题。而Windows 6.x(Windows 7/Vista/Server
2008)则已经提供了对4KB扇区的支持,只是在使用磁盘镜像工具(如Ghost、Acronis Disk Director
Suite等)进行分区恢复、拷贝等操作时容易出现问题。另外,根据西部数据的测试,Linux和Mac OS
X系统不会出现这种分区校准问题,甚至SuperDuper这类磁盘镜像工具也可直接使用。
为解决这一问题,西部数据提供了两种方案。首先,只要在硬盘上短接7号和8号跳线,硬盘控制器芯片即可提供一个逻辑分区的偏移量,使LBA63变成
LBA64,解决校准问题。不过这种方案仅能针对全盘只有一个分区的情况。
第二种方案,则是一款名为WD Align的工具软件。该工具可以移动分区和数据,「对齐」文件系统簇与4KB扇区。推荐使用Windows
5.x操作系统,或是需要磁盘镜像软件的用户使用该工具。由于WD
Align需要移动全盘数据,因此最好在分区或操作系统安装完毕后即使用该工具进行迁移。
西部数据表示,首批使用「先进格式化」技术的硬盘为Caviar
Green绿盘系列的单碟500GB型号,型号标识为EARS。除了查看型号外,由于目前还没有软件能够分辨磁盘的原生扇区尺寸,WD
Align也是唯一的识别工具。
最后需要指出的是,4KB扇区技术并非西部数据的专利。该计划由IDEMA(国际磁盘驱动器设备与材料协会)推动,预计在2011年之前,各大硬盘厂商都
会推出自己的4KB扇区硬盘,只是可能在操作系统兼容性上的解决方案略有不同。至于何时才能够直接使用原生4KB扇区,结束模拟512byte扇区的「过
渡期」,目前的预计是在彻底淘汰Windows 5.x系统的2014年(WinXP技术支持终止)左右。