先進格式化技術，你準備好了嗎？ - 儲存設備

今年 6 月30日於美國加州聖荷西市，國際磁碟驅動器設備與材料協會 IDEMA 宣布
發起一項名為 "Are You Ready" 的活動，提高電腦業界對於大資料磁區技術的認知；
輔導業界適應硬碟磁區由傳統的 512~520 位元組，改為每磁區 4096 位元組的轉變。

這項大資料磁區技術定名為 Advanced Format Technology 先進格式化技術，藉由
合併多個 512 位元組磁區，節省隨儲存密度增加的揪錯訊息區塊，提升格式化效率。
高格式化效率讓廠商得以降低儲存密度來改善讀取錯誤率、進一步增加揪錯訊息區塊使
讀取更加可靠、製作更高容量的硬碟。

然而先進格式化技術是不能「無痛升級」的，512 位元組磁區已經在電腦業界沿用
25 年，若要做到原生 4096 位元組磁區支援，從磁碟控制卡、BIOS、作業系統乃至於
直接寫入磁碟的應用程式都會受到影響。為此，IDEMA 計畫在所有作業系統和應用程式
支援新技術之前，先推出「採用 4kB 實體磁區，但模擬出 512B 邏輯磁區」的產品，
這項應用稱為 Advanced Format Technology 512-byte emulation, AFT 512e，目前
市面上販售的 2.5"、3.5" AFT 硬碟都屬於這種。

模擬雖然避免了所有與讀寫硬碟相關的軟硬體都要「砍掉重練」的窘境，卻帶來了
「對齊分割區」這個問題。如果分割區的開始位置不是在硬碟的實體磁區邊界的話，
寫入一個配置單位的動作必須要讀-修改-寫兩個磁區，要讓硬碟多轉個兩三圈，連帶的
拖累寫入性能。

═╤═══════╤═══════╤═══════╤←硬碟的實體磁區 (4kB)
┬┼┬┬┬┬┬┬┬┼┬┬┬┬┬┬┬┼┬┬┬┬┬┬┬┼←硬碟的邏輯磁區 (512B)
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╧═══════╧═══════╧═══════╧←檔案系統的配置單位 (4kB)

■■■■■■■■ ← 原本要寫入的資料

□□□□□□□■■■■■■■■□ ← 實際讀取並寫入的資料

遺憾的是 Windows XP 以及更舊的作業系統依循傳統的磁柱邊界來劃分分割區，
第一個分割區將是 LBA63，然而最近的實體磁區邊界是 LBA64。有兩個方案可以解決
這個問題。一是使用工具軟體，使分割區的邊界都落在實體磁區邊界，二是修改磁碟機
內部的偏移位址 (alignment offset)，藉由減少第一個實體磁區對應的邏輯磁區數，
使常用的分割區起點剛好落在實體磁區邊界。使用工具軟體的缺點是增添使用者的困擾
但修改磁碟機偏移位址的做法，不能保證第二個以後的分割區落在實體磁區邊界。

除了分割區對齊以外，小於 4kB 的資料寫入、開始位置不在 4kB 邊界的資料寫入
都會拖累寫入性能。這部分是 AFT 固有的問題，作業系統以及應用程式今後改善的目標
也因此，在這些要素到位之前，暫時不會看到講究速度的硬碟採用 AFT 技術。

Advanced Format Technology 技術大事紀：
1998年，IBM 調查指出現存的 512 位元組磁區設計，將會是硬碟容量成長的瓶頸
2000年，IDEMA 組織 Long Data Sector 委員會，主導大磁區技術的發展與推廣
2002年，微軟承諾提供原生支援 4kB 磁區的作業系統
2005年，WD/SEAGATE 提出由磁碟機模擬 512 位元組磁區的方案，並獲微軟認可
2007年，多項消費性電子產品開始採用 1kB/4kB 磁區硬碟
2009年第四季，受 Windows 7 支援的 4kB 磁區硬碟開始上市
2010年第二季，改名為 4K-IDEMA 的 LDS 委員會宣布技術上的任務已完成
2011年一月起，主流硬碟廠商將全面生產實體磁區 4kB 的產品

參考資料：
http://www.idema.org/_smartsite/external/bigsector/documents.php
http://pc11.2ch.net/test/read.cgi/jisaku/1272182877/

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And I begin to wonder... The dreams I can't remember
when I wake in the morning, where in the world did they go?

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