Design e Signal Processing in Hard
Disk Drives
ST Microelectronics – DSD Castelletto
{angelo.dati, mariasilvia.ratto}@st.com
COMPUTER PERIPHERAL GROUP
L’Hard Disk Drive
STMicroelectronics Company Confidential
Chipset per HDD drives
Preamplifier,
head driver
Read Write
Channel
Power Combo
(supplies,
misc.)
Disk
Controller
Host I/F
Soc Boundary
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Evoluzione dell’integrazione
~1995 – 35MB
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~2003 – 30GB
DSP components in SOC
 Miscela di componenti Analogici e Digitali
 Signal Detection/Estimation distribuita tra Disk Controller (HDC) and ReadWrite Channel (RWC, o ‘canale’)
 2 trame presenti su disco, con proprieta significativamente differenti:
 Servo
(servizio/posizionamento)
 Dati
(dati utente)
Read Path
Amplification
Timing Recovery
Equalization 1
Adaptive
Equalization
Write Driver
Write Path
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Channel
Identification
& Calibration
Detector1
Decoder/
Detector2
Encoder1
Encoder2
Evoluzione della capacita di un HDD
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SOC DSP : requisiti [1]
 Assicurare la affidabilita dei dati
 MTBF di 5-10y, 50% power cycle
 Supportare la crescita di areal-density
 ~30%/y
 Supportare la crescita in transfer rate
 Attualmente uno dei piu’ veloci ‘problemi’ di DSP, ~20% crescita /anno
 Ciclo di produzione breve
 Meno di 1 anno – ‘efficiente’ nel design ed architettura.
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SOC DSP : requisiti [2]
 Usa tecnologia avanzata, ma standard




Nessun ‘trucco’ da tecnologia militare
Piena Resa, costi di produzione da consumer;
Nessuna ridondanza
2006 – 90nm production
 Deve (sor)passare scenari di test consolidati nell’industria
 WinBench (…)
 Nessuna sofisticata procedura firmware
 Supportare piattaforme multiple
 Handheld e Enterprise servers con lo stesso dispositivo
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Read Write Channel in ST-Castelletto
 ST e’ uno delle 3 sole compagnie in produzione con un
HDC SOC
 Tecnologia alla portata di <10 compagnie nell’industria dei
semiconduttori
 E’ il solo produttore Europeo
 Gli altri 2 sono in USA
 Il Know-How di base e’ in Italia, a Castelletto
 14+ anni di storia
 Gruppo in espansione (~30% nel 2005-2006)
 50+ tra designer analogici, digitali, sistema a Castelletto
 Resto del sistema & supporto: >200 persone tra US, EU, Asia
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Applicazioni dal Lab ST
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Cosa proponiamo [1]
1. Microprogrammed servo sequencer
modello di architettura a microcontrollore dedicata, atto a realizzare la
logica di controllo del sottosistema servo di un canale per hard disk
2. TestPlan Verification Coverage
Realizzazione di strumenti automatici per il tracciamento di attività
legate alla verifica
3. Strategie di Progettazione Self-Checking per la Sintesi di Circuiti
Digitali
Individuare la migliore Strategia per la sintesi di circuiti sequenziali
sincroni in grado di soddisfare i requisiti di “Concurrent Error
Detection” (CED)
4. Studio e realizzazione di tecniche di “Voltage Margining for Power
saving” per l’applicazione R/W channel
Comparazione tra “Fixed Voltage power” e “Closed loop Voltage”
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Cosa proponiamo [2]
1. Caratterizzazione sperimentale degli eventi errore di un drive e
proiezione dell'efficienza di uno schema di error correction code in
funzione della lunghezza del simbolo (10 o 12 bit).
2. Caratterizzazione di un simulatore veloce di eventi errore di un drive
per la verifica delle prestazioni di schemi a correzione d'errore.
3. Caratterizzazione dei burst di errore di un sistema DFE finalizzato
alla timing recovery della trama di un ricevitore per Hard Disk Drive,
e loro impatto sulle prestazioni di loss of lock del sistema.
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