Dùng AI để cứu dữ liệu từ ổ cứng cơ nhỏ nhất thế giới

Năm 2004, Toshiba ra mắt dòng ổ cứng cơ học siêu nhỏ MK4001MTD với kích thước vỏn vẹn 0,85 inch. Sản phẩm này được kỳ vọng sẽ tạo ra sự cân bằng hoàn hảo giữa dung lượng lưu trữ và giá thành. Đáng tiếc, sự trỗi dậy quá nhanh của bộ nhớ flash đã đẩy những chiếc ổ cứng tí hon này vào dĩ vãng.

Rất ít thiết bị điện tử lựa chọn sử dụng chuẩn lưu trữ này, khiến vô số dữ liệu ghi trên đó kẹt lại cùng thời gian, vô phương tiếp cận bằng công nghệ hiện đại. Để giải quyết bài toán hóc búa này, một kỹ sư phần cứng đam mê khám phá tên là Will Whang đã tự thiết kế và mã nguồn mở toàn bộ dự án MK4001MTD USB Bridge, một thiết bị chuyển đổi giúp máy tính ngày nay đọc được dữ liệu từ kỷ nguyên cũ.

Giải mã tín hiệu từ chiếc điện thoại cổ

Whang giải thích rằng trước đây đã có vài nỗ lực truy cập vào những chiếc ổ cứng MK4001MTD nhưng đều vấp ngã trước rào cản kỹ thuật phức tạp. Nhận thấy thử thách này, anh bắt đầu thu thập các ổ đĩa cũ, bao gồm cả những chiếc còn hoạt động và đã hỏng. Bắt đầu từ những bước cơ bản nhất, nhà sáng chế này so sánh thiết kế vật lý của ổ đĩa và nhận thấy các điểm tiếp xúc giao diện đọc khá giống tiêu chuẩn kết nối MMC.

Về mặt ngoại hình, chiếc ổ cứng cơ học này trông na ná một chiếc thẻ nhớ SD truyền thống. Anh thử dùng nhiều loại đầu đọc thẻ cũ để kết nối với ổ đĩa Toshiba nhằm quan sát phản ứng của hệ thống. Cuối cùng, Whang quyết định tự chế tạo một đầu đọc riêng biệt dựa trên chip điều khiển luồng dữ liệu USB2240. Thiết kế này cho phép anh sử dụng máy phân tích logic để theo dõi chi tiết luồng tín hiệu di chuyển qua lại giữa các chân cắm.

Mọi thứ diễn ra không hề suôn sẻ khi hệ thống báo về rằng ổ cứng này hoàn toàn không hoạt động giống thiết bị lưu trữ SD hay MMC thông thường. Điều này đòi hỏi quá trình phân tích sâu hơn, đẩy dự án vào một nỗ lực dịch ngược công nghệ thực thụ. Để phục vụ cho giai đoạn tiếp theo, Whang tìm mua một chiếc điện thoại Nokia N91 tơi tả nhưng vẫn còn khả năng lên nguồn. Thiết bị di động ra mắt từ giữa những năm 2000 này là một trong những đại diện hiếm hoi từng tích hợp trực tiếp ổ cứng MK4001MTD vào bo mạch.

Sau khi khởi động thành công chiếc điện thoại cổ để thu thập các luồng dữ liệu, mục đích thực sự của từng điểm tiếp xúc trên ổ cứng trở nên rõ ràng hơn. Whang chia sẻ rằng các dấu vết tín hiệu xác nhận đây là giao diện truyền tải 4 bit và sơ đồ chân kết nối trong tài liệu kỹ thuật của Nokia N91 hoàn toàn chính xác. Hoạt động trên dải băng thông hiển thị lưu lượng truy cập CMD52, ngay lập tức chỉ ra thiết bị đang sử dụng giao thức ngoại vi SDIO thay vì chế độ thẻ nhớ thông thường. Khi đào sâu hơn vào nội dung lệnh được gửi đi, anh phát hiện ra các lệnh mang phong cách ATA đang được vận chuyển trực tiếp qua giao diện này.

Sức mạnh của trí tuệ nhân tạo và thiết kế phần cứng

Khi đã nắm bắt được ý tưởng cơ bản về cách thức luồng dữ liệu giao tiếp, Whang quyết định tận dụng sức mạnh của trí tuệ nhân tạo, cụ thể là mô hình OpenClaw, để xử lý mảng phần mềm cho giải pháp đầu đọc USB. Kỹ sư này ghi nhận trợ lý AI đã hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ khi dịch ngược thành công các dấu vết logic bằng cách tự xây dựng một bộ giải mã SDIO riêng. Ngay sau đó, AI tiếp tục viết mã cơ sở cho bo mạch Raspberry Pi Pico, giúp hệ điều hành máy tính nhận diện chiếc ổ cứng tí hon này như một thiết bị lưu trữ USB thông thường.

Được khích lệ bởi thành công ấn tượng của OpenClaw, Whang tiếp tục chuyển sang sử dụng Oups 4.6 và sau đó là GPT-5.4 để tinh chỉnh mã nguồn nhằm đạt kết quả tối ưu nhất. Phiên bản phần mềm nâng cấp này hoạt động trơn tru trên nguyên mẫu bo mạch kết nối với ổ đĩa được nối dây thủ công của anh. Khi đã hoàn toàn hài lòng với phần mềm và thiết kế giao diện, Whang khởi động phần mềm KiCad để thiết kế bảng mạch in tùy chỉnh. Mục tiêu của anh là tạo ra một giải pháp gọn gàng, chuyên nghiệp và chia sẻ chung ngôn ngữ thiết kế với dự án đọc ổ cứng MicroDrive 1 inch từng thực hiện trước đây.

Thành quả cuối cùng là một chiếc cầu nối USB giúp truy cập vào ổ đĩa MK4001MTD cực kỳ ổn định. Do những hạn chế về mặt công nghệ của hai thập kỷ trước, tốc độ đọc và ghi của hệ thống chỉ đạt mức tối đa 0,42 MB mỗi giây khi xung nhịp SDIO được thiết lập ở mức 10 MHz. Chiếc ổ đĩa Toshiba này có dung lượng khá khiêm tốn là 4GB, nhưng với tốc độ truyền tải chậm chạp như vậy, người dùng sẽ phải mất khoảng hai tiếng rưỡi để đọc toàn bộ dữ liệu hoặc ghi đầy ổ cứng.

Whang kết luận rằng anh vô cùng hài lòng với quá trình làm việc cộng tác cùng các mô hình ngôn ngữ lớn chuyên về suy luận, và dự định sẽ áp dụng cấu trúc tương tự cho các dự án khám phá phần cứng tương lai. Toàn bộ mã nguồn phần mềm, tệp thiết kế phần cứng và tài liệu liên quan đều được anh chia sẻ rộng rãi trên nền tảng GitHub dưới một giấy phép sử dụng tự do nhất.

Bùi Tú