Western Digital reinventa el disco duro: integración de Flash con OptiNAND

En los últimos años han surgido muchas innovaciones en el mercado de los discos duros. Durante algún tiempo, la hoja de ruta de la tecnología HDD se ha compartido en toda la industria: los proveedores introdujeron nuevas tecnologías en diferentes momentos, pero todas eran de naturaleza similar. Como ejemplo reciente, HGST (ahora Western Digital) fue el primero en comercializar discos duros con infusión de helio, pero tanto Seagate como Toshiba buscaron discos similares en unos pocos años.

Antes de 2017, había consenso en que la grabación magnética asistida por calor (HAMR) ayudaría a aumentar la densidad de almacenamiento de los discos duros después de que se agotara la grabación magnética vertical tradicional (PMR). Occidente digital sopló una sorpresa En el cuarto trimestre de 2017, anunciamos la decisión de pasar a la grabación magnética asistida por microondas (MAMR) para futuros discos duros. Seagate, mientras tanto, fue Todo en Hamra También lanzaron discos duros de 20 TB basados ​​en la tecnología para clientes empresariales (aunque estos HAMR aún no han llegado al mercado minorista). Mientras tanto, Western Digital ha sido Motores MAMR prometedores Para discos duros de más de 16 TB, pero finalmente regresó a favor de PMR de potencia mejorada (ePMR). Por otro lado, Toshiba presentó Control de flujo – MAMR (FC-MAMR) Los discos duros de la serie MG09 son de 16 TB y 18 TB.

En el Reimaginando los discos duros En el evento de hoy, Western Digital presenta OptiNAND, una nueva arquitectura que implica la integración de una unidad flash iNAND UFS (EFD) en la placa base de la unidad.

Al mismo tiempo, la compañía también anuncia que ha probado sus primeras unidades de 20TB no SMR basadas en ePMR que son compatibles con OptiNAND para clientes selectos, y que adoptará la plataforma OptiNAND en el futuro para todos los discos duros de 20TB +. La compañía también ve un camino hacia las unidades OptiNAND ePMR de 50 TB en la segunda mitad de la década.

Si bien la compañía no especificó la cantidad de NAND en sus unidades OptiNAND, sí enfatiza el hecho de que no es una unidad híbrida (SSHD). A diferencia de las SSHD, las unidades OptiNAND no almacenan ningún dato de usuario durante el funcionamiento normal. En cambio, NAND se usa para almacenar metadatos del funcionamiento del disco duro con el fin de mejorar la capacidad, el rendimiento y la confiabilidad.

elegibilidad

El anuncio OptiNAND de Western Digital también transmite el hecho de que los discos duros de 20 TB y 9 platos seguirán utilizando PMR con alimentación (ePMR). Además de utilizar un actuador de tres etapas para permitir un posicionamiento más preciso de los cabezales sobre las vías, el aspecto OptiNAND se describe como clave para permitir 2,2 TB de capacidad por plato.

El aumento en la densidad del espacio se logra al juntar caminos en el plato cerca uno del otro (aumento de TPI), mientras que algunos metadatos (generados en fábrica y ejecutados por el usuario promedio) también se transfieren desde el plato a la NAND. En particular, Western Digital informó un registro de agotamiento repetible (RRO) de la posición de movimiento / error del cabezal durante la rotación del husillo. Estos datos (hasta varios gigabytes) se generan en la fábrica durante la fabricación. Por lo general, se almacena en el disco, donde ocupa espacio que puede haberse utilizado para los datos del usuario. La arquitectura OptiNAND transfiere esto a NAND en EFD.

Uno de los principales desafíos para movilizar las vías más de cerca es el concepto de «interferencia de vías adyacentes» (ATI). Esto da como resultado la necesidad de actualizar periódicamente los datos en las rutas del plato, ya que pueden corromperse al escribir en rutas adyacentes. Los discos duros disponibles actualmente activaron estas actualizaciones ruta por pista según el registro de escrituras a nivel de ruta. Una desventaja de aumentar la densidad del espacio al aumentar el TPI es la necesidad de realizar actualizaciones más frecuentes. Comenzando con la actualización una vez cada 10,000 escrituras en los primeros discos duros, las rutas estrechas ahora deberían actualizarse a una velocidad de una vez cada 6 escrituras. Después de cierto punto, no tiene sentido aumentar aún más el TPI porque el aumento en la frecuencia de las actualizaciones de ATI tiene un gran impacto en el rendimiento. En los discos duros de la generación actual, estas actualizaciones se activaron a nivel de ruta al registrar las operaciones de escritura en esta jerarquía. La arquitectura OptiNAND permite que las escrituras se registren a nivel de sector. Esto significa que las actualizaciones están más distribuidas en términos de tiempo y espacio, lo que permite que las rutas se agrupen más estrechamente sin sacrificar el rendimiento. Esto a su vez aumenta la densidad del área.

rendimiento

Los consumidores pueden operar discos duros con la caché de escritura del dispositivo habilitada o deshabilitada. Además de habilitar el caché, el disco duro tiene que almacenar en caché los datos entrantes. Si está deshabilitado, la cantidad de datos que se pueden almacenar en caché depende de la cantidad de datos que se pueden enviar de forma segura al almacenamiento no volátil en caso de un corte de energía de emergencia (EPO). Tener una gran capacidad NAND en un disco duro significa que el disco puede usar la potencia de rotación en los platos para enviar más datos en la RAM a NAND (los discos duros actuales descargan datos DRAM en una memoria flash secuencial, aproximadamente un par de megabytes) en una oficina. patente europea estatal). La capacidad de almacenar en caché más datos en este estado significa que el rendimiento del estado de caché de escritura habilitado y el estado de caché de escritura deshabilitado están cerca uno del otro en los discos duros habilitados para OptiNAND.

Western Digital también afirma que el estado de «caché de escritura habilitado» puede beneficiarse de la interfaz de rendimiento. Este es un resultado indirecto de frecuencias de actualización más bajas (refiriéndose a las notas en la subsección anterior sobre cómo OptiNAND maneja la interferencia de ruta adyacente) que permite que el disco duro dedique más tiempo a atender las solicitudes de datos del usuario. Una vez más, la mejora en IOPS para diferentes patrones de acceso en discos duros que no son OptiNAND no se cuantificó en el evento de Western Digital.

credibilidad

Los aspectos OptiNAND utilizados para mejorar el rendimiento de las unidades cuando el almacenamiento en caché de escritura está deshabilitado también contribuyen a su confiabilidad en condiciones de EPO. Al incluir un almacenamiento no volátil más rápido en comparación con un flash en serie, Western Digital afirma que se pueden borrar hasta 50 veces más datos que los discos duros de generaciones anteriores.

Observaciones finales

Western Digital afirma que la posible integración vertical con la tecnología WD / HGST HDD combinada con la tecnología flash SanDisk es esencial para crear una plataforma como OptiNAND.

Es probable que haya una prima de costo asociada con las unidades debido a la integración NAND. Las nuevas tecnologías de grabación (como HAMR y MAMR) requieren inversiones significativas en el diseño de cabezales de grabación y placas, y deben renovarse cada pocas generaciones. Por otro lado, tecnologías como OptiNAND son independientes de la tecnología subyacente.

Sin una cuantificación precisa del aumento en la densidad del espacio habilitada por OptiNAND, no se pueden hacer comentarios comparativos sobre elegibilidad Un lado de OptiNAND trifecta de Western Digital, excepto que la compañía ahora puede llevar al mercado discos duros de 20TB utilizando la misma tecnología ePMR utilizada en los discos de 18TB (alrededor de 2.2TB / plato).

los rendimiento El aspecto debería ser más fácil de evaluar cuando las unidades OptiNAND lleguen al mercado minorista. Si bien los beneficios del caso de «escritura en caché deshabilitada» (donde NAND puede actuar como una caché segura en una situación de EPO) son fáciles de verificar (esencialmente funciona como el caso de «escritura en caché habilitada»), el almacenamiento en caché de escritura pura debería El estado habilitado es más interesante de analizar frente a unidades de la competencia de la misma capacidad.

Western Digital ha indicado que todos los discos duros de más de 20 TB en el futuro estarán equipados con tecnología OptiNAND. Esto se realizará en todos los segmentos del mercado: implementación en la nube, unidades empresariales (oro), almacenamiento para el registro de monitoreo (línea púrpura) y NAS (línea roja). Cabe señalar que la empresa ya tiene en el mercado una unidad SMR de 20 TB que no es compatible con OptiNAND. La nueva arquitectura HDD con SoC flexible e integración NAND de alto rendimiento también se puede utilizar para permitir futuras mejoras específicas del cliente. La capacidad de utilizar NAND para reasignar sectores dinámicamente puede aumentar la densidad del espacio y mejorar aún más el rendimiento en las unidades SMR. En base a esto, podemos esperar que las unidades SMR habilitadas para OptiNAND obtengan una ventaja de capacidad significativa sobre las unidades CMR en comparación con lo que se ve actualmente en el mercado.

La industria del disco duro aún no necesita urgentemente CPR, pero el uso de OptiNAND de Western Digital para procesar NSgrandeza srendimiento y seliability trifecta es otro aspecto único del mercado de los discos duros ricos en innovación. Western Digital tiene tanto el disco duro como la tecnología flash completa (desde la fabricación NAND hasta el controlador) internamente, mientras que otros proveedores de discos duros no. Como tal, es posible que otros proveedores necesiten algún tiempo para mantenerse al día con las ventajas de usar NAND para los metadatos de los discos duros.