Western Digital reinventa HDD: integración de Flash con OptiNAND

En los últimos años han aparecido muchas innovaciones en el mercado de las unidades de disco duro. Durante mucho tiempo, la hoja de ruta de la tecnología HDD se compartió en toda la industria: los proveedores introdujeron nuevas tecnologías en diferentes momentos, pero todas eran similares. Como ejemplo más reciente, HGST (ahora Western Digital) fue el primero en introducir discos duros llenos de helio, pero tanto Seagate como Toshiba siguieron su ejemplo con unidades similares en unos pocos años.

Antes de 2017, se acordó que la grabación magnética asistida por calor (HAMR) ayudaría a aumentar la densidad de almacenamiento para los discos duros después de que la grabación magnética perpendicular tradicional (PMR) se agotara. Western Digital sorprendió en el cuarto trimestre de 2017 al anunciar la decisión de utilizar la grabación magnética asistida por microondas (MAMR) para futuros discos duros. Desde entonces, Seagate ha apostado por HAMR y también ha lanzado discos duros de 20 TB basados ​​en la tecnología para clientes empresariales (sin embargo, estos discos HAMR todavía están disponibles en tiendas minoristas). Mientras tanto, Western Digital prometió unidades MAMR para discos duros de más de 16 TB, pero finalmente se retiró a favor de PMR de energía mejorada (ePMR). Toshiba, por otro lado, ha introducido Flux Control-MAMR (FC-MAMR) en su serie MG09 de discos duros empresariales de 16TB y 18TB.

En el Reinventando HDD Hoy, Western Digital presenta OptiNAND, una arquitectura novedosa que incluye la integración de una unidad flash integrada (EFD) iNAND UFS integrada en la placa base de la unidad.

En este contexto, la compañía también anuncia que está probando sus primeras unidades de 20 TB no SMR basadas en ePMR habilitadas para OptiNAND con clientes seleccionados y que adoptará la plataforma OptiNAND para todos los discos duros con 20 TB + en el futuro. La compañía también ve un camino hacia las unidades ePMR de 50 TB habilitadas para OptiNAND en la segunda mitad de la década.

Aunque la compañía no ha cuantificado la cantidad de NAND en sus unidades OptiNAND, enfatiza el hecho de que no es una unidad híbrida (SSHD). A diferencia de los SSHD, las unidades OptiNAND no almacenan ningún dato de usuario durante el funcionamiento normal. En cambio, la NAND se utiliza para almacenar metadatos de las operaciones de HDD para mejorar la capacidad, el rendimiento y la confiabilidad.

capacidad

El anuncio de OptiNAND de Western Digital también transmite el hecho de que sus discos duros de 20 TB y 9 platos seguirán utilizando PMR de energía optimizada (ePMR). Además de utilizar un actuador de tres etapas para permitir un posicionamiento más preciso de los cabezales sobre las pistas, el aspecto OptiNAND se promociona como la clave para permitir una capacidad de 2,2 TB para cada plato.

El aumento en la densidad de la superficie se logra acercando las pistas en el plato (aumento de TPI) y al mismo tiempo moviendo algunos de los metadatos (tanto la operación generada en fábrica como la del usuario medio) del plato a la NAND. Western Digital mencionó específicamente la grabación repetible de agotamiento (RRO) de la posición de jitter / error del cabezal a medida que giraba el eje. Estos datos (que tienen un tamaño de varios gigabytes) se generan en la fábrica durante la fabricación. Por lo general, se almacena en el disco duro y ocupa espacio que podría usarse para los datos del usuario. La arquitectura OptiNAND cambia esto a NAND en EFD.

Uno de los principales desafíos al empaquetar pistas más juntas es el concepto de "interferencia de pistas vecinas" (ATI). Como resultado, los datos de las pistas del tocadiscos deben actualizarse con regularidad, ya que podrían dañarse al escribir en pistas adyacentes. Los discos duros disponibles actualmente activaron estas actualizaciones pista por pista, según la grabación de escrituras a nivel de pista. Una de las desventajas de aumentar la densidad de área aumentando el TPI es la necesidad de actualizar con más frecuencia. A partir de la actualización de una de cada 10.000 escrituras en los primeros discos duros, las pistas estrechas ahora deben actualizarse con una frecuencia de cada 6 escrituras. En cierto punto, aumentar el TPI ya no tiene sentido, ya que aumentar la frecuencia de las actualizaciones de ATI tiene un efecto extremo en el rendimiento. En los discos duros de la generación actual, estas actualizaciones de nivel de pista se activaron grabando escrituras en esta jerarquía. La arquitectura OptiNAND permite el registro de las operaciones de escritura a nivel de sector. Esto significa que las operaciones de actualización están más distribuidas tanto en el tiempo como en el espacio, por lo que las pistas se pueden empaquetar más juntas sin sacrificar el rendimiento. Esto, a su vez, aumenta la densidad de la superficie.

poder

Los consumidores pueden operar HDD con caché de escritura activada o desactivada en el dispositivo. Independientemente de la activación de la caché, el HDD debe almacenar temporalmente los datos entrantes. En el caso desactivado, la cantidad de datos que se pueden almacenar temporalmente depende de la cantidad de datos que se pueden descargar de forma segura en la memoria no volátil en caso de un apagado de emergencia (EPO). La presencia de una capacidad NAND significativa en la unidad de disco duro significa que la unidad puede utilizar la energía de rotación presente en los platos para descargar más datos de la DRAM en la NAND (las unidades de disco duro actuales emiten los datos de la DRAM en la memoria flash en serie, digamos un par de MB). en una situación de EPA). La opción de almacenar más datos en el búfer en este caso significa que el rendimiento del caso con la caché de escritura activada y el caso con la caché de escritura desactivada para los HDD activados por OptiNAND están más cerca.

Western Digital también afirma que el caso Write Cache Enabled puede beneficiarse del frente del rendimiento. Este es un resultado indirecto de las tasas de actualización reducidas (refiriéndose a las observaciones en la subsección anterior sobre cómo OptiNAND maneja la interferencia de pistas adyacentes), lo que permite que el disco duro dedique más tiempo a procesar las solicitudes de datos del usuario. Nuevamente, en el evento de Western Digital, no hubo cuantificación de la mejora en IOPS para varios patrones de acceso en comparación con los discos duros que no son OptiNAND.

fiabilidad

Los aspectos de OptiNAND utilizados para mejorar el rendimiento de las unidades con el almacenamiento en caché de escritura desactivado también ayudan a aumentar su confiabilidad en condiciones de EPO. Al incorporar un almacenamiento no volátil más rápido en comparación con el flash en serie, Western Digital afirma que puede descargar hasta 50 veces más datos en comparación con los discos duros de generaciones anteriores.

Observaciones finales

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

Debido a la integración NAND, se espera un recargo por las unidades. Las nuevas tecnologías de grabación (como HAMR y MAMR) requieren inversiones significativas en el diseño de los cabezales de grabación, así como de los platos, y deben revisarse cada pocas generaciones. Por otro lado, tecnologías como OptiNAND son independientes de la tecnología subyacente.

Sin una cuantificación exacta del aumento en la densidad de la superficie hecho posible por OptiNAND, no es posible hacer comentarios comparativos sobre el capacidad Aspecto de la trifecta OptiNAND de Western Digital, excepto que la empresa ahora puede lanzar al mercado discos duros de 20 TB con la misma tecnología ePMR utilizada en sus discos de 18 TB (aproximadamente 2,2 TB / placa).

los poder El aspecto debería ser más fácil de evaluar cuando las unidades OptiNAND salgan a la venta. Si bien las ventajas para el caso de "escritura en caché deshabilitada" (donde la NAND puede actuar como una caché segura en una situación de EPO) son fáciles de verificar (esencialmente como el caso de "escritura en caché habilitada"), la pura "escritura-caché de escritura" habilitada "El caso debería ser mucho más interesante en comparación con las unidades de la competencia de la misma capacidad.

Western Digital declaró que todos sus discos duros de más de 20 TB estarán habilitados para OptiNAND en el futuro. Esto se aplica a todos los segmentos del mercado: implementación en la nube, unidades corporativas (oro), almacenamiento de registros de vigilancia (línea violeta) y NAS (línea roja). Cabe señalar que la compañía ya tiene una unidad SMR de 20TB en el mercado que no es compatible con OptiNAND. La nueva arquitectura HDD con SoC flexible y una potente integración NAND también se puede utilizar para expansiones específicas del cliente en el futuro. La capacidad de usar la NAND para reasignar sectores dinámicamente puede agregar densidad de área y mejorar significativamente el rendimiento de las unidades SMR. Con eso como base, podemos esperar que las unidades SMR habilitadas para OptiNAND tengan una ventaja de capacidad significativa sobre las unidades CMR en comparación con lo que hay actualmente en el mercado.

La industria de los discos duros todavía no necesita RCP desesperadamente, pero Western Digital está utilizando OptiNAND para abordarlo C.Capacidad, pag.Rendimiento y R.eliability trifecta es otro aspecto único en el innovador mercado de los discos duros. Western Digital tiene tanto HDD como tecnología flash completa (desde la producción NAND hasta el controlador) internamente, mientras que los otros proveedores de HDD no tienen esta ventaja. Como resultado, los otros proveedores pueden tardar algún tiempo en ver los beneficios de usar NAND para los metadatos de HDD.

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