機械硬盤閃存心 西部數(shù)據(jù)亮出革命性技術(shù)

　　信息爆炸時代，什么增長最快?幾何級數(shù)增長的海量數(shù)據(jù)當(dāng)仁不讓，也帶動著相關(guān)存儲容量的持續(xù)增長。

　　IDC 稱，2020年，全世界創(chuàng)建或復(fù)制了約64ZB數(shù)據(jù);未來五年所新生產(chǎn)的數(shù)據(jù)量，將是數(shù)字技術(shù)誕生以來，所有數(shù)據(jù)量的兩倍多。高效、低成本的數(shù)據(jù)存儲方式非常重要。得益于智能移動終端普及和PC小型化趨勢，非易失性(NVM)存儲產(chǎn)品在個人消費端市場占比快速提升，其容量需求在云存儲等技術(shù)的平抑下，增長并不顯著。而在企業(yè)及存儲方面，面對持續(xù)快速增長的數(shù)據(jù)存儲需求，哪怕到2025年，機械硬盤(HDD)仍將負責(zé)存儲82%的數(shù)據(jù)，HDD產(chǎn)品的復(fù)合增長率也將高達25%。對于 HDD 技術(shù)的投資，仍是不斷滿足全球數(shù)據(jù)增長需求的關(guān)鍵。

　　市場需求旺盛，是推動HDD單盤容量不斷增長的外因，而其內(nèi)在原動力，則是來在原廠技術(shù)升級。如今，HDD封裝的碟片數(shù)量已經(jīng)達到9張，繼續(xù)增加困難重重，如此一來提升單碟容量提升，更具體的是提高磁道密度是直接可行的方式。

　　西部數(shù)據(jù)新近公布的OptiNAND技術(shù)，是其HDD技術(shù)與閃存技術(shù)的集大成者，將此前已經(jīng)在HDD上得以應(yīng)用的HelioSeal(氦氣封裝)技術(shù)、三階尋軌定位系統(tǒng)(Triple Stage Actuator，TSA)、ePMR(能量輔助垂直磁記錄)等技術(shù)，與上百層堆疊的3D TLC、嵌入式閃存等閃存技術(shù)縱向集成在一起，在不改變現(xiàn)有物理、電氣及存儲架構(gòu)基礎(chǔ)上，推出的全新HDD產(chǎn)品。

　　西部數(shù)據(jù)公司HDD業(yè)務(wù)部首席技術(shù)官車曉東博士透露，西部數(shù)據(jù)已經(jīng)開始向部分用戶提供采用ePMR OptiNAND技術(shù)的20TB HDD產(chǎn)品，而采用這兩項技術(shù)的HDD有望在未來5年達到50TB單碟容量，大大延長了PMR技術(shù)的生命周期，能夠與SMR(疊瓦式)技術(shù)的產(chǎn)品形成更好的性能與容量差異化。

　　西部數(shù)據(jù)公司HDD業(yè)務(wù)部首席技術(shù)官車曉東博士

　　將NAND存儲介質(zhì)與機械硬盤相結(jié)合，同時獲得SSD的速度與HDD的容量，SSHD產(chǎn)品是這一技術(shù)方向的早期嘗試。這樣新型的存儲架構(gòu)，對操作系統(tǒng)的運作是非常大的挑戰(zhàn)，數(shù)據(jù)如何在兩種存儲介質(zhì)之間“搬運”，又向誰發(fā)出、發(fā)出什么樣的讀寫指令，依賴第三方驅(qū)動程序與新款OS配合的模式，嚴(yán)重影像了HDD產(chǎn)品的兼容性。

　　OptiNAND的運作機制則完全不同，首先是它不存儲“數(shù)據(jù)”。嚴(yán)格意義上來說，OptiNAND的嵌入式閃存iNAND不是數(shù)據(jù)存儲裝置，不存儲任何用戶數(shù)據(jù)。它存儲的是硬盤操作的所謂元數(shù)據(jù)，是介質(zhì)、操作、信號、數(shù)據(jù)甚至更多元素的混合體。

　　隨著硬盤容量的不斷增加，一方面邏輯扇區(qū)的數(shù)量線性增加，另一方面TPI(磁軌密度)與BPI(位線密度)增長實現(xiàn)了單碟容量增加，物理扇區(qū)尋址及讀寫穩(wěn)定所依賴的數(shù)據(jù)量幾何級數(shù)增長，傳統(tǒng)HDD中Firmware(固件)所能存儲的信息非常有限，相關(guān)數(shù)據(jù)早已轉(zhuǎn)向存儲于磁介質(zhì)的特殊區(qū)域(類似于0磁道)，操作延遲和性能水平可想而知。

　　例如可重復(fù)偏轉(zhuǎn)(RRO)，是位置誤差信號中隨著主軸旋轉(zhuǎn)會重復(fù)出現(xiàn)的部分。RRO元數(shù)據(jù)在工廠的制造過程中產(chǎn)生，傳統(tǒng)HDD將這些數(shù)據(jù)存儲在碟片上，而OptiNAND技術(shù)則將它們存儲在iNAND中，從而為用戶釋放磁盤空間并實現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)訪問速度。

　　而昂貴的DRAM，為數(shù)據(jù)提供緩沖(Buffer)都還不夠，哪有閑心存儲這些元數(shù)據(jù);同時，DRAM斷電即丟失的易失性，也不能用來存儲元數(shù)據(jù)。

　　在OptiNAND架構(gòu)中，iNAND(嵌入式閃存盤，EFD)很好地平衡了容量/成本與非易失性之間的矛盾，轉(zhuǎn)向存儲于閃存介質(zhì)上后，讀寫性能、延遲、容量都不再是問題。更理想的是，這樣還帶來了更好的OS透明特性，外部數(shù)據(jù)讀寫需求，無關(guān)硬盤內(nèi)部運作方式，從OS到應(yīng)用軟件，均無需調(diào)整HDD運行機制，甚至連驅(qū)動程序都不用額外加載。

　　OptiNAND的架構(gòu)，不禁讓我們聯(lián)想到多年前的Hybrid Drive及OneNAND(NV Cache)設(shè)想：DRAM做數(shù)據(jù)傳沖，NAND做操作緩沖，高可靠性、長壽命甚至低功耗也是其主要特性。OptiNAND還提供了SLC(重寫負載)與TLC(重讀負載)的混合架構(gòu)，可分別存儲不同類型數(shù)據(jù)，并保持DRAM運作機制不變。技術(shù)領(lǐng)域殊途同歸，如今相關(guān)產(chǎn)品還不見身影，而西部數(shù)據(jù)的OptiNAND產(chǎn)品已箭在弦上。

　　除了取代碟片上的專門區(qū)域，成為元數(shù)據(jù)的存儲介質(zhì)，OptiNAND的加入還帶來了諸多“意想不到”的技能二次加成：

　　iNAND的加入，在一定程度上簡化了磁盤控制SoC的復(fù)雜度，數(shù)據(jù)與元數(shù)據(jù)分別置于碟片與NAND中，無需復(fù)雜的混合控制邏輯，SoC也能更專心地提升性能和優(yōu)化控制;

　　加電后，NAND數(shù)據(jù)加載速度遠高于HDD加速再讀取相關(guān)信息，大幅減小了硬盤延遲;

　　NAND容量遠高于DRAM，且具有非易失性，在緊急斷電(EPO)情況下，元數(shù)據(jù)寫回的時長更短，或可寫回量更大，初期可保留的用戶數(shù)據(jù)增加了近50倍;

　　更大容量的元數(shù)據(jù)可包括更高的磁數(shù)據(jù)記錄的位置與精度信息，如三階尋軌定位系統(tǒng)(Triple Stage Actuator，TSA)的三個Actuator獨立控制信息，甚至可針對不同扇區(qū)的物理位置、磁頭飛行高度、磁介質(zhì)性能，逐一保存磁頭讀寫信號強度;

　　更高精度的定位及讀寫控制，又進一步推進存儲密度提升與介質(zhì)層面的性能提升;

　　通過優(yōu)化固件縮短時延，主要在減少相鄰磁道干擾(ATI)刷新次數(shù)，并減少寫緩存啟用模式下對寫緩存刷寫的需求。

　　OptiNAND技術(shù)的出現(xiàn)，在很大程度上改變了HDD產(chǎn)品的容量/時間發(fā)展趨勢，另外，在EAMR(能量輔助存儲，如HAMR熱輔助、MAMR磁輔助存儲)技術(shù)成熟前，保持HDD容量及性能持續(xù)增長。某種意義上說，使HDD拉開了與SSD的容量差異、縮小了性能差異，用更好的容量性能比、容量價格比，持續(xù)滿足不斷增長的數(shù)據(jù)存儲需求。

　　西部數(shù)據(jù)公司副總裁兼中國區(qū)業(yè)務(wù)總經(jīng)理劉鋼

　　西部數(shù)據(jù)公司副總裁兼中國區(qū)業(yè)務(wù)總經(jīng)理劉鋼在最后也補充道：“OptiNAND技術(shù)未來將全面覆蓋西部數(shù)據(jù)主流的大容量HDD，凡是使用大容量HDD的客戶，包括云服務(wù)商、OEM廠商、企業(yè)級用戶等，都將進一步受益于搭載了OptiNAND技術(shù)HDD的大容量、高性能和高可靠性。”