IDC表示西部数据移动硬盘驱动,2020年全球约有64ZB的数据被创建或复制;未来五年产生的新数据量将是数字技术诞生以来所有数据的两倍以上。高效、低成本的数据存储方式至关重要。得益于智能移动终端的普及和PC小型化趋势,个人消费市场中非易失性(NVM)存储产品的市场份额快速提升,其容量需求在云存储等技术的压制下并未出现明显增长。在企业及存储方面,面对数据存储需求的持续快速增长,即使到了2025年,机械硬盘(HDD)仍将承担存储82%的数据,HDD产品的复合增长率高达25%。对HDD技术的投入仍是持续满足全球数据增长需求的关键。
强劲的市场需求是推动HDD单碟容量不断增长的外在因素,而其内在驱动力则来自于原厂技术的升级。如今HDD封装内的盘片数量已经达到9片,进一步增加难度较大。如此一来,增加单碟容量,更确切地说是增加磁道密度,才是直接可行的办法。
西部数据近期公布的技术是其HDD技术和闪存技术的巅峰之作,将数百层堆叠的3D TLC、嵌入式闪存等闪存技术与HDD上已经使用的(氦封装)技术、三段式循迹定位系统(Stage,TSA)、ePMR(能量辅助垂直磁记录)等技术进行整合,在不改变现有物理、电气和存储架构的情况下推出全新的HDD产品。
西部数据HDD事业部首席技术官车晓东博士透露,西部数据已经开始向部分用户提供采用ePMR技术的20TB HDD产品,而采用这两种技术的HDD预计在未来5年内都将达到单碟容量50TB的水平,大大延长PMR技术的生命周期,并能与SMR(叠瓦式)技术产品形成更好的性能和容量差异化。
西部数据公司硬盘事业部首席技术官车晓东博士
SSHD产品是将NAND存储介质与机械硬盘相结合的早期尝试,兼顾SSD速度和HDD容量。这种新的存储架构对操作系统的运行提出了巨大的挑战。数据如何在两种存储介质之间“传输”,向谁发送什么样的读写指令,都依赖于第三方驱动和新OS的配合,这严重影响了HDD产品的兼容性。
而硬盘的运行机制则完全不同,首先它不存储“数据”,严格来说,硬盘内嵌的闪存iNAND并不是数据存储设备,不存储任何用户数据,而是存储硬盘运行的所谓元数据,是介质、操作、信号、数据甚至更多元素的混合体。
随着硬盘容量不断提升,一方面逻辑扇区数量线性增加,另一方面TPI(磁道密度)和BPI(位线密度)的增长实现了单盘容量的提升,物理扇区寻址和读写稳定性所依赖的数据量成倍增长。传统HDD(固件)中可存储的信息十分有限,相关数据早已转移到磁性介质的特殊区域(类似0号磁道)存储,其操作延迟和性能水平可想而知。
例如,可重复跳动 (RRO) 是位置误差信号中随主轴旋转而重复的部分。RRO 元数据是在工厂制造过程中生成的。传统 HDD 将此数据存储在盘片上,而技术将其存储在 iNAND 中,从而为用户释放磁盘空间并实现更快的数据访问。
昂贵的DRAM不足以提供数据的缓冲,更不用说存储元数据了。同时,DRAM是易失性的,这意味着它在断电时就会丢失,因此不能用来存储元数据。
在架构上,iNAND(嵌入式闪存驱动器,EFD)在容量/成本和非易失性之间取得了很好的平衡。切换到闪存介质上存储后,读写性能、延迟和容量都不再是问题。更棒的是,这也带来了更好的OS透明度。外部数据的读写要求与硬盘内部的操作无关。从OS到应用软件,都不需要调整HDD的运行机制,甚至驱动程序也不需要额外加载。
该架构让人想起了多年前的 Drive 和 NV Cache 概念:DRAM 用于数据传输,NAND 用于操作缓冲。高可靠性、长寿命甚至低功耗也是它的主要特点。它还提供了 SLC(重写负载)和 TLC(重读负载)的混合架构,可以分别存储不同类型的数据,并保持 DRAM 操作机制不变。在技术领域殊途同归。今天尚未看到相关产品,但西部数据的产品已经蓄势待发。
除了取代盘片上的专用区域,成为元数据的存储介质之外,的加入还带来了诸多“意想不到”的辅助技能加成:
iNAND的加入在一定程度上简化了磁盘控制SoC的复杂度,数据和元数据分别放在磁盘和NAND中,不需要复杂的混合控制逻辑,SoC可以更加专注于提升性能和优化控制。
上电后,NAND数据加载速度远高于HDD加速后再读取相关信息,大大降低了硬盘延迟;
NAND容量远高于DRAM,且为非易失性,在紧急断电(EPO)情况下,元数据回写时间更短或可回写的量更大,初期可保留的用户数据增加近50倍;
更大的元数据可以包含更高精度的磁数据记录位置和精度信息,例如三级循迹定位系统(TSA)的三个独立控制信息,甚至可以针对不同扇区的物理位置、磁头飞行高度、磁介质性能等逐一保存磁头读写信号强度;
更高精度的定位和读写控制,进一步促进介质层面的存储密度和性能的提升;
固件经过优化,可以减少延迟,主要是通过减少相邻轨道干扰 (ATI) 刷新次数和减少在启用写入缓存模式下刷新写入缓存的需要。
技术的出现极大改变了HDD产品的容量/时间发展趋势。另外,在EAMR(能量辅助存储,如HAMR热辅助、MAMR磁辅助存储)技术成熟之前,HDD的容量和性能仍将持续增长。从某种意义上来说,HDD拉大了与SSD的容量差距并缩小了性能差距,以更优的容量性能比和容量价格比继续满足日益增长的数据存储需求。
西部数据副总裁、中国区业务总经理刘刚
西部数据副总裁、中国区总经理刘刚也补充道:“未来该技术将全面覆盖西部数据主流大容量HDD产品线,所有使用大容量HDD的客户,包括云服务商、OEM厂商、企业用户等都将进一步受益于搭载该技术的HDD的大容量、高性能和高可靠性。”
标题:信息爆炸时代,HDD 技术投资满足全球数据存储需求
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