Nieuwe combinatie van flash en HDD maakt HDD’s een stuk slimmer en beter.
Vorig jaar publiceerden we een artikel over de introductie van wat we een nieuwe interpretatie van de hybride HDD noemden. Daarbij bedoelen we niet dat de nieuwe HDD’s van Western Digital met OptiNAND een opvolger zijn van de hybride HDD’s van zo’n 10-15 jaar geleden. De combinatie van HDD en flash dient bij deze nieuwe generatie HDD’s een heel ander doel. Het maakt HDD’s sneller, de dichtheid per platter gaat omhoog en hetzelfde geldt voor de prestaties. Western Digital spreekt zelf dan ook van een flash-enhanced drive architecture.
Om hier nog iets dieper op in te gaan hebben we enkele vragen gesteld aan Davide Villa, Director Business Development EMEAI bij Western Digital. Hieronder vind je de antwoorden.
Wat verstaat Western Digital onder OptiNAND flash-enhanced schijfarchitectuur?
“De OptiNAND-technologie van Western Digital doorbreekt de traditionele grenzen van opslagapparaten. De nieuwe architectuur optimaliseert en integreert HDD’s met iNAND UFS embedded flash drives. Dit biedt klanten toegang tot een grotere capaciteit, prestaties en betrouwbaarheid voor het opslaan en analyseren van enorme hoeveelheden gegevens. Richting de (verre) toekomst is OptiNAND de basis voor nog meer HDD-innovaties en capaciteitswinst.”
“De eerste producten met de nieuwe schijfarchitectuur, die gebruikmaken van technologieën zoals ePMR, triple stage actuator (TSA) en HelioSeal, leveren een tot nu toe ongeëvenaarde 2,2 TB per platter aan capaciteit.”
Wat maakt OptiNAND uniek?
“HDD-architecturen bevatten nu evenveel geheugen en verwerkingskracht als pc’s uit het begin van de jaren 2000. Vóór OptiNAND werd het niet-vluchtige geheugen in een HDD voornamelijk gebruikt voor het opstarten en het opslaan van zeer kleine hoeveelheden metadata. De opslagarchitectuur van HDD’s is echter geavanceerder geworden. Dat maakt de toevoeging van een laag flashgeheugen een logische stap in de geheugenhiërarchie van het systeem. Flashgeheugen is efficiënter op het gebied van kosten dan DRAM en de gegevens blijven ook na een herstart van de schijf bewaard. Flash biedt ook snellere toegang dan een traditionele schijf. Dit maakt het mogelijk om tijdgevoelige berekeningen uit te voeren terwijl de schijf hosttaken kan blijven uitvoeren.”
“De nieuwe OptiNAND-geheugenhiërarchie maakt gebruik van de system-on-a-chip (SoC) van de schijf om de communicatie met de iNAND Universal Flash Storage (UFS) Embedded Flash Drive (EFD) te regelen. Dankzij OptiNAND kunnen belangrijke schijfbeheerfuncties gebruikmaken de extra mogelijkheden op het gebied van de inzet van metadata. Dit kan ervoor zorgen dat er richting de toekomst minder DRAM nodig is. Daarnaast kan het ervoor zorgen dat capaciteit, prestaties en betrouwbaarheid allemaal verbeteren.”
Hoe werkt OptiNAND precies?
“Western Digital heeft de OptiNAND-technologie voor flash-enhanced schijven ontwikkeld door onze NAND-flash verticaal te integreren met onze HDD’s. OptiNAND integreert een iNAND Universal Flash Storage (UFS) Embedded Flash Drive (EFD) met traditionele schijfmedia. Er zijn daarnaast de nodige belangrijke wijzigingen aangebracht in het algoritme van de firmware en aan de system-on-a-chip (SoC).
“OptiNAND, gecombineerd met de triple stage actuator (TSA)-technologie, maakt meer sporen per inch (TPI) mogelijk. Dit resulteert in een hogere datadichtheid op de platter en dus een hogere capaciteit voor de schijf als geheel. HDD’s genereren gigabytes aan metadata die kunnen worden gebruikt om de oppervlaktedichtheid te verhogen. Dit is te veel data om betaalbaar in DRAM te bewaren. Daarnaast zorgt het bevragen van de schijf om deze data eraf te halen voor verstoringen in prestaties en bewerkingen. OptiNAND lost deze problemen op. Het maakt het mogelijk om de metadata op een betaalbare manier in real time op te slaan en toegankelijk te maken. Dit maakt ook nog eens waardevolle ruimte op platters van de HDD vrij voor gebruikersgegevens.”
“Een voorbeeld van data die nu op het iNAND-gedeelte van de nieuwe OptiNAND-schijven wordt opgeslagen heeft te maken met Repeatable runout (RRO). RRO is het gedeelte van het zogeheten position error signal dat bij iedere omwenteling van de schijf hetzelfde is. Deze RRO-metadata wordt in de fabriek gegenereerd, tijdens de fabricage van de HDD. Bij vorige generaties HDD’s werd deze RRO-metadata op de schijf opgeslagen. OptiNAND slaat dit op in iNAND. Hiermee komt schrijfruimte vrij en wordt deze data sneller toegankelijk.“
“Daarnaast houden OptiNAND-schijven de schrijfbewerkingen bij. Dit om interferentie tussen aangrenzende sporen, het zogeheten adjacent track interference oftewel ATI, te verminderen. Bij HDD’s van de vorige generatie werden schrijfbewerkingen op trackniveau geregistreerd en werden refreshes voor de volledige tracks uitgevoerd. OptiNAND registreert schrijfbewerkingen in iNAND echter op sectorniveau. Deze metadata wordt gebruikt om sectoren te refreshen in plaats van hele tracks. Overbodige refreshes wegsnijden maakt het mogelijk om tracks dichter bij elkaar te plaatsen zonder dat dit leidt tot een verlies aan prestaties.”
Wat gebeurt er als de stroom plots wegvalt?
“Tijdens een onverwachte stroomuitval (EPO, Emergency Power Off event) kan OptiNAND meer dan 100 MB aan schrijfcachegegevens naar iNAND wegschrijven (flushen). Bij vorige generaties HDD’s ging dit om slechts ongeveer twee MB. Deze mogelijkheid om meer dan 100 MB aan gegevens op te slaan tijdens een EPO, betekent dat de random schrijfprestaties in write cache disabled (WCD) modus de prestaties in write cache enabled (WCE) modus benaderen. Daarnaast is ook de latency van de schijf verbeterd. Dit is gedaan met behulp van door Western Digital ontwikkelde firmwareoptimalisaties. Deze richten zich op het beperken van het aantal ATI-refreshes en het beperken van het wegschrijven van cache in de WCE-modus.”
“In het geval van een EPO kan OptiNAND bijna 50x meer klantgegevens veilig wegschrijven en bewaren dan vorige generaties HDD’s, die hiervoor DRAM zouden inzetten. Tegelijkertijd zal de OptiNAND-technologie de mogelijkheden van energy-assisted PMR (ePMR) fors verlengen, tot wel meerdere generaties in de toekomst. Dit betekent dat klanten er nog een hele tijd van kunnen blijven profiteren.”
Kun je ons meer vertellen over de iNAND-technologie van Western Digital?
“iNAND EFD’s zijn gebouwd op de bewezen 3D NAND-flash van Western Digital en kunnen worden geoptimaliseerd om de juiste combinatie van programmeer-/wiscycli (P/E), prestaties, gegevensbehoud en temperatuurvereisten te leveren. De iNAND-producten bestaan uit een Single Chip Controller die voldoet aan JEDEC-specs (bijv. MMC 5.1, UFS 2.1, UFS 3.0, UFS 3.1), meerdere NAND-die, die afhankelijk van de configuratie samenkomen in een enkel Ball Grid Array (BGA)-package.”
“NAND-flash kan meerdere bits opslaan in één enkele NAND-cel. Single Level Cell (SLC) slaat één bit per cel op, terwijl Tripe Level Cell (TLC) drie bits per cel kan opslaan. SLC biedt hogere prestaties, hogere P/E-cycli en hogere dataretentiemarges in vergelijking met TLC. TLC biedt echter drie keer de opslagcapaciteit in aan dezelfde footprint als SLC. iNAND-technologie kan zowel SLC voor schrijfintensieve bewerkingen als TLC voor leesintensieve bewerkingen in hetzelfde apparaat aanbieden.”
Wat onderscheidt OptiNAND van een hybride schijf of SSHD?
“Op een hybride schijf wordt flash gebruikt om gebruikersdata op te slaan. De nieuwe OptiNAND-schijven werken fundamenteel anders en bieden door deze andere werking op meerdere vlakken stevige verbeteringen. Eindgebruikers kunnen op de iNAND flash geen data opslaan, openen of verwijderen. Er vindt ook geen caching plaats van vaak gelezen data, en er staat slechts een beperkte hoeveelheid gebruikersdata tijdelijk op de iNAND flash. Dat laatste voor het geval de stroom plots uitvalt.”
Waarom is deze nieuwe flash-enhanced schijfarchitectuur belangrijk?
“Er komt steeds sneller steeds meer data bij die opgeslagen moet worden. We gaan het zettabyte-tijdperk in. Dit houdt in dat klanten enorme hoeveelheden gegevens efficiënt en betaalbaar op moeten kunnen slaan, van endpoint tot cloud.”
“Wij schatten dat bijna 2/3 van de geïnstalleerde opslagcapaciteit in de wereld HDD’s betreft. De meeste van deze opgeslagen data zal ook op HDD’s blijven staan, omdat er eenvoudigweg geen alternatief is dat dezelfde capaciteit en prestaties kan leveren op de gewenste schaal. HDD’s zullen de komende decennia de ruggengraat van de opslaginfrastructuur blijven vormen. IDC voorspelt dat HDD’s in 2025 82% van de verkochte zakelijke opslagcapaciteit zullen vormen. Deze cijfers maken duidelijk dat investeringen in HDD-technologie van cruciaal belang blijven voor de ondersteuning van de wereldwijde groei in data.”
“Met de nieuwe flash-enhanced schijfarchitectuur met OptiNAND-technologie hebben wij de toekomst van opslag als het ware heruitgevonden, op een unieke manier die gericht is op het tegemoetkomen aan de steeds groeiende behoefte van onze klanten aan betrouwbare, betaalbare capaciteit en schijfprestaties.”
4 uur geleden
