Ces dernières années, de nombreuses innovations ont vu le jour sur le marché des disques durs. Pendant un certain temps, la feuille de route de la technologie HDD a été partagée à l’échelle de l’industrie – les fournisseurs ont introduit de nouvelles technologies à différents moments, mais elles étaient toutes de nature similaire. À titre d’exemple récent, HGST (maintenant Western Digital) a été le premier à commercialiser des disques durs remplis d’hélium, mais Seagate et Toshiba ont tous deux lancé des disques similaires en quelques années.

Avant 2017, il y avait un consensus sur le fait que l’enregistrement magnétique assisté par la chaleur (HAMR) aiderait à augmenter la densité de stockage pour les disques durs après que l’enregistrement magnétique perpendiculaire traditionnel (PMR) se soit essoufflé. Western Digital a créé la surprise au quatrième trimestre 2017 en annonçant la décision d’opter pour l’enregistrement magnétique assisté par micro-ondes (MAMR) pour les futurs disques durs. Seagate, quant à lui, a misé sur HAMR et a également lancé des disques durs de 20 To basés sur la technologie pour les clients d’entreprise (ces disques HAMR n’ont pas encore été commercialisés). Pendant ce temps, Western Digital promettait des disques MAMR pour des disques durs de 16 To+, mais a finalement fait marche arrière en faveur du PMR à énergie améliorée (ePMR). Toshiba, d’autre part, a introduit le contrôle de flux-MAMR (FC-MAMR) dans sa série MG09 de disques durs d’entreprise 16 To et 18 To.

Au Disque dur réinventé événement aujourd’hui, Western Digital présente OptiNAND – une nouvelle architecture impliquant l’intégration d’un lecteur flash intégré (EFD) iNAND UFS intégré sur la carte mère du lecteur.

Parallèlement, la société annonce également qu’elle a échantillonné ses premiers disques non SMR de 20 To basés sur l’ePMR compatible OptiNAND pour sélectionner des clients, et qu’elle adopterait la plate-forme OptiNAND pour tous les disques durs de 20 To +. La société envisage également une voie vers des disques ePMR compatibles OptiNAND de 50 To dans la seconde moitié de la décennie.

Bien que la société n’ait pas quantifié la quantité de NAND dans ses disques OptiNAND, elle souligne le fait qu’il ne s’agit pas d’un disque hybride (SSHD). Contrairement aux SSHD, les lecteurs OptiNAND ne stockent aucune donnée utilisateur pendant le fonctionnement normal. Au lieu de cela, la NAND est utilisée pour stocker les métadonnées du fonctionnement du disque dur afin d’améliorer la capacité, les performances et la fiabilité.

Capacité

L’annonce OptiNAND de Western Digital indique également que leurs disques durs à 9 plateaux de 20 To continueront d’utiliser le PMR à énergie améliorée (ePMR). En plus de l’utilisation d’un actionneur à trois étages pour permettre un positionnement plus précis des têtes sur les pistes, l’aspect OptiNAND est présenté comme la clé pour permettre une capacité de 2,2 To pour chaque plateau.

L’augmentation de la densité de surface est obtenue en rapprochant les pistes sur le plateau (augmentation du TPI), tout en déplaçant également certaines des métadonnées (générées en usine et en mode utilisateur intermédiaire) du plateau vers la NAND. En particulier, Western Digital a fait mention de l’enregistrement répétable (RRO) de la gigue/de la position d’erreur de la tête lorsque la broche tourne. Ces données (exécutant plusieurs gigaoctets) sont générées en usine lors de la fabrication. Il est généralement stocké sur le disque, occupant de l’espace qui aurait pu être utilisé pour les données utilisateur. L’architecture OptiNAND déplace cela vers la NAND dans l’EFD.

L’un des principaux défis du rapprochement des pistes est le concept d’« interférence de piste adjacente » (ATI). Cela entraîne la nécessité de rafraîchir périodiquement les données dans les pistes du plateau car elles pourraient être corrompues par des écritures sur des pistes adjacentes. Les disques durs actuellement disponibles ont déclenché ces actualisations piste par piste en fonction de l’enregistrement des opérations d’écriture au niveau de la piste. L’un des inconvénients de l’augmentation de la densité de surface en augmentant le TPI est la nécessité d’effectuer des actualisations plus fréquentes. De l’actualisation une fois sur 10 000 opérations d’écriture dans les premiers disques durs, les pistes étroites doivent désormais être actualisées aussi fréquemment qu’une fois toutes les 6 écritures. Au-delà d’un certain point, cela n’a pas de sens d’augmenter davantage le TPI car l’augmentation de la fréquence des rafraîchissements ATI a un impact extrême sur les performances. Dans les disques durs de la génération actuelle, ces actualisations ont été déclenchées au niveau de la piste en enregistrant les opérations d’écriture dans cette hiérarchie. L’architecture OptiNAND permet d’enregistrer les opérations d’écriture au niveau du secteur. Cela signifie que les opérations de rafraîchissement sont plus étalées à la fois temporellement et spatialement, permettant aux pistes d’être plus proches les unes des autres sans sacrifier les performances. À son tour, cela augmente la densité de surface.

Performance

Les consommateurs peuvent utiliser des disques durs avec le cache d’écriture dans l’appareil activé ou désactivé. Indépendamment de l’activation du cache, le disque dur doit mettre en mémoire tampon les données entrantes. Dans le cas désactivé, la quantité de données pouvant être mise en mémoire tampon dépend de la quantité de données pouvant être évacuées en toute sécurité vers un stockage non volatile dans le cas d’une situation de mise hors tension d’urgence (EPO). La présence d’une capacité NAND importante dans le disque dur signifie que le lecteur peut utiliser l’énergie de rotation présente dans les plateaux pour vider plus de données de la DRAM dans la NAND (les disques durs actuels vident les données DRAM dans un flash série – environ un couple de MBs – dans une situation EPO). La capacité de mettre en mémoire tampon plus de données dans ce cas signifie que les performances du cas activé par le cache en écriture et du cas désactivé du cache en écriture se rapprochent dans les disques durs compatibles OptiNAND.

Western Digital affirme également que le cas « cache d’écriture activé » peut être bénéfique sur le plan des performances. Il s’agit d’un résultat indirect des taux de rafraîchissement réduits (en référence aux observations de la sous-section précédente sur la façon dont OptiNAND gère les interférences des pistes adjacentes) qui permet au disque dur de passer plus de temps à traiter les demandes de données utilisateur. Encore une fois, il n’y avait pas de quantification de l’amélioration des IOPS pour différents modèles d’accès par rapport aux disques durs non OptiNAND dans l’événement de Western Digital.

Fiabilité

Les aspects d’OptiNAND utilisés pour améliorer les performances des disques dans l’état de mise en cache en écriture désactivée contribuent également à améliorer leur fiabilité dans des conditions EPO. En incluant un stockage non volatile plus rapide par rapport au flash série, Western Digital affirme que jusqu’à 50 fois plus de données peuvent être évacuées par rapport aux disques durs de la génération précédente.

Remarques finales

Western Digital affirme que l’intégration verticale possible avec la technologie HDD du côté WD / HGST ainsi que la technologie flash du côté SanDisk est essentielle pour la création d’une plate-forme comme OptiNAND.

Il y a forcément un surcoût associé aux disques en raison de l’intégration NAND. Les nouvelles technologies d’enregistrement (comme HAMR et MAMR) nécessitent un investissement important dans la conception des têtes d’enregistrement ainsi que des plateaux, et doivent être réorganisées toutes les quelques générations. D’autre part, les technologies comme OptiNAND sont indépendantes de la technologie sous-jacente.

Sans quantification exacte de l’augmentation de la densité surfacique permise par OptiNAND, il n’est pas possible de fournir des commentaires comparatifs sur la Capacité aspect du trifecta OptiNAND de Western Digital – sauf que la société est désormais en mesure d’introduire sur le marché des disques durs de 20 To avec la même technologie ePMR utilisée dans ses disques de 18 To (environ 2,2 To/plateau).

Les Performance aspect devrait être plus facile à évaluer lorsque les lecteurs OptiNAND arrivent dans le commerce de détail. Alors que les avantages du cas « mise en cache d’écriture désactivée » (où la NAND peut agir comme un cache sécurisé dans une situation EPO) sont faciles à vérifier (agissant essentiellement de la même manière que le cas « mise en cache d’écriture activée »), le pur « cache d’écriture enabled » devrait être beaucoup plus intéressant à analyser par rapport à des disques concurrents de même capacité.

Western Digital a indiqué que tous ses disques durs de plus de 20 To seront désormais compatibles OptiNAND. Ce sera dans tous les marchés verticaux – déploiement cloud, disques d’entreprise (Gold), stockage pour l’enregistrement de surveillance (ligne violette) et NAS (ligne rouge). Il convient de noter que la société dispose déjà sur le marché d’un lecteur SMR de 20 To qui n’est pas compatible OptiNAND. La nouvelle architecture HDD avec son SoC flexible et son intégration NAND hautes performances peut également être utilisée pour permettre des améliorations spécifiques au client à l’avenir. La possibilité d’utiliser la NAND pour remapper dynamiquement les secteurs peut augmenter la densité de surface et améliorer beaucoup plus les performances des disques SMR. Sur cette base, nous pouvons nous attendre à ce que les disques SMR compatibles OptiNAND obtiennent un avantage de capacité significatif par rapport aux disques CMR par rapport à ce qui est actuellement vu sur le marché.

L’industrie du disque dur n’a pas encore un besoin urgent de RCP, mais l’utilisation d’OptiNAND par Western Digital pour répondre aux Ccapacité, Pperformance, et Reliability trifecta est un autre aspect unique sur le marché des disques durs, riche en innovations. Western Digital possède à la fois une technologie de disque dur et une technologie flash complète (de la fabrication NAND au contrôleur) en interne, tandis que les autres fournisseurs de disques durs n’ont pas cet avantage. En tant que tel, il faudra peut-être un certain temps aux autres fournisseurs pour rattraper leur retard sur les avantages de l’utilisation de la NAND pour les métadonnées du disque dur.