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信息爆炸时代，什么增长最快?几何级数增长的海量数据当仁不让，也带动着相关存储容量的持续增长。IDC 称，2020年，全世界创建或复制了约64ZB数据;未来五年所新生产的数据量，将是数字技术诞生以来，所有数据量的两倍多。高效、低成本的数据存储方式非常重要。得益于智能移动终端普及和PC小型化趋势，非易失性(NVM)存储产品在个人消费端市场占比快速提升，其容量需求在云存储等技术的平抑下，增长并不显著。而在企业及存储方面，面对持续快速增长的数据存储需求，哪怕到2025年，机械硬盘(HDD)仍将负责存储82%的数据，HDD产品的复合增长率也将高达25%。对于 HDD 技术的投资，仍是不断满足全球数据增长需求的关键。市场需求旺盛，是推动HDD单盘容量不断增长的外因，而其内在原动力，则是来在原厂技术升级。如今，HDD封装的碟片数量已经达到9张，继续增加困难重重，如此一来提升单碟容量提升，更具体的是提高磁道密度是直接可行的方式。西部数据新近公布的OptiNAND技术，是其HDD技术与闪存技术的集大成者，将此前已经在HDD上得以应用的HelioSeal(氦气封装)技术、三阶寻轨定位系统(Triple Stage Actuator，TSA)、ePMR(能量辅助垂直磁记录)等技术，与上百层堆叠的3D TLC、嵌入式闪存等闪存技术纵向集成在一起，在不改变现有物理、电气及存储架构基础上，推出的全新HDD产品。西部数据公司HDD业务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 OptiNAND技术的20TB HDD产品，而采用这两项技术的HDD有望在未来5年达到50TB单碟容量，大大延长了PMR技术的生命周期，能够与SMR(叠瓦式)技术的产品形成更好的性能与容量差异化。西部数据公司HDD业务部首席技术官车晓东博士将NAND存储介质与机械硬盘相结合，同时获得SSD的速度与HDD的容量，SSHD产品是这一技术方向的早期尝试。这样新型的存储架构，对操作系统的运作是非常大的挑战，数据如何在两种存储介质之间“搬运”，又向谁发出、发出什么样的读写指令，依赖第三方驱动程序与新款OS配合的模式，严重影像了HDD产品的兼容性。OptiNAND的运作机制则完全不同，首先是它不存储“数据”。严格意义上来说，OptiNAND的嵌入式闪存iNAND不是数据存储装置，不存储任何用户数据。它存储的是硬盘操作的所谓元数据，是介质、操作、信号、数据甚至更多元素的混合体。随着硬盘容量的不断增加，一方面逻辑扇区的数量线性增加，另一方面TPI(磁轨密度)与BPI(位线密度)增长实现了单碟容量增加，物理扇区寻址及读写稳定所依赖的数据量几何级数增长，传统HDD中Firmware(固件)所能存储的信息非常有限，相关数据早已转向存储于磁介质的特殊区域(类似于0磁道)，操作延迟和性能水平可想而知。例如可重复偏转(RRO)，是位置误差信号中随着主轴旋转会重复出现的部分。RRO元数据在工厂的制造过程中产生，传统HDD将这些数据存储在碟片上，而OptiNAND技术则将它们存储在iNAND中，从而为用户释放磁盘空间并实现更快的数据访问速度。而昂贵的DRAM，为数据提供缓冲(Buffer)都还不够，哪有闲心存储这些元数据;同时，DRAM断电即丢失的易失性，也不能用来存储元数据。在OptiNAND架构中，iNAND(嵌入式闪存盘，EFD)很好地平衡了容量/成本与非易失性之间的矛盾，转向存储于闪存介质上后，读写性能、延迟、容量都不再是问题。更理想的是，这样还带来了更好的OS透明特性，外部数据读写需求，无关硬盘内部运作方式，从OS到应用软件，均无需调整HDD运行机制，甚至连驱动程序都不用额外加载。OptiNAND的架构，不禁让我们联想到多年前的Hybrid Drive及三星硬盘的OneNAND(NV Cache)[DY1]设想：DRAM做数据传冲，NAND做操作缓冲，高可靠性、长寿命甚至低功耗也是其主要特性。OptiNAND还提供了SLC(重写负载)与TLC(重读负载)的混合架构，可分别存储不同类型数据，并保持DRAM运作机制不变。技术领域殊途同归，如今三星硬盘最终出师未捷身先死、英特尔也出售了闪存业务[DY2]，而西部数据的OptiNAND产品已箭在弦上。除了取代碟片上的专门区域，成为元数据的存储介质，OptiNAND的加入还带来了诸多“意想不到”的技能二次加成：iNAND的加入，在一定程度上简化了磁盘控制SoC的复杂度，数据与元数据分别置于碟片与NAND中，无需复杂的混合控制逻辑，SoC也能更专心地提升性能和优化控制;加电后，NAND数据加载速度远高于HDD加速再读取相关信息，大幅减小了硬盘延迟;NAND容量远高于DRAM，且具有非易失性，在紧急断电(EPO)情况下，元数据写回的时长更短，或可写回量更大，初期可保留的用户数据增加了近50倍;更大容量的元数据可包括更高的磁数据记录的位置与精度信息，如三阶寻轨定位系统(Triple Stage Actuator，TSA)的三个Actuator独立控制信息，甚至可针对不同扇区的物理位置、磁头飞行高度、磁介质性能，逐一保存磁头读写信号强度;更高精度的定位及读写控制，又进一步推进存储密度提升与介质层面的性能提升;通过优化固件缩短时延，主要在减少相邻磁道干扰(ATI)刷新次数，并减少写缓存启用模式下对写缓存刷写的需求。OptiNAND技术的出现，在很大程度上改变了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)技术成熟前，保持HDD容量及性能持续增长。某种意义上说，使HDD拉开了与SSD的容量差异、缩小了性能差异，用更好的容量性能比、容量价格比，持续满足不断增长的数据存储需求。西部数据公司副总裁兼中国区业务总经理刘钢西部数据公司副总裁兼中国区业务总经理刘钢在最后也补充道：“OptiNAND技术未来将全面覆盖西部数据主流的大容量HDD，凡是使用大容量HDD的客户，包括云服务商、OEM厂商、企业级用户等，都将进一步受益于搭载了OptiNAND技术HDD的大容量、高性能和高可靠性。”[DY1]请确认是否能提及其他品牌[DY2]请确认是否能提及其他品牌 |
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