基于OptiNAND技术的首批产品落地,西部数据做了哪些升级?

导读:作者:国际电子商情 李晋 今年9月,西部数据推出了全新的OptiNAND技术,利用协力效应革新了磁盘架构设计,成功在同一个设备中深度整合HDD技术和闪存技术。本月23日,首批搭载OptiN...

  作者:国际电子商情 李晋

  今年9月,西部数据推出了全新的OptiNAND技术,利用协力效应革新了磁盘架构设计,成功在同一个设备中深度整合HDD技术和闪存技术。本月23日,首批搭载OptiNAND技术的产品——20TB Ultrastar DC HC560 CMR HDD正式发布。

  西部数据公司HDD业务部高级副总裁Ravi Pendekanti表示,如今,一些领先的科技应用和新兴数字化产业,如人工智能、机器学习、区块链、5G、物联网、智慧视频等,时刻都在产生海量数据。“我们预计,未来5年内数据会呈指数级增长,将超过之前所有数据存储量的两倍。”

  西部数据公司HDD业务部高级副总裁Ravi Pendekanti

  今年9月,西部数据面向全球发布了创新的OptiNAND技术,结合并优化了在闪存和HDD领域的积累,通过协力效应,对磁盘架构设计做出革新,汇聚二者优势,为客户带来开创性的解决方案,帮助客户应对未来的存储需求。

  据西部数据公司副总裁兼中国区业务总经理刘钢先生介绍,基于OptiNAND技术的新一代HDD具备更高的容量密度、更优的性能和更高的可靠性,结合西部数据在SSD方面的布局,未来可同时满足大数据和快数据的需求。

  西部数据公司副总裁兼中国区业务总经理刘钢

  稍后的媒体发布会环节中,刘钢围绕OptiNAND技术的特点和优势等方面做了详细分析,解释了西部数据看好OptiNAND技术的原因,并强调该技术并非“简单地用胶水把闪存和HDD粘合在一起,让SSD作为缓存来使用”。此外,他还强调了中国市场对西部数据的重要意义。

  为什么推出OptiNAND技术?

  在快速发展的数字化时代,无论是终端、边缘还是数据中心,它们产生的数据都在快速增长。预计到2025年,从用户、终端、边缘、数据中心采集到的数据量将达180 ZB,其中仅中国就产生超过41 ZB以上的数据。与此同时,新生产的设备存储容量可能只有几个ZB,未来只有极少部分的数据才能被存储下来。

  值得注意的是,以上还是在HDD和SSD快速增长情况下的表现。单看数据中心对HDD和SSD的需求:到2025年,数据中心SSD CAGR(复合年均增长率)约为43%,HDD CAGR是27%。如果简单地理解,HDD主要支持大数据的需求,SSD主要支持快数据的需求。这意味着,数据中心用户对数据容量和快数据存储的需求非常强烈,存储产品除了满足海量数据存储的基础要求,还要能支持挖掘数据价值的分析、预测和决策等过程。

  西部数据闪存技术有哪些升级?

  西部数据拥有HDD和闪存两种存储技术,为了支持SSD的快速增长,其闪存技术也在迅速发展。过去几年里,西部数据的闪存从48层增长到了112层,今年已经推出了162层。“这是摩尔定律在芯片领域中继续发挥作用的结果。”刘钢补充说,在存储领域,摩尔定律不仅体现在横向扩展,也体现在纵向堆叠和单元密度扩展。

  比如,同一个单位中,通过改变逻辑架构,可以从只能存储一个字节的SLC,变成两个字节的MLC、三个字节的TLC、四个字节的QLC,甚至五个字节的PLC。所以,横向密度扩张、纵向的堆叠,再加上单元密度的扩展,促使闪存的存储密度在过去几年里增长了很多倍。这超过了仅由线宽缩小带来的增长,也超过了仅由堆叠层数的增加带来的增长。“因为摩尔定律可以在以上三个维度发挥作用,所以我们在半导体存储上有了更快的进展,这是摩尔定律和建筑架构设计的完美结合。”

  也许大家会觉得奇怪,西部数据的BiCS5是112层、BiCS6是162层,之前的产品按照48层、64层、96层的规律来排列,到了BiCS5、BiCS6则打破了这个规律。“这正是我们的优势所在,不单纯在一个维度中来提升技术,不是简单地做层数堆叠。”刘钢自豪地表示。

  在BiCS5技术中,西部数据仅堆叠112层就达到了128层产品的密度;在BiCS6技术中,只堆叠了162层,而同类产品可能要堆叠176层或196层。其实,更多的堆叠层数会折中存储的其他性能,用更低的层数来达到同样的密度会带来更好的写性能。具体来看,BiCS5、BiCS6能带来以下优点——第一,在两代之间写性能可提高两倍;第二,在提高写性能的同时,反而降低了35%的功耗。

  除了同等密度下的堆叠层数更低之外,西部数据也采用了更高效率的电路设计,将驱动电路置于阵列之下,从而节省了外围面积,可以让芯片的尺寸更小。这种方式在业内被称为CMOS-under array (CuA),CuA可以带来更高的效率和更好的性能/密度。

  即使是同一代闪存,针对不同的应用场景,也会有不同的取舍和优化。西部数据拥有自己的闪存制造工厂,可以根据所生产的闪存颗粒,针对不同应用来优化闪存性能。比如,有的场景需要低功耗,有的需要高性能,有的需要低价格,有的需要耐擦写次数更强等等,这些性能很难集中体现在一个产品上。

  西部数据可按照应用场景的偏好,选择更优化的性能来满足不同用户的需求。比如,有些用户需要快读功能,但对擦写要求不高,注重更低的成本。西部数据可挑选相应的闪存颗粒,配合自控制器和固件(firmware)来做纵向提升。通过优化闪存存储,在保证很好的读性能的同时,相应地牺牲一部分擦写性能,帮助用户降低部署成本。

  OptiNAND技术能带来哪些优势?

  今年9月,西部数据于发布了OptiNAND技术,在两个月之后,又发布了基于OptiNAND技术的20TB Ultrastar DC HC560 CMR HDD。

  新的磁盘架构设计主要具备三大优势——首先,有更大的容量。OptiNAND技术优化了结构,提高了产品的密度、性能及可靠性。新品整体容量为20TB,内部有9张磁碟,单碟片容量达到了2.2TB,改善了相邻磁道干扰的问题,并提升了存储密度;其次,更高的整体性能。OptiNAND技术把HDD内部数据放到iNAND闪存上,提高了整体性能,并缩短了延迟。再次,更加安全。在紧急断电时,能比之前多保留近50倍的用户数据。

  关于保留更多的用户数据,刘钢补充说明道:在硬盘系统上由于系统运行环境的原因,有一个很重要的数据损失场景——即“断电时如何保护数据“。以前的技术是利用磁碟转动惯性的能量把数据刷写进去,因为iNAND本身就是非易失性的,在断电保护时比以前的技术保存更多的用户数据,大约是之前的50倍。这让搭载了OptiNAND技术的产品在可靠性上有很大的提升。

  在OptiNAND中,iNAND这个角色与HDD的性能相关。“在普通的HDD中,不仅有用户数据,还有许多运行数据,包括寻道数据、关键定位数据等,这些数据原来被存储HDD的磁碟上,会占用一部分空间,还会降低性能。而在OptiNAND中,这些运行数据被存储在iNAND上,我们对iNAND做了性能等方面的优化,让它适应这个特殊的工作场景。所以,在OptiNAND架构设计中,iNAND负责的是与HDD本身的运行深度相关的数据存储部分,这与把用户数据放在其中做缓存的做法有很大的不同。“

  在产品开发阶段,西部数据就已经做了很多测试,一直到现在用户层面的测试。搭载OptiNAND技术的HDD,对外保留了标准接口,还为以后预留了优化空间。如果用户的开发能力较强,可对其中的iNAND进一步优化。作为HDD运行系统的一部分,iNAND并不是作为缓存而存在,它存储着一些关键数据,HDD离开它不能很好地运行。

  把HDD和iNAND结合在一起,不只要提高密度,还要提高性能,增加可靠性。这对涉及到的算法而言,具有较大的挑战性。不过,用户无需关心具体的算法。刘钢透露说,西部数据充分利用了OptiNAND技术,未来将配合SMR(叠瓦式)技术来进一步提高HDD的密度。原来的CMR HDD在16TB时,可通过SMR技术把HDD容量提升至20TB,而这次的新品就是20TB的CMR HDD,后续可通过OptiNAND技术来更好地支持SMR技术。

  OptiNAND技术的应用情况

  “全球有超过40%的数据,被存储在西部数据的产品上,我们在这个领域扮演着极其重要的角色。”刘钢在新品发布环节透露说,基于OptiNAND技术的新品——20TB Ultrastar DC HC560 CMR HDD,能帮助数据中心企业提高存储的密度。据悉,新品的单盘容量提升了25%,同等大小尺寸的产品,原来的容量是16TB,现在则达到了20TB。另外,平均每TB的功耗也降低了14%。

  根据刘钢的介绍,新品单盘容量密度的提高,可保证用户在同等容量的情况下,少部署20%的服务器。“在关键部件供应如此紧张的当下,减少20%服务器框架,也为企业降低了供应压力。如果结合计算CAPEX(资本性支出)和OPEX(企业的管理),用户的TCO(总拥有成本)能降低16%。仅从16TB迁移到20TB,就能为数据中心用户带来上述优势。“

  现在,市场上有越来越多的云原生数据中心,在新一代大容量HDD出现时,它们会在一至两个季度内,迅速从原来的容量点切换到新的容量点,从而享受新技术带来的红利。云原生数据中心的存储架构非常灵活,可以适应多种的存储设备的介质分层。越是云原生数据中心,就越能快速切入新一代存储介质,背后的数据结构和存储的架构可以很好地适应新技术的更新,而超大容量和密度的HDD尤其适用于数据中心的应用场景。通过观察之前几代产品的应用情况可以看出,从14TB到16TB再到18TB的更迭中,云原生的数据中心都能充分抓住这些新技术的红利,相信明年它们也会快速切换到20TB HDD上。

  中国是西部数据的重要市场

  西部数据在中国已经有许多成功的应用案例,国内的行业客户、OEM等用户,也纷纷利用西部数据的高性能或主流SSD,来优化云端的大数据分析、数据库平台等的性能。

  比如西部数据与联想、SmartX基于SSD和大容量的HDD,针对金融行业的超融合的应用场景实现了存储优化,提高金融超融合云的密度和性能;星环科技的大数据分析平台采用Ultrastar DC SN840高端SSD,还使用了Ultrastar DC SN640做优化的读写SSD,从而实现了全闪大数据分析平台。

  总而言之,中国市场是西部数据很重要的市场。对该公司而言,OptiNAND技术有着非常重要的使命,Ravi Pendekanti说:“我们期望通过OptiNAND这个持续演进的技术,为中国的数据产业增长做出贡献。未来,我们将不断实践我们的承诺——持续缔造创新、突破技术的界限,推动数据繁荣,为全球带来先进、高效而可靠的存储解决方案,全方面满足各行各业的多样存储需求,并携手合作伙伴与客户,继续深耕中国市场,为中国数据存储的未来和创新赋能。“

  最后,刘钢总结说,西部数据提供的产品背后是从芯片到系统的完整产品线,我们希望可以跟国内生态伙伴一起,为整个存储市场提供优化的存储解决方案。当然,只有好的产品也不够,还需要与合作伙伴一起,让后者的系统或解决方案、软件能充分利用新技术,来优化系统和解决方案。

  据了解,西部数据在上海浦东有一个开放实验室,联合合作伙伴一起做测试和优化。计划到明年,该公司将推出更多量产的闪存产品和基于OptiNAND技术的大容量、高密度、高性能HDD。

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