Некоторые эксперты считают, что жизненный цикл жёстких накопителей подходит к концу. В их числе Шон Розмарин (Shawn Rosemarin), вице-президент по исследованиям и разработкам в подразделении по работе с клиентами (Customer Engineering) компании Pure Storage, заявивший, что после 2028 года жёсткие диски больше продаваться не будут из-за их плохой энергоэффективности и ограниченности применения, а также снижения стоимости флеш-накопителей.

Розмарин подчеркнул, что главным фактором падения конкурентоспособности жёстких дисков по сравнению с SSD станет высокий расход электроэнергии, а не снижение стоимости SSD или появление DFM ёмкостью 300 Тбайт собственной разработки Pure. Он отметил, что даже новейшие технологии магнитной записи с энергетической поддержкой, позволяющие значительно увеличить плотность записи, не спасут ситуацию.

Фото: Pixabay/FilipFilipovic

Производители HDD придерживаются другого мнения. Ещё в 2021 году Seagate заявила, что SSD не станут убийцами жёстких дисков. Мнения VAST и Infinidat по этому поводу заметно отличаются. Если VAST считает, что низкий уровень IOPS приведёт к ограничению использования ёмких HDD в хранилищах данных петабайтного масштаба, то Infidat отвечает, что это «должно быть шутка». Согласно оценкам Gartner, к 2026 году на долю SSD придётся 35 % от общего объёма поставок накопителей корпоративного класса (в Эбайт), что это делает маловероятным прогноз Розмарина.

«3 % мирового энергопотребления приходится на ЦОД, — приводит слова гендиректора Pure Розмарин. — Примерно треть от этого приходится на хранение. Почти всё это — HDD. Если отказаться от HDD и перейти на флеш-память, мы сможем, по сути, снизить энергопотребление на 80–90 %, увеличив плотность [хранения] на порядок в условиях, когда цены на NAND продолжают падать. Становится очевидным, что HDD уходят в прошлое».

Изображение: Pure Storage

Розмарин также отметил проблемы с поставками электроэнергии, доступность которой придётся учитывать при создании или расширении ЦОД — компаниям придётся выбирать между энергоэффективными SSD или ёмкими HDD. Скачок в развитии ИИ-технологий увеличил потребность в хранилищах, добавил Розмарин, что, по его словам, усугубляет проблему с точки зрения того, сколько данных смогут хранить провайдеры в связи с грядущим повышением спроса на электроэнергию.

Следует отметить, что Pure Storage является конкурентом производителей жёстких дисков, поэтому заявление её топ-менеджера необходимо оценивать с учётом этого факта. На данный момент массового перехода на флеш-память не наблюдается — ни один из гиперскейлеров пока не объявил о таком шаге. «Если же кто-то из них это сделает, то это будет сигналом того, что Pure Storage не одинока в своём убеждении », — пишет Blocks & Files.

Компания Seagate Technology Holdings объявила о том, что она более чем на 50 % выполнила план по полному переходу на возобновляемые источники энергии. Кроме того, увеличен срок службы более 1 млн HDD и SSD в рамках программы восстановления в 2022 финансовом году. Данные приведены в отчёте Seagate Sustainable Datasphere: FY2022 ESG Performance Report.

Seagate отмечает, что на сегодняшний день четыре из семи её глобальных производственных площадок полностью переведены на «зелёную» энергию. Это обеспечивается благодаря контрактам на покупку возобновляемой энергии, а также путём установки солнечных батарей. Таким образом, теперь компания получает более половины всей затрачиваемой энергии из возобновляемых источников. Также компания в течение года продлила срок службы 1,16 млн накопителей. Они были восстановлены путём ремонта, что дало возможность их повторного использования. А это предотвратило попадание на свалку более 540 т электронных отходов.

Источник изображения: Seagate

Говорится также, что в 2022 финансовом году компания выработала благодаря солнечным панелям на своих объектах 1352 МВт·ч энергии. Около 82 % опасных отходов, образовавшихся в течение года, было переработано. Повторное использование воды в годовом исчислении увеличилось на 17,5 %. В целом, благодаря инициативам по энергосбережению и повышению эффективности в 2022 финансовом году сэкономлено 21 ГВт·ч электроэнергии против первоначальной цели в 10 ГВт·ч.

На выставке NAB Show 2023 компания Seagate анонсировала пополнение серии накопителей IronWolf Pro моделью, могущей похвастаться внушительным для «механики» объёмом 22 Тбайт. Эту планку ещё летом 2022 года успешно взял основной соперник Seagate, компания Western Digital, представившая соответствующую модель WD Red Pro.

Новый IronWolf Pro ориентированы на NAS/DAS сегмента SMB/SME. Накопитель рассчитан на нагрузку 550 Тбайт/год и оптимизирован для использования в RAID-массивах. Наработка на отказ заявлена на уровне 2,5 млн часов с вероятностью ошибок чтения, не превышающей 1×10^-15. Для этой модели, в отличие от прошлого поколения, заявлена возможность работы в неограниченном числе отсеков.

Источник здесь и далее: Seagate

Новинка с модельным номером ST22000NT001 отличается от своего собрата ёмкостью 20 Тбайт увеличенным вдвое — с 256 до 512 объёмом кеша, но максимальная скорость передачи данных у неё такая же, 285 Мбайт/с. А вот энергопотребление чуть выросло, до 7,9 Вт. Гермоблок, разумеется, гелиевый, он вмещает 10 CMR-пластин. В остальном всё то же: SATA-3, 7200RPM, только 512e-секторы.

Сводные технические характеристики семейства IronWolf Pro

Рекомендуемая цена новой модели IronWolf Pro составляет $600. Сопровождается диск пятилетней гарантией, к которой добавляется дополнительная трёхлетняя услуга по аварийному восстановлению данных. Надо полагать, что в ближайшее время Seagate анонсирует и 22-Тбайт накопители Exos X22 и SkyHawk AI.

«Умными» SSD уже никого не удивишь. Но компания Seagate предлагает пойти ещё дальше. Этот крупный производитель средств хранения данных заключил с Лос-Аламоской национальной лабораторией (LANL) соглашение о сотрудничестве, одной из целей которого может стать создание «вычислительных» HDD.

На деле соглашение о совместных исследованиях и разработке (Cooperative Research and Development Agreement, CRADA), разумеется, охватывает намного более широкий спектр задач. В частности, это поиск эффективных методов оптимизации систем хранения данных в характерных для HPC-задач сценариях, нередко генерирующих огромные объёмы данных.

Источник изображения: pixabay.com

Как отметил представитель LANL, в серьёзных научных симуляциях задача может не просто потребовать порядка 1 Пбайт RAM, но ещё и записывать выходные данные аналогичного объёма в течение длительного периода времени. Именно поэтому LANL активно ищет методы оптимизации, в том числе рассматривается перенос функций аналитики на вычислительные мощности накопителей.

Определённые успехи уже достигнуты: так, LANL и SK Hynix доказала возможность переноса некоторых функций обработки данных на SSD-контроллеры. А соглашение с Seagate ставит целью создание универсальной архитектуры вычислительных накопителей, пригодной для реализации не только в SSD, но даже в традиционных механических HDD.

Seagate Exos 2X18: жёсткий диск с двумя актуаторами. Источник: Seagate

В частности, на такую архитектуру можно будет возложить задачи помехоустойчивого кодирования со стирающим кодом (erasure coding), а точнее, восстановление (de-erasure) данных, обычно требующее не только времени на чтение, но и на обработку силами CPU. При этом должна вырасти скорость доступа, а затраты энергии и тепловыделение, наоборот, должны уменьшиться.

Как отметила Seagate, речи о воплощении подобной технологии в ПО для объектных хранилищ CORTX или дисках Exos пока не идёт — это пока исключительно исследовательский проект. Стоит дополнить, что основой вычислительных накопителей Seagate могут стать процессоры с архитектурой RISC-V: два таких дизайна компания разработала ещё в 2020 году.

В своё время Dropbox стал одним из первых крупных провайдеров облачных услуг, активно внедрявшим жёсткие диски с SMR-записью, что позволило увеличить плотность размещения данных. А сейчас компания присматривается к HDD с HAMR-записью, просчитывая влияние этой технологии на свои ЦОД.

В одном из последних постов в своём блоге компания поделилась некоторыми мыслями насчёт внедрения HAMR, технологии, обещающей жёсткие диски объёмом 30 Тбайт уже в ближайшем будущем, а в более отдалённом — 100 Тбайт и более. Дабы обеспечить предсказуемый уровень производительности и поддержать на должном уровне качество обслуживания (QoS), Dropbox планирует изменить конструкцию фирменных серверов и внести ряд изменений в инфраструктуру ЦОД.

Источник изображений здесь и далее: Dropbox

Одним из наиболее важных тезисов является вопрос влияния вибраций на качество функционирования HAMR HDD. В новых дисках существенно возрастёт плотность записи, а значит, вопрос точного позиционирования головок встанет острее. Характерные для серверных стоек вибрации, генерируемые вентиляторами систем охлаждения и блоками головок HDD в режиме поиска дорожки, могут негативно отразиться на производительности.

Таким образом, задача Dropbox заключается в минимизации вибраций, передаваемых на корпуса HDD. Для этого компания активно изучает спецификации OCP HDD Dynamics и планирует внести соответствующие изменения в конструкцию серверов седьмого поколения, включая снижение шума вентиляторов системы охлаждения. Для вибрационных тестов будет использована спецификация OCP HDD Acoustical Surrogate.

Другой важной проблемой высокоплотных HDD является снижение удельной производительности на случайных операциях (IOPS/Тбайт) по мере роста ёмкости накопителей. Минимально приемлемый уровень варьируется, но при падении ниже этого показателя (например, 5 IOPS/Тбайт) диск больше не может соответствовать требованиям к качеству обслуживания.

Для борьбы с этим можно либо снижать ёмкость задействованных HDD, либо использовать модифицированные прошивки, либо внедрять SSD-кеширование, либо применять HDD с более высокими показателями I/O, что ведёт к дополнительным затратам. Одним из вариантов решения проблемы является выпуск моделей с двумя актуаторами. Рассматривает возможность их применения и Dropbox. Ещё одна альтернатива — использование погружных СЖО, которые уже изучают Iceotope и Meta✴. Их применение потенциально позволит снизить уровень вибрации, хотя с точки зрения именно охлаждения их использование пока не слишком оправдано.

Есть и другие проблемы: так, для обеспечения плотности хранения свыше 6 Пбайт/узел компании придётся перестроить архитектуру сети, дабы поддержать на приемлемом уровне производительность при чтении и восстановлении данных. Тем не менее, в седьмом поколении фирменных серверов Dropbox всё же намеревается решить все проблемы и внедрить использование HDD с HAMR.

Компания Synology, по сообщению ресурса NAS Compares, в скором времени выведет на рынок новое семейство жёстких дисков HAT3300 Plus, разработанных специально для NAS. Накопители подходят для хранилищ, содержащих от одного до восьми отсеков. Устройства имеют LFF-исполнение, а для подключения служит интерфейс SATA-3. Применена традиционная магнитная запись CMR.

Серия HAT3300 Plus включает модели ёмкостью 4, 6, 8 и 12 Тбайт. Первые три имеют заполнение воздухом, четвёртая — гелием. У младшей версии скорость вращения шпинделя составляет 5900 RPM, объём буферной памяти — 64 Мбайт. У модификаций на 6 и 8 Тбайт шпиндель вращается со скоростью 5400 RPM, у варианта ёмкостью 12 Тбайт — 7200 RPM. У всех трёх HDD объём буфера равен 256 Мбайт.

Источник изображения: NAS Compares

Новинки рассчитаны на нагрузку до 180 Тбайт в год. Максимальная установившаяся скорость передачи данных варьируется в диапазоне 202–208 Мбайт/с. Накопители оснащены фирменной прошивкой, обеспечивающей стабильную работу в круглосуточном режиме. Срок гарантии — три года. Средняя заявленная наработка на отказ (MTBF) — 1 млн часов.

Western Digital анонсировала технологию OptiNAND, которая, по её словам, полностью меняет архитектуру жёстких дисков и вместе с ePMR открывает путь к созданию накопителей ёмкостью более 20 Тбайт (от 2,2 Тбайт на пластину) даже при использовании CMR — вплоть до 50 Тбайт во второй половине этого десятилетия. OptiNAND предполагает интеграцию индустриального UFS-накопителя серии iNAND непосредственно в HDD. Но это не просто ещё один вариант NAND-кеша.

Увеличение ёмкости одной пластины происходит благодаря повышению плотности размещения дорожек, что, правда, на современном этапе развития жёстких дисков требует различных ухищрений: заполнение корпуса гелием, использование продвинутых актуаторов, применение новых материалов, требующих энергетической поддержки записи (MAMR, HAMR и т.д.). Вместе с тем механическая часть накопителей не столь «тонка» и подвержена различным колебаниям, которые могут повлиять на запись и считывание столь плотно упакованных дорожек.

При производстве жёстких дисков делается калибровка и учёт этих ошибок в позиционировании головки (RRO, repeatable run out), а данные (речь идёт о гигабайтах) обычно записываются непосредственно на пластины, откуда и считываются во время работы накопителя. В случае OptiNAND эти мета-данные попадают во флеш-память, позволяя высвободить место. Правда, пока не уточняется, насколько это значимо на фоне общей ёмкости пластины.

Второй важный тип мета-данных, который теперь попадает в iNAND, — это информация о произведённых операциях записи. При повышении плотности размещения риск того, что запись на одну дорожку повлияет на данные в соседней, резко увеличивается. Поэтому, опираясь на данные о прошлых записях, жёсткий диск периодически перезаписывает данные соседних дорожек для повышения сохранности информации.

В старых накопителях одна такая операция приходилась примерно на 10 тыс. записей, в современных — на менее, чем на 10 записей. Причём учёт ведётся именно на уровне дорожек. iNAND же позволяет повысить точность отслеживания записей до секторов, что, в свою очередь, позволяет разнести операции перезаписи в пространстве и времени, снизив общую нагрузку на накопитель и повысив плотность размещения дорожек без ущерба для производительности, поскольку надо тратить меньше времени на «самообслуживание».

Наконец, быстрая и ёмкая UFS (вплоть до 3.1) позволяет сохранить в 50 раз больше данных и мета-данных из DRAM в сравнении с жёсткими дисками без OptiNAND в случае аварийного отключения накопителя и в целом повысить его производительность, причём в независимости от того, включено ли кеширование записи или нет. Кроме того, новый слой памяти позволяет лучше оптимизировать прошивку под конкретные задачи — будут использоваться 162-слойные TLC-чипы от Kioxia, которые можно настроить в том числе на работу в режиме SLC.

Western Digital планирует использовать OptiNAND в большинстве серий своих жёстких дисков, предназначенных для облаков и гиперскейлеров, корпоративных нужд (Gold), систем видеонаблюдения (Purple) и NAS (Red). Первые образцы 20-Тбайт накопителей (CMR + ePMR) с OptiNAND уже тестируются избранными клиентами компании. А вот о потребительских решениях пока ничего сказано не было.