Actualizaciones de la hoja de ruta de Western Digital: grabación asistida por energía, actuadores multietapa, almacenamiento por zonas

Entre CES a principios de mes, una serie de presentaciones en Storage Field Day la semana pasada y un informe de ganancias trimestrales esta semana, hemos escuchado de casi todas las divisiones de Western Digital sobre sus últimas prioridades, estrategias y hojas de ruta. Estos son los aspectos más destacados.

Tecnología de disco duro: grabación asistida por energía, actuadores y suspensión mejorados

El desarrollo de Western Digital de la tecnología de disco duro está avanzando en varios frentes para superar los límites de sus HDD empresariales de alta capacidad. El helio es una vieja noticia y se utiliza en todas sus unidades de más de 10 TB. Últimamente, la mayor atención se ha centrado en la grabación magnética asistida por calor (HAMR) y la grabación magnética asistida por microondas (MAMR), las cuales caen bajo el título de grabación asistida por energía. Western Digital aún está a unos años de implementar HAMR o MAMR, pero su próxima generación de discos duros da los primeros pasos en esa dirección.

Este año, WDC está comenzando a ofrecer su última generación de discos duros empresariales de alta capacidad que se anunciaron en 2019: el Ultrastar DC HC550 de 16 TB y 18 TB y el Ultrastar DC HC640 de 20 TB con grabación magnética en tejas (SMR). Todos estos nuevos modelos contarán con la primera tecnología de grabación asistida por energía de WDC, a la que han denominado ePMR. Esta sigue siendo una característica de transición bastante mal definida, pero se basa en algunas de las partes necesarias para implementar MAMR. Las hojas de ruta de WDC los hacen seguir con ePMR durante algunos años más antes de implementar completamente la tecnología HAMR o MAMR.

La tecnología para posicionar los cabezales de los discos duros también ha mejorado. La nueva generación de HDD empresariales de capacidad será la primera de Western Digital en utilizar actuadores de tres etapas para búsquedas más rápidas y precisas. De manera muy aproximada, esto es similar a dar codo a los brazos y escribir articulaciones. Esto no debe confundirse con los accionamientos de múltiples actuadores que permiten que los cabezales de algunos platos se muevan independientemente de los cabezales de otros platos. Seagate ha estado haciendo más ruido sobre los discos duros de doble actuador y su potencial para mejorar significativamente las cifras de IOPS / TB que han estado en declive, pero Western Digital también está trabajando en unidades de múltiples actuadores, simplemente no han compartido planes para traer ellos al mercado.

3D NAND: precio y recuento de capas en aumento

El lado de la memoria flash de Western Digital se centra actualmente más en ofrecer mejoras incrementales en lugar de introducir cambios tecnológicos importantes. Los bajos precios de la memoria flash en 2018 y 2019 hicieron que WDC y sus competidores lo tomaran con calma durante la transición de 64L a 96L, y WDC planeó hacer que la próxima generación requiera menos capital después de varias generaciones de costos de transición crecientes.

La demanda de memoria flash ahora ha alcanzado la oferta y se espera que supere significativamente la oferta a finales de este año, en parte debido a los recortes de CapEx en la mayor parte de la industria. Western Digital no espera aumentar significativamente su producción de obleas este año, pero a medida que hagan la transición a BiCS5, eso ayudará a aumentar un poco la producción de bits. Western Digital y Kioxia han puesto en línea su nueva fábrica K1 en Kitakami, prefectura de Iwate, Japón, uniéndose a sus varias fábricas en Yokkaichi, prefectura de Mie. Sin embargo, por ahora, la capacidad extra de la fábrica simplemente les da la holgura necesaria para hacer la transición de otras fábricas a BiCS5 y aún no está ayudando a aumentar la producción total de obleas.

La quinta generación de Western Digital / Kioxia BiCS 3D NAND ahora se ha revelado oficialmente como un diseño de 112 capas, un modesto aumento del 16% en el recuento de capas sobre el BiCS 4 de 96 capas. Las dos compañías han estado trabajando para mejorar también la densidad en varios otras formas además de aumentar el recuento de capas, por lo que la densidad de la matriz de memoria de BiCS5 es más como una mejora del 20% sobre BiCS4, todavía no es exactamente revolucionaria. Western Digital y Kioxia han comenzado la producción limitada y el muestreo de piezas BiCS5, pero BiCS4 sigue siendo la abrumadora mayoría de su producción de bits NAND y BiCS5 no comenzará a aumentar seriamente hasta la segunda mitad de 2020.

Almacenamiento para el consumidor: WD_BLACK para jugadores

La estrategia del consumidor de Western Digital parece ser mayormente como siempre: no sucede nada interesante con sus productos SATA, y es posible que sus unidades NVMe para el consumidor no vean más actualizaciones hasta que pasen a PCIe 4.0, sobre lo que WD no ha dicho mucho. La principal excepción al estancamiento es su enfoque en productos para jugadores. WDC ve a los jugadores como una base de clientes más confiable y menos sensible al precio que los consumidores en general. Los jugadores son sin duda uno de los segmentos más grandes de consumidores que todavía tienen un fuerte crecimiento en sus necesidades de almacenamiento local:

Western Digital ahora tiene una amplia gama de productos orientados a los jugadores bajo su marca WD Black, que ha migrado a una nueva apariencia. Su SSD SN750 NVMe y todas las unidades externas para jugadores ahora tienen el estilo WD_BLACK y comparten muchos de sus elementos de diseño visual.

Con tres familias principales de unidades WD_BLACK externas más el SSD NVMe interno y algunas variantes adicionales, la marca WD_BLACK es bastante amplia. Esto ha diluido un poco el significado de WD Black como referencia solo a los productos de mayor rendimiento en cada categoría, pero significa que WD tiene mucho que ofrecer tanto a los jugadores de consola como a los de PC. Con una nueva generación de consolas que llegará a fines de este año, WD estima que el mercado de almacenamiento de consolas será una oportunidad de varios exabytes solo para 2020.

Almacenamiento en centros de datos: ¿Casi listo para que despegue SMR?

Los SSD son una parte importante y lucrativa de la línea de almacenamiento empresarial y de centros de datos de Western Digital, pero en términos de bits enviados, sus discos duros de alta capacidad todavía están muy por delante. Ambos mercados todavía están experimentando un crecimiento saludable y los discos duros no perderán relevancia en el corto plazo.

La R&D del disco duro de Western Digital se centra casi exclusivamente en servir a sus clientes empresariales y de centros de datos. El negocio de las memorias flash no está tan enfocado, pero el mercado de servidores es definitivamente donde Western Digital preferiría vender la mayor parte de su NAND.

Actualmente, la participación de mercado de Western Digital para SSD empresariales es de poco menos del 10%, y su capacidad de expansión fue un poco limitada durante el último trimestre debido a problemas en la cadena de suministro con componentes distintos a su flash NAND. Con ese problema ya resuelto, WDC espera duplicar su participación de mercado durante el próximo año, con un objetivo del 20%. Recientemente, han obtenido varias victorias en nuevos diseños para sus unidades empresariales NVMe, y uno de sus nuevos clientes es un importante proveedor en la nube a hiperescala. Incluso si no alcanzan su objetivo de participación de mercado, ganarán mucho más dinero en este segmento durante el próximo año a medida que suban los precios.

Izquierda: proyecciones de abril de 2019 Derecha: proyecciones de enero de 2020

Los discos duros SMR han estado disponibles durante años, pero aún no han sido adoptados masivamente en el centro de datos. Las desventajas de rendimiento de SMR son significativas, y cuando SMR solo marca la diferencia entre 18TB y 20TB, es difícil de vender. Recientemente, la primavera pasada, Western Digital proyectaba que los discos duros SMR constituirían una fracción no trivial de los exabytes de discos duros del centro de datos enviados a partir de 2019, con un crecimiento de aproximadamente el 50% del mercado alrededor de 2023. Ahora, las proyecciones actualizadas de Western Digital reconocen que SMR básicamente no fue a ninguna parte en 2019 y hará lo mismo para 2020, pero están convencidos de que comenzará a despegar en 2021. Varias cosas deben cambiar sobre la situación actual antes de que eso pueda suceder.

Primero, los discos duros SMR deben tener ventajas convincentes. Western Digital promete que la brecha de capacidad entre las unidades CMR y SMR se ampliará en los próximos años, aunque no llegan a prometer que SMR tendrá una ventaja significativa en $ / TB. Incluso a $ / TB comparables, las unidades más grandes pueden proporcionar un TCO más bajo para grandes implementaciones al reducir la cantidad de servidores necesarios para alcanzar un cierto punto de capacidad. Este es un argumento que Western Digital ha estado presentando para impulsar también sus unidades CMR más grandes:

Estimaciones de WDC sobre cómo sus HDD de 18TB pueden ofrecer un TCO más bajo que 14TB al mismo $ / TB

El otro gran cambio necesario para que SMR tenga éxito es que las penalizaciones por desempeño deben volverse más manejables. Las unidades SMR son fundamentalmente incapaces de admitir escrituras aleatorias. Necesitan almacenar en búfer y escribir una pista completa a la vez, y las pistas que se superponen solo se pueden reescribir en orden. Los HDD SMR administrados por unidad permiten que el sistema host haga como si esas restricciones no existen mediante el uso de grandes cachés de escritura. Western Digital cree que la mejor manera de obtener un buen rendimiento de las unidades SMR es, en cambio, hacer SMR administrado por host, donde el software conoce las restricciones de escritura dentro de una zona protegida. Obviamente, esto requiere cambios importantes en la pila de software y, según WDC, esto es lo que ha estado frenando la adopción de SMR en el centro de datos. Western Digital ha estado trabajando mucho para ayudar a preparar el ecosistema de software para discos duros SMR, y creen que para 2021 tendrán clientes importantes que estarán listos para implementar software compatible con SMR como parte de una implementación masiva de SMR. unidades.

Iniciativa de almacenamiento por zonas

Las restricciones de patrones de acceso a datos impuestas por los discos duros SMR son inquietantemente similares a algunos de los desafíos fundamentales de trabajar con la estructura de bloques de borrado de página pequeña frente a la enorme memoria flash NAND. Durante el último año, Western Digital ha estado promocionando su Iniciativa de almacenamiento por zonas que busca abordar ambos desafíos a la vez y permitir que las aplicaciones se ocupen de manera genérica con dispositivos de almacenamiento por zonas, ya sean SSD o HDD SMR. Los conjuntos de comandos ATA y SCSI ya tienen extensiones para SMR administrado por host. WDC ha estado ayudando a NVMe a desarrollar la extensión Zoned Namespace (ZNS) para proporcionar una interfaz similar a las SSD.

Para los discos duros, los beneficios de SMR son pequeños pero deben ser mayores. Para los SSD, cambiar a un modelo por zonas puede permitir proporciones de sobreaprovisionamiento drásticamente más pequeñas y DRAM incorporada, por lo que las unidades pueden ser más baratas y ofrecer un rendimiento similar en muchas cargas de trabajo. La E / S correctamente administrada por el host también puede reducir significativamente la amplificación de escritura, lo que permite una mayor resistencia de escritura efectiva.

Western Digital ya está enviando el SSD Ultrastar SN340 NVMe que brinda algunas de esas ventajas sin usar la próxima extensión ZNS, al hacer que la capa de traducción Flash funcione con bloques de 32kB en lugar de 4kB. Al igual que un disco duro SMR administrado por unidad, esto significa que el SN340 permitirá que el host emita comandos de escritura aleatorios, pero el rendimiento para ellos será una mierda. Por lo tanto, el SN340 está dirigido solo a las cargas de trabajo de lectura más intensiva. Un SSD ZNS probablemente se ocuparía de tamaños de zona del orden de decenas de megabytes en lugar de 32kB, y requeriría que el sistema host se asegurara de que sus escrituras sean secuenciales dentro de cada zona para evitar el horrible rendimiento de escritura aleatoria.

Es probable que la extensión NVMe Zoned Namespace se ratifique este año. El trabajo de software de Western Digital en este espacio ha sido todo de código abierto, centrándose en el soporte en el kernel de Linux y desarrollando las herramientas y bibliotecas necesarias para un ecosistema de almacenamiento por zonas.

Fuente: https://www.anandtech.com/show/15457/western-digital-roadmap-updates-energy-assisted-recording-multistage-actuators-zoned-storage