Western Digital (WD) fortalte denne uken at selskapet har utviklet en ny teknologi kalt OptiNAND, som kombinerer harddisker med flashminne. Dette skal åpne for harddisker med bedre pålitelighet, bedre ytelse og større lagringskapasitet.
Sintef-forsker: Både hjemmekontor og kveldsjobbing kan være bra
Fiaskoen hybride harddisker
Ideen om å kombinere de sterke sidene til flashminne og harddisker i én og samme enhet, er temmelig gammel. Allerede i 2007 kom Samsung på markedet med det som ble kalt for en hybrid harddisk. Hensikten var primært å kunne redusere oppstartstiden til PC-er på et tidspunkt hvor flashminnebaserte SSD-er fortsatt var ganske små og dyre.
Da kunne oppstartsfilene og andre mye brukte filer bli lagret i det ikke-flyktige flashminnet, i tillegg til på harddisken, og lastes derfra ved behov.
Hybride harddisker ble ingen suksess, først og fremst fordi reduksjonen i oppstartstid var så begrenset at det ikke forsvarte den økte prisen. Dette skyldtes delvis at lagringskapasiteten til flashminnet i de første modellene var temmelig begrenset, gjerne 256 megabyte – noe som sjelden var tilstrekkelig til å romme alle de filene som måtte lastes for å starte operativsystemet.
Senere kom det hybride harddisker med langt mer flashminne, men på dette tidspunktet var SSD-ene blitt billigere og tilstrekkelig store for mange.
Noe helt annet denne gangen
Med OptiNAND-teknologien har flashminnet i de kommende harddiskene i Western Digital helt andre oppgaver enn å gi rask tilgang til de mest brukte filene. Én av disse oppgavene er å redusere faren for datatap ved plutselige strømbrudd.
De fleste harddisker har et DRAM-basert bufferminne som dataene fra datamaskinen lagres i før de skrives til de magnetiske skivene. Blant fordelene med dette er at data kan lese fra og skrives til harddisken på en mer optimalisert måte enn «førstemann til mølla».
Blant ulempene med en DRAM-basert buffer, er at stort sett alt det inneholder, forsvinner i det øyeblikket det oppstår et plutselig strømbrudd. Dersom det ligger noe i skrivebufferen som ennå ikke har blitt skrevet til platene, går dette i utgangspunktet tapt.
For å redusere problemet noe, kan harddisker gjenvinne en del energi fra de roterende platene mens de spinner ned. Ifølge WD kan denne energien i dagens harddisker brukes til å skrive rundt 2 megabyte med data over i et serielt flashminne før DRAM-minnet slukner.
Høyre: Ber regjeringen om beredskapssvar
Kan redde 50 ganger mer
I harddisker basert på OptiNAND-teknologien benyttes det WD kaller for iNAND Universal Flash Storage (UFS) Embedded Flash Drive (EFD), en integrert flashminneenhet som sammen med en ny systembrikke og nye fastvarealgoritmer skal gjøre det mulig å kopiere rundt 100 megabyte med data fra den flyktige skrivebufferen og over i flashminnet, dersom det skjer er plutselig strømbrudd.
For øvrig er det mulig å skru av skrivebufferen til harddisker. Da vil alle data skrives rett til den magnetiske platen, uten at de først mellomlagres i DRAM-minnet. På den måten vil mer data kunne være skikkelig lagret når et plutselig strømbrudd oppstår, men man mister optimaliseringsfordelene med bufferminnet.
Utfordringer med interferens
I moderne harddisker lagres dataene svært tett. Dette gjør at når det skrives til et spor, så blir også sporene som ligger inntil dette sporet, påvirket. Jo tettere dataene er lagret, desto større er interferensen (ATI – Adjacent Track Interference). For å forhindre at dataene i de tilstøtende sporene blir korrupte, må disse tilstøtende sporene eller sektorene oppfriskes, altså først leses og så skrives på nytt.
Ifølge WD kunne man for bare noen harddiskgenerasjoner siden skrive til et spor på harddisken 10.000 ganger før de tilstøtende sporene måtte oppfriskes. Dette antallet har i nyere harddiskgenerasjoner blitt kraftig redusert, slik at enkelte spor kanskje må oppfriskes etter så lite som seks skrivinger til et tilstøtende spor.
En så hyppig oppfriskning av sporene kan gå betydelig ut over ytelsen til harddisken. Ikke minst gjelder dette i forbindelse med lagring av harddiskens metadata.
IT-ingeniør: Saksøker by for syv mrd. i jakten på bitcoin han kastet i søpla
Flytter metadata over i flashminnet
For å holde styr på ATI-en og andre data som er med på å sikre nøyaktigheten og påliteligheten til harddiskene, genererer harddiskene mange gigabyte med metadata. Mengdene er så store at det ikke er mulig å vedlikeholde alt i DRAM-bufferen. Derfor må også disse dataene stadig skrives til og leses fra de magnetiske platene i harddisken, noe som fører til ytterligere behov for oppfriskning av spor og dermed forsinkelser for lesingen og skrivingen av nyttedata.
Med OptiNAND flyttes alle disse metadataene over i flashminnet, hvor de kan lagres og leses mye raskere, uten å forstyrre lesingen og skrivingen som skjer på de roterende platene. I tillegg vil metadataene om skriveoperasjoner kunne lagres på sektornivå med OptiNAND, mens de i dagens harddisker lagres på spornivå i selve sporene. På platene i en harddisk er hvert spor delt opp i flere sektorer. Tilgang til metadata på sektornivå gjør at det er mulig å oppfriske sektorer istedenfor å oppfriske hele sporet.
Ved at metadataene flyttes til flashminnet, frigjøres dessuten lagringsplass på de roterende platene. Dette kan dermed brukes til nyttedata.
På markedet i år
Western Digital skal komme på markedet med de første OptiNAND-baserte produktene senere i år. Disse skal ha opp til ni plater som hver har en kapasitet på 2,2 terabyte med data, altså opp til 20 terabyte per harddisk. Ifølge Storage Reviews skal disse harddiskene være utstyrt med 64 gigabyte med iNAND.
Hvordan vil prøveboring se ut i en digital verden?
