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.

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.

Вчера был опубликован релиз спецификаций NVMe 2.0. Из скромного протокола для блочных устройств хранения данных, использующих PCI Express, NVMe эволюционирует в один из самых важных и универсальных протоколов для хранилищ практически любого типа. Новые спецификации будут способствовать развитию экосистемы устройств NVMe: SSD, карт памяти, ускорителей и даже HDD.

Вместо базовой спецификации для типовых PCIe SSD и отдельной спецификации NVMe-over-Fabrics (NVMe-oF), версия 2.0 изначально разработана как модульная и включает целый ряд отдельных стандартов: базовый набор (NVMe Base), отдельные наборы команд (NVM, ZNS, KV), спецификации транспортного уровня (PCIe, Fibre Channel, RDMA, TCP) и спецификации интерфейса управления (NVMe Management Interface). Вместе они определяют то, как программное обеспечение хоста взаимодействует с накопителями и пулами хранения данных через интерфейсы PCI Express, RDMA и т.д.

Базовая спецификация теперь охватывает и локальные устройства, и NVMe-oF, но является намного более абстрактной и не привязанной к реальному миру — было изъято столько всего, что её уже недостаточно для определения всей функциональности, необходимой для реализации даже простого SSD. Реальные устройства должны ссылаться ещё как минимум на одну спецификацию транспортного уровня и на одну спецификацию набора команд. В частности, для типовых SSD, к которым все привыкли, это означает использование спецификации транспорта PCIe и набора команд блочного хранилища.

Три стандартизированных набора команд (блочный доступ, ZNS и Key-Value) охватывают области применения от простых твердотельных накопителей с «тонкими» абстракциями над базовой флеш-памятью до относительно сложных интеллектуальных накопителей, которые берут на себя часть задач по управлению хранением данных, традиционно выполнявшихся программным обеспечением на хост-системе. При этом различным пространствам имен, расположенным за одним контроллером, дозволено поддерживать разные наборы команд.

В NVMe 2.0 также добавлен стандартный механизм управления пулами хранения данных, который позволяет более тонко управлять нагрузкой в зависимости от производительности, ёмкости и выносливости конкретных устройств. Иерархия пулов также была расширена ещё одним уровнем доменов, внутри которых теперь существуют группы, где, в свою очередь, находятся отдельные наборы NVM-устройств.

Будущие наборы команд, например для вычислительных накопителей (computational storage), все еще находятся в стадии разработки и пока не готовы к стандартизации, но новый подход NVMe 2.0 позволит легко добавить их при необходимости. В принципе, в состав NVMe мог бы войти и стандарт Open Channel, но отрасль считает, что парадигма зонированного хранения обеспечивает более разумный баланс, и интерес к Open Channel SSD ослабевает в пользу ZNS-решений.

Из прочих изенений в NVMe 2.0 можно отметить поддержку 32-бит и 64-бит CRC, новые правила безопасного отключения устройств в составе общих хранилищ (при доступе через несколько контроллеров), более тонкое управление правами доступа — можно разрешить чтение и запись, но запретить команды, меняющие настройки или состояние накопителя — и дополнительные протоколы, касающиеся обновления прошивок.

Также в NVMe 2.0 появилась явная поддержка жёстких дисков. Хотя маловероятно, что HDD в ближайшее время перейдут на использование PCIe вместо SAS или SATA, поддержка таких носителей означает, что в будущем предприятия смогут унифицировать свои SAN c помощью NVMe-oF и отказаться от старых протоколов, таких как iSCSI.

В целом, NVMe 2.0 приносит не та уж много новых функций, как это было с прошлыми версиями. Однако сама реорганизация спецификации поощряет итеративный подход и эксперименты с новыми функциями. Так что в ближайшие несколько лет, вероятно, обновления будут менее масштабными и станут выходить чаще.