「我還沒死!」(I’m not dead yet.)這句話是電影《聖杯傳奇》(Monty Python and the Holy Grail)的經典台詞,恰好用來形容傳統硬碟(HDD)的現況。儘管快閃記憶體(flash)的價格降低,加上固態硬碟(SSD)持續創新——部份原因來自於非揮發性記憶體(NVMe),機械式硬碟仍有穩健發展的市場空間。

Objective Analysis首席分析師Jim Handy說:「很多人都說整個世界即將轉向flash。但是,我並不這麼想。硬碟其實在所謂『廉價和深入』(cheap and deep)儲存方面仍有不錯的發展空間。」而且,儘管flash大幅降價但並未反映在頂級儲存媒體,NAND flash和硬碟之間仍然存在10:1的價格差距。他並指出,這樣的差距「並不會太快消失。」

同時,隨著儲存階層的層數增加,儲存和記憶體之間的界限日益模糊。一旦它可用於高階像DRAM或在低階的機械式硬碟一樣簡單時,中間的flash也隨之成長了,而且英特爾(Intel)也希望Optan在此佔據一席之地。甚至磁帶仍然是異地備份(offsite backups)的可行儲存選,而且當今的處理器中也有多個快取。因此,Handy說:「只要你能用更多層讓系統以更低成本運作地更好,那就沒有理由去限制層數的增加。」

就像SSD如何從NVMe和NVMe over Fabric中受益一樣,隨著軟體和部署架構演進,如何更智慧地使用硬碟的方式也在發生變化。Western Digital最近宣佈其分區儲存(Zoned Storage)計劃,利用硬碟作為雲端和超大規模資料中心之儲存設計的一部份。該架構包括疊瓦式磁記錄(SMR) HDD結合新興分區命名空間(ZNS)標準的NVMe SSD,以提供滿足zettabyte (ZB)級儲存需求的儲存容量,以及更佳耐用性、可預測的低延遲以及服務品質(QoS)性能。

Western Digital的分區儲存計劃將類似的資料歸納到更大的群組中,以組織工作負載,從而提高性能效率,並將循序資料寫入SMR硬碟,同時利用NVMe SSD的進展。(來源:Western Digital)

根據Western Digital產品管理資深總監Eddie Ramirez表示,使用SMR HDD顯示並非所有的新工作負載都需要NAND flash或甚至是Optane,而且仍然需要通用架構之外的其他選擇。更多此類資料,例如視訊、物聯網(IoT)、邊緣和監視資料基本上都是連續的。他說,Zoned Storage計劃將類似的資料歸納至更大的群組,以組織工作負載,從而提高性能效率,包括更有效利用在高達20TB硬碟上的可用儲存,目前該公司的15TB Ultrastar DC HC620 SMR HDD已在大量出貨中。

Ramirez表示,Western Digital同時耕耘SSD和硬碟市場。「我們看到了雙方面市場的發展趨勢。資料中心將繼續存在SSD和HDD的發展空間。如果你看看目前NAND的容量有多大,就會知道它並未隨著資料成長速度而擴增。」他說總會有需要結合使用二者的應用,而機械式硬碟的每TB成本將會一直遠低於flash。

Ramirez表示,改變之處在於以往「一種容量、一種類型的HDD適用於所有類型」的典範不再適用了,因此,就像過去幾年來SSD針對不同工作負載進行細分一樣,必須為將在未來幾年主導資料中心的工作負載最佳化特別打造HDD儲存。十年前,進入雲端資料中心的資料主要都是來自ERP系統的資料庫——它非常有組織,但他說,當今的資料有著很大的不同。例如,它還包括了視訊串流監控資料,以及LTE實現的智慧城市裝置資料。「其中有許多都是連續的。這一類大型資料需要完全不同於以往資料庫導向資料的儲存方式。」

從某種意義上來看,Ramirez指出,在物件儲存和軟體定義儲存的趨勢下,裝置本身就是用於資料中心的構建模組,這正是Zoned Storage計劃的思考重點。此外,這些新工作負載中的大部分資料都可以循序寫入,而SMR硬碟則能夠在高容量硬碟上將這些資料更緊密地寫在一起。但這並不表示實際的媒體層級沒有什麼真正的創新;相反地,架構中有更多的智慧——就像NVMe開啟使用flash的好處一樣,因為在那之前都是使用HDD架構進行部署。

IDC企業基礎架構實踐研究副總裁Eric Burgener表示,Western Digital的Zoned Storage反映了這樣一個事實:對於隨機工作負載,flash顯然更好,或者可能採用其他新的固態技術,如儲存級記憶體,「但對於串流工作負載,硬碟其實提供了非常好的性能。」而且還更便宜,特別是當你想堆疊很多的時候——在企業級SSD中,flash仍然是30美分/1Gb。「如果您討論的是像視訊等串流工作負載,或是不一定需要極低延遲的大數據分析,以及全串流式工作負載,那麼硬碟能讓你以更佳成本效益獲得非常好的性能。」

Burgener表示,融合硬碟與SSD而成的新架構,不僅僅是一種對於資料量的回應,同時也反映資料類型的根本轉變。相較於flash更善於處理經典資料(通常是較小且隨機的工作負載),近來與雲端、人工智慧(AI)、機器學習和深度學習有關的較新資料全然不同。「Western Digital使用Zoned Storage計劃有助於定義一種新的硬碟定義,以因應NVMe和SMR HDD二者的結合。應用端和硬碟本身之間存在著智慧層,基本上它可以告訴硬碟,『這是你期待的IO配置文件』然後再進入定義好的分區,使其能以最佳成本提供性能。」

希捷首席產品經理Sinan Sahin指出,除了在Facebook和Googles大力推動下,帶動資料中心的儲存需求之外,硬碟出貨量持續大幅下滑,尤其是客戶端裝置。然而,在儲存密度方面則仍有成長,特別是在雲端和超大規模領域。他說,筆記型電腦、平板電腦和智慧型手機中的所有SSD都用於儲存等待備份到雲端的資料,最終再儲存至大容量的硬碟中。「我們可提供16TB的硬碟容量,而雲端和超大規模資料中心的目標則在於降低每TB的價格,並盡可能地增加更多儲存容量。」

Seagate為NAS提供Ironwolf硬碟儘管客戶端裝置的硬碟銷售下滑,但看好資料中心與NAS的需求持續成長,Seagate為NAS提供了Ironwolf硬碟。(來源:Seagate)

事實上,Sahin表示,業界一直難以跟上資料中心的儲存需求,而且對於需要現場、冗餘儲存的大小型企業來說,NAS也還有很多機會。他說,諸如監控等邊緣運算應用也是硬碟的一個重要成長領域。

同時,各種研發致力於降低硬碟中的機械元件數量,一併減少了潛在的故障,從而有助於其媲美flash的可靠性,並帶來了創新。還有其他更有效的資料寫入方法,例如用於超大容量HDD的微波輔助磁記錄(MAMR)技術,以及熱輔助磁記錄(HAMR)。雖然HAMR涉及新的材料科學,但MAMR使用自旋扭矩振盪器以產生微波場,增加以超高密度記錄資料的能力,而不至於對可靠性產生任何負面影響。

Sahin表示,最終,資料的成長率以及所需的冗餘取決於如何保持硬碟與創新需求的相關性。隨著資料的增加和客戶的更多創意應用,接下來的挑戰在於如何提供更多的儲存層。他說,「這正是我們致力於滿足的需求,而且當我們達此目標後,還會看到更多的需求。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:Lots of Spin Left for Hard Drives,by Gary Hilson)