Western Digital: Mehr Festplatten-Kapazität durch Flash-Integration
WD verwendet den NAND-Flash in neuen HDDs nicht etwa als Cache, sondern zum Speichern von Betriebsdaten, was eine größere Speicherdichte ermöglicht.
(Bild: Western Digital)
Zur Erhöhung der Festplattenkapazität setzen die Hersteller bislang vor allem auf die Verkleinerung der Magnetteilchen, die für die Speicherung eines Bits notwendig sind. Western Digital geht nun zusätzlich einen anderen Weg: Flashspeicher auf der Platine der Festplatte soll einen Teil der Metadaten aufnehmen und damit auf den Scheiben Platz für zusätzliche Nutzdaten schaffen. Wer bei der Verbindung von Festplatte und SSD jetzt an die vor einigen Jahren üblichen SSHDs denkt, liegt falsch: Dort wurde der Flash-Teil ausschließlich als Cache für die Daten auf der Festplatte eingesetzt. OptiNAND arbeitet anders.
Bislang speichern Festplatten nicht nur die Nutzdaten. Zu jedem Sektor Nutzdaten gehören Blöcke mit Prüfsummen zur Fehlerkorrektur, ein Synchronisationsblock, ein Leerbereich und eine Data Allocation Map. Ein 4096 Byte großer Nutzdatenblock erhält beispielsweise einen ECC-Bereich von rund 100 Byte. Einen Teil dieser Metadaten soll nun der Flash-Teil der SSD aufnehmen, wodurch sich bereits ein gewisser Prozentsatz Kapazitätssteigerung realisieren lässt.
Einige GByte auf den Plattern (Scheiben) belegte bisher zudem der individuelle Repeatable Runout für das Positionsfehlersignal beim Rotieren, den Festplattenhersteller in der Produktion bestimmen. Hinzu kommen Angaben, wann Interferenzen auftraten, wann Datenspuren zuletzt erneuert wurden, um trotz magnetischer Einflüsse von Nachbarspuren abrufbar zu bleiben, und wo sich der HDD-Kopf zu welchem Zeitpunkt befand.
Mehr Speicherplatz
Der Flash-Speicher dient jedoch noch einem weiteren Zweck: Schreibvorgänge und auftretende Interferenzen sollen genauer erfasst werden, um nicht mehr ganze Datenspuren erneuern zu müssen, sondern nur noch einzelne Sektoren. Dies vergrößert das Polster bei der sogenannten Adjacent Track Interference (ATI), sodass sich die Datenspuren enger aneinander platzieren lassen. Die Speicherdichte steigt folglich.
Wie groß der maximale Kapazitätsgewinn durch die Verlagerung der Metadaten in das Flash ist, wollte Western Digital bei der Präsentation nicht beantworten. Die Datendichte auf einer Scheibe steigt von 2 auf 2,2 TByte, maximal neun Scheiben passen aktuell in die Gehäuse hinein. Das Unternehmen verspricht, die 18-TByte-ePMR-Festplatte Ultrastar DC HC550 durch die OptiNAND-Technik auf 20 TByte heben zu können. Die bereits verfügbaren 20-TByte-Festplatten von Western Digital arbeiten mit der in einigen Fällen ungeeigneten Aufzeichnungstechnik Shingled Magnetic Recording (SMR) und sind nicht direkt vergleichbar.
Geschwindigkeitsplus
HDD-Scheiben bieten grundsätzlich zwar viel Platz zum Speichern von Metadaten, haben aber einen erheblichen Nachteil: eine niedrige Lese- und Schreibgeschwindigkeit. Zudem verringert jeder Zugriff die Praxis-Performance. Einen Teil der Metadaten halten Festplatten deshalb auch im DRAM, der mit bestenfalls 512 MByte Kapazität jedoch kaum Platz dafür aufweist.
Die OptiNAND-Technik soll die Festplattengeschwindigkeit also auch erhöhen, einerseits durch den Wegfall von Zugriffen auf Metadaten, andererseits durch die höhere Nutzdatendichte auf den Scheiben.
Künftig will Western Digital OptiNAND in alle neuen Festplatten mit einer Kapazität ab 20 TByte integrieren. Je nach Einsatzzweck sieht die Firma den Einsatz von günstigen eMMC- oder schnelleren UFS-Bausteinen vor. Die Konfiguration des ersten 20-TByte-Modells hat der Hersteller nicht detailliert erklärt.
Bonuspunkte sieht der Hersteller derweil bei plötzlichen Stromausfällen. Nur in einem solchen Fall hält der Flash-Speicher für Nutzdaten her: Bekommt die HDD keinen Strom mehr, nutzt sie die Restenergie der rotierenden Pattern, um bis zu 100 MByte vom DRAM-Cache auf den NAND-Flash zu kopieren, sodass diese nicht verloren gehen. Beim Weg vom DRAM-Cache auf die Pattern klappt das laut WD-Angaben nur mit 2 MByte.
Preisfrage
Zum Preis für die Technik hat sich Western Digital noch nicht geäußert. Die Kapazitätserhöhung erfolgt ausschließlich aus dem Einsatz von Flash-Bausteinen. Die erwähnte Ultrastar DC HC550 liegt bei rund 470 Euro, eine 2-TByte-SSD bei knapp 200 Euro – selbst wenn Western Digital für die Flash-Bausteine sicherlich weniger kalkulieren muss, wird sich der Preis für die OptiNAND-Laufwerke deutlich oberhalb von Festplatten ohne diese Technik einpendeln müssen.
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