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Mit NAND-Flash zur Festplatte 2.0

Zusätzlicher Flash-Speicher soll sowohl die Kapazität von Festplatten steigern als auch ihre Geschwindigkeit. OptiNAND nennt Western Digital die Technik.

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: Flash-Speicher auf der Platine der Festplatte soll einen Teil der Metadaten aufnehmen und damit auf den Scheiben Platz für zusätzliche Nutzdaten schaffen. Es handelt sich bei der OptiNAND genannten Technik also nicht um eine Weiterentwicklung der vor einigen Jahren verkauften SSHDs, bei denen der Flash-Speicher als Cache für die Daten auf der Festplatte diente.

Ein wenig NAND-Flash-Speicher soll klassische Festplatten nicht nur beschleunigen, sondern auch deren nutzbare Kapazität erhöhen.

Bild: Western Digital

Zu jedem Sektor Nutzdaten auf den Scheiben 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.

Weiterhin befinden sich auf den Scheiben bislang der für jedes Laufwerk individuelle Repeatable Runout für das Positionsfehlersignal beim Rotieren, Angaben zu Interferenzen, wann Datenspuren zuletzt erneuert wurden, um trotz magnetischer Einflüsse von Nachbarspuren lesbar zu bleiben, und wo sich der Festplattenkopf zu welchem Zeitpunkt befand. All diese Daten können in den Flash-Teil des Laufwerks wandern und auf den Scheiben Platz für weitere Nutzdaten schaffen.

Durch eine genauere Erfassung der Interferenzdaten – die natürlich auch mehr Speicherplatz benötigt und deshalb ebenfalls auf den Flash-Bereich ausgelagert wird – sollen schließlich schmalere Datenspuren möglich sein, was ebenfalls zur Kapazitätssteigerung führt. Da das Laufwerk einen schnelleren Zugriff auf die Metadaten bekommt und sich gleichzeitig die Anzahl der Bits pro Umdrehung erhöht, ergibt sich auch eine Geschwindigkeitssteigerung.

Die Datendichte auf einer Scheibe steigt laut Western Digital 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.

Künftig will Western Digital diese Technik in alle neuen Festplatten mit einer Kapazität ab 20 TByte integrieren. Im Lauf dieses Jahrzehnts soll die Kapazität der Laufwerke so auf bis zu 50 TByte steigen.

Einen weiteren Bonuspunkt sieht der Hersteller bei unerwarteten Stromausfällen: Das Laufwerk nutzt dann die Restenergie der rotierenden Scheiben, um bis zu 100 MByte vom DRAM-Cache in den NAND-Flash zu kopieren. Das Speichern der Cache-Daten auf den Magnetscheiben klappt zwar theoretisch auch, aber laut Western Digital reicht die Restenergie dabei nur zum Speichern von etwa 2 MByte aus.

Zum Termin für den Marktstart und dem Preis für die Technik hat sich Western Digital noch nicht geäußert. Die Kosten für die Flash-Bausteine muss Western Digital auf den Preis für die ursprünglichen Laufwerke aufschlagen. Doch auch wenn das Unternehmen dabei Bausteine aus der eigenen Fertigung nutzt, wird sich der Preis für die OptiNAND-Laufwerke oberhalb von Festplatten ohne diese Technik einpendeln müssen. (ll@ct.de)