Производители классических жёстких дисков продолжают осваивать планку в 22 Тбайт. Вслед за Seagate и Western Digital свой вариант HDD такого объёма представила компания Toshiba.

Новый модельный ряд MG10F расширяет рамки, достигнутые в серии 3,5″ дисков Toshiba MG10, ранее заканчивающейся на отметке 20 Тбайт.

Источник изображений здесь и далее: Toshiba

Накопители Toshiba MG10F относятся к классу корпоративных жёстких дисков второй очереди (nearline). Они могут содержать от 1 до 10 пластин, вращающихся со скоростью 7200 об/мин. Предусмотрены как варианты с интерфейсом SAS 12 Гбит/с с объёмами от 2 до 22 Тбайт, так и варианты с классическим SATA 6 Гбит/с, стартующими с отметки 1 Тбайт.

При этом единства в технологиях записи в новом модельном ряду Toshiba нет: до отметки 10 Тбайт используется традиционная перпендикулярная запись (PMR) и воздушный гермоблок, в диапазоне 12–16 Тбайт производитель переходит на гелиевый гермоблок и пластины с таким же типом записи, а в моделях ёмкостью 18, 20 и 22 Тбайт реализован вариант записи с микроволновой поддержкой (Flux Control Microwave Assisted Magnetic Recording, FC-MAMR). Все диски рассчитаны на работу в режиме 24/7 с нагрузкой до 550 Тбайт в год.

Объём кеш-памяти также варьируется в зависимости от ёмкости диска: до 2 Тбайт он составляет 128 Мбайт, до 14 Тбайт — 256 Мбайт, и лишь модели объёмом от 16 до 22 Тбайт комплектуются 512 Мбайт DRAM-кеша. Максимальная линейная скорость в версиях 1 и 2 Тбайт достигает 204 Мбайт/с, в наиболее ёмком варианте она возрастает до 284 Мбайт/с. Это уровень Seagate IronWolf Pro той же ёмкости (285 Мбайт/с), но меньше, нежели у WD Gold (291 Мбайт/с).

Использование черепичной записи (SMR) могло бы повысить максимальную ёмкость дисков на 15 %, но в новом модельном ряду Toshiba такую запись не применяет, в отличие от Western Digital, располагающей дисками ёмкостью 26 Тбайт с SMR. Ранее похожая модель в планах компании Toshiba значилась, но выпущена не была.

Поставки дисков Toshiba MG10F в версии с интерфейсом SAS уже стартовали, поставки SATA-варианта начнутся позднее в IV квартале. Доступны опции шифрования (Self-Encrypting Drive) и безопасного стирания (Sanitize Instant Erase). Сведений о ценах на новинки пока нет.

Компания Seagate анонсировала систему Exos Corvault 5U84 в форм-факторе 5U, рассчитанную на создание хранилищ данных большой вместимости. Ёмкость может достигать 1,5 Пбайт, но возможность расширения не предусмотрена.

Задействованы фирменные контроллеры VelosCT, функционирующие в режиме активный — активный. Допускается установка дисков Exos SAS HDD с автоматическим шифрованием данных.

Источник изображения: Seagate

Для каждого контроллера предусмотрено использование четырёх портов mini-SAS-3 HD. Заявленная пропускная способность системы достигает 12 Гбайт/с при последовательном чтении и 10 Гбайт/с при последовательной записи. За повышение надёжности отвечает функция Autonomous Drive Regeneration (ADR). Эта технология минимизирует время простоя, вмешательство со стороны человека и количество компьютерных отходов за счёт восстановления сбойных накопителей.

«Обеспечивается доступность на уровне 99,999 % и стабильно высокая производительность благодаря быстрому чтению и записи, мощным сдвоенным контроллерам и оптимальной конструкции», — отмечает Seagate.

СХД имеет габариты 222,3 × 444,5 × 981 мм и весит 135 кг. Доступен интерфейс 1GbE. Диапазон рабочих температур простирается от +5 до +35 °C. Максимальное заявленное энергопотребление равно 2000 Вт.

Компания TrendFocus, по сообщению ресурса StorageNewsletter, обнародовала статистику по глобальному рынку HDD во II квартале 2023 года. Поставки Nearline-накопителей резко сократились, что объясняется замедлением развития облачных платформ и сокращением инвестиций в развитие IT-инфраструктур на фоне сложной макроэкономической обстановки.

По оценкам, отгрузки Nearline-устройств за трёхмесячный период снизились в штучном выражении на 21 % по сравнению с результатом за I четверть текущего года. С апреля по июнь включительно в мировом масштабе было реализовано приблизительно 9,07 млн таких HDD.

Источник изображения: pixabay.com

Если рассматривать отрасль в плане вместимости поставленных накопителей, то продажи в квартальном исчислении рухнули примерно на 30 %. Итоговый показатель зафиксирован на отметке 125,5 Эбайт.

Из-за снижения спроса со стороны гиперскейлеров отгрузки HDD вместимостью 18 Тбайт и более во II квартале 2023-го снизились практически вдвое по сравнению с I четвертью года — на 46 %, составив 3,88 млн единиц. На такие устройства пришлось 43 % в общем объёме поставок Nearline-накопителей.

По итогам 2023 года в целом, как прогнозируется, поставки Nearline-устройств уменьшатся примерно на треть по сравнению с предыдущим годом: в ёмкостном выражении результат составит менее 600 Эбайт. При этом показатель CAGR (среднегодовой темп роста в сложных процентах) в течение пяти лет прогнозируется на уровне 22 %.

Исследователи Futurum рассказали о некоторых аспектах экологической безопасности классических жёстких дисков в сравнении с SSD. Как сообщает Blocks & Files, выяснилось, что больше всего углекислого газа выделяется отнюдь не в ходе эксплуатации накопителей, а в ходе их производства, причём SSD оказались в этом отношении намного вреднее для окружающей среды.

В Futurum подготовили публикацию «Are SSDs really more sustainable than HDDs?» со ссылками на исследование «The Dirty Secret of SSDs: Embodied Carbon», о котором мы писали ещё в прошлом году. В нём, напомним, утверждается, что при выпуске флеш-памяти выделяется почти на порядок больше CO₂, чем при производстве HDD, причём соответствующие фабрики используют довольно мало возобновляемой энергии.

Источник изображения: manseok_Kim/pixabay.com

Данные о выделении CO₂ при изготовлении и эксплуатации рассчитаны для периодов в 5 и 10 лет. При этом жизненный цикл определён как 5 лет, т.е. подразумевается, что за 10 лет накопитель минимум единожды будет заменён. В итоге утверждается, что SSD в целом намного вреднее для экологии, чем HDD, хотя и потребляют гораздо меньше энергии. Фактически речь идёт о том, что рассказы об экоустойчивости SSD — лишь маркетинговый миф производителей соответствующих систем, особенно All-Flash хранилищ. Некоторые из них даже прочат скорую смерть HDD.

Источник изображения: The Futurum Group

Однако в Futurum считают, что исследователи не учли важного нюанса — на деле HDD обновляют каждые 4–5 лет, тогда как жизненный цикл SSD сейчас доходит и до 10 лет. Скорректированные расчёты показывают, что реальная разница между выбросами CO₂ на протяжении 10 лет между HDD и SSD минимальна, хотя последние чуть менее экологичны. При этом эксперты отмечают, что ёмкость SSD быстро растёт. Так что в перспективе это позволит снизить ущерб для окружающей среды, поскольку появляется возможность значительно повысить плотность размещения данных, не раздувая соответствующую инфраструктуру.

Во II квартале 2023 года, по данным Digital Storage Technology Newsletter, мировые поставки HDD в штучном выражении составили приблизительно 31,2 млн единиц. Это на 6,8 % меньше по сравнению с I четвертью нынешнего года, когда отгрузки равнялись 33,5 млн штук.

Если рассматривать отрасль в ёмкостном выражении, то поставки рухнули в квартальном исчислении на 19,3 %. Суммарная выручка производителей HDD во II квартале сократилась на 13,5 % по сравнению с I четвертью года — до $3,27 млрд. По итогам II квартала ведущим игроком мирового рынка HDD стала компания Seagate с долей приблизительно 44 %. На втором месте находится Western Digital с результатом около 38 %, а замыкает тройку Toshiba с 18 %.

Источник изображения: pixabay.com

Seagate отмечает, что в закрытом квартале выручка от поставок HDD оказалась на уровне $1,4 млрд, что на 14 % меньше по сравнению с I четвертью 2023-го. Суммарная вместимость накопителей, отгруженных за три месяца, составила 91 Эбайт. В сегменте ёмких HDD продажи сократились в квартальном исчислении на 20 % — до $1 млрд. Общая ёмкость таких устройств равна 75 Эбайт против 104 Эбайт в I квартале 2023-го. Отгрузки nearline-дисков Seagate упали за квартал на 37 % — до 55 Эбайт.

В свою очередь, Western Digital сообщает, что выручка от поставок HDD за три месяца составила $1,3 млрд, что на 13 % меньше в квартальном исчислении и на 39 % меньше в годовом. В ёмкостном плане отгрузки HDD упали на 18 % по сравнению с I кварталом и на 38 % год к году. Средняя стоимость устройств сократилась соответственно на 9 % (до $99) и на 38 %. В nearline-сегменте за три месяца было отгружено суммарно 59 Эбайт. Western Digital поставила 3,3 млн клиентских HDD, 2,7 млн потребительских решений и 5,8 млн HDD для дата-центров.

На накопители приходится значительная доля углеродных выбросов и энергозатрат IT-индустрии. Как сообщает портал IEEE Spectrum, эксперты уверены — в обозримом будущем обеспечить экологическую безопасность и экономическую эффективность хранения можно с помощью технологии хранения информации на магнитных лентах.

По данным экспертов, в 2019 году 60 % всех данных были «холодными», т.е. редко востребованными, но всё ещё очень важными. Полный переход на ленточные накопители (LTO) для таких данных позволит снизить не только выбросы CO₂, но и улучшить экономические показатели. По некоторым оценкам, при переходе на LTO мировые выбросы углекислого газа, связанные с накопителями, снизятся на 58 % или на 79 млн т.

Источник изображения: Brad Johns Consulting

Потребность в накопителях только растёт, и уже в 2025 году, по данным IDC, придётся хранить 17 Збайт данных. Как выяснили IDC совместно с Seagate, в 2021 году 62 % данных хранились на HDD, 9 % на SSD и 15 % — на LTO. Хотя HDD объективно удобнее и значительно быстрее LTO, средний срок эксплуатации жёстких дисков составляет всего 5 лет, в течение которых генерируется эквивалент 2,55 кг CO₂ на 1 Тбайт ежегодно. Для ленточных хранилищ этот показатель составляет всего 0,07 кг/год.

При переходе на LTO снизятся и объёмы электронных отходов. Если HDD в среднем работают 5 лет, то ленточные накопители — 10; поэтому их придётся менять вдвое реже. Например, если ЦОД хранит 100 Пбайт данных в течение 10 лет, то использование HDD приведёт к появлению 7,4 т электронных отходов. Если 60 % информации перенести на ленты, отходов станет меньше на 51 % — 3,6 т. Таким образом, по ряду параметров ленточные накопители будут предпочтительнее HDD ещё минимум десятилетие.

Источник изображения: Brad Johns Consulting

Финансовая выгода такого подхода тоже очевидна. По оценкам Fujifilm, хранение 100 Пбайт обойдётся в $17 707 468, тогда как при переносе 60 % данных на ленты стоимость хранения снизится до $9 476 339. И если крупные операторы активно закупают LTO, то для многих других верная оценка того, какие именно данные являются «холодными», является непростой и дорогой задачей — это одна из причин медленного отказа от HDD в пользу ленточных решений в малых ЦОД.

Тем не менее, будущее ленточных накопителей остаётся под вопросом. Хотя у них пока имеется конкурентное преимущество перед жёсткими дисками, уже ведутся разработки накопителей нового типа. Впрочем, технологии LTO тоже не стоят на месте. Так, в начале года Western Digital предложила новый тип накопителей — высокоинтегрированный LTO-картридж в корпусе HDD.

Аналитики Coughlin Associates, по сообщению ресурса Blocks & Files, обнародовали свежий прогноз по развитию рынка накопителей до 2028 года. В рассмотрение берутся устройства разных типов — HDD, SSD и LTO. Аналитики полагают, что, несмотря на рост спроса на SSD и снижение их стоимости в пересчёте на Гбайт хранимой информации, продажи HDD также будут уверенно увеличиваться.

Ранее компания Pure Storage, специализирующаяся на разработке All-Flash СХД, заявила, что дни HDD якобы сочтены, а новые устройства данного типа не будут продаваться после 2028 года. Однако эксперты Coughlin Associates полагают, что это не так: рынок HDD продолжит развиваться.

Источник изображений: Coughlin Associates

В частности, в отчёте Coughlin Associates приводятся несколько диаграмм, на которых показано, что в обозримом будущем продолжит увеличиваться спрос как на SSD, так и на HDD. Этому, по мнению аналитиков, будут способствовать приложения ИИ, Интернет вещей, новые мультимедийные сервисы, а также различные платформы (включая медицинские), которым требуется хранения и обработка больших массивов данных.

На одной из диаграмм показаны прогнозные поставки HDD в штучном выражении (жёлтый цвет соответствует LFF, синий — SFF) — несмотря на спад в предыдущие годы, до 2028-го ожидается рост отгрузок. «Мы прогнозируем удвоение спроса на головки и пластины [для HDD] к 2028 году на основании того предположения, что восстановление рынка Nearline-накопителей начнётся в конце 2023-го или в начале 2024 года», — говорится в исследовании Coughlin Associates.

При этом ёмкость жёстких дисков — как отдельных накопителей, так и суммарная отгруженная — будет только увеличиваться, причём довольно быстро. И Seagate, и Western Digital выпускают накопители с записью с энергетической поддержкой, что позволяет увеличить плотность хранения данных.

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.

Классические ленточные накопители устроены так, что в картридже хранится только катушка с лентой, а головки и вся лентопротяжная механика отделены. Компания Western Digital предлагает кардинально изменить эту концепцию. Компания опубликовала ряд новых патентов (11393498, 20200258544 и 11081132), описывающих конструкцию высокоинтегрированного ленточного накопителя, устроенного подобно традиционным жёстким дискам.

Новый ленточный накопитель WD в HDD-корпусе. Внизу плата с обычным интерфейсом SAS. Источник здесь и далее: Western Digital

Концепция предусматривает не только перенос всех компонентов в единый корпус, подобно HDD, но и заимствует некоторые элементы у жёстких дисков: так, патент описывает конструкцию подвеса головок, устроенную аналогично HDD. Внешне тип ленточных накопителей механически и электрически не будет отличаться от обычных жёстких дисков. Совпадают и размеры корпуса — 147 × 102 × 26 мм, что даст возможность устанавливать накопители в обычные LFF-отсеки.

WD предлагает использовать HDD-подобные узлы

Такая конструкция сделает накопитель дороже и не столь универсальным, нежели обычные картриджи LTO, но позволит повысить надёжность, а удельная стоимость хранения данных всё равно окажется ниже, нежели на HDD — $4 за 1 Тбайт против $20 у жёсткого диска. При этом не стоит забывать о возможности модификации уже имеющихся HDD-массивов. Проблема с низкой скоростью случайного доступа к данным останется на месте, что, впрочем, можно компенсировать буфером достаточного объёма на базе флеш-памяти. Зато общий объём сможет достигнуть 100+ Тбайт.

Размеры нового накопителя WD в сравнении с картриджем LTO

При растущей популярности ленточных систем у операторов облачных платформ новинка WD вполне может увидеть жизнь, хотя компании, продвигающие технологию LTO — HPE, IBM и Quantum — могут отреагировать на неё и негативно. Напомним, что в планах консорциума LTO уже заложено развитие технологии вплоть до 14-го поколения с объёмом картриджа до 576 Тбайт несжатых данных.

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.