Western Digital เปิดตัวเทคโนโลยีฮาร์ดดิสก์แบบใหม่ชื่อ OptiNAND ที่เป็นลูกผสมระหว่างฮาร์ดดิสก์จานหมุนแบบดั้งเดิม และสตอเรจแบบแฟลชในไดรฟ์เดียวกัน

แนวคิดการนำแฟลชมารวมกับฮาร์ดดิสก์จานหมุน (เป็นไดรฟ์แบบไฮบริด) เป็นสิ่งที่มีมานานแล้ว แต่ที่ผ่านมายังเน้นการใช้แฟลชมาคั่นกลางก่อนหน้าดิสก์ เพื่อเก็บข้อมูลที่เรียกใช้บ่อย (hot storage) ส่วนฮาร์ดดิสก์ใช้เก็บข้อมูลที่ถูกเรียกไม่ถี่เท่า (warm storage) อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ การคาดเดาว่าข้อมูลไหนเป็น hot/warm ก็ไม่ใช่เรื่องง่ายนัก

Western Digital บอกว่าลองผิดลองถูกเรื่องนี้มาตั้งแต่ปี 2015 จนกระทั่งซื้อกิจการ SanDisk ในปี 2016 ทำให้มีความเชี่ยวชาญในสตอเรจทั้งแบบดิสก์และแฟลช เมื่อทีมวิจัยจากทั้งสองฝั่งเริ่มทำงานร่วมกัน จึงเห็นแนวทางของการนำแฟลชมาใช้งานร่วมกับฮาร์ดดิสก์ที่เกิดประโยชน์จริงๆ สุดท้ายออกมาเป็น OptiNAND ที่เปิดตัวล่าสุด

OptiNAND เป็นการนำแฟลชไดรฟ์แบบ universal flash storage (UFS) มาฝังไว้ในฮาร์ดดิสก์ แต่ต่างจากการฝังแฟลชแบบเดิมๆ ตรงที่ปรับอัลกอริทึมของเฟิร์มแวร์ และชิป SoC ที่ใช้ในฮาร์ดดิสก์ เพื่อนำแฟลชมาใช้ประโยชน์เพิ่มอีก 2 ด้าน

เพิ่มความจุ

ฮาร์ดดิสก์ในยุคหลังมีความหนาแน่นของแทร็คเพิ่มขึ้นมาก จึงมีโอกาสที่จะเกิดการรบกวนระหว่างแทร็ค (magnetic interference หรือ adjacent track interference) สูงขึ้น ฮาร์ดดิสก์ยุคใหม่จึงต้องเก็บค่า metadata ของข้อมูลต่างๆ เช่น จำนวนครั้งที่เซ็กเตอร์เคยถูกกวน จำนวนครั้งที่ถูกเขียนทับ ตำแหน่งล่าสุดของหัวอ่าน ฯลฯ เอาไว้ใน DRAM ของไดรฟ์

อย่างไรก็ตาม เมื่อ DRAM มีขนาดจำกัด (เพราะราคาแพง) และขนาดของ metadata ใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ จนเริ่มเก็บลง DRAM ไม่พอ จนต้องเริ่มไปเก็บลงในพื้นที่ดิสก์เองโดยตรง ส่งผลกระทบต่อทั้งความจุ (เพราะต้องกันที่บนดิสก์ไปเก็บ metadata) และประสิทธิภาพในการเขียน-อ่าน metadata

ทางออกของปัญหานี้จึงเป็นการนำสตอเรจแฟลชมาใช้เก็บ metadata แทน เพราะเป็นสตอเรจที่อยู่ตรงกลางระหว่าง DRAM และดิสก์ ทั้งในแง่ประสิทธิภาพและต้นทุน ข้อดีที่เห็นได้ชัดคือประหยัดเนื้อที่ของดิสก์ และลดความจำเป็นของการใช้ DRAM ขนาดที่ใหญ่ขึ้น

Western Digital บอกว่าการเพิ่มแฟลชเข้ามา และปรับสถาปัตยกรรมเป็นแบบ OptiNAND ช่วยเพิ่มความจุต่อจานเป็น 2.2TB ต่อแผ่น (platter) และขยายความจุของทั้งไดรฟ์ (ใช้ 9 จาน) เป็น 20TB

เพิ่มประสิทธิภาพ-เสถียรภาพ

นอกจากเรื่องการขยายความจุของดิสก์แล้ว สตอเรจแฟลชยังเข้ามาช่วยแก้ปัญหาเสถียรภาพ (reliability) กรณีแหล่งพลังงานหายไปกะทันหัน (emergency power off - EPO)

ปกติแล้ว ฮาร์ดดิสก์มีโหมดการเขียนข้อมูล 2 แบบคือ write-cache enabled (WCE) โปรแกรมสั่งเขียนข้อมูล แต่สนใจแค่ฮาร์ดไดรฟ์รับข้อมูลไปเข้าคิวเขียน ไม่ต้องเช็คว่าเขียนลงดิสก์แล้วจริงๆ วิธีนี้ให้ประสิทธิภาพของการเขียนข้อมูลดีกว่า แต่มีความเสี่ยงว่าหากไฟดับตอนที่ยังไม่ทันเขียนลงดิสก์ ข้อมูลอาจหายได้

อีกโหมดคือ write-cache disabled (WCD) ที่กลับด้านกันคือ ไดรฟ์ต้องตอบยืนยันว่าเขียนลงดิสก์แล้วจริงๆ มั่นใจได้ว่าข้อมูลไม่หาย แต่ประสิทธิภาพย่อมน้อยกว่าแบบ WCE

สตอเรจแบบแฟลชเข้ามาแก้ปัญหาตรงนี้ให้ เพราะเมื่อไฟดับ ไดรฟ์จะสั่ง flush ข้อมูลที่ค้างคิวอยู่ลงในแฟลชแทนดิสก์ (โดยใช้พลังงานจากแรงเหวี่ยงของจานหมุนดิสก์ที่หมุนอยู่แล้ว) ทำให้การันตีได้ว่าข้อมูลที่ค้างอยู่จะไม่สูญหาย (เหมือน WCD) โดยยังคงประสิทธิภาพในระดับ WCE อยู่

เทคโนโลยี OptiNAND จะเริ่มนำมาใช้กับสินค้าที่วางขายจริงภายในปี 2021 นี้ ทาง Western Digital ยังให้ข้อมูลคร่าวๆ ว่าชิป NAND ผลิตโดยโรงงานที่ร่วมลงทุนกับ Kioxia (Toshiba เดิม), รองรับสเปกคอนโทรลเลอร์ของสตอเรจหลายแบบ ตั้งแต่ eMMC 5.1 ไปจนถึง UFS 3.1, รองรับชิป NAND ทั้งแบบ Single Level และ Triple Level แต่ยังไม่บอกว่าแฟลชที่ใช้จริงมีความจุเท่าไรบ้าง

ที่มา - Western Digital (1), (2), (3)