為AI跨越 寫在HDD邁向11碟的時代

在剛剛過去的一年，以人工智能為代表的全球科技再次呈現(xiàn)出產(chǎn)品技術(shù)井噴的狀態(tài)，以高性能加速器芯片、高帶寬HBM內(nèi)存為代表的計(jì)算核心單元受到市場的廣泛關(guān)注，然而隨著GPT-5、視頻類AIGC、AGI為代表AI應(yīng)用快速普及化，AI時代數(shù)據(jù)規(guī)模又一次大爆炸，唯有更大容量的存儲可以緩解這一問題。容量、容量還是容量，存儲將成為芯片之后，AI核心架構(gòu)的基礎(chǔ)。

應(yīng)對海量溫冷數(shù)據(jù)存儲，即使QLC乃至PLC普及，仍不能解決容量與成本問題，“傳統(tǒng)”的HDD硬盤產(chǎn)品，在AI浪潮下，不但沒有退居二線，反而因?yàn)槠涓呷萘?、高密度、高可靠性、高兼容性以及高性價比優(yōu)勢，回到主要技術(shù)解決方案的角色中來。

當(dāng)然，硬盤看起來還是那個26.1mm厚的硬盤，而其內(nèi)里已經(jīng)歷翻天覆地的革命，采用創(chuàng)新性的“10+1”架構(gòu)方案的產(chǎn)品呼之欲出。

HDD市場上，單盤30TB的容量突破已正式實(shí)現(xiàn)，初期均面向數(shù)據(jù)中心，特別是為AI存儲需求優(yōu)化的數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，而后則會逐步依次滲透到云存儲、NAS和安防領(lǐng)域。這些領(lǐng)域?qū)τ诖鎯θ萘?，都從來不嫌大，而對于成本都非常敏感。特別是這些領(lǐng)域，一方面AI算力中心方興未艾，一方面算力/存儲供需極度不均衡，算力/數(shù)據(jù)中心重復(fù)投資的風(fēng)險較高，能夠在現(xiàn)有架構(gòu)上擴(kuò)容并兼顧是最理想的選擇。

在這個大背景下，所謂半高規(guī)格的3.5英寸硬盤的物理規(guī)格數(shù)十年來沒有改變，提高容量只能通過內(nèi)部挖潛完成，主要路徑是提升單碟磁密度（單碟容量）和增加碟片數(shù)量等兩條。

包括能量輔助垂直磁記錄（ePMR）、熱輔助磁記錄（HAMR）、微波輔助磁記錄（MAMR）等技術(shù)已走出實(shí)驗(yàn)室，被用以提升HDD產(chǎn)品的單碟容量。在過去的幾年中，這種容量提升逐漸積累著量變。如西部數(shù)據(jù)就將多項(xiàng)相關(guān)技術(shù)同步導(dǎo)入，以小步快跑的方式，逐步協(xié)助提升其ePMR技術(shù)的可用性和兼容性。

除了已被其稱為HelioSeal的充氦技術(shù)外，西部數(shù)據(jù)還在其大容量HDD產(chǎn)品中廣泛引入了OptiNAND、TSA（三階尋軌定位系統(tǒng)）、ePMR、UltraSMR和ArmorCache等技術(shù)。

這一系列技術(shù)的逐步引入和持續(xù)優(yōu)化，都著眼于提升單碟存儲密度和提高數(shù)據(jù)可靠性，使西部數(shù)據(jù)的每代HDD產(chǎn)品保持著約10%的容量提升節(jié)奏。而與此同時，這一系列技術(shù)，也為另一項(xiàng)革命性的技術(shù)提升，打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

去年10月，西部數(shù)據(jù)正式宣布出貨容量高達(dá)32TB的UltraSMR HDD產(chǎn)品Ultrastar DC HC690和26TB的新一代CMR HDD產(chǎn)品Ultrastar DC HC590，專為超大規(guī)模云和企業(yè)級數(shù)據(jù)中心的巨量數(shù)據(jù)存儲需求設(shè)計(jì)，為人工智能數(shù)據(jù)周期（AI Data Cycle）做好存儲技術(shù)準(zhǔn)備，為更大容量的原始數(shù)據(jù)存檔，內(nèi)容存儲以及新內(nèi)容生成的存儲做好準(zhǔn)備。

對于單盤容量30TB這道門檻，西部數(shù)據(jù)采取了兩步走的方式突破：提升存儲密度達(dá)單碟2.91TB（1480Gb/平方英寸，SMR；CMR版本為單碟2.36TB、1190 Gb/平方英寸），略高于上一代產(chǎn)品，為技術(shù)平臺向MAMR/HAMR遷移做積極地準(zhǔn)備；增加碟片數(shù)量——前述的革命性技術(shù)突破。

不要小看碟片數(shù)量增加這一變化，和半導(dǎo)體技術(shù)、磁密度這些依靠制程就能獲得相當(dāng)提升的微觀方式不同，碟片數(shù)量增加對HDD的設(shè)計(jì)、制造、材料以及電控、電機(jī)都提出了更高的要求，特別是涉及磁頭讀寫層面的小型化發(fā)展。

空氣封裝機(jī)械硬盤，無論是5400r/min還是7200r/min，碟片數(shù)量一直停滯在5~6碟水平。數(shù)據(jù)中心的充氦氣硬盤的碟片數(shù)量則一路逐步增加至10碟片。每次碟片數(shù)量增加都會引起業(yè)界討論，特別是集中在越來越薄的剛性碟片可靠性和耐用性問題上，而這恰恰是企業(yè)級用戶最為關(guān)心的。

西部數(shù)據(jù)集成11張碟片解決方案的技術(shù)難度，就在于不再降低碟片本身厚度，而僅通過壓縮碟片間距實(shí)現(xiàn)裝入更多碟片，通過限制磁碟堆疊的總高度，最小化對硬盤外殼的影響。

無論是充氦還是7200r/min，都物理原理層面限制了HC690/ HC590。降低磁頭飛行高度——以此提升單碟存儲密度，唯有依靠日益精進(jìn)的磁頭定位，獲得狹小空間中，穩(wěn)定的數(shù)據(jù)讀寫。

同時，在不降低整體結(jié)構(gòu)剛性的前提下，西部數(shù)據(jù)為11碟HDD產(chǎn)品帶來了更薄的硬盤基座鑄件設(shè)計(jì)，HDD主板的形狀也按需要進(jìn)行了調(diào)整，以避免與活動的磁臂組重疊而影響盤體厚度。

通常，增加碟片數(shù)量，特別是碟片厚度不變，會導(dǎo)致硬盤功耗增加，而西部數(shù)據(jù)還對碟片、磁臂組等幾個關(guān)鍵組件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，降低了飛行阻力，控制整體功耗水平。

事實(shí)上，HC690的各方面性能表現(xiàn)良好，不僅外形尺寸與傳統(tǒng)HDD別無二致，而且閑時功耗也被控制在5.5W的水平，也就是完全可以絲滑替代各種既有系統(tǒng)中的HDD。用戶無需為供電、散熱、接口、優(yōu)化操心，從而直接獲得10%的存儲密度增加，這對數(shù)據(jù)中心運(yùn)營者來說有著巨大的吸引力。

在性能方面，單碟密度增加和碟片數(shù)量增加，UltraSMD的HC690的持續(xù)數(shù)據(jù)讀寫能力可達(dá)257MiB/s，CMR的HC590更能達(dá)到288MiB/s水平，較前代穩(wěn)定提升。

同時，兩款產(chǎn)品仍都具有7×24小時的高負(fù)載功能能力、年讀/寫負(fù)載為550TB，平均無故障時間高達(dá)250萬小時的MTBF（平均無故障時間）、年設(shè)備失效率僅0.35%、數(shù)據(jù)錯誤率低于1/1015，且抗振水平未因碟片間距較小而下降，保持了與10碟HDD的相同水準(zhǔn)。

除了面向數(shù)據(jù)中心的Ultrastar系列的兩款產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)出貨，西部數(shù)據(jù)面向系統(tǒng)集成商和經(jīng)銷商設(shè)計(jì)的26TB WD Gold HDD也已上市。

無論是32TB還是兩年內(nèi)實(shí)現(xiàn)單盤50TB，容量的提升都是按部就班、循序漸進(jìn)的提升，但由西部數(shù)據(jù)Ultrastar DC HC690/HC590所帶來了11碟封裝，可以說重新定義了人們對 3.5 英寸硬盤的容量預(yù)期，實(shí)現(xiàn)了大跨步階躍，給HDD這一集光機(jī)電磁半導(dǎo)體等諸多尖端技術(shù)于一身的“傳統(tǒng)”產(chǎn)品，一個AI時代下更有前景的未來。

審核編輯 黃宇