Actualizaciones de la hoja de ruta de Western Digital

Entre CES a principios de mes, una serie de presentaciones en Storage Field Day la semana pasada y un informe trimestral de ganancias esta semana, hemos escuchado de casi todas las divisiones de Western Digital sobre sus últimas prioridades, estrategias y hojas de ruta.

Aquí están los aspectos más destacados.

Tecnología de disco duro: grabación asistida por energía, actuadores mejorados y suspensión

El desarrollo de la tecnología de disco duro de Western Digital está avanzando en varios frentes para superar los límites de sus HDD empresariales de alta capacidad. Helium es una noticia antigua y se usa en todas sus unidades de más de 10 TB. Últimamente, la mayor atención se ha centrado en la Grabación magnética asistida por calor (HAMR) y la Grabación magnética asistida por microondas (MAMR), que se enmarcan en el título de la grabación asistida por energía. Western Digital todavía está a unos años de implementar HAMR o MAMR, pero su próxima generación de discos duros da los primeros pasos en esa dirección.

Este año, WDC está comenzando a entregar su última generación de discos duros empresariales de alta capacidad que se anunciaron en 2019: el Ultrastar DC HC550 de 16TB y 18TB y el Ultrastar DC HC640 de 20TB con grabación magnética escalonada (SMR). Todos estos nuevos modelos contarán con la primera tecnología de grabación asistida por energía de WDC que denominaron ePMR. Esta sigue siendo una característica de transición bastante mal definida, pero se basa en algunas de las partes necesarias para implementar MAMR. Las hojas de ruta de WDC hacen que se queden con ePMR durante unos años más antes de implementar completamente la tecnología HAMR o MAMR.

La tecnología para posicionar los cabezales del disco duro también ha mejorado. La nueva generación de HDD empresariales de capacidad será la primera de Western Digital en utilizar actuadores de tres etapas para búsquedas más rápidas y precisas. En términos generales, esto es similar a darle a los brazos el codo y escribir las articulaciones. Esto no debe confundirse con los accionamientos de múltiples actuadores que permiten que los cabezales de algunos platos se muevan independientemente de los cabezales de otros platos. Seagate ha estado haciendo más ruido sobre los discos duros de doble actuador y su potencial para mejorar significativamente las cifras de IOPS / TB que han estado disminuyendo, pero Western Digital también está trabajando en unidades de múltiples actuadores, simplemente no han compartido planes para traer ellos al mercado.

3D NAND: aumento del precio y el recuento de capas

El lado de la memoria flash de Western Digital actualmente se centra más en ofrecer mejoras incrementales en lugar de introducir cambios tecnológicos importantes. Los bajos precios de la memoria flash en 2018 y 2019 causaron que WDC y sus competidores lo tomaran con calma durante la transición de 64L a 96L, y WDC planeó hacer que la próxima generación fuera menos intensiva en capital después de varias generaciones de costos de transición crecientes.

La demanda de memoria flash ahora ha alcanzado el suministro y se espera que supere el suministro a finales de este año, en parte debido a los recortes de CapEx en la mayor parte de la industria. Western Digital no espera aumentar significativamente su producción de obleas este año, pero a medida que hagan la transición a BiCS5, eso ayudará a aumentar un poco la producción de bits. Western Digital y Kioxia han puesto en línea su nuevo fab K1 en Kitakami , prefectura de Iwate, Japón, uniéndose a sus varios fab en Yokkaichi, prefectura de Mie. Sin embargo, por ahora la capacidad extra fabulosa simplemente les da la holgura necesaria para la transición de otros fab a BiCS5 y todavía no está ayudando a aumentar la producción total de obleas.

La quinta generación de Western Digital / Kioxia BiCS 3D NAND ahora se ha revelado oficialmente como un diseño de 112 capas , un modesto aumento del 16% en el recuento de capas sobre el BiCS 4. de 96 capas. Las dos compañías han estado trabajando para mejorar también la densidad en varios Además de aumentar el recuento de capas, la densidad de la matriz de memoria de BiCS5 se parece más a una mejora del 20% con respecto a BiCS4, aún no es exactamente revolucionaria. Western Digital y Kioxia han comenzado la producción limitada y el muestreo de piezas BiCS5, pero BiCS4 sigue siendo la gran mayoría de su producción de bits NAND y BiCS5 no comenzará a aumentar seriamente hasta la segunda mitad de 2020.

Almacenamiento de consumo: WD_BLACK para jugadores

La estrategia de consumo de Western Digital parece ser principalmente comercial como de costumbre: no pasa nada interesante con sus productos SATA, y sus unidades NVMe de consumo podrían no ver más actualizaciones hasta que pasen a PCIe 4.0, de lo que WD no ha dicho mucho. La principal excepción al estancamiento es su enfoque en productos para jugadores. WDC ve a los jugadores como una base de clientes más confiable y menos sensible al precio que los consumidores en general. Los jugadores son sin duda uno de los mayores segmentos de consumidores que aún tienen un fuerte crecimiento en sus necesidades de almacenamiento local:

Western Digital ahora tiene una amplia gama de productos orientados al jugador bajo su marca WD Black, que ha migrado a un nuevo aspecto. Su SSD NV7 SN750 y todas las unidades externas para jugadores ahora tienen el estilo de WD_BLACK y comparten muchos de sus elementos de diseño visual.

Con tres familias principales de unidades WD_BLACK externas más el SSD NVMe interno y algunas variantes adicionales, la marca WD_BLACK es bastante amplia. Esto ha diluido un poco el significado de WD Black al referirse solo a los productos de más alto rendimiento en cada categoría, pero significa que WD tiene mucho que ofrecer tanto a los jugadores de consola como a los de PC. Con la llegada de una nueva generación de consolas a fines de este año, WD estima que el mercado de almacenamiento de consolas será una oportunidad de varios exabytes solo para 2020.

Almacenamiento del centro de datos: ¿casi listo para que despegue SMR?

Los SSD son una parte importante y lucrativa de la línea de almacenamiento de datos y centros de datos de Western Digital, pero en términos de bits enviados, sus discos duros de alta capacidad todavía están muy por delante. Ambos mercados aún están experimentando un crecimiento saludable, y los discos duros no se desvanecerán en la irrelevancia en el corto plazo.

La I + D del disco duro de Western Digital se centra casi exclusivamente en atender a sus clientes empresariales y de centros de datos. El negocio de la memoria flash no está tan enfocado, pero el mercado de servidores es definitivamente donde Western Digital preferiría vender la mayor parte de su NAND.

Actualmente, la cuota de mercado de Western Digital para los SSD empresariales es de poco menos del 10%, y su capacidad de expansión fue un poco limitada durante el último trimestre debido a problemas de la cadena de suministro con componentes distintos de su flash NAND. Con ese problema ahora fuera del camino, WDC espera duplicar su cuota de mercado durante el próximo año, con un objetivo del 20%. Recientemente obtuvieron varias nuevas victorias de diseño para sus unidades NVMe empresariales, y uno de sus nuevos clientes es un importante proveedor de servicios en la nube de hiperescala. Incluso si no alcanzan su objetivo de cuota de mercado, ganarán mucho más dinero en este segmento durante el próximo año a medida que los precios suban.

Izquierda: proyecciones de abril de 2019 Derecha: proyecciones de enero de 2020

Los discos duros SMR han estado disponibles durante años, pero aún no han visto una adopción masiva en el centro de datos. Las desventajas de rendimiento de SMR son significativas, y cuando SMR solo hace la diferencia entre 18TB y 20TB, es una venta difícil. Tan recientemente como la primavera pasada, Western Digital proyectaba que los discos duros SMR constituirían una fracción no trivial de los exabytes de disco duro del centro de datos enviados a partir de 2019, con un crecimiento hacia ~ 50% de liebres de mercado alrededor de 2023. Ahora las proyecciones actualizadas de Western Digital reconocen que SMR básicamente no llegó a ninguna parte en 2019 y hará lo mismo para 2020, pero están convencidos de que comenzará a despegar en 2021. Varias cosas deben cambiar sobre la situación actual antes de que eso pueda suceder.

Primero, los discos duros SMR deben tener ventajas convincentes. Western Digital promete que la brecha de capacidad entre las unidades CMR y SMR se ampliará en los próximos años, aunque no prometen que SMR tendrá una ventaja significativa en $ / TB. Incluso a $ / TB comparables, las unidades más grandes pueden proporcionar un TCO más bajo para implementaciones grandes al reducir la cantidad de servidores necesarios para alcanzar un determinado punto de capacidad. Este es un argumento que Western Digital ha estado haciendo para impulsar sus unidades CMR más grandes también:


Estimaciones de WDC sobre cómo sus discos duros de 18 TB pueden ofrecer un TCO más bajo que 14 TB al mismo $ / TB

El otro gran cambio necesario para que SMR tenga éxito es que las penalizaciones de rendimiento deben ser más manejables. Las unidades SMR son básicamente incapaces de soportar escrituras aleatorias. Necesitan almacenar en búfer y escribir una pista completa a la vez, y las pistas que se superponen solo pueden reescribirse en orden. Los HDD SMR gestionados por unidad permiten que el sistema host finja que esas restricciones no existen mediante el uso de grandes cachés de escritura. Western Digital cree que la mejor manera de obtener un buen rendimiento de las unidades SMR es, en cambio, hacer una SMR administrada por el host donde el software es consciente de las restricciones en las escrituras dentro de una zona escalonada. Obviamente, esto requiere cambios importantes en la pila de software y, según WDC, esto es lo que ha retrasado la adopción de SMR en el centro de datos. Western Digital ha estado trabajando mucho para ayudar a preparar el ecosistema de software para los discos duros SMR, y creen que para 2021 tendrán clientes importantes que estarán listos para implementar software compatible con SMR como parte de una implementación masiva de SMR unidades.

Iniciativa de almacenamiento por zonas

Las restricciones del patrón de acceso a datos impuestas por los discos duros SMR son inquietantemente similares a algunos de los desafíos fundamentales de trabajar con la pequeña página de memoria flash NAND frente a la gran estructura de bloques de borrado. Durante el año pasado, Western Digital ha estado promoviendo su Iniciativa de almacenamiento por zonas que busca abordar ambos desafíos a la vez y permitir que las aplicaciones manejen genéricamente los dispositivos de almacenamiento por zonas, ya sean SSD o HDD SMR. Los conjuntos de comandos ATA y SCSI ya tienen extensiones para SMR administrado por host. WDC ha estado ayudando a NVMe a desarrollar la extensión del espacio de nombres zonificado (ZNS) para proporcionar una interfaz similar a las SSD.

Para los discos duros, los beneficios de SMR son pequeños, pero se hacen más grandes. Para los SSD, cambiar a un modelo zonificado puede permitir relaciones de sobreaprovisionamiento drásticamente más pequeñas y DRAM a bordo, por lo que las unidades pueden ser más baratas y ofrecer un rendimiento similar en muchas cargas de trabajo. Una E / S gestionada adecuadamente por el host también puede reducir significativamente la amplificación de escritura, lo que permite una mayor resistencia de escritura efectiva.

Western Digital ya está enviando el SSD Ultrastar SN340 NVMe que proporciona algunas de esas ventajas sin usar la próxima extensión ZNS, al hacer que la capa de traducción Flash funcione con bloques de 32kB en lugar de 4kB. Al igual que un HDD SMR administrado por unidad, esto significa que el SN340 permitirá que el host emita comandos de escritura aleatoria, pero el rendimiento para ellos será malo. Por lo tanto, el SN340 está dirigido solo a las cargas de trabajo más intensivas en lectura. Un SSD ZNS probablemente se ocuparía de tamaños de zona del orden de decenas de megabytes en lugar de 32kB, y requeriría que el sistema host se asegure de que sus escrituras sean secuenciales dentro de cada zona para evitar el horrible rendimiento de escritura aleatoria.

Es probable que la extensión del espacio de nombres zonal NVMe se ratifique este año. El trabajo de software de Western Digital en este espacio ha sido todo de código abierto, centrándose en el soporte en el kernel de Linux y desarrollando las herramientas y bibliotecas necesarias para un ecosistema de almacenamiento por zonas.

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