Дорожная карта индустрии хранения от IEEE

Эту статью мы решили посвятить одному документу, который редко упоминается в индустриальной прессе, но при этом содержит массу ценной информации и может служить отправной точкой для формирования фундаментального представления о состоянии индустрии хранения на ближайшие 15 лет. Это INTERNATIONAL ROADMAP FOR DEVICES AND SYSTEMS: 2023 от IEEE (документ 2024 года еще не выпущен в окончательной редакции).

Документ посвящен, в основном, технологиям, использующимся в накопителях, и поделен на следующие части: твердотельные технологии (включая NAND, SCM и альтернативные виды памяти), жесткие диски, ленты, оптические накопители и хранение на ДНК. По каждой технологии есть очень грамотные исторические справки, обзор текущего состояния, производственного процесса, технических и коммерческих факторов, а также роадмап, если он есть.

Авторами документа являются ключевые инженеры, отвечающие за развитие той или иной технологии, а также консультанты — эксперты в предметной области.

Документ довольно объемный (126с), поэтому мы кратко остановимся только на самых актуальных частях:

NAND/SSD

• SSD практически полностью вытеснили HDD из сферы высокопроизводительного хранения, но снижение $/GB существенно замедлилось, поэтому у NL HDD по-прежнему заметное ценовое преимущество, и SSD фундаментально не замещают харды 7200.
• После перехода на 3D процесс были серьезные опасения, что 100 слоев — это предел точности для современной литографии, но проблема была решена, поэтому сейчас роадмап для NAND очень позитивный, вплоть до 500+ слоев без серьезных потерь в качестве сигнала.
• Мейнстримом являются 3D TLC накопители, они вполне укладываются в энтерпрайз критерии надежности и производительности. QLC набирает обороты в сегменте very read-intensive. PLC не выглядит реалистично с точки зрения количества циклов перезаписи.
• Увеличение объема кристалла тянет цены вниз, но уже видны ограничения этого подхода с точки зрения плотности доступа — ограниченное количество каналов доступа контроллера при увеличивающемся объема хранения приводит к снижению скорости.
• Учитывая объемы выпуска NAND и зрелость технологии, серьезной конкуренции со стороны альтернативных твердотельных решений не предвидится. Технологии MRAM, ReRAM, PCM и прочие остаются нишевыми. Опыт Optane показывает, что даже технологически удачным решениям приходится трудно с выходом на устоявшийся рынок. В документе приводится подробный поучительный анализ, почему 3DXP/Optane не взлетел (стр. 23-28).

HDD

• В штуках HDD сейчас проходят через низшую точку продаж. Практически все виды жестких дисков полностью сдали позиции SSD, кроме объемных nearline. Но именно этот сегмент тащит на себе всю индустрию, серьезно растет в объемах и ожидается рост в штуках. Опасения по поводу дальнейшего снижения стоимости SSD до уровня дисков 7200 пока не оправдываются — на графике стоимости за ГБ линии снова расходятся после 2025.
  
• Фундаментальная технологическая проблема — трилемма магнитной записи, и связанная с ней невозможность на текущих технологиях преодолеть предел в 1.2Tb/in2 никуда не делись. Для перехода на новый уровень и выпуска 30+ ТБ дисков необходимо изменение технологии и переход на запись с энергетической поддержкой. Процесс, похоже, уже пошел — Seagate выглядит все ближе к реальному запуску в массовое производство HAMR, WD нашли способ улучшить PMR за счет технологических ухищрений в пишущей головке (ePMR), но тоже стоят на пороге HAMR продуктов, Toshiba догнала рынок с 24 ГБ дисками на основе своих MAMR исследований. Скорее всего, как минимум еще одно поколение дисков будет выпущено на основе усовершенствованных текущих технологий записи, но дальше очень нужен технологический переход.
• Большой проблемой остается снижение плотности доступа. Объем дисков вырос в десяток раз за последнее десятилетие, а производительность растет минимально. Отчасти проблема решается за счет новых типов мультиактуаторных дисков, но фундаментально проблема никуда не уходит. Решения пока лежат либо в плоскости кэширования, либо в добавлении одновременно работающих головок.
  

• Принятие SMR технологии становится критичным для заказчиков, которым требуется минимальная стоимость терабайта хранения. На сегодняшнем поколении дисков выгода от SMR составляет 18%, и дальше будет только расти. Готовность экосистемы уже на порядок выше, чем была 3-4 года назад.
• Роадмап на 15+ лет мало изменился за последнее время. После того, как будут полностью выработаны все “плюшки” энергетической поддержки HAMR, нужен будет переход на литографические/самособирающиеся паттернированные пластины, поскольку имеющиеся однородные поверхности уже не позволят записывать биты с таким высоким разрешением. Технология bit-patterned media была продемонстрирована уже давно, но до ее реальной коммерциализации еще очень далеко, в первую очередь по причине высокой стоимости.

BAUM предлагает читателям через личное исследование ознакомится с полной версией документа и увеличить свои знания в области хранения на лентах, оптических накопителях, а также в исследованиях хранения на основе синтетической ДНК.