去年11月，希捷开始向数据中心提供采用热辅助磁记录（HAMR）技术的20TB硬盘。而今年，希捷正在开发多款容量为20TB的消费级硬盘，采用垂直磁记录（PMR）和叠瓦式磁记录（SMR）技术，有望于今年下半年上市。作为老对手，西部数据自然不甘落后，在近期举办的HDD Reimagine活动期间，西部数据就正式宣布了业内首款集成iNAND闪存芯片的20TB机械硬盘新品，采用了独家的OptiNAND技术。

据悉，这款20TB机械硬盘由9块碟片组成，单碟容量为2.2TB，使用了三级驱动器来提高磁头在磁道上的定位精确度，采用了搭载3D TLC NAND的闪存驱动器，并通过定制主控芯片进行控制。基于OptiNAND的20TB机械硬盘最快今年年底交付，初期主要面向数据中心、云存储、NAS等大客户。并且，西数还称将在5~10年后交付50TB的OptiNAND机械硬盘。

可以看到西部数据在硬盘容量上取得较大突破得益于OptiNAND技术，这不禁让人好奇该技术实现的原理和作用是什么。下面，我们就一起来了解一下吧！

技术原理

OptiNAND技术融合了西部数据自家的NAND闪存和HDD技术，将iNAND通用闪存（UFS）嵌入式闪存驱动器（EFD）与传统的旋转磁盘介质整合在一起，并对固件算法和SoC进行了创新。OptiNAND并不是简单的混合技术，这种重新设计的存储架构汇集了西部数据的两项基本技术，提供了一种能够实现新创新的解决方案，为未来硬盘的容量、性能和可靠性提升奠定了基础。

现在，硬盘架构中包含的内存和处理能力与21世纪初的PC一样多。在OptiNAND之前，HDD中的非易失性存储器主要用于启动和存储少量的元数据。随着HDD存储架构变得越来越复杂，增加闪存层是系统内存层次结构中的一个合理步骤。闪存比DRAM更具成本效益，在不同的电源周期中都能储存数据。闪存还能提供比磁盘更快的访问速度，使对时间敏感的计算得以执行，同时保持磁盘的空闲以执行主机操作。

新的支持OptiNAND的存储器层次结构利用驱动器SoC来控制与iNAND EFD的通信。有了OptiNAND，硬盘管家功能可以充分利用元数据能力，这可以减少未来对DRAM的需求，并启用更复杂的机制来实现更大的容量，提高性能和增加可靠性。

容量提升

OptiNAND与三级驱动器（TSA）技术相结合，通过增加每英寸磁道（TPI）来实现更高的区域密度，从而提供更大的硬盘容量。硬盘会产生数千兆字节的元数据，这些数据太大，无法以成本效益的方式保存在DRAM中，而按要求从磁盘中检索这些数据又会干扰主机操作和性能。OptiNAND可以实现低成本的存储和快速访问这种大量的元数据，这些元数据可以被实时存储和访问，并在旋转介质上释放出宝贵的空间给用户数据。

可重复跳动（RRO）是位置误差信号的一部分，在每个主轴旋转中都是可重复的，RRO元数据是在工厂制造过程中产生的。在上一代HDD中，RRO元数据被存储在磁盘上，而OptiNAND则将该数据存储在iNAND中，为用户释放磁盘空间，同时实现更快的数据访问。

此外，写入操作被记录下来，以减少相邻轨道干扰（ATI）。在上一代硬盘中，写入操作被记录在轨道层面，而刷新则是针对整个轨道进行的。OptiNAND在扇区层面上记录iNAND的写入操作，这样元数据被用来刷新扇区而不是整个轨道。消除多余的刷新，可以将轨道放在更近的地方而不损失性能。

性能方面

在紧急断电（EPO）情况下，OptiNAND可以刷新超过100MB的写入iNAND的缓存数据，而上一代硬盘只能刷新约2MB的写入串行闪存的数据。

由于在EPO期间有能力存储超过100MB的数据，在写缓存禁用（WCD）模式下的随机写入性能可以接近写缓存启用（WCE）模式。此外，通过专有的固件优化，硬盘延迟得到了改善，重点是需要更少的ATI刷新和减少WCE模式下的写缓存刷新需求。

总结

西部数据利用OptiNAND技术重新构建了硬盘，该技术将iNAND EFD与传统的旋转磁盘驱动器整合在一起，并对固件算法和SoC进行了创新。这种闪存增强型硬盘具有新的存储架构，集成了西部数据的两项基本技术，而提供的解决方案也奠定了未来硬盘容量、性能和可靠性提升的基础。

文章来源：西部数据官方文档  翻译：多米尼克