为 AI 跨越 写在 HDD 迈向 11 碟的时代

原文：奇谱智慧科技

在刚刚过去的一年，以人工智能为代表的全球科技再次呈现出产品技术井喷的状态，以高性能加速器芯片、高带宽 HBM 内存为代表的计算核心单元受到市场的广泛关注，然而随着 GPT-5、视频类 AIGC、AGI 为代表 AI 应用快速普及化，AI 时代数据规模又一次大爆炸，唯有更大容量的存储可以缓解这一问题。容量、容量还是容量，存储将成为芯片之后，AI 核心架构的基础。

应对海量温冷数据存储，即使 QLC 乃至 PLC 普及，仍不能解决容量与成本问题，“传统”的 HDD 硬盘产品，在 AI 浪潮下，不但没有退居二线，反而因为其高容量、高密度、高可靠性、高兼容性以及高性价比优势，回到主要技术解决方案的角色中来。

当然，硬盘看起来还是那个 26.1mm 厚的硬盘，而其内里已经历翻天覆地的革命，采用创新性的“10+1”架构方案的产品呼之欲出。

HDD 市场上，单盘 30TB 的容量突破已正式实现，初期均面向数据中心，特别是为 AI 存储需求优化的数据中心领域，而后则会逐步依次渗透到云存储、NAS 和安防领域。这些领域对于存储容量，都从来不嫌大，而对于成本都非常敏感。特别是这些领域，一方面 AI 算力中心方兴未艾，一方面算力/存储供需极度不均衡，算力/数据中心重复投资的风险较高，能够在现有架构上扩容并兼顾是最理想的选择。

在这个大背景下，所谓半高规格的 3.5 英寸硬盘的物理规格数十年来没有改变，提高容量只能通过内部挖潜完成，主要路径是提升单碟磁密度（单碟容量）和增加碟片数量等两条。

包括能量辅助垂直磁记录（ePMR）、热辅助磁记录（HAMR）、微波辅助磁记录（MAMR）等技术已走出实验室，被用以提升 HDD 产品的单碟容量。在过去的几年中，这种容量提升逐渐积累着量变。如西部数据就将多项相关技术同步导入，以小步快跑的方式，逐步协助提升其 ePMR 技术的可用性和兼容性。

除了已被其称为 HelioSeal 的充氦技术外，西部数据还在其大容量 HDD 产品中广泛引入了 OptiNAND、TSA（三阶寻轨定位系统）、ePMR、UltraSMR 和 ArmorCache 等技术。

这一系列技术的逐步引入和持续优化，都着眼于提升单碟存储密度和提高数据可靠性，使西部数据的每代 HDD 产品保持着约 10%的容量提升节奏。而与此同时，这一系列技术，也为另一项革命性的技术提升，打下了坚实的技术基础。

去年 10 月，西部数据正式宣布出货容量高达 32TB 的 UltraSMR HDD 产品 Ultrastar DC HC690 和 26TB 的新一代 CMR HDD 产品 Ultrastar DC HC590，专为超大规模云和企业级数据中心的巨量数据存储需求设计，为人工智能数据周期（AI Data Cycle）做好存储技术准备，为更大容量的原始数据存档，内容存储以及新内容生成的存储做好准备。

对于单盘容量 30TB 这道门槛，西部数据采取了两步走的方式突破：提升存储密度达单碟 2.91TB（1480Gb/平方英寸，SMR；CMR 版本为单碟 2.36TB、1190 Gb/平方英寸），略高于上一代产品，为技术平台向 MAMR/HAMR 迁移做积极地准备；增加碟片数量——前述的革命性技术突破。

不要小看碟片数量增加这一变化，和半导体技术、磁密度这些依靠制程就能获得相当提升的微观方式不同，碟片数量增加对 HDD 的设计、制造、材料以及电控、电机都提出了更高的要求，特别是涉及磁头读写层面的小型化发展。

空气封装机械硬盘，无论是 5400r/min 还是 7200r/min，碟片数量一直停滞在 5~6 碟水平。数据中心的充氦气硬盘的碟片数量则一路逐步增加至 10 碟片。每次碟片数量增加都会引起业界讨论，特别是集中在越来越薄的刚性碟片可靠性和耐用性问题上，而这恰恰是企业级用户最为关心的。

西部数据集成 11 张碟片解决方案的技术难度，就在于不再降低碟片本身厚度，而仅通过压缩碟片间距实现装入更多碟片，通过限制磁碟堆叠的总高度，最小化对硬盘外壳的影响。

无论是充氦还是 7200r/min，都物理原理层面限制了 HC690/ HC590。降低磁头飞行高度——以此提升单碟存储密度，唯有依靠日益精进的磁头定位，获得狭小空间中，稳定的数据读写。

同时，在不降低整体结构刚性的前提下，西部数据为 11 碟 HDD 产品带来了更薄的硬盘基座铸件设计，HDD 主板的形状也按需要进行了调整，以避免与活动的磁臂组重叠而影响盘体厚度。

通常，增加碟片数量，特别是碟片厚度不变，会导致硬盘功耗增加，而西部数据还对碟片、磁臂组等几个关键组件的设计进行了优化，降低了飞行阻力，控制整体功耗水平。

事实上，HC690 的各方面性能表现良好，不仅外形尺寸与传统 HDD 别无二致，而且闲时功耗也被控制在 5.5W 的水平，也就是完全可以丝滑替代各种既有系统中的 HDD。用户无需为供电、散热、接口、优化操心，从而直接获得 10%的存储密度增加，这对数据中心运营者来说有着巨大的吸引力。

在性能方面，单碟密度增加和碟片数量增加，UltraSMD 的 HC690 的持续数据读写能力可达 257MiB/s，CMR 的 HC590 更能达到 288MiB/s 水平，较前代稳定提升。

同时，两款产品仍都具有 7×24 小时的高负载功能能力、年读/写负载为 550TB，平均无故障时间高达 250 万小时的 MTBF（平均无故障时间）、年设备失效率仅 0.35%、数据错误率低于 1/1015，且抗振水平未因碟片间距较小而下降，保持了与 10 碟 HDD 的相同水准。

除了面向数据中心的 Ultrastar 系列的两款产品已经实现出货，西部数据面向系统集成商和经销商设计的 26TB WD Gold HDD 也已上市。

无论是 32TB 还是两年内实现单盘 50TB，容量的提升都是按部就班、循序渐进的提升，但由西部数据 Ultrastar DC HC690/HC590 所带来了 11 碟封装，可以说重新定义了人们对 3.5 英寸硬盘的容量预期，实现了大跨步阶跃，给 HDD 这一集光机电磁半导体等诸多尖端技术于一身的“传统”产品，一个 AI 时代下更有前景的未来。