David Hall 作为在 Western Digital 已经服务了 23 年的资深员工，介绍了他作为激励者的角色。虽然他的职位可能仅是 HDD 研发部门的工程师，但他出色工作源自于挑战常规从而实现创新。

Hall 在采访中说道：“我的工作是激发创意、开拓创新，继而转向其他新的领域。我喜欢成为主要激励者，挑战我们习以为常的行事方式。”

现在，我们实现了其中一个项目，即 Western Digital 宣布推出名为 OptiNAND 的闪存增强型硬盘架构，包括 iNAND® 通用闪存存储 (UFS) 嵌入式闪存 (EFD)。这不是一项混合技术，而是一种更智能、更快速、密度更高的存储硬盘，预计在未来 10 年将可实现 50TB 的容量。

Western Digital 的技术领袖们（包括 Hall）表示，能够同时集成 HDD 和闪存技术并实现制造，对于一个公司来说是独一无二的。 

早在 2015 年，Hall 即已有这个项目，旨在研究如何通过使用 NAND 闪存（而不是混合硬盘）提高硬盘的性能和存储空间。Hall 的之前项目属于融合闪存和 HDD 硬盘，采用混合存储方法，但事实证明，它不是非常适合当时的市场。采用此方法时，他感兴趣的是还可以借助 NAND 执行哪些操作，从而增加容量并提升性能。

Hall 表示：“很多时候，我们在挑战现状时，却发现保持现状反而是最好的。但这次，我觉得我们的挑战成功了。” Hall 补充道，即使没有相关材料，通常也有非常充分的理由，至少探索可能的情况。

对于闪迪的收购于 2016 年 5 月完成，为垂直整合提供关键机会。那时，Hall 已经开始研究 NAND 应用案例、定价趋势以及表面密度和性能的提升潜力。

他关于 NAND 潜在使用和性能提升的初始执行方案得到同事和公司领导的积极回应。但是，将研究转为生产不仅需要他一个人的努力，还需要来自不同技术公司的两个大型工程团队携手合作，共同朝着一个目标努力。NAND 和 HDD 工程团队强强联手，这点至关重要。 

对于 Flash 系统设计工程的高级主管 Mark Murin，该特定流程是整个项目的亮点。他表示，该流程需要我们重新认真思考传统设计和规范。

Murin 说：“两个完全不同的工程小组提出相同的目标，而每个小组都对传统设计和理解进行了更改 – 这点非常有价值。我们有共同的目标，即打造非常新、非常成功的内容。各方都对请求和学习新技术持开放态度。” 

最后，最终目标是打造一种产品，帮助 Western Digital 客户紧跟不断增长的数据存储需求。

根据 IDC 的报告，去年全球共创建或复制了 64ZB 数据。未来五年创建的数字数据量将是数据存储推出以来所创建数据的两倍以上。因此，几乎全球每个行业部门都需要高效存储方法，存储以超乎想象的速度创建的更多数据。

虽然它实际上要更复杂，但在 HDD 中，添加更多存储的直接方式是添加更多存储磁盘和更多写入磁头。但此操作不一定是最经济有效的方式。

Bill Boyle 是 Western Digital HDD 研发领域的工程师同事，他表示，在 OptiNAND 项目初期，有两个主要的架构关注点：一个是增加容量，二是提升性能。 

他说：“如果我们能增加每个硬盘的 TB 数，[客户] 就能从每 TB 成本的降低中获益。其他类别涉及性能，即我们执行命令的速度。”

其中一项性能增强标准不是执行速度，而是执行频率。具体来讲，进行相邻磁道干扰 (ATI) 刷新时，使用 NAND 将减少所需的刷新频率。 

除了为硬盘添加磁盘以增加容量外，另一种已证实的容量增加方式是缩小磁道间隙以增加密度。想象一下，将高速公路的通道变窄以容纳更多交通通道。

但是，硬盘写入次数仅限于这些，否则被写硬盘的相邻扇区就会面临磁道干扰的风险。扇区受到干扰的次数、扇区的重写时间以及写入磁头的位置是 DRAM 中存储的关键硬盘元数据。DRAM 中元数据的精度有限，因此硬盘有时必须推断（或进行有根据的推测）数据写入的精确磁道和位置。为确保访问正确的数据，硬盘将返回并重新读取数据，然后重写磁道以防止任何数据损坏。 

整个流程称为 ATI 刷新，其实际发生速度非常快。因为磁道之间越来越近以增加容量，刷新之前允许的写入次数必须减少以防任何数据损坏。延迟会随刷新次数的增加而增加，因为硬盘必须花时间更频繁地读取和重写。

Hall 说：“过去，在没有经历这么多代产品之前，您可以在每面需要刷新扇区前写入 10,000 次。然后，随着我们不断缩短磁道之间的距离，该数字由 100 降到 50 又到 10，而且现在对于一些扇区，该数字低至 6。”

这是一种微妙的平衡，因为过度减窄写入磁道会导致不可接受的性能影响。这就是 OptiNAND 中 NAND 发挥的关键作用。 

iNAND 是显而易见的集成选择：一个现有、小巧、快速、非易失的内存选项，它可以存储的缓存远超 DRAM 或 NOR 闪存。

Murin 说：“评估选项时，HDD 方面的工程师会寻找托管闪存。[iNAND]是一种非常小、大容量、足够快且已经存在的技术。NAND 组件虽然在写入时很慢，但比 DRAM 更密集、更便宜。虽然 NAND 需要管理，但这正是 iNAND 的用武之处。”

对于一些人，当数据以物理方式写入磁盘时，这点并不重要。系统已经接收数据并将其排队写入非易失性存储，这点已得到充分验证。这是已启用的写入缓存。 

对于其他人，至关重要的是，在数据安全写入并存储到磁盘之前，不要对硬盘进行其他操作。虽然这可能需要更多时间，但写入通知意味着数据已安全存储，以防任何断电或其他可能中断 HDD 操作的情况。这是已禁用的写入缓存。 

启用写入缓存之后，硬盘操作可以更加动态，因为它能以更有效的顺序安排写入和读取（以及刷新）。因此，性能会更快。但是，如果突然断电，硬盘几乎没有机会将数据写入磁盘。 

但是，借助 OptiNAND，数据将存入非易失性 NAND 内存，以防断电。

Boyle 说：“当我们有可用的非易失性缓存时，在数据丢失之前，硬盘中有充足的能量供我们存储数据并将其写入 NAND。当写入缓存已禁用时，我们可以将数据存在 DRAM，因为我们知道，如果电源断开，这样可以确保数据安全。” 

例如，出于某种原因，在大型数据批处理的写入流程期间，电源断开。OptiNAND 硬盘的单芯片系统 (SoC)（在一秒之内）将使用硬盘内已旋转磁盘产生的转动电源为内部电容器供电，直到所有缓存数据传输到非易失性 NAND。以前，没有 iNAND 组件，这些数据可能会丢失。

为证明不再存在显著的性能权衡，Hall 在模拟器中绘制了随机写入图，可以表明已启用写入缓存与已禁用写入缓存之间实际上不存在性能差异。

他说：“在某些情况下，性能可以提升高达 80%。现在，如果客户运行的已启用写入缓存存在 I/O 限制，他们在实现更高性能时，可以使用更多容量。” 

这当然不是终点，而是 Western Digital 计划实施的功能和产品更新路线图上的第一个路标点。实际上，Hall 和 Western Digital 的其他领导预计，在未来十年，单个硬盘的容量将达到 50TB。

目前，随着新架构进入最后的开发阶段，公司正与精选 HDD 客户对架构进行测试，但明确表示，它打算未来在许多领域使用 OptiNAND，包括超大规模、云、智能视频、NAS、专业外部存储、平台、JBOD、冷存储等。

实际上，OptiNAND 架构是 Western Digital 的 HDD 与 NAND 两方面协作的成果。该项目几乎涉及每个学科和每项业务的专业知识，以及许多常规挑战。

被问及如何决定功能时，Hall 表示，对于团队的信任至关重要，以及为产生最佳想法的头脑风暴消除障碍。

他说：“您敞开大门，消除系统限制。说，‘是的，这就是我们一直生活的世界，但如果我们仅仅消除此限制，我们能做什么呢？’ 从这点出发，我们可以设想、审查并最终实现新的机遇。”