Nový článek: Testování 14–16TB pevných disků: nejen větší, ale lepší

Kapacita pevných disků se stále zvyšuje, ale tempo růstu v posledních letech neustále klesá. Aby bylo možné uvolnit první 4TB disk poté, co byly 2TB HDD uvedeny do prodeje, průmysl strávil pouhé dva roky, tři roky trvalo, než dosáhl 8TB značky, a další tři roky trvalo zdvojnásobení kapacity 3,5 -palcový pevný disk uspěl pouze jednou za pět let.

Nejnovější průlom byl dosažen díky celému seznamu inovativních řešení. Dnes jsou i takoví konzervativci jako Toshiba, která donedávna odmítala helium, nuceni vyrábět pevné disky v utěsněných pouzdrech a počet desek na vřetenu se zvýšil na devět kusů – i když kdysi a na dlouhou dobu bylo pět desek považovat za rozumnou hranici. V konkrétních výklencích se využívá technologie tzv. dlaždicový záznam (SMR, Shingled Magnetic Recording), při kterém se sektorové stopy na talíři částečně překrývají. A konečně, aby bylo možné posunout limit kapacity pevného disku ze 14 na 16 TB bez použití SMR, museli výrobci implementovat jednu ze slibných technologií, jejichž postupně se zmenšující seznam každoročně reprodukujeme závěrečné články, — čtení stopy několika hlavami současně (TDMR, dvourozměrný magnetický záznam). Další pokrok si dříve nebo později vyžádá větší změny v základech provozu HDD – jako je ohřev plotny pomocí laseru nebo mikrovln (HAMR/MAMR, Heat/Microwave-Assisted Magnetic Recording) v okamžiku, kdy prochází záznamovou hlavou.

Je však snadné vidět, že všechny popsané techniky jsou zaměřeny především na zvýšení hustoty zápisu a zvýšení objemu na jednom vřetenu, i když řada z nich má příznivý vedlejší efekt v podobě zvýšené rychlosti lineárního čtení a zápisu dat. Podle tohoto parametru moderní HDD prolomily hranici 250 MB/s a jsou již srovnatelné s ranými spotřebitelskými SSD disky. Ale rychlost přístupu k náhodným sektorům magnetických disků se téměř nezvyšuje a pokud jde o objem, počet operací za sekundu se pouze snižuje. Zároveň vyvstávají zvýšené požadavky na odolnost proti poruchám, protože čím více dat je uloženo na jednom vřetenu, tím je důležitější je neztratit a tím déle trvá jejich obnova.

Ale i na tuto výzvu našli odpověď tvůrci magnetických paměťových zařízení. Vzali jsme tři pevné disky v rozmezí od 14 TB do 16 TB, abychom viděli, jak se 64 let stará technologie přizpůsobuje roku 2019, a všimli jsme si několika trendů. Mistrovské příklady moderních 3,5palcových pevných disků, vyráběných pro rackové servery a úložné systémy, mají něco společného s SSD – od principů sektorového adresování až po přímou integraci flash čipů do lokální paměti. A spotřebitelské modely se zase svými vlastnostmi přiblížily svým serverovým protějškům a dokonce ani popis „desktop HDD“ už tolik nevypovídá o rychlosti a spolehlivosti zařízení. Ale účel této recenze není omezen na obecná slova. Vydali jsme se zjistit, jak se nové trendy v designu pevných disků promítají do čísel pevného výkonu.

⇡#Technické vlastnosti účastníků testu

Než začneme analyzovat výsledky testů, stojí za to pečlivě prostudovat vlastnosti zařízení, se kterými se budeme zabývat. Tentokrát jich není tolik, jak se v našich skupinových testech běžně stává, ale splnili jsme hlavní podmínky, bez kterých se srovnání pevných disků nemůže považovat za úplné. Recenze zahrnovala produkty všech tří výrobců – Seagate, Toshiba a Western Digital, a patří do různých kategorií: spotřebitelské a serverové. Hlavními charakteristikami, které je spojují, je objem 14 nebo 16 TB, utěsněné pouzdro naplněné heliem a otáčky vřetena 7200 ot./min. A pro srovnání s těžkými váhami, testování zahrnuje tři nám již známá menší zařízení (10 a 12 TB), určená pro použití v serverech, domácích nebo kancelářských NAS.

Производитель	Seagate			Toshiba		Western Digital
Série	BarraCuda Pro	Exos X10	IronWolf	MG08	S300	Ultrastar DC HC530
Modelové číslo	ST14000DM001	ST10000NM0016	ST12000VN0008	MG08ACA16TE	HDWT31AUZSVA	WUH721414ALE6L4
Tvarový faktor	Xnumx palce	Xnumx palce	Xnumx palce	Xnumx palce	Xnumx palce	Xnumx palce
rozhraní	SATA 6 Gb/s	SATA 6 Gb/s	SATA 6 Gb/s	SATA 6 Gb/s	SATA 6 Gb/s	SATA 6 Gb/s
Kapacita, GB	14 000	10 000	12 000	16 000	10 000	14 000
Konfigurace
Rychlost otáčení vřetena, ot./min	7 200	7 200	7 200	7 200	7 200	7 200
Užitečná hustota záznamu dat, GB/plotna	1 750	1 429	1 500	1 778	1 429	1 750
Počet desek/hlav	8/16	7/14	8/16	9/18	7/14	8/16
Velikost sektoru, bajty	4096 (512 bajtová emulace)	4096 (512 bajtová emulace)	4096 (512 bajtová emulace)	4096 (512 bajtová emulace)	4096 (512 bajtová emulace)	4096 (512 bajtová emulace)
Objem vyrovnávací paměti, MB	256	256	256	512	256	512
Производительность
Max. trvalá rychlost sekvenčního čtení, MB/s	250	249	210	Nd	248	267
Max. udržitelná rychlost sekvenčního zápisu, MB/s	250	249	210	Nd	248	267
Průměrná doba vyhledávání: čtení/zápis, ms	Nd	Nd	Nd	Nd	Nd	7,5/ND
odolnost proti chybám
Návrhové zatížení, TB/g	300	Nd	180	550	180	550
Závažné chyby čtení, počet výskytů na objem dat (bity)	1/10 ^ 15	1/10 ^ 15	1/10 ^ 15	10/10 ^ 16	10/10 ^ 14	1/10 ^ 15
MTBF (střední doba mezi poruchami), h	Nd	2 500 000	1 000 000	2 500 000	1 000 000	2 500 000
AFR (pravděpodobnost selhání za rok), %	Nd	0,35	Nd	Nd	Nd	0,35
Počet cyklů parkování hlavy	300 000	600 000	600 000	600 000	600 000	600 000
Fyzikální charakteristiky
Spotřeba energie: nečinnost/čtení-zápis, W	4,9/6,9	4,5/8,4	5,0/7,8	Nd	7,15/9,48	5,5/6,0
Úroveň hluku: nečinnost/hledání, B	Nd	Nd	1,8/2,8	2,0/ND	3,4/ND	2,0/3,6
Maximální teplota, °C: disk zapnut/vypnut	60/70	60/ND	70/70	55/70	70/70	60/70
Odolnost proti otřesům: disk zapnut/vypnut	Nd	40 g (2 ms) / 250 g (2 ms)	70 g (2 ms) / 250 g (2 ms)	70 g (2 ms) / 250 g (2 ms)	70 g (2 ms) / 250 g (2 ms)	70 g (2 ms) / 300 g (2 ms)
Celkové rozměry: D × V × H, mm	147 × 101,9 × 26,1	147 × 101,9 × 26,1	147 × 101,9 × 26,1	147 × 101,9 × 26,1	147 × 101,9 × 26,1	147 × 101,6 × 26,1
Hmotnost, g	690	650	690	720	770	690
Záruční doba, roky	5	5	3	5	3	5
Maloobchodní cena (USA, bez daně), $	Od 549 (newegg.com)	Od 289 (newegg.com)	Od 351 (newegg.com)	Nd	Od 301 (newegg.com)	Od 439 (amazon.com)
Maloobchodní cena (Rusko), rub.	Od 34 348 (market.yandex.ru)	Od 17 498 (market.yandex.ru)	Od 26 320 (market.yandex.ru)	Nd	Od 19 784 (market.yandex.ru)	Od 27 495 (market.yandex.ru)

První model v naší skromné ​​sbírce pevných disků neskromné ​​velikosti - BarraCuda Pro 14 TB - je disk pro stolní počítače a DAS, ale ne jednoduchý, ale „profesionální“. Na jednu stranu to znamená, že BarraCuda Pro podléhá typickým omezením stolních pevných disků. Není například určeno pro kombinování do polí RAID, protože k tomu je žádoucí mít TLER (Time-Limited Error Recovery) - nastavení firmwaru, které zabraňuje vylétnutí HDD z pole kvůli delším pokusům mikrokontroléru. pro čtení problémového sektoru. Kromě toho se šasi BarraCuda Pro nehodí pro práci v polici nebo NAS s několika košíky, protože nekompenzuje rotační vibrace.

Ale na druhou stranu, na rozdíl od většiny ostatních pevných disků pro stolní počítače, HDD této značky mají zvýšený zdroj roční zátěže - až 300 TB přepisování, jsou připraveny pracovat 24 hodin denně, 7 dní v týdnu a jsou doprovázeny pětiletou zárukou. Stěžovat si pravděpodobně nebudete ani na výkon (alespoň v úlohách s převážně lineárním přístupem k datům): díky osmi 1,75TB plotnám dosahuje zařízení stabilní propustnosti 250 MB/s. Výrobce navíc slibuje, že rychlost náhodného přístupu v BarraCuda Pro by měla být vyšší oproti běžným diskům pro stolní počítače a spotřeba naopak nižší než u většiny 3,5palcových modelů. Stále však prověříme všechna prohlášení Seagate.

Aby společnost Seagate pokořila tak vysokou úroveň hustoty dat v rámci standardního kolmého záznamu bez použití specializované technologie SMR (Shingled Magnetic Recording), musela implementovat jednu ze slibných metod, o které rok co rok píšeme v našem závěrečné články, - tzv dvourozměrný záznam (Two-Dimensional Magnetic Recording). Na rozdíl od svého názvu však TDMR nijak nesouvisí s procedurou záznamu dat jako takovou a je navržen tak, aby zvýšil odstup signálu od šumu v podmínkách vysoké hustoty stop na magnetickém talíři v důsledku současného čtení stopy. dvěma čtecími hlavami: ty jsou od sebe vzdáleny takovým způsobem, že pole zachycuje sousední stopy a je snazší kompenzovat rušení. Pevné disky s TDMR v budoucnu přidají ještě více hlav a spolu se spolehlivostí čtení dat se může zvýšit i jeho rychlost, ale to je zatím záležitost budoucnosti.

Disky BarraCuda Pro se v mnoha ohledech liší od příbuzných zařízení mladší řady bez předpony Pro – počínaje tím, že všichni výrobci HDD mají standardní stolní modely uvízlé na 6–8 TB. Disk BarraCuda Pro lze spíše označit za odchovance serverové větve Seagate, která je ochuzena o funkce spojené s prací v polích. V důsledku toho však cena zařízení vyletěla na úroveň firemních modelů nebo dokonce výše: v Rusku nelze 14terabajtový model najít levnější než 34 348 rublů a na maloobchodních stránkách ve Spojených státech - 549 $. Dokonce i nearline modely Seagate stejného objemu stojí méně - od 375 $ nebo 28 936 rublů.

Dalším testovacím subjektem, 14TB Ultrastar DC HC530, je nearline disk, který představoval to nejlepší, co mohli inženýři Western Digital udělat, dokud nepřišel nový 16TB model. A v praxi 3DNews se stal prvním pevným diskem značky Ultrastar bez obvyklých písmen HGST v názvu: společnost převedla všechny modely serverů pod svou vlastní značku poté, co byla aktiva HGST zcela rozpuštěna ve sjednocené korporaci. Ve svých klíčových vlastnostech je toto zařízení podobné BarraCuda Pro stejného objemu: uvnitř uzavřeného pouzdra Ultrastar DC HC530 je také osm magnetických desek s užitečnou kapacitou 1750 GB a technologie TDMR zajišťuje čtení dat z hustě rozmístěných stopy. Ale co se týče dalších parametrů a rozmanitosti doplňkových funkcí typických pro firemní HDD, nelze Ultrastar DC HC530 postavit na stejnou úroveň jako stolní modely, i když BarraCuda Pro není typickým zástupcem své kategorie.

Užitečná hustota zápisu na plotnách BarraCuda Pro a Ultrastar DC HC530 je tedy stejná, stejně jako rychlost vřetena, ale produkt WD zaručuje vyšší trvalou lineární rychlost čtení a zápisu dat – až 267 MB/s (není jasné, kde se vzal rozdíl, ale testy ukážou, zda skutečně existuje). Latence při náhodném přístupu pomáhá snižovat nový dvoustupňový aktuátor třetí generace a velká vyrovnávací paměť 512 MB a hlavně Media Cache – rezervní zóny pro rychlý zápis bloků rozesetých po povrchu ploten. Poslední jmenovaná funkce dělá z moderních nearline disků podobné SSD, které mají také proměnlivý poměr mezi fyzickými sektory a logickými bloky. A počínaje 10terabajtovými modely Ultrastar DC HC330 používá WD také malé množství flash paměti pro operace zápisu do mezipaměti. Všimněte si, že spolu s (potenciálně) extrémně vysokým výkonem podle standardů magnetických pohonů se produkt WD vyznačuje mírnou spotřebou energie - ve skutečnosti je to zařízení s nejnižší spotřebou energie ze všech účastníků testu, soudě podle jeho pasových parametrů. .

Mechaniky této třídy jsou konstruovány s očekáváním nepřetržitého provozu v serverovém racku: oboustranné uchycení vřetena, rotační kompenzace vibrací - tyto a další konstrukční vlastnosti Ultrastar DC HC530 umožnily zvýšit návrhové zatížení disku na 550 TB/rok a MTBF je typické pro nearline modely 2,5 milionu hodin. V případě nepravděpodobného selhání při aktualizaci firmwaru je na desce řadiče připájen náhradní čip. Disk je dodáván v modifikacích s nativním přístupem k 4 KB značkování nebo emulaci 512bajtových sektorů, s rozhraním SATA nebo SAS. V druhém případě je k dispozici i možnost end-to-end šifrování dat.

Maloobchodní ceny WD Ultrastar DC HC530 v konfiguraci s portem SATA a emulací staršího 512bajtového značení odpovídají pokročilým vlastnostem a technologiím tohoto zařízení: od 27 495 RUB. v ruských internetových obchodech a 439 dolarů na Amazonu.

Sestavit kolekci 14TB pevných disků pro srovnávací testování nebylo jednoduché a nikdy se nám nepodařilo sehnat vhodné zařízení od třetího výrobce – Toshiby. Ale místo toho jsme dostali model další generace, 16 TB. Nyní všechny tři společnosti vyrábějící pevné disky nabízejí disky s podobnou kapacitou, ale produkt řady MG08 společnosti Toshiba byl mezi nimi úplně první. Rekord japonské společnosti se opírá o plotny se zhruba, ne-li úplně, stejnou fyzickou hustotou jako 14TB pevné disky BarraCuda Pro a Ultrastar, ale je to poprvé, co Toshiba dokázala zabalit devět palačinek do standardního 3,5palcového pouzdra. Ne bez technologie TDMR, která se stala nezbytnou podmínkou pro dobývání nových hranic kapacity. Lineární propustnost čtení/zápisu Toshiba MG08 by měla být na úrovni WD Ultrastar DC HC530, ale kupodivu výrobce nezveřejňuje žádné podrobnosti o výkonu zařízení.

Je ale známo, že Toshiba také přijala opatření ke zvýšení spolehlivosti a zároveň ke snížení latence operací zápisu: čip flash paměti na desce MG08 v případě výpadku napájení umožňuje uložit data odeslaná hostitelským řadičem pro zápis, ale soudě podle výsledků testů slouží také jako mezipaměť druhé úrovně po vyrovnávací paměti DRAM. Tato technologie (Persistent Write Cache) se však objevuje pouze ve specifikacích disků s 512bajtovou emulací rozložení, což je další zdroj nebezpečí při výpadku napájení (a do jisté míry krade výkon) kvůli nutnosti provádět čtení -modify-write operace pokaždé, když záznamy logických bloků, které se neshodují s hranicemi fyzických sektorů. Ale řada MG08 obsahuje také modely s nativním přístupem k 4kilobajtovým sektorům. Zda to znamená, že poslední jmenované jsou zcela bez flash paměti, nebo že z nich byla právě odstraněna funkce zálohování, nevíme. Bez ohledu na PWC, Toshiba MG08 a další disky této společnosti však používejte algoritmy Dynamic Cache, které podle výrobce optimálně rozdělují vyrovnávací paměť mezi operacemi čtení a zápisu. Také o nich nemáme žádné podrobné informace.

Dalšími zdroji zvýšené odolnosti proti chybám v designu Toshiba MG08 jsou uchycení vřetena na obou stranách a snímače rotačních vibrací. Tyto disky jsou navrženy tak, aby zaznamenávaly 550 TB dat za rok, měly střední dobu mezi poruchami 2,5 milionu hodin, standardní pro podniková zařízení a pětiletou záruční dobu. Na objednávku je k dispozici několik různých konfigurací disků s rozhraním SATA nebo SAS a volitelným end-to-end šifrováním. Cenovou orientaci vám však poskytnout nemůžeme: 16terabajtový disk Toshiba byl představen již v lednu, ale v maloobchodních prodejích je stále vzácným zvířetem.

Toshiba MG08 16 TB

Nyní, když jsme poznali tři hlavní účastníky testu, pojďme se podívat na menší pevné disky, se kterými musíme nové 14-16 terabajtové modely porovnat. Jeden z nich, Exos X10 s kapacitou 10 TB, je nearline disk obsahující sedm magnetických desek v utěsněném pouzdře. A přestože se využitelná kapacita plotny zvýšila z 1429 na 1750 GB nebo více, měla by se zvýšit i sekvenční přístupová rychlost pevných disků, v tomto parametru není Exos X10 prakticky horší než stejný 14TB BarraCuda Pro podle specifikace obou pohonů. Něco zjevně nesedí ve specifikacích pevných disků Seagate, ale vše máme možnost zjistit v praxi.

Aby se zvýšila rychlost operací s náhodným přístupem, má řada Exos vyvinutý mechanismus mezipaměti zápisu AWC (Advanced Write Caching), který zkracuje dobu odezvy. V rámci AWC jsou zápisy seskupovány do vyrovnávací paměti DRAM stejně jako na jakémkoli jiném pevném disku, ale vyrovnávací paměť uchovává kopii dat poté, co jsou vyprázdněna na plotnu, a obsah zrcadlené vyrovnávací paměti může hostitel okamžitě číst. ovladač. V Pevné disky serveru Seagate 2,5palcový AWC tvarový faktor zahrnuje další nejrychlejší stupeň - vyhrazené oblasti na povrchu desek, kde se data z DRAM zapisují v sekvenčním pořadí (Media Cache), stejně jako malé množství energeticky nezávislé paměti pro záchranu dat. z vyrovnávací paměti v případě výpadku proudu. Ale Exos X10 nemá flash paměť a možná Media Cache spolu s ní.

Ve srovnání se spotřebitelskými pevnými disky pro stolní počítače a NAS se disky řady Exos vyznačují vysokou MTBF (2,5 milionu hodin) a designovou zátěží (550 TB/rok), schopností provozu v serverovém racku bez omezení počtu košů, a pětiletou životnost.záruční servis. Pevný disk s modelovým číslem ST10000NM0016, který jsme obdrželi na testování, patří také k modifikacím Hyperscale, které mají oproti ostatním členům rodiny Exos nižší spotřebu, ale jsou k dispozici pouze s rozhraním SATA a emulací 512bajtových sektorů . V konfiguracích s konektorem SAS mají modely Exos také možnosti s nativním přístupem k sektorům o velikosti 4 KB, stejně jako end-to-end šifrování celého disku.

Pevný disk Seagate IronWolf byl nedávno představen naše recenze noví zástupci této značky spolu s Seagate SSD pro síťové úložiště. Zdá se, že 12terabajtový model IronWolf je vybaven plotnami se stejnou hustotou fyzického rozložení jako Exos X10, jen zde je o jeden víc. Seagate však odhaduje výkon svého duchovního dítěte v operacích sekvenčního čtení a zápisu mnohem nižší – pouhých 210 MB/s. A neexistují žádné sofistikované technologie zaměřené na kompenzaci vysoké latence odezvy vlastní magnetickým pohonům.

Všechny pevné disky IronWolf, počínaje kapacitou 4 TB, si ale vypůjčily řadu hardwarových funkcí z řady Exos, které přispívají ke zvýšené odolnosti proti chybám. Magnetický plotnový blok každého pevného disku je vyvážen ve dvou rovinách a rotační vibrační senzory zajišťují stabilní provoz v rackových úložných systémech nebo samostatných NAS s až osmi diskovými klecemi. IronWolf je navržen pro mírné provozní podmínky s návrhovou zátěží 180 TB/rok a má MTBF 1 milion hodin. Záruční doba pro IronWolf tak není tak dlouhá jako u serióznějších modelů v katalogu Seagate – tři roky.

Pod značkou S300 vydala japonská společnost Toshiba řadu disků pro video monitorovací systémy – tyto pevné disky jsou také určeny pro vlastní Přehled na stránkách 3DNews. Rozšířením protokolu přenosu dat ATA Streaming Command Set zaručují starší modely Toshiba S300 simultánní záznam videa z 64 sledovacích kamer, ale v jádru jsou to typické disky pro NAS a DAS se schopností provozu 24/7 a slušným MTBF: stejně jako IronWolf je to 1 milion hodin a záruční doba je stejná tři roky. Díky konstrukčním výhodám šasi S300 - oboustranné vřetenové uchycení a aktivní rotační kompenzace vibrací - je možné do jedné rackové police nebo volně stojícího NAS nainstalovat více než osm těchto zařízení.

Model S300, vybraný pro srovnání s novými produkty s kapacitou 14–16 TB, je postaven na hardwarovém šasi serverových jednotek MD06ACA-V a obsahuje sedm magnetických desek a specifikace zařízení udávají rychlost náhodného čtení/zápisu 248 MB/s, typické pro moderní velkokapacitní HDD. Ale z technik, které se používají na serverových pevných discích Toshiba ke snížení latence, má S300 pouze funkci Dynamic Cache.

Na rozdíl od všech ostatních účastníků testu se S300 i s hustým stohem sedmi plátů obejde bez helia a je umístěn ve standardní odvětrávané skříni. Zdá se, že právě z tohoto důvodu má 10 terabajtový model nejvyšší hodnotu spotřeby energie v souhrnné tabulce specifikací účastníků testu a tento parametr, i když je sám o sobě důležitý pouze pro správce datových center, přímo určuje teplotu HDD. Skutečnou spotřebu S300 si ověříme sami, ale tento bod zatím vezmeme na vědomí.

Zdroj: 3dnews.ru