Ny artikel: Test af harddiske med kapacitet på 14–16 TB: ikke blot større, men også bedre

Kapaciteten af harddiske fortsætter med at vokse, men væksten er langsomt aftagende de seneste år. For at udgive den første enhed med en kapacitet på 4 TB efter at 2 TB HDD'er kom på markedet, brugte industrien kun to år; det tog tre år at nå 8 TB, og det tog yderligere fem år at fordoble kapaciteten af 3,5-tommers harddiske.

Det seneste gennembrud skyldes en hel række innovative løsninger. I dag er selv konservative virksomheder som Toshiba, der i lang tid nægtede at anvende helium, tvunget til at producere harddiske i tætsluttende kabinettet, og antallet af plader på spindlen er steget til ni stykker — selvom fem plader engang blev anset for at være en rimelig grænse. I specifikke nicher anvendes teknologien kaldet smalt optagelse (SMR, Shingled Magnetic Recording), hvor sporetrækkene på pladen delvist overlapper. Og endelig, for at flytte harddiskens kapacitetsgrænse fra 14 til 16 TB uden brug af SMR, måtte producenterne implementere en af de lovende teknologier, som gradvist er blevet færre, som vi gengiver i de årlige slutrapporter., — læsning af spor med flere hoveder samtidigt (TDMR, Two-Dimensional Magnetic Recording). Fremtidige fremskridt vil før eller senere kræve mere omfattende ændringer i grundlaget for HDD-arbejde — såsom opvarmning af pladen ved hjælp af laser eller mikrobølger (HAMR/MAMR, Heat/Microwave-Assisted Magnetic Recording) i det øjeblik, hvor den skrivehoved passerer.

Det er dog let at bemærke, at alle de beskrevne metoder primært sigter mod at øge optagningstætheden og øge mængden på en enkelt spindel, selvom mange af dem også har en positiv bivirkning i form af øget hastighed ved lineær læsning og skrivning af data. I denne henseende har moderne HDD'er forceret grænsen på 250 MB/s og er allerede sammenlignelige med tidlige forbruger-solid-state-drev. Men hastigheden for adgang til tilfældige sektorer på magnetdiske har næsten ikke udviklet sig, og når man omregner til volumen, bliver antallet af operationer per sekund blot lavere. Samtidig opstår der højere krav til fejltolerance, for jo flere data der opbevares på én spindel, jo vigtigere er det ikke at miste dem, og jo længere tid tager genopretningen.

Men selv på denne udfordring havde skaberne af magnetiske lagringsenheder et svar. Vi tog tre harddiske med kapacitet fra 14 til 16 TB for at undersøge, hvordan teknologierne fra 64 år tilbage tilpasser sig realiteterne i 2019, og vi bemærkede flere tendenser. Champions eksemplerne på moderne 3,5-tommer harddiske, fremstillet til rackservere og SAN-enheder, har noget til fælles med flash-drev — fra principperne for adressering af sektorer til direkte integration af flash-chips i den lokale hukommelsesstak. Forbrugsmodellerne er desuden blevet tættere på deres serverlignende egenskaber, og selv betegnelsen "desktop HDD" siger ikke så meget om enhedens hastighed og pålidelighed længere. Men formålet med denne anmeldelse er ikke blot at tale generelt. Vi har til hensigt at finde ud af, hvordan de nye tendenser i konstruktionen af harddiske kommer til udtryk i konkrete målinger af ydeevne.

⇡#Tekniske specifikationer for testdeltagerne

Inden vi begynder at analysere testresultaterne, er det værd at undersøge enhedernes specifikationer, som vi skal arbejde med. Denne gang er der ikke så mange, som der plejer at være i vores gruppeanmeldelser, men vi har opfyldt de vigtigste betingelser, uden hvilke en sammenligning af harddiske ikke kan være fuldstændig. Anmeldelsen omfattede produkter fra alle tre producenter — Seagate, Toshiba og Western Digital, som tilhører forskellige kategorier: forbruger- og servermodeller. De vigtigste specifikationer, de har til fælles, er en kapacitet på 14 eller 16 TB, et hermetisk kabinet fyldt med helium og en rotationshastighed på 7200 omdr./min. For at sammenligne med tungvægterne deltager tre allerede kendte enheder med mindre kapacitet (10 og 12 TB), designet til brug i servere, hjemme- eller kontor-NAS.

Den første model i vores beskedne samling af hårde diske med usædvanlig storage - BarraCuda Pro 14 Tbyte - er en enhed til stationære pc'er og DAS, men ikke en almindelig, men 'professionel'. På den ene side betyder det, at BarraCuda Pro er udsat for typiske begrænsninger for desktop-hårde diske. For eksempel er den ikke beregnet til RAID-konfigurationer, da det er ønskeligt at have TLER (Time-Limited Error Recovery) - en firmwareindstilling, der forhindrer HDD i at falde ud af arrayet på grund af langvarige forsøg fra mikrocontrolleren på at læse en problematisk sektor. Desuden er BarraCuda Pro's chassis dårligt tilpasset til drift i et skab eller NAS med flere skuffer, da det ikke har nogen vibrationskompensation.

Men på den anden side, i modsætning til de fleste andre desktop-harddiske, har HDD'er fra dette mærke en øget årlig belastningskapacitet - op til 300 Tbyte genoptagelse, de er klar til at arbejde 24/7 og kommer med en femårig garanti. Ydelsen vil også være tilfredsstillende (i det mindste i opgaver med overvejende lineær dataadgang): takket være otte pladser på 1,75 Tbyte når enheden en stabil throughput på 250 Mbyte/s. Desuden lover producenten, at den vil være hurtigere ved tilfældig adgang sammenlignet med almindelige diske til stationære computere, mens strømforbruget tværtimod er lavere end de fleste 3,5-tommers modeller. Vi vil dog stadig tjekke alle Seagates påstande.

For Seagate to conquer such a high threshold of data density in standard perpendicular recording without employing niche technology like SMR (Shingled Magnetic Recording), it had to adopt one of the promising methods we write about year after year in our slutrapporter., known as two-dimensional recording (Two-Dimensional Magnetic Recording). However, contrary to its name, TDMR is not related to the data recording procedure itself and is intended to increase the signal-to-noise ratio under conditions of high track density on the magnetic platters by simultaneously reading the track with two read heads: the latter are spaced in such a way that the field captures adjacent tracks, making it easier to compensate for interference. In the future, drives with TDMR will feature even more heads, which could increase data reading reliability and speed, but that's still a matter for the future.

The BarraCuda Pro drives differ significantly from their younger series counterparts without the Pro suffix — starting from the fact that all HDD manufacturers' standard desktop models are stuck at 6–8 TB. The BarraCuda Pro disk can rather be described as a descendant of Seagate's server branch, lacking features related to array operation. However, as a result, the price of this device has soared to the level of enterprise models, if not higher: in Russia, the 14-terabyte model can't be found for less than 34,348 rubles, while on U.S. retail platforms, it costs $549. Even nearline models from Seagate of the same capacity are cheaper — starting from $375 or 28,936 rubles.

Den næste testgenstand, 14 TB Ultrastar DC HC530-disk, er en nearline-enhed, der repræsenterer det bedste, som ingeniørerne hos Western Digital kunne præstere, indtil den nye model på 16 TB kom på markedet. I 3DNews' praksis blev det den første Ultrastar-harddisk uden de velkendte HGST-bogstaver i navnet: virksomheden flyttede alle servermodeller under sit eget brand, efter at HGSTs aktiver helt forsvandt ind i den sammenlagte virksomhed. I sine nøglefunktioner minder enheden om BarraCuda Pro i samme størrelse: inde i det forseglede hus af Ultrastar DC HC530 ligger der også otte magnetiske plader med en nyttig kapacitet på 1750 GB, og dataudlæsning fra tæt placerede spor sikres af TDMR-teknologien. Men hvad angår de øvrige parametre og det brede udvalg af ekstra funktioner, der er særegne for virksomhedens HDD'er, kan Ultrastar DC HC530 ikke sammenlignes med desktop-modeller, selvom BarraCuda Pro ikke er en typisk repræsentant for sin kategori.

Således er den nyttige optagelsestæthed på pladerne BarraCuda Pro og Ultrastar DC HC530 den samme, ligesom omdrejningshastigheden af spindel, men WD-produktet garanterer en højere vedvarende hastighed for lineær læsning og skrivning af data — op til 267 MB/s (det er uklart, hvor forskellen stammer fra, men tests vil vise, om den rent faktisk eksisterer). For at reducere forsinkelsen ved vilkårlig adgang hjælper en to-trins aktuator af tredje generation og en stor buffer på 512 MB, og vigtigst af alt, Media Cache — reserverede zoner til hurtig skrivning af blokke, spredt over pladernes overflade. Denne sidste funktion binder moderne nearline-diske til solid state-drev, hvor der også findes et variabelt forhold mellem fysiske sektioner og logiske blokke. Fra og med 10 TB-modellerne Ultrastar DC HC330 anvender WD også en lille mængde flashhukommelse til caching af skriveoperationer. Det bemærkes, at samtidig med (potentielt) ekstremt høj ydelse i forhold til magnetiske lagringsenheder adskiller WD-produktet sig ved moderat strømforbrug — faktisk er det enheden med det laveste energiforbrug blandt alle testdeltagerne, vurderet ud fra dens tekniske specifikationer.

Denkere af denne klasse er bygget til kontinuerlig drift i serverrack: tosidet montering af spindel, kompensering af rotationsvibrationer - disse og andre konstruktionsfunktioner i Ultrastar DC HC530 har gjort det muligt at øge den designet belastning af disken til 550 TB/år, mens den gennemsnitlige driftslevetid er typisk for nearline-modeller med 2,5 millioner timer. I tilfælde af en usandsynlig fejl under firmwareopdatering er der loddet en reservemikrochip på controlleren. Disken leveres i konfigurationer med native adgang til 4 KB-partitioner eller emulering af 512-byte sektorer, med SATA eller SAS interface. I sidstnævnte tilfælde er der også tilgængelig en mulighed for ende-til-ende datakryptering.

Den vejledende pris for WD Ultrastar DC HC530 i konfiguration med SATA-port og emulering af arv 512-byte partitioner svarer til den avancerede ydeevne og teknologi, som dette apparat tilbyder: fra 27.495 rubler i russiske online butikker og $439 på 'Amazon'.

At samle en samling af harddiske med en kapacitet på 14 TB til sammenlignende test var ikke let, og vi kunne ikke skaffe en passende enhed fra en tredjepartsproducent - Toshiba. I stedet fik vi fat i en model fra den næste generation med 16 TB. Nu tilbyder alle tre virksomheder, der producerer hårde diske, lagermedier af samme volumen, men netop produktet fra Toshiba i MG08-serien var blandt dem det allerførste. Rekorden for det japanske firma er baseret på plader med omtrent, hvis ikke præcist den samme fysiske tæthed for dataregistrering som i BarraCuda Pro og Ultrastar på 14 TB, men Toshiba var den første til at pakke hele ni 'pandekager' i et standard 3,5-tommer kabinet. Der var heller ikke mangel på TDMR-teknologien, som blev en uundgåelig betingelse for at nå nye kapacitetsgrænser. Gennemstrømningen af Toshiba MG08 i lineære læse-/skriveoperationer skulle være på niveau med WD Ultrastar DC HC530, men mærkværdigvis afslører producenten ingen detaljer om enhedens ydeevne.

Det er dog kendt, at Toshiba også har taget skridt til at øge pålideligheden og samtidig reducere latenstiden for skriveoperationer: flashhukommelseschippen i MG08 giver mulighed for at beskytte data, der sendes fra værtens controller til skrivning, i tilfælde af strømsvigt, men testresultater antyder, at den også fungerer som et sekundært cache-niveau efter DRAM-bufferen. Denne teknologi (Persistent Write Cache) tilgodeses dog kun i specifikationerne for enheder med 512-byte emulering, som er en yderligere kilde til risiko ved strømsvigt (og i nogen grad fratager ydeevne) på grund af nødvendigheden af at udføre en read-modify-write operation ved hver skrivning af logiske blokke, der ikke falder sammen med grænserne for fysiske sektorer. Serien MG08 inkluderer også modeller med nativ adgang til 4-kilobyte sektorer. Om dette betyder, at de seneste modeller slet ikke har flashhukommelse, eller om backup-funktionen blot er blevet fjernet, ved vi ikke. Men uanset PWC anvender Toshiba MG08, samt andre lagringsenheder fra denne producent, algoritmer til Dynamic Cache, som producenten hævder optimalt fordeler bufferplads mellem læse- og skriveoperationer. Vi har heller ikke detaljerede oplysninger om dem.

Andre kilder til øget fejltolerance i designet af Toshiba MG08 inkluderer spindlemontering på begge sider og vibrationssensorer. Disse drev er designet til at skrive 550 TB data om året og har en typisk driftstid mellem fejl på 2,5 millioner timer samt en femårig garanti. Flere forskellige konfigurationer af drevet med SATA- eller SAS-interface og en valgfri fuld krypteringsfunktion er tilgængelige ved bestilling. Men vi kan ikke orientere jer om prisen: 16-terabyte Toshiba-drevet blev præsenteret tilbage i januar, men det er stadig en sjælden vare i detailhandlen.

Toshiba MG08 16 TB

Nu hvor vi har mødt de tre vigtigste deltagere i testen, lad os se på de mindre harddiske, som vi skal sammenligne med de nye 14-16 terabyte modeller. En af dem, Exos X10 med 10 TB, er en nearline-lagringsenhed, der indeholder syv magnetplader i et hermetisk lukket kabinet. Og selvom den nyttige kapacitet pr. plade er steget fra 1429 til 1750 GB og mere, bør hastigheden for sekventiel adgang på harddiskene også stige. Men hvad angår dette parameter, er Exos X10 stort set i samme kategori som BarraCuda Pro på 14 TB ifølge specifikationerne for begge lagringsenheder. Noget er tydeligvis uklart i specifikationerne for Seagate-harddiskene, men vi har mulighed for at finde ud af det praktisk.

For at øge hastigheden af operationer med vilkårlig adgang har Exos-serien en avanceret skrivecachemekanisme AWC (Advanced Write Caching), der reducerer svartid. Inden for AWC grupperes skriveoperationer i DRAM-bufferen, som det sker i enhver anden harddisk, men bufferens indhold gemmer en kopi af dataene, efter de er blevet skrevet til pladen, og indholdet af spejlbufferen kan straks læses af værtcontrolleren. I Seagate serverharddiske 2,5-tommers formfaktor AWC inkluderer et hurtigere niveau — reserverede områder på pladen, hvor data fra DRAM skrives sekventielt (Media Cache), samt et lille volumen af ikke-flash-hukommelse til redning af data fra bufferen ved strømbrud. Men i Exos X10 er der ikke flash-hukommelse, måske heller ikke Media Cache.

I forhold til forbrugerharddiske til stationære computere og NAS adskiller Exos-seriens diske sig ved høje pålidelighedstal (2,5 millioner timer) og beregnet belastning (550 TB/år), muligheden for at blive anvendt i serverstativer uden begrænsninger på antallet af skuffer samt en garanti på fem år. Den hårde disk med modelnummeret ST10000NM0016, som vi modtog til test, tilhører desuden Hyperscale-modifikationerne, som har et lavere energiforbrug sammenlignet med andre medlemmer af Exos-familien, men som kun findes med SATA-interface og 512-byte sektoremmulering. I konfigurationer med SAS-stik er der blandt Exos-modellerne varianter med direkte adgang til 4-kilobyte sektorer samt funktioner til gennemgående fulddisk-kryptering.

Seagate IronWolf-hårddisken har for nyligt været omtalt i vores gennemgang de nye repræsentanter for dette mærke sammen med Seagate's solid state-disk til netværkslagre. 12-terabyte modellen IronWolf ser ud til at være udstyret med plader med samme fysiske tæthed som Exos X10, men her er der én mere. Men Seagate vurderer ydeevnen af deres produkt i sekventiel læse- og skriveoperationer meget lavere — kun 210 MB/s. Der er heller ingen sofistikerede teknologier, der er designet til at kompensere for den høje responstid, der er forbundet med magnetiske lagringsenheder.

Til gengæld har alle IronWolf-hårddiske fra 4 TB og op fået en række hardwarefunktioner fra Exos-serien, der bidrager til øget pålidelighed. Magnetpladeblokken i hver harddisk er afbalanceret i to planer, og rotationsvibrationssensorer sikrer stabil drift i rack-storagesystemer eller fritstående NAS med op til otte diskbure. IronWolf er designet til moderat drift med en projektbelastning på 180 TB/år og har en pålidelighedstid på 1 million timer. Som følge heraf er garantiperioden for IronWolf ikke så lang som for de mere seriøse modeller i Seagates katalog — tre år.

Under mærket S300 har den japanske virksomhed Toshiba lanceret en serie af lagringsenheder til videoovervågningssystemer — disse harddiske har også fået deres egne gennemgang På 3DNews-siderne. Takket være udvidelsen af ATA Streaming Command Set-dataoverførselsprotokollen gør de ældre modeller Toshiba S300 det muligt at optage video fra 64 overvågningskameraer samtidigt, men de er grundlæggende typiske lagringsenheder til NAS og DAS med en driftstid på 24/7 og en rimelig fejlfindingslivslængde: som med IronWolf er det 1 million timer, og garantiperioden er de samme tre år. Takket være de konstruktive fordele ved S300-chassiset — spindelmontering på begge sider og aktiv kompensation af rotationsvibrationer — kan mere end otte af disse enheder installeres i et rack eller en separat NAS.

S300-modellen, der er valgt til sammenligning med nyhederne med en kapacitet på 14–16 TB, er bygget på basis af det hardware-chassi, der anvendes til serverdiske MD06ACA-V, og indeholder syv magnetiske plader, mens specifikationerne for enheden angiver en typisk for moderne højvolumen HDD-læse-/skrivehastighed på 248 MB/s. Men blandt de metoder, der anvendes i Toshibas serverharddiske for at reducere latenstid, er det kun funktionen Dynamic Cache, der er tilbage i S300.

I modsætning til alle de andre deltagere i testen klarer S300 sig uden helium, selv med et tæt stak af syv plader, og det er udført i et standardventileret kabinet. Det ser ud til, at det er grunden til, at 10 TB-modellen har det højeste strømniveau i den samlede specifikationstabel for testdeltagerne, og denne parameter, selvom den kun er vigtig for datacenteradministratorer, bestemmer direkte temperaturen på HDD'en. Det reelle energiforbrug af S300 vil vi undersøge selv, men indtil videre tager vi denne punkt til efterretning.

Kilde: 3dnews.ru