Nuevo artículo: Prueba de discos duros de 14 a 16 TB: no solo más, sino también mejor

La capacidad de los discos duros sigue aumentando, pero las tasas de crecimiento se han desacelerado constantemente en los últimos años. Para lanzar el primer dispositivo con capacidad de 4 TB, después de que los discos duros de 2 TB salieron al mercado, la industria solo necesitó dos años; se tardaron tres en alcanzar la marca de 8 TB, y volver a duplicar la capacidad de un disco duro de 3.5 pulgadas tomó cinco años.

El último avance se logró gracias a una serie de soluciones innovadoras. Hoy en día, incluso conservadores como Toshiba, que hasta hace poco se resistía a utilizar helio, se ven obligados a producir discos duros en carcasas herméticas, y el número de platos en el eje ha aumentado a nueve — aunque anteriormente cinco platos se consideraban un límite razonable. En nichos específicos se utiliza la tecnología de la llamada grabación en capas (SMR, Shingled Magnetic Recording), en la que las pistas de los sectores en el plato se superponen parcialmente. Y finalmente, para mover el límite de capacidad del disco duro de 14 a 16 TB sin utilizar SMR, los fabricantes tuvieron que implementar una de las tecnologías emergentes, cuya lista se va reduciendo año tras año. artículos finales, — la lectura de la pista con múltiples cabezales simultáneamente (TDMR, Two-Dimensional Magnetic Recording). Cualquier avance futuro requerirá, tarde o temprano, cambios más importantes en los fundamentos del funcionamiento de los HDD — como el calentamiento del plato mediante láser o microondas (HAMR/MAMR, Heat/Microwave-Assisted Magnetic Recording) en el momento en que pasa la cabeza grabadora.

Sin embargo, es fácil notar que todos los métodos descritos están dirigidos en primer lugar al aumento de la densidad de grabación y al incremento de la capacidad en un mismo eje, aunque muchos de ellos tienen un efecto secundario beneficioso en términos de mayor velocidad de lectura y escritura de datos. En este aspecto, los HDD modernos han superado los 250 MB/s y ya son comparables a las primeras unidades de estado sólido para consumidores. Sin embargo, la velocidad de acceso a sectores aleatorios de los discos magnéticos casi no ha progresado, y en relación con la capacidad, la cantidad de operaciones por segundo solo disminuye. Junto con esto, surgen mayores exigencias en cuanto a la resistencia a fallos, ya que cuanto más datos se almacenan en un mismo eje, más importante es no perderlos y más largo es el proceso de recuperación.

Pero también los creadores de unidades de disco magnético han respondido a este desafío. Tomamos tres discos duros con capacidades de entre 14 y 16 TB para ver cómo las tecnologías de hace 64 años se adaptan a las realidades de 2019, y notamos varias tendencias. Los modelos de mayor rendimiento de los modernos discos duros de 3,5 pulgadas, diseñados para servidores en rack y sistemas de almacenamiento, tienen algo en común con las unidades de estado sólido: desde los principios de direccionamiento de sectores hasta la integración directa de chips flash en la pila de memoria local. A su vez, los modelos de consumo se han acercado más a las características de los modelos de servidor, y incluso la descripción de "HDD de escritorio" ya no dice tanto sobre el rendimiento y la fiabilidad del dispositivo. Pero el objetivo de este análisis no se limita a palabras generales. Nuestro propósito es averiguar cómo las nuevas tendencias en el diseño de discos duros se reflejan en cifras concretas de rendimiento.

⇡#Especificaciones técnicas de los participantes de la prueba

Antes de comenzar a analizar los resultados de las pruebas, vale la pena estudiar detenidamente las especificaciones de los dispositivos con los que vamos a trabajar. Esta vez no hay tantos como suele haber en nuestras pruebas grupales, pero hemos cumplido con los principales criterios, sin los cuales la comparación de discos duros no puede considerarse completa. En la revisión han participado productos de los tres principales fabricantes: Seagate, Toshiba y Western Digital, y pertenecen a diferentes categorías: de consumo y de servidor. Las características principales que los unen son: capacidad de 14 o 16 TB, un carcasa hermética llena de helio y una velocidad de rotación del eje de 7200 RPM. Y para comparar con los pesos pesados, en la prueba participan tres dispositivos que ya conocemos, de menor capacidad (10 y 12 TB), diseñados para su uso en servidores, NAS domésticos u oficinas.

El primer modelo de nuestra modesta colección de discos duros de gran capacidad — BarraCuda Pro de 14 TB — es un almacenamiento para PC de escritorio y DAS, pero no uno cualquiera, sino "profesional". Por un lado, esto significa que la BarraCuda Pro presenta las limitaciones típicas de los discos duros de escritorio. Por ejemplo, no está diseñada para ser parte de un array RAID, ya que para ello es preferible tener TLER (Time-Limited Error Recovery) — una configuración de firmware que evita que el HDD se salga del array debido a intentos prolongados del microcontrolador para leer un sector problemático. Además, el chasis de la BarraCuda Pro no está bien adaptado para funcionar en estantes o NAS con múltiples bandejas, ya que carece de compensación por vibración rotacional.

Pero, por otro lado, a diferencia de la mayoría de otros discos duros de escritorio, los HDD de esta marca cuentan con un mayor recurso de carga anual — hasta 300 TB de sobrescritura, están listos para funcionar en modo 24/7 y vienen con una garantía de cinco años. Seguramente no habrá queja sobre el rendimiento (al menos, en tareas con acceso principalmente lineal a los datos): gracias a sus ocho platos de 1,75 TB, el dispositivo alcanza un rendimiento constante de 250 MB/s. Además, el fabricante promete que la velocidad de acceso aleatorio en la BarraCuda Pro debería ser superior en comparación con los discos duros de escritorio normales, mientras que el consumo de energía es, por el contrario, inferior al de la mayoría de los modelos de 3,5 pulgadas. Sin embargo, todas las afirmaciones de Seagate las verificaremos más adelante.

Para alcanzar un nivel tan alto de densidad de datos en el marco del grabado perpendicular estándar sin recurrir a la tecnología de nicho SMR (Shingled Magnetic Recording), Seagate tuvo que implementar uno de los métodos prometedores de los que hemos estado escribiendo año tras año en nuestros artículos finales, es decir, el llamado grabado bidimensional (Two-Dimensional Magnetic Recording). Sin embargo, a pesar de su nombre, TDMR no está relacionada con el proceso de grabación de datos como tal y está destinada a aumentar la relación señal/ruido en condiciones de alta densidad de pistas en el disco magnético mediante la lectura simultánea de la pista por dos cabezales de lectura: estos últimos están separados en el espacio de tal manera que el campo captura pistas adyacentes, y la compensación de la interferencia se vuelve más fácil. En el futuro, los discos duros con TDMR contarán con aún más cabezales, y junto con la fiabilidad en la lectura de datos, su velocidad puede aumentar, pero eso es algo que queda para el futuro.

Los discos duros BarraCuda Pro se diferencian en muchos aspectos de los dispositivos similares de la serie menor sin la designación Pro; empezando por el hecho de que todos los fabricantes de HDD han estancado los modelos estándar de escritorio en un tamaño de 6–8 TB. El disco BarraCuda Pro puede describirse más bien como un descendiente de la línea de servidores de Seagate, que carece de funciones relacionadas con el funcionamiento en arreglos. Sin embargo, como resultado, el precio del dispositivo ha alcanzado el nivel de las modelos empresariales, o incluso más alto: en Rusia, no se puede encontrar el modelo de 14 terabytes por menos de 34,348 rublos, y en los mercados minoristas de EE. UU. — $549. Incluso los modelos nearline de Seagate de la misma capacidad tienen precios menores, a partir de $375 o 28,936 rublos.

El siguiente sujeto de prueba, el disco de 14 terabytes Ultrastar DC HC530, es un almacenamiento de clase nearline que representa lo mejor que los ingenieros de Western Digital pudieron ofrecer, hasta la llegada de la nueva versión de 16 TB. En la práctica de 3DNews, se convirtió en el primer disco duro de la marca Ultrastar sin las letras HGST en su nombre: la compañía trasladó todos sus modelos de servidor a su propia marca una vez que los activos de HGST se integraron completamente en la corporación fusionada. En sus características clave, este dispositivo es similar al BarraCuda Pro de la misma capacidad: dentro de su carcasa hermética, el Ultrastar DC HC530 también contiene ocho platos magnéticos con una capacidad útil de 1750 GB, y la lectura de datos en pistas densamente empaquetadas se logra gracias a la tecnología TDMR. Pero en otros aspectos y en la variedad de funciones adicionales inherentes a los discos duros empresariales, el Ultrastar DC HC530 no puede ser comparado con los modelos de escritorio, aunque el BarraCuda Pro no sea un representante típico de su categoría.

Así, la densidad de grabación útil en los platos del BarraCuda Pro y el Ultrastar DC HC530 es la misma, al igual que la velocidad de rotación del eje, pero el producto de WD garantiza una velocidad de lectura y escritura lineal estable más alta, alcanzando hasta 267 MB/s (no está claro de dónde proviene la diferencia, pero las pruebas mostrarán si realmente existe). La latencia en el acceso aleatorio se reduce gracias al actuador de dos etapas de nueva generación y al gran búfer de 512 MB, y lo más importante, Media Cache: zonas de reserva para la rápida escritura de bloques, distribuidas a lo largo de la superficie de los platos. Esta última característica relaciona los discos nearline modernos con los dispositivos de estado sólido, donde también hay una relación variable entre los sectores físicos y los bloques lógicos. A partir de los modelos de 10 terabytes Ultrastar DC HC330, WD utiliza también un pequeño volumen de memoria flash para el almacenamiento en caché durante las operaciones de escritura. Es notable que, al mismo tiempo que (potencialmente) ofrece un rendimiento extremadamente alto para los estándares de los medios magnéticos, el producto de WD se distingue por su consumo de energía moderado; de hecho, es el dispositivo con el menor consumo de energía entre todos los participantes en las pruebas, según sus especificaciones.

Los dispositivos de esta clase están diseñados para un funcionamiento continuo en condiciones de rack de servidor: el montaje bilateral del husillo, la compensación de las vibraciones rotacionales y otras características de diseño del Ultrastar DC HC530 han permitido aumentar la carga de trabajo del disco a 550 TB/año, mientras que el tiempo medio entre fallos es tipico de los modelos nearline, 2,5 millones de horas. En caso de un fallo poco probable durante la actualización del firmware, se ha soldado un chip de repuesto en la placa del controlador. El disco se ofrece en configuraciones con acceso nativo a la partición de 4 KB o emulación de sectores de 512 bytes, con interfaz SATA o SAS. En este último caso, también está disponible la opción de cifrado de datos de extremo a extremo.

Los precios minoristas del WD Ultrastar DC HC530 en la configuración con puerto SATA y emulación de la partición heredada de 512 bytes corresponden a las características y tecnologías avanzadas de este dispositivo: a partir de 27,495 rublos en tiendas en línea rusas y $439 en Amazon.

Reunir una colección de discos duros de 14 TB para pruebas comparativas no fue fácil, y no pudimos conseguir el dispositivo de un tercer fabricante, Toshiba. Sin embargo, en lugar de eso, obtuvimos un modelo de la siguiente generación, de 16 TB. Actualmente, las tres empresas que fabrican discos duros ofrecen dispositivos de este volumen, pero el producto de Toshiba de la serie MG08 fue el primero entre ellos. El récord de la empresa japonesa se basa en platos con aproximadamente, si no exactamente, la misma densidad física de grabación que los discos duros BarraCuda Pro y Ultrastar de 14 TB, pero Toshiba fue la primera en empaquetar nueve

Sin embargo, se sabe que Toshiba también ha tomado medidas para aumentar la confiabilidad y al mismo tiempo reducir la latencia de las operaciones de escritura: el chip de memoria flash a bordo del MG08, en caso de un corte de energía, permite proteger los datos enviados por el controlador del host a escritura, y según los resultados de las pruebas, también cumple la función de un segundo nivel de caché después del búfer DRAM. Sin embargo, esta tecnología (Persistent Write Cache) solo aparece en las especificaciones de los discos con emulación de particiones de 512 bytes, que representa una fuente adicional de riesgo durante un corte de energía (y en cierta medida afecta el rendimiento) debido a la necesidad de realizar la operación de read-modify-write en cada escritura de bloques lógicos que no coinciden con los límites de los sectores físicos. Y la serie MG08 también incluye modelos con acceso nativo a sectores de 4 kilobytes. No sabemos si esto significa que los últimos carecen completamente de memoria flash, o si solo se ha eliminado la función de respaldo. Pero independientemente del PWC, el Toshiba MG08, así como otros dispositivos de esta empresa, utiliza algoritmos de Dynamic Cache que, según el fabricante, distribuyen óptimamente el espacio del búfer entre las operaciones de lectura y escritura. Tampoco tenemos información detallada sobre ellos.

Otras fuentes de alta disponibilidad en la construcción del Toshiba MG08 son el montaje del husillo por ambos lados y los sensores de vibración rotacional. Estos discos están diseñados para escribir 550 TB de datos al año, tienen un tiempo medio hasta el fallo estándar para dispositivos empresariales de 2.5 millones de horas y una garantía de cinco años. Se pueden pedir varias configuraciones diferentes del disco con interfaz SATA o SAS y una función de cifrado de extremo a extremo opcional. Sin embargo, no podemos orientarlo sobre el precio: el disco Toshiba de 16 terabytes fue presentado en enero, pero sigue siendo una criatura rara en el comercio minorista.

Toshiba MG08 16 TB

Ahora que hemos conocido a los tres principales participantes de la prueba, echemos un vistazo a los discos duros de menor capacidad con los que compararemos los nuevos modelos de 14-16 terabytes. Uno de ellos, el Exos X10 de 10 TB, es un dispositivo nearline que contiene siete platos magnéticos en una carcasa hermética. Y aunque desde entonces la capacidad útil del plato ha aumentado de 1429 a 1750 GB o más, la velocidad de acceso secuencial en los discos duros también debería aumentar, pero en este aspecto el Exos X10 prácticamente no le queda atrás al BarraCuda Pro de 14 TB, según las especificaciones de ambos dispositivos. Hay algo que claramente no cuadra en las especificaciones de los discos duros Seagate, pero tenemos la oportunidad de averiguarlo en la práctica.

Para aumentar la velocidad de las operaciones de acceso aleatorio, la serie Exos cuenta con un avanzado mecanismo de caché de escritura AWC (Advanced Write Caching) que reduce el tiempo de respuesta. En el marco del AWC, las operaciones de escritura se agrupan en un búfer DRAM, como ocurre en cualquier otro disco duro, sin embargo, el búfer guarda una copia de los datos después de que se han volcado en el plato, y el contenido del búfer espejo puede ser leído de inmediato por el controlador host. En los discos duros server de Seagate el formato de 2,5 pulgadas AWC incluye el siguiente nivel de velocidad: áreas reservadas en la superficie de los platos, donde los datos desde DRAM se escriben en orden secuencial (Media Cache), así como una pequeña cantidad de memoria no volátil para recuperar datos desde el búfer en caso de un corte de energía. Pero en el Exos X10 no hay memoria flash, y puede que tampoco haya Media Cache.

Los discos de la serie Exos se diferencian de los discos duros de consumo para computadoras de escritorio y NAS por sus altos índices de tiempo medio entre fallas (2.5 millones de horas) y carga nominal (550 TB/año), así como por su capacidad de funcionamiento en rack de servidores sin limitaciones en la cantidad de bandejas, y un período de garantía de cinco años. El disco duro con el número de modelo ST10000NM0016, que hemos probado, pertenece además a las modificaciones Hyperscale, que presentan un menor consumo energético en comparación con otros miembros de la familia Exos, pero se producen únicamente con interfaz SATA y emulación de sectores de 512 bytes. En configuraciones con conector SAS, hay opciones entre los modelos Exos con acceso nativo a sectores de 4 kilobytes, así como con la función de cifrado completo de disco.

El disco duro Seagate IronWolf apareció recientemente en resumen nuevos representantes de esta marca junto con el disco de estado sólido Seagate para almacenamiento en red. El modelo IronWolf de 12 terabytes, aparentemente, está equipado con platos que tienen la misma densidad física de grabación que los de Exos X10, solo que aquí hay uno más. Sin embargo, Seagate estima el rendimiento de su creación en operaciones de lectura y escritura secuencial mucho más bajo, tan solo 210 MB/s. Y no hay tecnologías sofisticadas destinadas a compensar la alta latencia característica de los dispositivos magnéticos.

Sin embargo, todos los discos duros IronWolf, comenzando desde una capacidad de 4 TB, han tomado de la serie Exos una serie de características de hardware que favorecen una mayor resistencia a fallas. El conjunto de platos magnéticos de cada disco está equilibrado en dos planos, y los sensores de vibración rotacional proporcionan un funcionamiento estable en sistemas de almacenamiento SAN o NAS independiente con hasta ocho bandejas de disco. IronWolf está diseñado para un modo de operación moderado con una carga proyectada de 180 TB/año y se caracteriza por un tiempo medio entre fallas de 1 millón de horas. Como resultado, el período de garantía de IronWolf no es tan prolongado como el de modelos más serios en el catálogo de Seagate, siendo de tres años.

Bajo la marca S300, la compañía japonesa Toshiba lanzó una serie de unidades para sistemas de videovigilancia; estos discos duros también tienen su propio resumen en las páginas de 3DNews. Gracias a la expansión del protocolo de transferencia de datos ATA Streaming Command Set, los modelos superiores de Toshiba S300 garantizan la grabación simultánea de video de 64 cámaras de vigilancia, pero en su esencia son discos típicos para NAS y DAS con capacidad de funcionamiento 24/7 y un buen recurso de vida útil: al igual que el IronWolf, este es de 1 millón de horas, y el periodo de garantía es el mismo, tres años. Gracias a las ventajas constructivas del chasis S300 —fijación del spindle por ambos lados y compensación activa de la vibración rotacional— se permite la instalación de más de ocho de estos dispositivos en un mismo rack o en un NAS independiente.

El modelo S300, seleccionado para comparar con las novedades de 14 a 16 TB, se basa en el chasis de hardware de discos duros de servidor MD06ACA-V y contiene siete platos magnéticos, y en las especificaciones del dispositivo se indica una velocidad típica de lectura/escritura aleatoria de 248 MB/s, que es común en los HDD de gran capacidad actuales. Sin embargo, de los métodos que se utilizan en los discos duros de servidor Toshiba para reducir la latencia, el S300 solo conserva la función de Cache Dinámica.

A diferencia de todos los demás participantes en la prueba, el S300, incluso con un denso apilamiento de siete platos, no requiere helio y está diseñado en un chasis ventilado estándar. Parece que por esta razón, el modelo de 10 terabytes tiene el valor más alto de potencia consumida en la tabla consolidada de especificaciones de los participantes de la prueba, y este parámetro, aunque por sí mismo solo es importante para los administradores de centros de datos, determina directamente la temperatura del HDD. La verdadera energía consumida por el S300 la verificaremos por nuestra cuenta, pero por ahora tomaremos este punto en nota.

Fuente: 3dnews.ru