Nuevo artículo: Prueba de discos duros de 14 a 16 TB: no sólo más grandes, sino mejores

La capacidad del disco duro sigue aumentando, pero la tasa de crecimiento ha ido disminuyendo constantemente en los últimos años. Entonces, para lanzar la primera unidad de 4 TB después de que salieran a la venta los HDD de 2 TB, la industria tardó sólo dos años, tardó tres años en alcanzar la marca de 8 TB y otros tres años en duplicar la capacidad de una unidad de 3,5 TB. Un disco duro de pulgadas tuvo éxito sólo una vez en cinco años.

El último avance se logró gracias a toda una lista de soluciones innovadoras. Hoy en día, incluso conservadores como Toshiba, que hasta hace poco rechazaban el helio, se ven obligados a producir discos duros en cajas selladas, y el número de placas en un eje ha aumentado a nueve piezas, aunque una vez, y durante mucho tiempo, se utilizaron cinco placas. considerado un límite razonable. En nichos específicos se utiliza la llamada tecnología. Grabación en mosaico (SMR, Shingled Magnetic Recording), en la que las pistas del sector en el plato se superponen parcialmente. Y finalmente, para cambiar el límite de capacidad del disco duro de 14 a 16 TB sin el uso de SMR, los fabricantes tuvieron que implementar una de las tecnologías prometedoras, cuya lista se reduce gradualmente y que reproducimos anualmente. artículos finales, — lectura de una pista mediante varios cabezales simultáneamente (TDMR, Two-Dimensional Magnetic Recording). Tarde o temprano, mayores avances requerirán cambios mayores en los fundamentos del funcionamiento del disco duro, como calentar el plato usando un láser o microondas (HAMR/MAMR, grabación magnética asistida por calor/microondas) en el momento en que pasa por el cabezal de grabación.

Sin embargo, es fácil ver que todas las técnicas descritas están dirigidas principalmente a aumentar la densidad de escritura y aumentar el volumen en un solo eje, aunque muchas de ellas tienen un efecto secundario beneficioso en forma de mayor velocidad de lectura y escritura de datos lineales. Según este parámetro, los HDD modernos han superado el límite de 250 MB/s y ya son comparables a los primeros discos de estado sólido de consumo. Pero la velocidad de acceso a sectores aleatorios de discos magnéticos apenas progresa y, en términos de volumen, el número de operaciones por segundo es sólo menor. Al mismo tiempo, surgen mayores requisitos de tolerancia a fallos, porque cuantos más datos se almacenan en un eje, más importante es no perderlos y más tiempo lleva restaurarlos.

Pero los creadores de los dispositivos de almacenamiento magnético también encontraron una respuesta a este desafío. Tomamos tres discos duros de 14 TB a 16 TB para ver cómo la tecnología de 64 años se está adaptando al 2019 y notamos algunas tendencias. Los ejemplos campeones de discos duros modernos de 3,5 pulgadas, producidos para servidores en rack y sistemas de almacenamiento, tienen algo en común con las unidades de estado sólido: desde los principios de direccionamiento sectorial hasta la integración directa de chips flash en la pila de memoria local. Y los modelos de consumo, a su vez, se han acercado en sus características a sus homólogos de servidor, e incluso la descripción "HDD de escritorio" ya no dice tanto sobre la velocidad y confiabilidad del dispositivo. Pero el propósito de esta revisión no se limita a palabras generales. Pretendemos descubrir cómo las nuevas tendencias en el diseño de discos duros se traducen en cifras de rendimiento del disco duro.

⇡#Características técnicas de los participantes de la prueba.

Antes de comenzar a analizar los resultados de las pruebas, conviene estudiar detenidamente las características de los dispositivos con los que nos ocuparemos. Esta vez no hay tantos como suele ocurrir en nuestras pruebas grupales, pero hemos cumplido las condiciones principales, sin las cuales una comparación de discos duros no puede considerarse completa. La revisión incluyó productos de los tres fabricantes: Seagate, Toshiba y Western Digital, y pertenecen a diferentes categorías: consumidor y servidor. Las principales características que los unen son un volumen de 14 o 16 TB, una caja sellada llena de helio y una velocidad de husillo de 7200 rpm. Y a modo de comparación con los pesos pesados, en las pruebas participan tres dispositivos más pequeños que ya conocemos (10 y 12 TB), diseñados para su uso en servidores, NAS domésticos o de oficina.

Производитель	Seagate			Toshiba		Western digital
serie	BarraCuda Pro	Exo X10	IronWolf	MG08	S300	Ultrastar CC HC530
Número de modelo	ST14000DM001	ST10000NM0016	ST12000VN0008	MG08ACA16TE	HDWT31AUZSVA	WUH721414ALE6L4
Factor de forma	3,5 en	3,5 en	3,5 en	3,5 en	3,5 en	3,5 en
Interfaz	SATA 6Gb/s	SATA 6Gb/s	SATA 6Gb/s	SATA 6Gb/s	SATA 6Gb/s	SATA 6Gb/s
Capacidad, GB	14 000	10 000	12 000	16 000	10 000	14 000
Configuración
Velocidad de rotación del husillo, rpm	7 200	7 200	7 200	7 200	7 200	7 200
Densidad de grabación de datos útiles, GB/plato	1 750	1 429	1 500	1 778	1 429	1 750
Número de placas/cabezales	8/16	7/14	8/16	9/18	7/14	8/16
Tamaño del sector, bytes	4096 (emulación de 512 bytes)	4096 (emulación de 512 bytes)	4096 (emulación de 512 bytes)	4096 (emulación de 512 bytes)	4096 (emulación de 512 bytes)	4096 (emulación de 512 bytes)
Volumen de búfer, MB	256	256	256	512	256	512
Rendimiento
Máx. velocidad de lectura secuencial sostenida, MB/s	250	249	210	Nd	248	267
Máx. velocidad de escritura secuencial sostenible, MB/s	250	249	210	Nd	248	267
Tiempo medio de búsqueda: lectura/escritura, ms	Nd	Nd	Nd	Nd	Nd	7,5/ND
Tolerancia a fallos
Carga de diseño, TB/g	300	Nd	180	550	180	550
Errores de lectura fatales, número de ocurrencias por volumen de datos (bits)	1/10 ^ 15	1/10 ^ 15	1/10 ^ 15	10/10 ^ 16	10/10 ^ 14	1/10 ^ 15
MTBF (tiempo medio entre fallas), h	Nd	2 500 000	1 000 000	2 500 000	1 000 000	2 500 000
AFR (probabilidad de falla por año), %	Nd	0,35	Nd	Nd	Nd	0,35
Número de ciclos de estacionamiento del cabezal	300 000	600 000	600 000	600 000	600 000	600 000
Características Físicas
Consumo de energía: inactivo/lectura-escritura, W	4,9/6,9	4,5/8,4	5,0/7,8	Nd	7,15/9,48	5,5/6,0
Nivel de ruido: inactividad/búsqueda, B	Nd	Nd	1,8/2,8	2,0/ND	3,4/ND	2,0/3,6
Temperatura máxima, °C: disco encendido/disco apagado	60/70	60/ND	70/70	55/70	70/70	60/70
Resistencia a los golpes: disco encendido/disco apagado	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)
Dimensiones totales: L × H × D, 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
Misa g	690	650	690	720	770	690
Período de garantía, años	5	5	3	5	3	5
Precio de venta al público (EE. UU., sin impuestos), $	Desde 549 (newegg.com)	Desde 289 (newegg.com)	Desde 351 (newegg.com)	Nd	Desde 301 (newegg.com)	Desde 439 (amazon.com)
Precio de venta al público (Rusia), frote.	Desde 34 (market.yandex.ru)	Desde 17 (market.yandex.ru)	Desde 26 (market.yandex.ru)	Nd	Desde 19 (market.yandex.ru)	Desde 27 (market.yandex.ru)

El primer modelo de nuestra modesta colección de discos duros de tamaño inmodesto, BarraCuda Pro 14 TB, es un disco para PC de escritorio y DAS, pero no simple, sino "profesional". Por un lado, esto significa que BarraCuda Pro está sujeto a las limitaciones típicas de los discos duros de escritorio. Por ejemplo, no está diseñado para combinarse en matrices RAID, ya que para esto es deseable tener TLER (Recuperación de errores por tiempo limitado), una configuración de firmware que evita que el HDD salga volando de la matriz debido a intentos prolongados del microcontrolador. para leer el sector problemático. Además, el chasis BarraCuda Pro no es muy adecuado para trabajar en un estante o NAS con varias cestas, porque no compensa la vibración rotacional.

Pero, por otro lado, a diferencia de la mayoría de los otros discos duros de escritorio, los discos duros de esta marca tienen un mayor recurso de carga anual: hasta 300 TB de reescritura, están listos para funcionar las 24 horas del día, los 7 días de la semana y van acompañados de una garantía de cinco años. Probablemente tampoco tenga que quejarse del rendimiento (al menos en tareas con acceso a datos predominantemente lineal): gracias a ocho platos de 1,75 TB, el dispositivo alcanza un rendimiento estable de 250 MB/s. Además, el fabricante promete que la velocidad de acceso aleatorio en BarraCuda Pro debería ser mayor en comparación con las unidades normales para computadoras de escritorio, y el consumo de energía, por el contrario, es menor que el de la mayoría de los modelos de 3,5 pulgadas. Sin embargo, seguiremos comprobando todas las declaraciones de Seagate.

Para conquistar un nivel tan alto de densidad de datos en el marco de la grabación perpendicular estándar sin el uso de la tecnología especializada SMR (Shingled Magnetic Recording), Seagate tuvo que implementar uno de los métodos prometedores sobre los que escribimos año tras año en nuestro artículos finales, - llamado Grabación bidimensional (Grabación magnética bidimensional). Pero contrariamente a su nombre, TDMR no tiene ninguna relación con el procedimiento de grabación de datos como tal y está diseñado para aumentar la relación señal-ruido en condiciones de alta densidad de pistas en un plato magnético debido a la lectura simultánea de una pista. por dos cabezales de lectura: estos últimos están espaciados de tal manera que el campo capta las pistas adyacentes y resulta más fácil compensar las interferencias. En el futuro, a los discos duros con TDMR se les agregarán aún más cabezales y, junto con la confiabilidad de la lectura de datos, su velocidad puede aumentar, pero esto aún es una cuestión de futuro.

Las unidades BarraCuda Pro se diferencian en muchos aspectos de los dispositivos similares de la serie más joven sin el prefijo Pro, empezando por el hecho de que todos los fabricantes de discos duros tienen modelos de escritorio estándar con entre 6 y 8 TB. La unidad BarraCuda Pro se puede describir más bien como una descendencia de la rama del servidor Seagate, que carece de funciones relacionadas con el trabajo en matrices. Pero como resultado, el precio del dispositivo se ha disparado al nivel de los modelos corporativos, o incluso más: en Rusia, un modelo de 14 terabytes no se puede encontrar más barato que 34 rublos, y en las tiendas minoristas de Estados Unidos, 348 dólares. Incluso los modelos Seagate nearline del mismo volumen cuestan menos: desde 549 dólares o 375 rublos.

El siguiente sujeto de prueba, el Ultrastar DC HC14 de 530 TB, es una unidad nearline que representó lo mejor que pudieron hacer los ingenieros de Western Digital hasta que llegó el nuevo modelo de 16 TB. Y en la práctica de 3DNews, se convirtió en el primer disco duro de la marca Ultrastar sin las habituales letras HGST en el nombre: la empresa transfirió todos los modelos de servidores bajo su propia marca después de que los activos de HGST se disolvieran por completo en la corporación unida. En sus características clave, este dispositivo es similar al BarraCuda Pro del mismo volumen: dentro de la carcasa sellada del Ultrastar DC HC530 también hay ocho placas magnéticas con una capacidad útil de 1750 GB, y la tecnología TDMR proporciona lectura de datos desde lugares muy espaciados. pistas. Pero en términos de otros parámetros y la variedad de funciones adicionales típicas de los discos duros corporativos, el Ultrastar DC HC530 no se puede equiparar con los modelos de escritorio, incluso si BarraCuda Pro no es un representante típico de su categoría.

Por lo tanto, la densidad de escritura útil en los platos BarraCuda Pro y Ultrastar DC HC530 es la misma, al igual que la velocidad del eje, pero el producto WD garantiza una mayor velocidad de lectura y escritura lineal sostenida de datos: hasta 267 MB/s (no es claro de dónde vino la diferencia, pero las pruebas mostrarán si realmente existe). Las latencias durante el acceso aleatorio se ayudan a reducir mediante un nuevo actuador de dos etapas de tercera generación y un gran búfer de 512 MB y, lo más importante, Media Cache: zonas de reserva para la escritura rápida de bloques esparcidos por la superficie de los platos. Esta última característica hace que los discos nearline modernos sean similares a las unidades de estado sólido, que también tienen una proporción variable entre sectores físicos y bloques lógicos. Y comenzando con los modelos Ultrastar DC HC10 de 330 terabytes, WD también utiliza una pequeña cantidad de memoria flash para almacenar en caché las operaciones de escritura. Tenga en cuenta que, junto con un rendimiento (potencialmente) extremadamente alto según los estándares de los discos magnéticos, el producto WD se distingue por un consumo de energía moderado; de hecho, es el dispositivo con el menor consumo de energía entre todos los participantes de la prueba, a juzgar por los parámetros de su pasaporte. .

Las unidades de esta clase se construyen con la expectativa de un funcionamiento continuo en un bastidor de servidor: montaje de eje de doble cara, compensación de vibración rotacional: estas y otras características de diseño del Ultrastar DC HC530 hicieron posible aumentar la carga de diseño del disco a 550 TB/año, y el MTBF es típico de los modelos nearline de 2,5 millones de horas. En caso de una falla improbable al actualizar el firmware, se suelda un chip de repuesto a la placa del controlador. El disco viene en modificaciones con acceso nativo a marcado 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 un extremo a otro.

Los precios minoristas del WD Ultrastar DC HC530 en una configuración con un puerto SATA y emulación del marcado heredado de 512 bytes corresponden a las características y tecnologías avanzadas de este dispositivo: desde RUB 27 495. en tiendas online rusas y 439 dólares en Amazon.

No fue fácil reunir una colección de discos duros de 14 TB para realizar pruebas comparativas y nunca pudimos conseguir un dispositivo adecuado de un tercer fabricante: Toshiba. Pero en su lugar obtuvimos un modelo de próxima generación, de 16 TB. Ahora las tres compañías de discos duros ofrecen unidades de capacidad similar, pero el producto de la serie MG08 de Toshiba fue el primero entre ellos. El récord de la compañía japonesa se basa en platos con aproximadamente, si no exactamente, la misma densidad física que los discos duros BarraCuda Pro y Ultrastar de 14 TB, pero esta es la primera vez que Toshiba ha podido empaquetar nueve panqueques en una caja estándar de 3,5 pulgadas. No sin la tecnología TDMR, que se ha convertido en una condición esencial para conquistar nuevas fronteras de capacidad. El rendimiento lineal de lectura/escritura del Toshiba MG08 debería estar al nivel del WD Ultrastar DC HC530, pero, curiosamente, el fabricante no revela ningún detalle sobre el rendimiento del dispositivo.

Pero 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 guardar los datos enviados por el controlador del host. Para escribir, pero a juzgar por los resultados de las pruebas, también sirve como memoria caché de segundo nivel después del búfer DRAM. Sin embargo, esta tecnología (Persistent Write Cache) aparece solo en las especificaciones de los discos con emulación de diseño de 512 bytes, lo que es una fuente adicional de peligro durante un corte de energía (y hasta cierto punto roba el rendimiento) debido a la necesidad de realizar una lectura. -operación de modificación-escritura cada vez de registros de bloques lógicos que no coinciden con los límites de los sectores físicos. Pero la serie MG08 también incluye modelos con acceso nativo a sectores de 4 kilobytes. Si esto significa que estos últimos carecen por completo de memoria flash o que simplemente se les ha eliminado la función de copia de seguridad, no lo sabemos. Pero independientemente de PWC, Toshiba MG08 y otras unidades de esta empresa, utilizan algoritmos de caché dinámica que, según el fabricante, distribuyen de manera óptima el espacio del búfer entre las operaciones de lectura y escritura. Tampoco tenemos ninguna información detallada sobre ellos.

Otras fuentes de mayor tolerancia a fallas en el diseño Toshiba MG08 son los soportes del eje en ambos lados y los sensores de vibración rotacional. Estas unidades están diseñadas para registrar 550 TB de datos por año, tienen un tiempo medio entre fallas de 2,5 millones de horas, estándar para dispositivos empresariales, y un período de garantía de cinco años. Se pueden solicitar varias configuraciones de unidades diferentes, con una interfaz SATA o SAS y cifrado de extremo a extremo opcional. Sin embargo, no podemos darle una guía de precios: la unidad de 16 terabytes de Toshiba se presentó en enero, pero sigue siendo una bestia poco común en las ventas minoristas.

Toshiba MG08 16TB

Ahora que hemos conocido a los tres participantes principales de la prueba, veamos los discos duros más pequeños con los que tenemos que comparar los nuevos modelos de 14-16 terabytes. Uno de ellos, el Exos X10 con una capacidad de 10 TB, es un disco nearline que contiene siete placas magnéticas en una carcasa sellada. Y aunque, dado que la capacidad utilizable del plato ha aumentado de 1429 a 1750 GB o más, la velocidad de acceso secuencial a los discos duros también debería aumentar, en este parámetro el Exos X10 prácticamente no es inferior al mismo BarraCuda Pro de 14 TB según las especificaciones de ambas unidades. Es evidente que algo no cuadra en las especificaciones de los discos duros Seagate, pero tenemos la oportunidad de descubrirlo todo en la práctica.

Para aumentar la velocidad de las operaciones de acceso aleatorio, la serie Exos ha desarrollado un mecanismo de almacenamiento en caché de escritura AWC (Advanced Write Caching), que reduce el tiempo de respuesta. Bajo AWC, las escrituras se agrupan en un búfer DRAM como lo están en cualquier otro disco duro, pero el búfer retiene una copia de los datos después de descargarlos al plato, y el host puede leer inmediatamente el contenido del búfer reflejado. controlador. EN Discos duros del servidor Seagate El factor de forma AWC de 2,5 pulgadas incluye la siguiente etapa más rápida: áreas reservadas en la superficie de las placas, donde los datos de la DRAM se escriben en orden secuencial (Media Cache), así como una pequeña cantidad de memoria no volátil para rescatar datos. del buffer en caso de un corte de energía. Pero el Exos X10 no tiene memoria flash y tal vez Media Cache junto con ella.

En comparación con los discos duros de consumo para computadoras de escritorio y NAS, los discos de la serie Exos se distinguen por un alto MTBF (2,5 millones de horas) y carga de diseño (550 TB/año), la capacidad de operar en un rack de servidores sin restricciones en el número de cestas, y una vida útil de cinco años servicio de garantía. El disco duro con número de modelo ST10000NM0016, que recibimos para probar, también pertenece a las modificaciones Hyperscale, que tienen un menor consumo de energía en comparación con otros miembros de la familia Exos, pero solo están disponibles con una interfaz SATA y emulación de sectores de 512 bytes. . En configuraciones con conector SAS, los modelos Exos también tienen opciones con acceso nativo a sectores de 4 KB, así como cifrado de disco completo de extremo a extremo.

El disco duro Seagate IronWolf apareció recientemente en nuestra reseña nuevos representantes de esta marca junto con un SSD Seagate para almacenamiento en red. El modelo IronWolf de 12 terabytes parece estar equipado con platos con la misma densidad de diseño físico que el Exos X10, sólo que aquí hay uno más. Sin embargo, Seagate estima que el rendimiento de su creación en operaciones de lectura y escritura secuenciales es mucho menor: sólo 210 MB/s. Y no existen tecnologías sofisticadas destinadas a compensar la alta latencia de respuesta inherente a las unidades magnéticas.

Pero todos los discos duros IronWolf, comenzando con una capacidad de 4 TB, tomaron prestadas una serie de características de hardware de la serie Exos que contribuyen a una mayor tolerancia a fallas. El bloque de plato magnético de cada disco duro está equilibrado en dos planos y los sensores de vibración rotacional garantizan un funcionamiento estable en sistemas de almacenamiento de montaje en bastidor o NAS independientes con hasta ocho jaulas de discos. IronWolf está diseñado para condiciones operativas moderadas con una carga de diseño de 180 TB/año y tiene un MTBF de 1 millón de horas. Como resultado, el período de garantía de IronWolf no es tan largo como el de los modelos más serios del catálogo de Seagate: tres años.

Bajo la marca S300, la empresa japonesa Toshiba ha lanzado una serie de unidades para sistemas de videovigilancia; estos discos duros también están dedicados a sus propios visión de conjunto en las páginas de 3DNews. Al ampliar el protocolo de transferencia de datos ATA Streaming Command Set, los modelos Toshiba S300 más antiguos garantizan la grabación de video simultánea desde 64 cámaras de vigilancia, pero en esencia son unidades típicas para NAS y DAS con la capacidad de funcionar las 24 horas del día, los 7 días de la semana y un MTBF decente: Al igual que IronWolf, es de 1 millón de horas y el período de garantía es el mismo de tres años. Gracias a las ventajas de diseño del chasis S300 (montaje de eje de doble cara y compensación activa de vibración rotacional), es posible instalar más de ocho de estos dispositivos en un estante de rack o NAS independiente.

El modelo S300, elegido para comparar con nuevos productos con una capacidad de 14 a 16 TB, está construido sobre el chasis de hardware de las unidades de servidor MD06ACA-V y contiene siete placas magnéticas, y las especificaciones del dispositivo indican una velocidad de lectura/escritura aleatoria de 248 MB/s, típico de los discos duros modernos de gran capacidad. Pero de las técnicas que se utilizan en los discos duros de los servidores Toshiba para reducir la latencia, el S300 sólo cuenta con la función Dynamic Cache.

A diferencia de todos los demás participantes de la prueba, el S300, incluso con una densa pila de siete placas, prescinde de helio y está alojado en una carcasa ventilada estándar. Parece que es por esta razón que el modelo de 10 terabytes tiene el valor de consumo de energía más alto en la tabla resumen de especificaciones de los participantes de la prueba, y este parámetro, aunque en sí mismo es importante solo para los administradores del centro de datos, determina directamente la temperatura del Disco duro. Comprobaremos el consumo de energía real del S300 nosotros mismos, pero por ahora tomaremos nota de este punto.

Fuente: 3dnews.ru