Uus artikkel: 14–16 TB kõvakettade testimine: mitte ainult suurem, vaid ka parem.

Kõvakettaste maht suureneb jätkuvalt, kuid viimastel aastatel on kasvutempo järjekindlalt aeglustunud. Näiteks kulus tööstusele vaid kaks aastat, et turule tuua esimene 4 TB kõvaketas pärast 2 TB HDD ilmumist, 8 TB saavutamiseks kulus kolm aastat, kuid 3,5-tollise kõvaketta mahutavuse kahekordistamine õnnestus taas alles viie aasta pärast.

Viimane edasiminek toimus tänu ulatuslikule uuenduslike lahenduste nimekirjale. Tänapäeval peavad isegi sellised konservatiivid nagu Toshiba, mis on viimase hetkeni heliumist keeldunud, tootma kõvakettaid hermetiseeritud korpustes, ja plaadi pöörlemisel olevate plaadikettide arv on suurenenud üheksani — kuigi kunagi, ja pika aja jooksul, peeti viit plaati mõistlikuks piiriks. Spetsiifilistes niššides rakendatakse nn kattekirjutamise tehnoloogiat (SMR, Shingled Magnetic Recording), mille raames kattuvad plaadi sektorite radade read osaliselt. Ja lõpuks, et tõsta kõvaketta maht 14 terabaitilt 16 terabaitini ilma SMR-i rakendamata, pidid tootjad kasutama ühte tuleviku tehnoloogiat, mille järjestikku vähenev nimekiri kajastub meie igaaastases kokkuvõtvates artiklites, — radade lugemine mitme peaga korraga (TDMR, Two-Dimensional Magnetic Recording). Edasine areng nõuab varem või hiljem ka ulatuslikumaid muudatusi HDD tööpõhimõtetes — nagu plaadi soojendamine laseri või mikrolainete abil (HAMR/MAMR, Heat/Microwave-Assisted Magnetic Recording) salvestuspea läbitegemise hetkel.

Kuid on lihtne märgata, et kõik kirjeldatud meetodid on suunatud eelkõige kirjutusmahu suurendamisele ja andmete tiheduse kasvule ühel spindlil, kuigi paljude nende kõrvalmõjuna on ka andmete lineaarse lugemise ja kirjutamise kiirus paranenud. Selles osas on kaasaegsed HDD-d ületanud 250 Mbyte/s piiri ja on juba võrreldavad varajaste tarbijate tahkete kettaseadmete kiirusnäitajatega. Siiski ei ole juurdepääsu juhuslikele sektoritele magnetketaste puhul peaaegu üldse paranenud, ning mahu arvestuses jääb sekundis teostatavate operatsioonide arv lihtsalt väiksemaks. Samuti tekivad tõusvad nõuded usaldusväärsusele, kuna mida rohkem andmeid hoitakse ühel spindlil, seda olulisem on neid mitte kaotada ja seda kauem kestab taastamine.

Kuid isegi sellele väljakutsele on magnetiliste andmekandjate loojatel vastus. Võtsime kolm kõvaketast, mille maht on vahemikus 14 kuni 16 TB, et uurida, kuidas 64 aastat vanad tehnoloogiad kohanduvad 2019. aasta reaalsustega, ning märkisime mitmeid suundi. Kaasaegsete 3,5-tolliste kõvakettade tipptooted, mis on valmistatud riiuliserverite ja andmesalvestussüsteemide jaoks, omavad sarnaseid omadusi nagu tahkisandmed – alates sektorite adresseerimise põhimõtetest kuni flash-mälukiipide otsese integreerimiseni kohaliku mälu võrku. Tarbijamudelid on omakorda hakanud lähenema serveri analoogidele omadustes ja isegi nimetus "lauakõvaketas" ei räägi enam palju seadme kiirusest ja usaldusväärsusest. Kuid selle ülevaate eesmärk ei ole üldistele väidetele keskendumine. Meie eesmärk on välja selgitada, kuidas uued suunad kõvakettade konstruktsioonis kajastuvad kindlates võimekuse mõõtmistes.

⇡#Testimise osaliste tehnilised omadused

Enne kui hakkame testitulemusi analüüsima, tasub hoolikalt uurida seadmete omadusi, millega me tegelema peame. Seekord ei ole neid nii palju, kui tavaliselt meie grupitestides, kuid oleme täitnud peamised tingimused, ilma milleta ketaste võrdlemine ei saa olla täielik. Ülevaates osalesid kõik kolme tootja tooted — Seagate, Toshiba ja Western Digital, ning need kuuluvad erinevatesse kategooriatesse: tarbija- ja serveritasemesse. Peamised omadused, mis neid ühendavad, on 14 või 16 Tbitine maht, hermeetiline korpus, täidetud heeliumi ja pöörlemiskiirus 7200 pööret/min. Ja väikeste raskete kaalude võrdlemiseks osalevad testi kolme juba tuttavat seadet väiksema mahuga (10 ja 12 Tbit), mis on mõeldud töötamiseks serverites, kodus või kontori NAS-is.

Meie tagasihoidliku kõvakettakogumi esimene mudel, BarraCuda Pro 14 TB, on töölaudade ja DAS-ide kogumis, kuid mitte tavaline, vaid "professionaalne". Ühelt poolt tähendab see, et BarraCuda Pro kogeb tüüpilisi lauakettaste piiranguid. Näiteks ei ole see mõeldud RAID-mahude ühendamiseks, kuna selleks on soovitatav TLER (Time-Limited Error Recovery) - firmavärskenduse seade, mis takistab HDD-l rippumast massiivist pikade katsete tõttu probleemse sektori lugemiseks. Lisaks on BarraCuda Pro konstruktsioon halb, et töötada riiulis või NAS-is, kus on mitu korvi, kuna sellel puudub pöörlevate vibratsioonide kompensatsioon.

Kuid teisest küljest, erinevalt enamikest teistest lauaarvuti kõvakettadest, on selle kaubamärgi HDD-l suurenenud aastane koormusressurss — kuni 300 TB ümberkirjutamist, nad on valmis töötama režiimis 24/7 ja neid katab viieaastane garantii. Kiirusest ei peaks kindlasti nurisema (vähemalt peamiselt järjestikuste andmepäringute puhul): tänu kaheksale 1,75 TB plaadile saavutab seade 250 MB/s stabiilse läbilaskevõime. Lisaks lubab tootja, et ka juhusliku juurdepääsu kiirus BarraCuda Pro-s peaks olema kõrgem võrreldes tavaliste lauaarvutikettadega, samas kui energiatarve on madalam kui enamikul 3,5-tollistel mudelitel. Kuid Seagate'i kõiki väiteid peame veel kontrollima.

Et saavutada nii kõrge andmemahu tihedus standardse risti kirjutamise raames ilma spetsiaalsete SMR (Shingled Magnetic Recording) tehnoloogiate kasutamiseta, pidi Seagate rakendama üht perspektiivikat meetodit, millest me aasta-aastalt kirjutame meie kokkuvõtvates artiklites, — nn. kahtasemiline salvestus (Two-Dimensional Magnetic Recording). Kuid vastupidiselt oma nimetusele ei ole TDMR kuidagi seotud andmete salvestamise protsessiga, vaid on mõeldud signaali/šumi suhte suurendamiseks kõrge tihendusega rajaoludes magnetplaadil, lugedes samaaegselt rada kahe lugemist pea abil: viimased on ruumis paigutatud nii, et väli haarab naabruses olevaid radu, muutes sekkumise kompenseerimise lihtsamaks. Tulevikus võivad TDMR-i kõvakettad sisaldada veel rohkem pead, ja koos andmete lugemise usaldusväjörikkusega võib suureneda ka nende kiirus, kuid see on veel tuleviku küsimus.

BarraCuda Pro kõvakettad eristuvad oma madalama seeria sugulastest paljuski — alustades sellest, et kõigi kõvaketta tootjate standardsed lauamudelid on kinni jäänud 6–8 TB mahus. BarraCuda Pro ketast võib pigem kirjeldada kui Seagate'i serveriliini järeltulijat, millel puuduvad funktsioonid, mis on seotud salvestusseadmete masstootmisega. Tulemuseks on seadme hind tõusnud korporatiivsete mudelite tasemele või isegi kõrgemale: Venemaal ei leia 14 TB mudelit odavamalt kui 34 348 rubla ning USA jaemüügiplatvormidel maksab see $549. Isegi Seagate'i sama mahuga nearline-mudelid maksavad vähem — alates $375 või 28 936 rubla.

Järgmine katseobjekt, 14 terabaidise Ultrastar DC HC530 ketas, on nearline klassi salvestusseade, mis esindab kõike paremat, millega Western Digitali insenerid seni hakkama on saanud, kuni ilmus uus 16 TB mudel. Praktikas oli 3DNewsis see esimene Ultrastari kõvaketas ilma tuttavate HGST tähtedeta nime lõpus: ettevõte ümbernimetas kõik serverimudelid oma brändi alla pärast seda, kui HGST varad täielikult ühinemise käigus kadusid. Selle peamistes omadustes sarnaneb seade sama mahutavusega BarraCuda Pro'le: Ultrastar DC HC530 hermetiseeritud korpuses on samuti kaheksa magnetplaati, mille kasulik maht on 1750 GB, ning tihedalt paigutatud radade andmete lugemist tagab TDMR tehnoloogia. Kuid muude omaduste ja täiendavate funktsioonide mitmekesisuse poolest, mis on iseloomulikud ettevõtte HDD-dele, ei saa Ultrastar DC HC530 võrrelda lauaarvutite mudelitega, isegi kui BarraCuda Pro ei ole oma kategooria tüüpiline esindaja.

Seega on BarraCuda Pro ja Ultrastar DC HC530 plaatide kasulik salvestustiheduse ning pöörlemiskiirus sama, kuid WD toode tagab kõrgema stabiilse andmete järjestikuse lugemise ja kirjutamise kiirus — kuni 267 MB/s (pole selge, kust see erinevus tuleneb, kuid testid näitavad, kas see on tegelikult olemas). Juhusliku ligipääsu viivitusi aitab vähendada uue kolmanda põlvkonna kaheastmeline aktuator ja suur 512 MB vahemälu, ning mis kõige tähtsam, Media Cache — reserveeritud alad kiirete plokkide kirjutamiseks, mis on hajutatud plaatide pinnale. Viimane omadus seob kaasaegsed nearline-diskid tahkete kõvaketastega, millel on samuti muutuv suhe füüsiliste sektorite ja loogiliste plokkide vahel. Alates 10-terabaitlistest Ultrastar DC HC330 mudelitest kasutab WD kirjutamise operatsioonide vahemäluks ka väikest hulka flash-mälu. Tõdeb, et WD toode, omades (potentsiaalselt) erakordselt kõrgeid magnetiliste salvestusseadmete standardite järgi töötlemiskiirus, eristub mõõduka energiatarbimisega — tegelikult on see kõige madalama energiatarbimisega seade kõigi testitud seadmete seas, kui arvestada selle tehnilisi parameetreid.

Selle klassi mäluseadmed on loodud pidevaks tööks серверikapid: kahepoolne pöörlemispinna kinnitamine, pöörlemisvibratsiooni tasakaalustamine — need ja teised ülesehituslikud omadused Ultrastar DC HC530 on võimaldanud projekti koormust tõsta 550 TB/aastani, samas kui tööaja tõrke tõenäosus on tüüpiline nearline-mudelitele, 2,5 miljonit tundi. Väärkasutuse korral on kontrolleri tahvlil paigaldatud varu mikroskeem. Ketast pakutakse versiooni, millega on natiivne juurdepääs 4 KB jagunemisele või 512-baidise sektorite emulatsiooniga, ning see sisaldab SATA või SAS liidest. Viimase puhul on saadaval ka võimalus andmete täielikuks krüpteerimiseks.

WD Ultrastar DC HC530 jaemüügihinnad koos SATA porti ja 512-baidise eripära emulatsiooni konfiguratsioonis peegelduvad selle seadme tipptasemel omadustes ja tehnoloogiates: alates 27 495 rubla Venemaa veebipoodides ja 439 dollarist "Amazonis".

14 TB mahutavusega kõvaketaste kogumise protsess oli keeruline, ning sobivat kolmanda osapoole seadet — Toshiba — meil hankida ei õnnestunud. Kuid saime asemele uue generatsiooni mudeli, mille mahutavus on 16 TB. Praegu pakuvad kõik kolm kõvakettaste tootjat sarnase mahutavusega seadmeid, kuid just Toshiba MG08 seeria toode oli nende seas esimene. Jaapani ettevõtte rekord põhineb plaatidel, mille füüsikaline salvestustiheduse tihedus on ligikaudu sama, kui või isegi täpselt sama nagu 14 TB BarraCuda Pro ja Ultrastar kõvaketastel, kuid Toshiba õnnestus esmakordselt paigutada ühe standardse 3,5-tollise korpusesse üheksa "bakteri". TDMR-tehnoloogia, mis oli hädavajalik uute mahutavuse tippude saavutamiseks, ei jäänud samuti rahule. Toshiba MG08 läbilaskevõime lineaarsete lugemis- /kirjutamistoimingute korral peaks olema samal tasemel WD Ultrastar DC HC530-ga, kuid, mis on veider, tootja ei avalda seadme töökiirusest mingeid üksikasju.

Kuid on teada, et Toshiba on samuti astunud samme usaldusväärsuse suurendamiseks ja samal ajal kirjutamisprotsesside latentsuse vähendamiseks: MG08 kaheksamegabaidise kiibi flash-mälu võimaldab toetada andmete kaitsmist, mis saadetakse host-kontrollerilt kirjutamiseks, kuid testide tulemuste põhjal täidab see ka teise taseme vahemälu funktsiooni DRAM-i puhvri järel. Siiski figureerib see tehnoloogia (Persistent Write Cache) ainult 512-baidise partitsioonimise emulatsiooniga ketaste spetsifikatsioonides, mis on täiendav oht toitekatkestuse korral (ja teatud määral varastab see jõudlust), kuna iga loogilise ploki kirjutamise puhul, mis ei ühti füüsiliste sektorite piiridega, on vajalik teha read-modify-write operatsioon. Ja seeria MG08 hõlmab ka mudeleid, millel on natiivne juurdepääs 4-kilobaidistele sektoritele. Kas see tähendab, et viimased on täielikult ilma flash-mälu, või on see lihtsalt broneerimise funktsioon eemaldatud, pole meile teada. Kuid sõltumata PWC-st kasutab Toshiba MG08, nagu ka teised selle firma salvestusseadmed, dünaamilise vahemälu algoritme, mis, nagu tootja väidab, jaotavad vahemälu ruumi optimaalselt lugemis- ja kirjutamistegevuste vahel. Meil pole ka nende kohta mingeid üksikasjalikke andmeid.

Toshiba MG08 konstruktsiooni teine ​​allikas kõrgema usaldusväärsuse tagamiseks on spindli kahepoolne kinnitamine ja pöörlevate vibratsioonide andurid. Need kettad on mõeldud 550 TB andmete kirjutamiseks aastas, neil on ettevõtte seadmete puhul standardiks 2,5 miljonit tundi tööaega ja viieaastane garantii. Erinevad ketta konfiguratsioonid, sealhulgas SATA või SAS liides ja valikuline lõpuni krüpteerimise funktsioon, on saadaval tellimiseks. Küll aga ei saa me teid hinna osas aidata: 16-terabaidine Toshiba ketas esitles end jaanuaris, kuid see on endiselt jae müügis haruldane leid.

Toshiba MG08 16 TB

Nüüd, kui oleme tutvunud kolme peamise testimise osalejaga, vaatame väiksema mahutavusega kõvakettaid, millega peame võrdlema uusi 14-16 terabaiti mudeleid. Üks neist, 10 TB Exos X10, on nearline-mälu, mis sisaldab seitset magnetplaati suletud korpuses. Ja kuigi plaatide kasulik maht on kasvanud 1429-lt 1750 GB-le ja rohkem, peaks ka kõvakettade järjestikune juurdepääs kiirus suurenema; selgelt ei jää Exos X10 samasuguse 14 TB BarraCuda Pro kõrval selle mõõdiku järgi alla. Seagate'i kõvaketta spetsifikatsioonides on midagi ilmselt valesti, kuid meil on võimalus kõik praktikas välja selgitada.

Andmete juhusliku pääsu operatsioonide kiirusest tõhusa toimimise nimel on Exos seerias olemas arenenud AWC (Advanced Write Caching) salvestuse vahemälu mehhanism, mis vähendab reageerimisaega. AWC raames koondatakse kirjutamisoperatsioonid DRAMi puhvrisse, nagu see toimub igas teises kõvakettas, kuid puhver säilitab andmete koopia pärast nende plaatidele kirjutamist ning peegelpuhvri sisu saab kohe host-kontrolleri poolt lugeda. Kõik Seagate'i serveri kõvakettad 2,5-tollise AWC vormifaktoriga kaasneb järgmine kiirusetapp – reserveeritud alad plaatide pinnal, kuhu andmed DRAM-ist järjestikku salvestatakse (Media Cache), samuti väike hulk mitte-volatile mälu, et päästa andmed vahemälust toitekatkestuse korral. Kuid Exos X10-l pole välkmälu, ega ka Media Cache'i.

Tarbelineeride Exos-seeria kõvakettad erinevad tavalistest lauakettadest ja NAS-diskidest oma kõrgete töökindlusnäitajate (2,5 miljonit tundi) ja arvutatud koormuse (550 TB/aastas) poolest, samuti võimalus kasutada neid serveririiulis ilma korvikohustusteta ning viieaastase garantii. Testimiseks saadud kõvakettaga ST10000NM0016, kuuluv hüperskaala variatsiooni hulka, on samuti madalama energiatarbimisega võrreldes teiste Exos-seeria esindajatega, kuid seda tootel on saadaval ainult SATA-liidese ning 512-baidiste sektorite emulatsiooniga. SAS-liidesega konfiguratsioonides on Exos-seerias olemas valikud koos natiivse juurdepääsuga 4-kilobaitistele sektoritele ja ka täisketta krüpteerimise võimalustega.

Seagate IronWolf kõvaketas on hiljuti saanud tähelepanu meie ülevaatest uute esindajate nimekiri koos Seagate'i tahkisrakendusega võrguharvestitele. 12 TB IronWolf mudel on ilmselt varustatud plaatidega, mis on sama füüsilise tihedusega nagu Exos X10, kuid siin on plaate üks rohkem. Siiski hindab Seagate oma toote jõudlust järjestikustes lugemis- ja kirjutamistegevustes oluliselt madalamaks – vaid 210 MB/s. Ja siin pole mingeid keerulisi tehnoloogiaid, mis võiksid kompenseerida magnetvälkudele iseloomulikku kõrgeid viivitusteid.

Kuid kõik IronWolf kõvakettad, mille maht algab 4 TB-st, on laenanud mitmeid tehnilisi omadusi Exosi seeriast, mis aitavad kaasa suurenenud tõrkekindlusele. Iga kõvaketta magnetplokk on tasakaalustatud kahes tasapinnas ning pöörlemisvibratsiooni andurid tagavad stabiilse töö riiulipõhises andmesalves või eraldi NAS-is, kus on kuni kaheksa kõvakettakorpust. IronWolf on mõeldud mõõdukaks kasutuseks, mille projekteeritud koormus on 180 TB/aast, ja selle tõrkeaeg on 1 miljon tundi. Seetõttu on ka IronWolfi garantii aeg lühem kui tõsisematel mudelitel Seagate'i kataloogis - kolm aastat.

Jaapani ettevõte Toshiba on S300 kaubamärgi all välja andnud videovalvesüsteemidele mõeldud kõvakettade seeria - ka nende kõvakettad on pühendatud eraldi ülevaade 3DNews'i lehtedel. ATA Streaming Command Set'i edastamisprotokolli laiendamise tõttu tagavad Toshiba S300 kõrgemad mudelid videotallentuse kuni 64 kaamerast, kuid põhimõtteliselt on need tüüpilised NAS ja DAS seadmed, mis on mõeldud pidevaks kasutamiseks 24/7 ning omavad head tööea garantiid: nagu IronWolf'il, on see 1 miljon tundi, ning garantii kestus on samuti kolm aastat. S300 korpuse ehituse eeliste tõttu — kahelt poolt spindle kinnitamine ja pöörlevate vibratsioonide aktiivne kompensatsioon — on lubatud paigaldada rohkem kui kaheksa sellist seadet ühte rack'i või eraldi seisev NAS.

Mudeli S300, mis on valitud võrreldes 14–16 TB uutega, aluseks on serverikettaste MD06ACA-V riistvaraline šassii ja see sisaldab seitset magnetplaati, samas kui seadme spetsifikatsioonides on märgitud tüüpiline kaasaegsete suure mahutavusega HDD-de juhuslik lugemise/kirjutamise kiirus 248 MB/s. Kuid nendest tehnikatest, mida Toshiba serveriketastes latentsuse vähendamiseks kasutada, on S300-l alles ainult dünaamiline vahemälu.

Erinevalt kõikidest muudest testimise osalejatest on S300 suuteline töötama ka seitsme plaadi tiheda virna korral ilma heeliumita ja on valmistatud standardses ventileeritavas korpuses. Tundub, et just seetõttu on 10 terabaitise mudeli energiatootmise väärtus testimise osalejate spetsifikatsioonide tabelis kõige kõrgem, ning see parameeter, kuigi iseenesest on oluline vaid andmekeskuse administraatoritele, määrab otseselt HDD temperatuuri. S300 tegelikku energiatarvet kontrollime veel ise, aga praegu võtame selle punkti teadmiseks.

Allikas: 3dnews.ru