Nouvel article : Test des disques durs d'une capacité de 14 à 16 To : plus de taille, mais meilleure performance

La capacité des disques durs continue d'augmenter, mais le rythme de croissance a diminué ces dernières années. Ainsi, il a fallu seulement deux ans à l'industrie pour sortir le premier disque de 4 To après l'apparition des HDD de 2 To sur le marché, trois ans pour atteindre la barre des 8 To, et il a fallu cinq ans supplémentaires pour doubler la capacité des disques durs de 3,5 pouces.

La dernière avancée a été rendue possible grâce à une série de solutions innovantes. Aujourd'hui, même des conservateurs comme Toshiba, qui a jusqu'à présent résisté à l'utilisation de l'hélium, sont contraints de produire des disques durs dans des boîtiers hermétiques, et le nombre de plateaux sur un axe a augmenté à neuf — alors qu'auparavant, cinq plateaux étaient considérés comme un maximum raisonnable. Dans certaines niches spécifiques, la technologie dite d'enregistrement en tuiles (SMR, Shingled Magnetic Recording) est utilisée, où les pistes de secteurs sur le plateau se chevauchent partiellement. Enfin, pour faire passer la capacité d'un disque dur de 14 à 16 To sans recourir à la SMR, les fabricants ont dû adopter l'une des technologies prometteuses, dont la liste se réduit progressivement que nous reproduisons dans nos articles annuels. articles de synthèse, — lire une piste avec plusieurs têtes simultanément (TDMR, Two-Dimensional Magnetic Recording). À l'avenir, de nouveaux progrès nécessiteront sans aucun doute des changements plus fondamentaux dans le fonctionnement des HDD — comme le chauffage des plateaux à l'aide de lasers ou d'ondes micro-ondes (HAMR/MAMR, Heat/Microwave-Assisted Magnetic Recording) au moment où la tête d'écriture passe.

Cependant, il est facile de voir que toutes les techniques décrites visent principalement à augmenter la densité d'enregistrement et à accroître le volume sur un même axe, bien que beaucoup d'entre elles aient également un effet secondaire bénéfique sous la forme d'une augmentation de la vitesse de lecture et d'écriture linéaire des données. À ce niveau, les HDD modernes ont dépassé les 250 Mo/s et sont désormais comparables aux premiers SSD destinés aux consommateurs. Mais la vitesse d'accès aux secteurs aléatoires des disques magnétiques progresse presque peu, et en rapport avec le volume, le nombre d'opérations par seconde ne fait que diminuer. Parallèlement, les exigences en matière de résistance aux pannes augmentent, car plus de données sont stockées sur un même axe, plus il est crucial de ne pas les perdre et plus le temps de récupération est long.

Mais même face à ce défi, les créateurs de disques durs ont trouvé une réponse. Nous avons pris trois disques durs d'une capacité de 14 à 16 To pour comprendre comment des technologies vieilles de 64 ans s'adaptent aux réalités de 2019, et nous avons remarqué certaines tendances. Les modèles phares des disques durs modernes de 3,5 pouces, conçus pour les serveurs en rack et les systèmes de stockage, partagent des similitudes avec les disques SSD — des principes d'adressage des secteurs jusqu'à l'intégration directe des puces flash dans la mémoire locale. De plus, les modèles destinés aux consommateurs se rapprochent de leurs homologues serveur en termes de caractéristiques, et même l'appellation « HDD de bureau » ne reflète plus autant la rapidité et la fiabilité de l'appareil. Cependant, l'objectif de cet examen n'est pas de se limiter à des généralités. Nous avons l'intention de découvrir comment les nouvelles tendances dans la conception des disques durs sont traduites en chiffres solides de performances.

⇡#Caractéristiques techniques des participants au test

Avant de commencer l'analyse des résultats des tests, il convient d'examiner attentivement les caractéristiques des appareils avec lesquels nous allons travailler. Cette fois, ils ne sont pas aussi nombreux que d'habitude dans nos tests groupés, mais nous avons respecté les conditions essentielles, sans lesquelles la comparaison des disques durs ne peut être considérée comme complète. L'examen a inclus des produits des trois fabricants — Seagate, Toshiba et Western Digital — qui appartiennent à différentes catégories : consommateurs et serveurs. Les principales caractéristiques qui les unissent sont une capacité de 14 ou 16 To, un boîtier étanche rempli d'hélium et une vitesse de rotation de 7200 tr/min. Pour la comparaison avec les poids lourds, nous avons inclus trois appareils déjà connus d'une capacité inférieure (10 et 12 To), conçus pour fonctionner dans des serveurs, NAS domestiques ou de bureau.

Le premier modèle de notre modeste collection de disques durs au volume conséquent — le BarraCuda Pro 14 To — est un dispositif de stockage pour PC de bureau et DAS, mais pas un simple modèle, un « professionnel ». D'une part, cela signifie que le BarraCuda Pro est soumis aux limitations typiques des disques durs de bureau. Par exemple, il n'est pas conçu pour être intégré dans des ensembles RAID, car pour cela il est préférable d'avoir TLER (Time-Limited Error Recovery) — une configuration du firmware qui empêche le HDD de sortir de l'ensemble en raison de tentatives prolongées du contrôleur de lire un secteur défectueux. De plus, le châssis du BarraCuda Pro est mal adapté pour un fonctionnement dans des racks ou NAS avec plusieurs baies, car il n'y a pas de compensation des vibrations de rotation.

Mais d'autre part, contrairement à la plupart des autres disques durs de bureau, les HDD de cette marque disposent d'une charge annuelle augmentée — allant jusqu'à 300 To d'écritures, sont prêts à fonctionner en mode 24/7 et sont accompagnés d'une garantie de cinq ans. La performance ne devrait également pas être à plaindre (du moins sur des tâches nécessitant principalement un accès linéaire aux données) : grâce à huit plateaux de 1,75 To, l'appareil atteint un débit stable de 250 Mo/s. De plus, le fabricant promet que la vitesse d'accès aléatoire dans le BarraCuda Pro devrait être supérieure à celle des disques durs ordinaires pour ordinateurs de bureau, tandis que la consommation d'énergie est, au contraire, inférieure à celle de la plupart des modèles de 3,5 pouces. Quoi qu'il en soit, toutes les affirmations de Seagate seront prises en compte.

Pour atteindre une telle densité de données dans le cadre d'un enregistrement perpendiculaire standard sans recourir à la technologie de niche SMR (Shingled Magnetic Recording), Seagate a dû mettre en œuvre l'une des méthodes prometteuses dont nous parlons chaque année dans nos articles de synthèse, - la soi-disant enregistrement bidimensionnel (Two-Dimensional Magnetic Recording). Mais contrairement à son nom, le TDMR n'est pas lié à la procédure d'enregistrement des données en tant que telle, et il est destiné à augmenter le rapport signal/bruit dans des conditions de haute densité de pistes sur le disque magnétique grâce à la lecture simultanée de la piste par deux têtes de lecture : ces dernières sont espacées de sorte que le champ capte les pistes adjacentes, ce qui facilite la compensation de l'interférence. À l'avenir, les disques durs avec TDMR comporteront encore plus de têtes, et avec la fiabilité de la lecture des données, sa vitesse pourrait également augmenter, mais cela reste une question d'avenir.

Les disques BarraCuda Pro se distinguent de manière significative des appareils de la série inférieure sans le suffixe Pro - à commencer par le fait que tous les fabricants de HDD ont des modèles de bureau standard coincés dans des capacités de 6 à 8 To. Le disque BarraCuda Pro peut davantage être décrit comme un descendant de la branche serveur de Seagate, qui est dépourvu de fonctionnalités liées au fonctionnement dans des matrices. Mais en conséquence, le prix de l'appareil a grimpé au niveau des modèles d'entreprise, voire au-delà : en Russie, le modèle de 14 To est introuvable à moins de 34 348 RUB, et sur les places de marché américaines, à 549 $. Même les modèles nearline de Seagate de même capacité coûtent moins cher - à partir de 375 $ ou 28 936 RUB.

Le disque de 14 To Ultrastar DC HC530, est un disque de classe nearline, qui représentait tout ce que les ingénieurs de Western Digital avaient de mieux à offrir, jusqu'à l'arrivée du nouveau modèle de 16 To. Dans la pratique de 3DNews, il est devenu le premier disque dur de la marque Ultrastar sans les lettres HGST habituelles dans son nom : l’entreprise a transféré tous les modèles serveurs sous sa propre marque après que les actifs de HGST se soient complètement fondus dans la corporation unifiée. En ce qui concerne ses caractéristiques clés, cet appareil est similaire au BarraCuda Pro de même capacité : à l'intérieur du boîtier hermétique de l'Ultrastar DC HC530 se trouvent également huit plateaux magnétiques avec une capacité utile de 1750 Go, et la lecture des données sur des pistes densément réparties est assurée par la technologie TDMR. Cependant, en termes de paramètres et de diversité des fonctionnalités supplémentaires propres aux HDD d'entreprise, l'Ultrastar DC HC530 ne peut pas être comparé aux modèles de bureau, même si le BarraCuda Pro n'est pas un représentant typique de sa catégorie.

Ainsi, la densité de stockage utile sur les plateaux du BarraCuda Pro et de l'Ultrastar DC HC530 est identique, tout comme la vitesse de rotation de l'arbre, mais le produit WD garantit une vitesse de lecture et d'écriture linéaire soutenue plus élevée — allant jusqu'à 267 Mo/s (il est difficile de comprendre d'où vient cette différence, mais les tests montreront si elle existe réellement). Les délais d'accès aléatoire sont réduits par un actionneur à deux étages de nouvelle génération et un grand tampon de 512 Mo, et surtout, le Media Cache — des zones de secours pour un enregistrement rapide des blocs, réparties sur la surface des plateaux. Cette dernière caractéristique rapproche les disques nearline modernes des disques SSD, où il existe également un rapport variable entre les secteurs physiques et les blocs logiques. À partir des modèles de 10 To Ultrastar DC HC330, WD utilise également une petite quantité de mémoire flash pour mettre en cache les opérations d'écriture. Notons qu'en même temps qu'une (potentiellement) très haute performance par rapport aux disques magnétiques, le produit WD se distingue par sa consommation d'énergie modérée — c'est en fait l'appareil avec la plus faible consommation d'énergie parmi tous les participants aux tests, si l'on se base sur ses paramètres techniques.

Les disques de cette catégorie sont conçus pour une exploitation continue dans des conditions de serveur : fixation bidirectionnelle de l'arbre, compensation des vibrations rotatives — ces caractéristiques de conception et d'autres du Ultrastar DC HC530 ont permis d'atteindre une charge de travail projetée de 550 To/an, et la durée de vie avant panne est typique des modèles nearline à 2,5 millions d'heures. En cas de panne improbable lors de la mise à jour du firmware sur la carte contrôleur, une puce de secours est intégrée. Le disque est disponible dans des configurations avec accès natif à une mise en page de 4 Ko ou émulation de secteurs de 512 octets, avec interface SATA ou SAS. Dans ce dernier cas, une option de chiffrement de bout en bout des données est également proposée.

Les prix de détail du WD Ultrastar DC HC530 en configuration avec port SATA et émulation de la mise en page héritée de 512 octets correspondent aux caractéristiques et technologies avancées de cet appareil : à partir de 27 495 roubles dans les boutiques en ligne russes et 439 $ sur Amazon.

Assembles une collection de disques durs d'une capacité de 14 To pour des tests comparatifs n'a pas été facile, et nous n'avons pas réussi à obtenir un appareil du troisième fabricant — Toshiba. Cependant, à la place, nous avons reçu un modèle de la génération suivante, de 16 To. Actuellement, toutes les trois entreprises qui fabriquent des disques durs proposent des unités de cette capacité, mais c'est le produit Toshiba de la série MG08 qui était le premier parmi elles. Le record de l'entreprise japonaise repose sur des plateaux ayant une densité d'enregistrement physique approximativement, sinon exactement, la même que celle des disques durs BarraCuda Pro et Ultrastar de 14 To, mais Toshiba a été la première à empaqueter neuf « disques » dans un boîtier standard de 3,5 pouces. La technologie TDMR, condition essentielle pour conquérir de nouvelles limites de capacité, a également été mise en œuvre. La bande passante du Toshiba MG08 en opérations de lecture/écriture linéaire devrait être au niveau du WD Ultrastar DC HC530, mais, curieusement, le fabricant ne divulguer aucune détail sur les performances de l'appareil.

Cependant, il est connu que Toshiba a également pris des mesures pour augmenter la fiabilité tout en réduisant simultanément la latence des opérations d'écriture : la puce de mémoire flash présente sur le MG08 permet, en cas de coupure d'alimentation, de protéger les données envoyées par le contrôleur hôte pour écriture, mais selon les résultats des tests, elle remplit également la fonction de cache de niveau deux après le tampon DRAM. Toutefois, cette technologie (Persistent Write Cache) n'apparaît que dans les spécifications des disques avec émulation de format de 512 octets, ce qui représente une source de danger supplémentaire en cas de coupure d'alimentation (et en quelque sorte nuit à la performance) en raison de la nécessité d'effectuer une opération de lecture-modification-écriture lors de chaque écriture de blocs logiques, qui ne coïncide pas avec les limites des secteurs physiques. La série MG08 inclut également des modèles avec un accès natif à des secteurs de 4 Ko. Cela signifie-t-il que ces derniers sont totalement dépourvus de mémoire flash, ou que seulement la fonction de sauvegarde a été supprimée, nous l'ignorons. Mais indépendamment du PWC, le Toshiba MG08, ainsi que d'autres dispositifs de cette marque, utilise des algorithmes de cache dynamique, qui, selon le fabricant, répartissent de manière optimale l'espace du tampon entre les opérations de lecture et d'écriture. Nous n'avons également pas d'informations détaillées à leur sujet.

D'autres sources d'augmentation de la tolérance aux pannes dans la conception du Toshiba MG08 comprennent le montage de l'arbre moteur des deux côtés et des capteurs de vibration rotative. Ces disques sont conçus pour écrire 550 To de données par an, ont un temps moyen de fonctionnement avant défaillance standard de 2,5 millions d'heures et une garantie de cinq ans. Plusieurs configurations de disque avec interface SATA ou SAS et fonctionnalité de cryptage de bout en bout en option sont disponibles à la commande. Cependant, nous ne pouvons pas vous orienter sur les prix : le disque Toshiba de 16 To a été présenté en janvier, mais il reste une rareté dans le commerce de détail.

Toshiba MG08 16 To

Maintenant que nous avons fait connaissance avec les trois principaux acteurs du test, examinons les disques durs de plus petite capacité avec lesquels nous allons comparer les nouveaux modèles de 14-16 téraoctets. L'un d'eux, l'Exos X10 de 10 To, est un stockage nearline comportant sept plateaux magnétiques dans un boîtier hermétique. Bien que la capacité utile d'un plateau ait augmenté de 1429 à 1750 Go et plus, la vitesse d'accès séquentiel des disques durs devrait également s'accroître. Pour cette caractéristique, l'Exos X10 n'est pratiquement pas inférieur au même BarraCuda Pro de 14 To, selon les spécifications des deux unités de stockage. Il y a clairement quelque chose d'anormal dans les spécifications des disques durs Seagate, mais nous avons l'opportunité de tout découvrir en pratique.

Pour augmenter la rapidité des opérations d'accès aléatoire, la série Exos dispose d'un mécanisme avancé de mise en cache des écritures appelé AWC (Advanced Write Caching), qui réduit le temps de réponse. Dans le cadre de l'AWC, les opérations d'écriture sont regroupées dans un tampon DRAM, comme cela se produit dans tout autre disque dur. Cependant, le tampon conserve une copie des données après qu'elles aient été écrites sur le plateau, et le contenu du tampon miroir peut être immédiatement lu par le contrôleur hôte. Dans les disques durs serveurs Seagate le format de 2,5 pouces AWC comprend le niveau de vitesse suivant — des zones réservées à la surface des plateaux, où les données sont écrites dans un ordre séquentiel depuis la DRAM (Media Cache), ainsi qu'une petite quantité de mémoire non volatile pour sauver les données du tampon en cas de coupure de courant. Mais dans l'Exos X10, la mémoire flash est absente, tout comme le Media Cache.

Les disques de la série Exos se distinguent des disques durs grand public pour ordinateurs de bureau et NAS par leurs performances élevées en termes de MTBF (2,5 millions d'heures) et de charge de travail calculée (550 To/an), la possibilité d'utilisation dans des racks serveurs sans restriction sur le nombre de bacs, ainsi qu'une garantie de cinq ans. Le disque dur avec le numéro de modèle ST10000NM0016, qui nous a été fourni pour test, fait également partie des modifications Hyperscale, qui offrent une consommation d'énergie réduite par rapport aux autres disques de la famille Exos, mais qui ne sont disponibles qu'avec une interface SATA et une émulation de secteurs de 512 octets. Dans les configurations avec connecteur SAS, il existe des modèles Exos avec accès natif à des secteurs de 4 Ko et une fonction de cryptage à disque entier.

Le disque dur Seagate IronWolf a récemment été mentionné dans notre revue les nouveaux représentants de cette marque aux côtés du SSD Seagate pour systèmes de stockage en réseau. Le modèle IronWolf de 12 To semble être équipé de plateaux ayant la même densité d'enregistrement physique que le Exos X10, mais ici il y en a un de plus. Cependant, Seagate évalue les performances de ce disque en lectures et écritures séquentielles beaucoup plus bas — seulement 210 Mo/s. Il n'y a également aucune technologie sophistiquée visant à compenser la latence élevée inhérente aux disques magnétiques.

Cependant, tous les disques durs IronWolf, à partir de 4 To, ont emprunté à la série Exos plusieurs caractéristiques matérielles favorisant une plus grande tolérance aux pannes. Le bloc de plateaux magnétiques de chaque disque est équilibré dans deux plans, et les capteurs de vibration rotative assurent un fonctionnement stable dans un SAN monté en rack ou un NAS autonome avec jusqu'à huit bacs. IronWolf est conçu pour un mode d'exploitation modéré avec une charge de travail projetée de 180 To/an et se caractérise par un MTBF d'un million d'heures. Par conséquent, la période de garantie pour l'IronWolf n'est pas aussi longue que pour les modèles plus sérieux dans le catalogue de Seagate — trois ans.

Sous la marque S300, l'entreprise japonaise Toshiba a lancé une série de disques destinés aux systèmes de vidéosurveillance — ces disques durs ont également leur propre la revue Sur les pages de 3DNews. Grâce à l'extension du protocole de transmission de données ATA Streaming Command Set, les modèles supérieurs Toshiba S300 garantissent un enregistrement vidéo simultané à partir de 64 caméras de surveillance, mais restent fondamentalement des supports typiques pour NAS et DAS, exploitables 24/7 avec une bonne durée de vie : comme pour l'IronWolf, elle s'élève à 1 million d'heures, avec une garantie de trois ans. Grâce aux caractéristiques constructives du châssis S300 – fixation du rotor des deux côtés et compensation active des vibrations de rotation – il est possible d'installer plus de huit de ces unités dans un même rack ou un NAS autonome.

Le modèle S300, choisi pour la comparaison avec les nouveautés de 14 à 16 To, est basé sur un châssis matériel de disques durs serveurs MD06ACA-V et contient sept plateaux magnétiques. Les spécifications de l'appareil affichent une vitesse de lecture/écriture aléatoire typique pour les disques durs volumineux modernes de 248 Mo/s. Cependant, parmi les techniques utilisées dans les disques durs serveur Toshiba pour réduire la latence, le S300 ne conserve que la fonction de Cache Dynamique.

Contrairement à tous les autres participants au test, le S300, même avec un empilement serré de sept plateaux, fonctionne sans hélium et est réalisé dans un boîtier ventilé standard. Il semble que c'est pour cette raison que le modèle de 10 To présente la valeur de consommation d'énergie la plus élevée dans le tableau récapitulatif des spécifications des participants au test, et ce paramètre, bien que seul pertinent pour les administrateurs de centres de données, détermine directement la température du HDD. Nous vérifierons nous-mêmes la consommation réelle d'énergie du S300, mais en attendant, nous garderons ce point à l'esprit.

Source : 3dnews.ru