Új cikk: 14–16 TB kapacitású merevlemezek tesztelése: nemcsak nagyobb, hanem jobb is

A mere two years were required to release the first 4 TB drive after 2 TB HDDs hit the market, three years to achieve the 8 TB mark, and it took an additional five years to double the capacity of a 3.5-inch hard drive again, despite the continual growth of hard disk capacities, the pace of increase has been steadily declining in recent years.

The latest leap was made possible by a series of innovative solutions. Today, even conservatives like Toshiba, which had long resisted helium technology, are compelled to manufacture hermetically sealed hard drives, and the number of platters on a spindle has increased to nine — though for a long time, five platters were considered a sensible limit. In specific niches, a technology known as Shingled Magnetic Recording (SMR) is used, in which the tracks of each sector on the platter overlap partially. Finally, to shift the hard disk capacity limit from 14 to 16 TB without employing SMR, manufacturers had to introduce one of the cutting-edge technologies, a list of which we present annually. summary articles, — reading tracks with multiple heads simultaneously (TDMR, Two-Dimensional Magnetic Recording). Future advancements will inevitably necessitate more significant changes in the fundamentals of HDD operation — such as using lasers or microwaves to heat the platter (HAMR/MAMR, Heat/Microwave-Assisted Magnetic Recording) during the passage of the recording head.

However, it is easy to notice that all the methods described are primarily aimed at increasing recording density and capacity on a single spindle, although many of them have a beneficial side effect of improved sequential read and write speeds. In this regard, modern HDDs have surpassed 250 MB/s and are now comparable to early consumer solid-state drives. However, the speed of accessing random sectors of magnetic disks has hardly progressed, and when calculated by volume, the number of operations per second has only decreased. At the same time, there are increasing demands for fault tolerance, as the more data that is stored on a single spindle, the more crucial it is not to lose it and the longer it takes to recover.

De a mágneses tárolók alkotói is választ adtak erre a kihívásra. Három, 14-16 TB kapacitású merevlemezt vettünk, hogy megvizsgáljuk, hogyan alkalmazkodnak a 64 éves technológiák a 2019-es valósághoz, és több tendenciát is észleltünk. A modern 3,5 hüvelykes merevlemezek, amelyeket állványos szerverekhez és tárolórendszerekhez gyártanak, közös vonásokat mutatnak a szilárdtest-tárolókkal — a szektorok címzésének elveitől kezdve a flash-chipek közvetlen integrációjáig a helyi memóriahalmazba. A fogyasztói modellek pedig egyre inkább a szerververziókhoz hasonló jellemzőkkel bírnak, és már a „asztali HDD” kifejezés sem mond el túl sokat az eszköz teljesítményéről és megbízhatóságáról. De ennek az áttekintésnek a feladata nem csupán az általános megállapításokra szorítkozik. Célunk, hogy kiderítsük, miként tükröződnek az új trendek a merevlemezek felépítésében a teljesítménymérések konkrét számaiban.

⇡#A tesztelés résztvevőinek műszaki adatai

Mielőtt elkezdenénk az tesztelési eredmények elemzését, érdemes alaposan átnézni azokat az eszközöket, amelyekkel dolgom lesz. Ezúttal nem annyira sokan vannak, mint általában a csoportos teszteléseink során, de teljesítettük a fő feltételeket, amelyek nélkül a merevlemezek összehasonlítása nem lehet teljes. A tesztelésbe három gyártó termékei — Seagate, Toshiba és Western Digital — vettek részt, és ezek különböző kategóriákhoz tartoznak: fogyasztói és szerver modellek. A főbb jellemzők, amelyek közösek bennük, a 14 vagy 16 TB kapacitás, a héliummal töltött hermetikusan zárt ház és a 7200 RPM sebességű forgórész. Az összehasonlításhoz három már ismert eszköz is részt vesz, amelyek kisebb kapacitásúak (10 és 12 TB), és a szerverek, otthoni vagy irodai NAS használatára tervezettek.

Első modell a szerény mennyiségű merevlemezünk között — a BarraCuda Pro 14 TB — egy asztali PC-k és DAS-ok számára készült tároló, de nem egyszerű, hanem «professzionális». Ez annyit jelent, hogy a BarraCuda Pro típikus korlátokkal rendelkezik, amelyek az asztali merevlemezekre jellemzőek. Például nem szánják RAID tömbökbe való integrálásra, mivel ehhez kívánatos a TLER (Time-Limited Error Recovery) — egy firmware beállítás, amely megakadályozza, hogy a HDD kikerüljön a tömbből a problémás szektor hosszú idejű olvasási kísérletei miatt. Ezen kívül a BarraCuda Pro háza nem alkalmas a polcokban vagy NAS-ban való munkára, mivel nincs forgási rezgés kompenzálás.

Viszont a legtöbb más asztali merevlemeztől eltérően, ennek a márkának a HDD-i megnövelt éves terhelési kapacitással rendelkeznek — akár 300 TB felülírás, készen állnak a 24/7 működésre és öt éves garanciával érkeznek. A teljesítménnyel sem lesz panasz (legalábbis a főként lineáris adatelérési feladatok esetén): a nyolc 1,75 TB lemeznek köszönhetően az eszköz stabil 250 MB/s átviteli sebességet ér el. Ezen kívül a gyártó azt ígéri, hogy a BarraCuda Pro véletlenszerű elérési sebessége magasabb lesz, mint a szokásos asztali merevlemezeké, míg az energiafogyasztás viszont alacsonyabb, mint a legtöbb 3,5 hüvelykes modell esetén. Mindazonáltal, az összes Seagate állítást még ellenőrizni fogjuk.

Ahhoz, hogy ilyen magas adatdűlési határt érjenek el a szabványos merőleges felvétel keretein belül anélkül, hogy niche technológiát, például SMR-t (Shingled Magnetic Recording) igénybe vennének, a Seagate-nek be kellett vezetnie egy olyan ígéretes módszert, amiről évről évre beszélünk a... summary articles, az úgynevezett kétdimenziós felvétel (Two-Dimensional Magnetic Recording). De a nevével ellentétben a TDMR semmiképpen sem kapcsolódik az adatok rögzítésének eljárásához, hanem a jel/zaj arány növelésére szolgál a mágneses lemezen lévő sávok nagy sűrűsége mellett, azáltal, hogy egy időben két olvasófej olvassa a sávot: ezek a fejek úgy vannak elhelyezve, hogy a mező a szomszédos sávokat is lefedje, így könnyebbé válik az interferencia kiegyenlítése. A jövőben a TDMR-rel rendelkező merevlemezek még több fejet fognak tartalmazni, és a megbízható adatolvasás mellett a sebességük is növekedhet, de ez még a jövő dolga.

A BarraCuda Pro tárolók sok tekintetben eltérnek a Pro nélküli rokon eszközöktől, kezdve azzal, hogy a legtöbb HDD gyártónál a standard asztali modellek 6–8 TB-nál megálltak. A BarraCuda Pro inkább a Seagate szerveres szériájának egy ágasvérét lehetne leírni, amely mentes a tömbökben való munkához kapcsolódó funkcióktól. Ennek eredményeként az eszköz ára a vállalati modellek szintjéig emelkedett, vagy akár felette is: Oroszországban a 14 terabájtos modell olcsóbban nem található, mint 34 348 rubel, míg az Egyesült Államok kiskereskedelmi piacon 549 dollárba kerül. Még a Seagate hasonló kapacitású nearline modellek is olcsóbbak – 375 dollártól vagy 28 936 rubeltől.

A következő alany, a 14 terabájtos Ultrastar DC HC530 lemez – egy nearline osztályú tároló, amely bemutatta mindazt, amit a Western Digital mérnökei nyújtani tudtak, míg meg nem jelent az új, 16 terabájtos modell. A 3DNews tapasztalata szerint ez volt az első Ultrastar márkájú merevlemez, amely nem tartalmazta a megszokott HGST betűket a nevében: a cég az összes szerveres modellt a saját márkájára váltotta, miután a HGST eszközei teljesen eltűntek az egyesült vállalatban. Kulcsmutatói alapján ez az eszköz hasonló a BarraCuda Pro azonos kapacitású modelljéhez: a hermetikusan zárt Ultrastar DC HC530 belsejében is nyolc mágneses korong található, hasznos kapacitással 1750 GB, és a sűrűn elhelyezett sávokból történő adatolvasást a TDMR technológia biztosítja. De egyéb jellemzői és a vállalati HDD-kre jellemző kiegészítő funkciók sokfélesége alapján az Ultrastar DC HC530-at nem lehet egy kalap alá venni az asztali modellekkel, még akkor sem, ha a BarraCuda Pro nem tekinthető a kategória tipikus képviselőjének.

A BarraCuda Pro és Ultrastar DC HC530 lemezein a hasznos tárolási sűrűség és a forgási sebesség azonos, de a WD termék magasabb stabil lineáris olvasási és írási sebességet garantál — akár 267 MB/s-ig (nem világos, honnan származik a különbség, de a tesztek megmutatják, létezik-e egyáltalán). A véletlenszerű hozzáférés késéseit a harmadik generációs kettős működtető és az 512 MB-os nagy cache segít csökkenteni, valamint a Media Cache — gyors írási blokkok gyorsítótár-zónái, amelyek a lemezek felületén szétszórva találhatók. Ez az utolsó jellemző a modern nearline lemezeket a szilárdtest-tárolókhoz hasonlítja, ahol szintén változó arány van a fizikai szektorok és a logikai blokkok között. A 10 terabájtos Ultrastar DC HC330 modellektől kezdve a WD a írási műveletek gyorsítótárazására egy kis mennyiségű flash memóriát is használ. Érdemes megjegyezni, hogy míg a WD termék teljesítménye potenciálisan rendkívül magas a mágneses tárolók mércéje szerint, az energiatakarékos üzemeltetéssel is büszkélkedik — valójában ez az eszköz a legkisebb energiafogyasztással rendelkezik a tesztelés során, ha az adatai alapján ítéljük meg.

Ez a kategória a tárolók folyamatos üzemeltetésére lett tervezve szerver szekrény körülmények között: a tengely kétoldalú rögzítése, a forgási rezgés kompenzálása — ezek és más tervezési jellemzők az Ultrastar DC HC530-ban lehetővé tették a lemez projektált terhelésének 550 TB/év-ra emelését, míg a meghibásodási idő típikus a nearline modellek esetén, 2,5 millió óra. A kevésbé valószínű firmware-frissítési hiba esetére a vezérlőlapra egy tartalék chip van forrasztva. A lemez natív 4K-bájtos elérhetőségű vagy 512-bájtos szektorok megemulálásával rendelkező módosításokban érhető el, SATA vagy SAS interfésszel. Az utolsó esetben elérhető az adatok titkosítási lehetősége is.

A WD Ultrastar DC HC530 kiskereskedelmi árai SATA porttal és örökölt 512-bájtos elrendezést emuláló konfigurációval megfelelnek e készülék fejlett jellemzőinek és technológiáinak: 27 495 rubeltől az orosz online boltokban és 439 dollárt az „Amazon”-on.

14 TB kapacitású merevlemezek gyűjtése összehasonlító tesztelés céljára nem volt egyszerű feladat, és a megfelelő harmadik féltől származó eszközt — a Toshibát — végül nem sikerült megszereznünk. Viszont helyette a következő generációs, 16 TB-os modellt kaptuk. Jelenleg mindhárom merevlemez-gyártó kínál hasonló kapacitású tárolókat, de a Toshiba MG08 sorozatú terméke volt az első közöttük. A japán cég rekordja olyan tányérokon alapul, amelyek fizikailag nem sokkal eltérnek a 14 TB-os BarraCuda Pro és Ultrastar merevlemezek írási sűrűségétől, de a Toshibának elsőként sikerült kilenc „pancake”-et egy standard 3,5 hüvelykes házba összeszorítani. Nem múlott el a TDMR technológia bevezetése sem, amely elengedhetetlen feltétele lett az új kapacitási határok meghódításának. A Toshiba MG08 átviteli sebessége a lineáris olvasási/írási műveletek során a WD Ultrastar DC HC530 szintjén kell hogy legyen, de meglepő módon a gyártó nem oszt meg részleteket az eszköz teljesítményéről.

Viszont ismert, hogy a Toshiba is intézkedéseket tett annak érdekében, hogy növelje a megbízhatóságot, miközben csökkenti a visszaírási műveletek késleltetését: az MG08 fedélzeti flash memóriachippje lehetővé teszi az adatvédelmet áramkimaradás esetén, amelyeket a gazda-vezérlő írásra küld, de a tesztek eredményei szerint másodlagos gyorsítótárfunkciót is ellát a DRAM puffert követően. Ez a Persistent Write Cache technológia azonban csak az 512 bájtos partíciós emulációval rendelkező lemezek specifikációiban szerepel, ami egy további veszélyforrást jelent áramkimaradás esetén (és bizonyos mértékig rontja a teljesítményt) a logikai blokkok írásának read-modify-write művelete miatt, amely minden alkalommal szükséges, ha a logikai blokkok nem egyeznek meg a fizikai szektorok határaival. Az MG08 sorozat azonban natív hozzáférést biztosít a 4 kilobájtos szektorokhoz is. Vajon ez azt jelenti, hogy az utóbbiak egyáltalán nem rendelkeznek flash memóriával, vagy csupán a háttérmentési funkciót távolították el, azt nem tudjuk. De függetlenül a PWC-től, a Toshiba MG08, valamint a cég más tárolói Dynamic Cache algoritmusokat alkalmaznak, amelyek, mint a gyártó állítja, optimálisan osztják el a puffert a be- és kimeneti műveletek között. Részletes információink erről sincsenek.

A Toshiba MG08 megbízhatóságát növelő további elemei közé tartozik a tengely rögzítése mindkét oldalon és a rotor vibrációs érzékelők. Ezek a lemezek évente 550 TB adat írására képesek, a vállalati eszközökre jellemző 2,5 millió órás üzemidővel és öt éves garanciával rendelkeznek. Különféle lemezkonfigurációk rendelhetők SATA vagy SAS interfésszel és opcionális végső titkosítással. A árakkal kapcsolatban azonban nem tudunk iránymutatást adni: a Toshiba 16 terabájtos lemeze még januárban bemutatásra került, de ez továbbra is ritka példány a kiskereskedelemben.

Toshiba MG08 16 Tbyte

Most már, hogy megismertük a három fő szereplőt a tesztelés során, nézzük meg a kisebb kapacitású merevlemezeket, amelyekkel össze fogjuk hasonlítani az új 14-16 terabájtos modelleket. Az egyikük, a 10 TB-os Exos X10 egy nearline tároló, amely hét mágneses tányért tartalmaz zárt burkolatban. És bár azóta a tányér hasznos kapacitása 1429-ről 1750 GB-ra és annál nagyobbra nőtt, a merevlemezeknél a soros hozzáférés sebessége is nőnie kellett volna, ezen a téren az Exos X10 gyakorlatilag nem marad el a 14 TB-os BarraCuda Pro-tól a két tároló specifikációi szerint. Valami nyilvánvalóan nem stimmel a Seagate merevlemezek specifikációival, de most van alkalmunk, hogy mindent megtudjunk a gyakorlatban.

Az önálló hozzáférésű műveletek sebességének növelése érdekében az Exos sorozatban fejlett AWC (Advanced Write Caching) írási gyorsítótár-mechanizmus található, amely csökkenti a válaszidőt. Az AWC keretében az írási műveletek a DRAM gyorsítótárában kerülnek csoportosításra, ahogyan bármely más merevlemezen, azonban a gyorsítótár megőrzi az adatokat, miután azokat az tányérra kiírták, és a tükörgyorsítótár tartalmát a host vezérlő azonnal beolvashatja. A Seagate szerveres merevlemezeknél a 2,5 hüvelykes formátumú AWC a következő sebességi szintet tartalmazza — fenntartott területek a tányérok felületén, ahova az adatok a DRAM-ból sorrendben kerülnek kiírásra (Media Cache), valamint egy kis mennyiségű energiatartós memória, amely a gyorsítótár adatainak megmentésére szolgál áramkimaradás esetén. Az Exos X10-ben azonban hiányzik a flash memória, és lehet, hogy a Media Cache is együtt vele.

Az Exos sorozat asztali számítógépekhez és NAS rendszerekhez készült merevlemezei a fogyasztói modellekhez képest a megbízhatósági mutatókban kiemelkednek (2,5 millió órás üzemidő) és a terhelhetőségben (550 TB/év), továbbá lehetőség van rack szerverekben korlátozás nélküli felhasználásra, és öt éves garanciát kínálnak. A tesztelésre kapott ST10000NM0016 modell ráadásul a Hyperscale variációk közé tartozik, amelyek alacsonyabb energiafogyasztással rendelkeznek az Exos család többi tagjához képest, de csak SATA interfésszel és 512 bájtos szektorok emulációjával kaphatók. SAS csatlakozóval rendelkező konfigurációk esetén az Exos modellek között találhatóak olyan verziók is, amelyek natív 4 KB-os szektorokkal és teljes lemezes titkosítással rendelkeznek.

A Seagate IronWolf merevlemez nemrégiben megjelent mi útmutatónkban az új képviselőivel együtt egy Seagate SSD-tárolóval. A 12 terabájtos IronWolf modell nyilvánvalóan olyan tányérokkal van ellátva, amelyek fizikai sűrűsége megegyezik az Exos X10-ével, mindössze egy tányérral többel. Azonban a Seagate az olvasási és írási műveletek teljesítményét sokkal alacsonyabbra, mindössze 210 MB/s-ra értékeli. Itt semmilyen kifinomult technológia nem található, amely a mágneses tárolókra jellemző magas késleltetési válasz kompenzálására irányulna.

Viszont az IronWolf összes merevlemeze, 4 TB-os kapacitástól kezdődően, számos hardveres jellemzőt örökölt az Exos sorozattól, amelyek hozzájárulnak a megbízhatóság növeléséhez. Minden merevlemez mágneses tányérjainak blokkja két síkban van kiegyensúlyozva, és a forgási rezgésérzékelők stabil működést biztosítanak a rackben lévő tárolórendszerekben vagy a nyílt NAS rendszerekben, akár nyolc lemezkosárig. Az IronWolf mérsékelt üzemidőre van tervezve, a terhelhetősége 180 TB/év, és az üzemidő 1 millió órára van értékelve. Ennek következményeként az IronWolf garanciális időszaka nem olyan hosszú, mint a Seagate komolyabb modelljeinél, amely három év.

A S300 márkanevével a japán Toshiba egy sor adatot hozott létre videokamerás rendszerekhez – ezek a merevlemezek is saját termékként bírnak figyelmet. áttekintést A 3DNews oldalain. Az ATA Streaming Command Set adatátviteli protokoll bővítésének köszönhetően a Toshiba S300 csúcsmodelljei biztosítják a videofelvételt 64 megfigyelő kamerával egy időben, de alapvetően típikus NAS és DAS meghajtók, amelyek 24/7-es üzemelő használatra és megfelelő megbízhatósággal rendelkeznek: mint az IronWolfnál, ez 1 millió óra, a garanciaidő pedig szintén három év. Az S300 házának szerkezeti előnyei — a tengely rögzítése két oldalról és a forgási rezgések aktív kompenzálása — lehetővé teszik, hogy több mint nyolc ilyen eszköz kerüljön egy rack tárolóba vagy különálló NAS-ba.

Az összehasonlításhoz választott S300 modell, amely 14-16 TB kapacitású újdonságokkal került összevetésre, az MD06ACA-V szerverlemezek hardverházára épül, és hét mágneses lemezt tartalmaz, a termék specifikációi szerint pedig a modern, nagy kapacitású HDD-k tipikus véletlenszerű olvasási/írási sebessége 248 MB/s. A Toshiba szervermeghajtóiban alkalmazott késleltetést csökkentő megoldások közül a S300-nak már csak a Dynamic Cache funkciója maradt meg.

A tesztelés többi résztvevőjétől eltérően az S300 hét lemezes szoros stack ellenére is elkerüli a hélium használatát, és standard szellőző házban valósul meg. Úgy tűnik, hogy ezért a 10 terabájtos modell a legmagasabb energiafogyasztással bír a tesztalanyok specifikációs táblázatában, és ez a paraméter, bár önmagában csak az adatközpont adminisztrátorainak fontos, közvetlenül meghatározza a HDD hőmérsékletét. A S300 tényleges energiafogyasztását még ellenőrizzük, de egyelőre ezt a pontot jegyezzük meg.

Forrás: 3dnews.ru