Nuovo articolo: Test dei dischi rigidi da 14–16 TB: non solo più grandi, ma anche migliori

La capacità degli hard disk continua a crescere, ma il tasso di crescita negli ultimi anni sta diminuendo costantemente. Per rilasciare il primo dispositivo con capacità di 4 TB, dopo che erano arrivati sul mercato gli HDD da 2 terabyte, l'industria ha impiegato solo due anni; per superare il traguardo degli 8 TB ci sono voluti tre anni, mentre raddoppiare la capacità di un hard disk da 3,5 pollici è riuscito solo dopo cinque anni.

L'ultimo balzo è avvenuto grazie a un intero elenco di soluzioni innovative. Oggi, anche conservatori come Toshiba, che fino all'ultimo hanno rifiutato l'uso dell'elio, sono costretti a produrre dischi rigidi in involucri ermetici, e il numero di piastre sullo spindolo è aumentato fino a nove pezzi — sebbene una volta, e per lungo tempo, cinque piastre fossero considerate un limite ragionevole. In nicchie specifiche viene utilizzata la tecnologia nota come registrazione a tettoia (SMR, Shingled Magnetic Recording), che comporta il parziale sovrapporsi delle tracce e dei settori sulla piastra. Infine, per spostare il limite di capacità dell'hard disk da 14 a 16 TB senza l'uso dell'SMR, i produttori hanno dovuto implementare una delle tecnologie promettenti, il cui elenco si restringe progressivamente, che riportiamo nei nostri articoli annuali finali.— la lettura delle tracce da parte di più testine contemporaneamente (TDMR, Two-Dimensional Magnetic Recording). Ulteriori sviluppi richiederanno prima o poi cambiamenti più sostanziali nei principi di funzionamento degli HDD, come il riscaldamento della piastra tramite laser o microonde (HAMR/MAMR, Heat/Microwave-Assisted Magnetic Recording) durante il passaggio della testina di scrittura.

Tuttavia, è facile notare che tutte le tecniche descritte sono principalmente orientate ad aumentare la densità di registrazione e la capacità su uno spindolo, sebbene molte di esse abbiano un effetto collaterale benefico sotto forma di una maggiore velocità di lettura e scrittura lineare dei dati. A questo riguardo, gli attuali HDD hanno superato i 250 MB/s e sono già paragonabili ai primi dischi a stato solido per consumatori. Ma la velocità di accesso ai settori casuali dei dischi magnetici non è quasi progredita, e in termini di capacità, il numero di operazioni al secondo diminuisce. Allo stesso tempo, sorgono requisiti di affidabilità più elevati, poiché più dati vengono memorizzati su uno spindolo, maggiore è l'importanza di non perderli e più lungo sarà il processo di recupero.

Ma anche per questa sfida, i creatori di dispositivi di archiviazione magnetica hanno trovato una risposta. Abbiamo preso tre dischi rigidi con capacità tra 14 e 16 TB per scoprire come si adattano tecnologie risalenti a 64 anni fa alle realtà del 2019, e abbiamo notato alcune tendenze. I campioni champions degli attuali dischi rigidi da 3,5 pollici, prodotti per server rack e storage array, condividono alcune caratteristiche con i dispositivi a stato solido — dai principi di indirizzamento dei settori all'integrazione diretta dei chip flash nello stack di memoria locale. I modelli consumer, d'altra parte, hanno avvicinato le loro caratteristiche a quelle degli equivalenti server, e persino la descrizione "HDD desktop" non dice più molto sulle prestazioni e sull'affidabilità del dispositivo. Ma l'obiettivo di questa recensione non è ridursi a frasi generali. Vogliamo scoprire come le nuove tendenze nella progettazione dei dischi rigidi si riflettano in numeri solidi di misurazione delle prestazioni.

⇡#Specifiche tecniche dei dispositivi testati

Prima di iniziare ad analizzare i risultati dei test, è importante esaminare con attenzione le caratteristiche dei dispositivi con cui avremo a che fare. Questa volta non sono così tanti come di solito nei nostri test di gruppo, ma abbiamo rispettato le condizioni fondamentali, senza le quali il confronto tra dischi rigidi non può essere considerato completo. Nella recensione sono stati inclusi prodotti di tutti e tre i produttori — Seagate, Toshiba e Western Digital — e appartengono a diverse categorie: consumer e server. Le principali caratteristiche che li uniscono sono: capacità di 14 o 16 TB, un involucro ermetico riempito di elio e una velocità di rotazione del disco di 7200 giri/min. E per un confronto con i colossi, partecipano anche tre dispositivi già noti a noi, di capacità inferiore (10 e 12 TB), progettati per l'uso in server, NAS domestici o d'ufficio.

Il primo modello nella nostra modesta collezione di hard disk di grande capacità — BarraCuda Pro 14 TB — è un'unità per PC desktop e DAS, ma non un'unità qualsiasi, bensì "professionale". Da un lato, questo significa che la BarraCuda Pro è soggetta ai tipici limiti degli hard disk desktop. Ad esempio, non è progettata per essere utilizzata in array RAID, poiché è preferibile avere TLER (Time-Limited Error Recovery) — una configurazione del firmware che previene l'espulsione dell'HDD dall'array a causa di tentativi prolungati del microcontrollore di leggere un settore problematico. Inoltre, il telaio della BarraCuda Pro è poco adatto per l'uso in scaffali o NAS con più ceste, poiché non ha compensazione per la vibrazione rotazionale.

D'altra parte, a differenza della maggior parte degli altri hard disk desktop, gli HDD di questo marchio dispongono di un maggiore carico annuo — fino a 300 TB di riscrittura, sono pronti a funzionare 24/7 e sono accompagnati da una garanzia di cinque anni. Anche le prestazioni non dovrebbero deludere (almeno per compiti con accesso ai dati prevalentemente lineare): grazie a otto piatti da 1,75 TB, il dispositivo raggiunge una larghezza di banda sostenuta di 250 MB/s. Inoltre, il produttore promette che la velocità di accesso casuale della BarraCuda Pro dovrebbe essere superiore rispetto agli hard disk desktop standard, mentre il consumo energetico è, al contrario, inferiore rispetto alla maggior parte dei modelli da 3,5 pollici. Tuttavia, tutte le affermazioni di Seagate devono ancora essere verificate.

Per conquistare un tale alto livello di densità dei dati nell'ambito della registrazione perpendicolare standard senza l'uso della tecnologia di nicchia SMR (Shingled Magnetic Recording), Seagate ha dovuto implementare uno dei metodi innovativi di cui parliamo anno dopo anno nei nostri finali., — noto come registrazione bidimensionale (Two-Dimensional Magnetic Recording). Ma contrariamente al suo nome, il TDMR non ha nulla a che vedere con la procedura di registrazione dei dati in sé ed è destinato ad aumentare il rapporto segnale/rumore in condizioni di alta densità di tracce sul disco magnetico grazie alla lettura simultanea della traccia da due teste di lettura: queste ultime sono disposte nello spazio in modo tale che il campo cattura le tracce adiacenti, e diventa più facile compensare le interferenze. In futuro, i dischi rigidi con TDMR avranno ancora più teste, e insieme all'affidabilità della lettura dei dati, potrebbe aumentare anche la sua velocità, ma questo è ancora un problema del futuro.

I dischi BarraCuda Pro si differenziano notevolmente dai dispositivi della stessa serie inferiore senza il suffisso Pro — a partire dal fatto che tutti i produttori di HDD hanno modelli desktop standard bloccati a una capacità di 6–8 TB. Il disco BarraCuda Pro può piuttosto essere descritto come un discendente della gamma server di Seagate, privo delle funzionalità associate al lavoro in array. Ma di conseguenza, anche il prezzo del dispositivo è salito a un livello corporate, o addirittura oltre: in Russia, il modello da 14 terabyte non si trova a meno di 34 348 rubli, mentre nei negozi al dettaglio degli Stati Uniti — $549. Anche i modelli nearline di Seagate di pari capacità costano meno — da $375 o 28 936 rubli.

Il prossimo candidato, il disco da 14 terabyte Ultrastar DC HC530, è un'unità di classe nearline che rappresentava il meglio delle capacità degli ingegneri di Western Digital fino all'arrivo del nuovo modello da 16 TB. Nella pratica di 3DNews, è diventato il primo hard disk del marchio Ultrastar senza le consuete lettere HGST nel nome: l'azienda ha riunito tutti i modelli server sotto il proprio marchio dopo che gli asset di HGST si sono completamente integrati nella corporation unificata. Nelle sue caratteristiche principali, questo dispositivo è simile al BarraCuda Pro della stessa capacità: all'interno del corpo ermetico dell'Ultrastar DC HC530 ci sono anche otto piastre magnetiche con una capacità utile di 1750 GB, e la lettura dei dati dalle tracce densamente posizionate è garantita dalla tecnologia TDMR. Ma per altri parametri e per la varietà delle funzionalità aggiuntive tipiche degli HDD aziendali, l'Ultrastar DC HC530 non può essere paragonato ai modelli desktop, anche se il BarraCuda Pro non è un rappresentante tipico della sua categoria.

Così, la densità utile di registrazione sulle piastre del BarraCuda Pro e dell'Ultrastar DC HC530 è la stessa, così come la velocità di rotazione dell'albero, ma il prodotto WD garantisce una velocità di lettura e scrittura lineare sostenuta superiore — fino a 267 MB/s (non è chiaro da dove derivi la differenza, ma i test mostreranno se esiste realmente). I ritardi nell'accesso casuale sono mitigati dal nuovo attuatore a due stadi di terza generazione e da un ampio buffer da 512 MB, ma soprattutto, il Media Cache — aree di riserva per una scrittura veloce dei blocchi, distribuite sulla superficie delle piastre. Quest'ultima caratteristica avvicina i moderni dischi nearline agli SSD, in cui esiste anche un rapporto variabile tra settori fisici e blocchi logici. A partire dai modelli da 10 terabyte Ultrastar DC HC330, WD utilizza anche una piccola quantità di memoria flash per il caching delle operazioni di scrittura. Va notato che, insieme a (potenzialmente) un'eccezionale elevata velocità rispetto agli standard dei dischi magnetici, il prodotto WD si distingue per un consumo di energia moderato — in effetti, si tratta del dispositivo con il minor consumo nella serie di test, se giudichiamo dalle sue specifiche.

I dispositivi di questo tipo sono progettati per un uso continuo in ambienti di server rack: il montaggio bilaterale dell'albero, la compensazione delle vibrazioni rotazionali — queste e altre caratteristiche costruttive dell'Ultrastar DC HC530 hanno consentito di aumentare il carico di lavoro progettuale del disco fino a 550 TB/anno, mentre il tempo medio tra guasti è tipico per i modelli nearline, pari a 2,5 milioni di ore. In caso di malfunzionamento improbabile durante l'aggiornamento del firmware sulla scheda del controller è presente un chip di riserva saldato. Il disco è disponibile in configurazioni con accesso nativo alla partizione con 4 KB o con emulazione di settori da 512 byte, con interfaccia SATA o SAS. In quest'ultimo caso, è anche disponibile l'opzione di crittografia end-to-end dei dati.

I prezzi al dettaglio del WD Ultrastar DC HC530 nella configurazione con porta SATA ed emulazione della partizione ereditata da 512 byte corrispondono a specifiche e tecnologie all'avanguardia di questo dispositivo: a partire da 27.495 rubli nei negozi online russi e $439 su "Amazon".

Raccogliere una collezione di hard disk da 14 TB per test comparativi non è stato semplice, e non siamo riusciti a ottenere un dispositivo di un terzo produttore — Toshiba. Tuttavia, ci siamo ritrovati tra le mani un modello della generazione successiva, da 16 TB. Attualmente tutte e tre le aziende che producono dischi rigidi offrono dispositivi di tale capacità, ma proprio il prodotto Toshiba della serie MG08 è stato il primo tra di essi. Il record dell'azienda giapponese si basa su piatti con una densità di registrazione fisica simile, se non identica, a quella degli hard disk BarraCuda Pro e Ultrastar da 14 TB, ma Toshiba è stata la prima a imballare nove "blini" in un case standard da 3,5 pollici. Non è mancata la tecnologia TDMR, che è diventata un requisito fondamentale per conquistare nuove frontiere di capacità. La larghezza di banda del Toshiba MG08 nelle operazioni di lettura/scrittura lineari dovrebbe essere pari a quella del WD Ultrastar DC HC530, ma, stranamente, il produttore non rivela dettagli sulle prestazioni del dispositivo.

È noto che anche Toshiba ha adottato misure per aumentare l'affidabilità e ridurre al contempo la latenza delle operazioni di scrittura: il chip di memoria flash presente nel MG08 in caso di interruzione di corrente consente di proteggere i dati inviati dal controller host per la scrittura, ma, secondo i risultati dei test, esegue anche la funzione di secondo livello di caching dopo il buffer DRAM. Tuttavia, questa tecnologia (Persistent Write Cache) figura solo nelle specifiche dei dischi con emulazione della partizione a 512 byte, che rappresenta una fonte aggiuntiva di rischio in caso di interruzione di corrente (e in certa misura ruba prestazioni) a causa della necessità di eseguire l'operazione read-modify-write per ogni scrittura di blocchi logici che non coincidono con i confini dei settori fisici. E la serie MG08 include anche modelli con accesso nativo a settori da 4 kilobyte. Non sappiamo se ciò significhi che gli ultimi modelli siano completamente privi di memoria flash o se semplicemente è stata rimossa la funzione di backup. Ma indipendentemente dal PWC, Toshiba MG08 e altri dischi di questa azienda utilizzano algoritmi Dynamic Cache, che, secondo il produttore, distribuiscono in modo ottimale lo spazio del buffer tra le operazioni di lettura e scrittura. Non disponiamo neanche di informazioni dettagliate su di essi.

Altre fonti di elevata tolleranza ai guasti nella costruzione del Toshiba MG08 sono il montaggio dell'albero motore su entrambi i lati e i sensori di vibrazione rotativa. Questi dischi sono progettati per scrivere 550 TB di dati all'anno, hanno un tempo medio di guasto standard per dispositivi aziendali di 2,5 milioni di ore e una garanzia di cinque anni. Diverse configurazioni del disco con interfaccia SATA o SAS e funzionalità di crittografia end-to-end opzionale sono disponibili per l'ordine. Tuttavia, non possiamo fornirvi informazioni sui prezzi: il disco Toshiba da 16 terabyte è stato presentato a gennaio, ma rimane ancora una rarità nella vendita al dettaglio.

Toshiba MG08 16 TB

Ora che ci siamo familiarizzati con i principali tre partecipanti al test, diamo un'occhiata ai dischi rigidi di capacità inferiore con cui confronteremo i nuovi modelli da 14-16 terabyte. Uno di questi, l'Exos X10 da 10 TB, è un'unità nearline che contiene sette piatti magnetici in un involucro ermetico. E sebbene da allora la capacità utile del piatto sia aumentata da 1429 a 1750 GB e oltre, anche la velocità di accesso sequenziale nei dischi rigidi dovrebbe aumentare, su questo parametro l'Exos X10 è praticamente allo stesso livello della BarraCuda Pro da 14 TB secondo le specifiche di entrambi i dispositivi. Qualcosa non torna chiaramente nelle specifiche dei dischi rigidi Seagate, ma abbiamo l'opportunità di scoprirlo nella pratica.

Per aumentare la velocità delle operazioni di accesso casuale, nella serie Exos è presente un avanzato meccanismo di caching della scrittura AWC (Advanced Write Caching), che riduce i tempi di risposta. Nell'ambito dell'AWC, le operazioni di scrittura vengono raggruppate in un buffer DRAM, come in qualsiasi altro disco rigido, tuttavia il buffer conserva una copia dei dati dopo che sono stati scaricati sul piatto, e il contenuto del buffer speculare può essere immediatamente letto dal controller host. In dischi rigidi server Seagate il formato da 2,5 pollici AWC include la successiva fase di velocità — aree riservate sulla superficie dei piatti, dove i dati dalla DRAM vengono scritti in modo sequenziale (Media Cache), insieme a una piccola quantità di memoria non volatile per salvare i dati dal buffer in caso di interruzione di corrente. Ma nell'Exos X10 non è presente memoria flash, e forse nemmeno Media Cache.

Rispetto ai dischi consumer per computer desktop e NAS, i dischi della serie Exos si distinguono per elevati parametri di affidabilità (2,5 milioni di ore) e carico nominale (550 TB/anno), la possibilità di essere utilizzati in rack server senza restrizioni sul numero di alloggiamenti, oltre a un periodo di garanzia di cinque anni. Il disco rigido con numero di modello ST10000NM0016, che abbiamo testato, appartiene anche alle modifiche Hyperscale, che presentano un consumo energetico ridotto rispetto ad altri membri della famiglia Exos, ma sono disponibili solo con interfaccia SATA e simulazione di settori da 512 byte. Nelle configurazioni con interfaccia SAS, ci sono anche modelli Exos con accesso nativo a settori da 4 kilobyte e funzionalità di crittografia full-disk end-to-end.

Il disco rigido Seagate IronWolf è stato recentemente menzionato in nostro overview nuove aggiunte di questo marchio insieme all'unità a stato solido Seagate per archiviazione di rete. Il modello IronWolf da 12 terabyte sembra essere dotato di piatti con la stessa densità fisica di registrazione dell'Exos X10, con un piatto in più. Tuttavia, Seagate stima le prestazioni della sua creazione in termini di operazioni di lettura e scrittura sequenziali molto inferiori — solo 210 MB/s. E non ci sono tecnologie avanzate destinate a compensare l'alta latenza di risposta tipica dei dispositivi magnetici.

Tuttavia, tutti i dischi rigidi IronWolf, a partire da una capacità di 4 TB, hanno preso in prestito dalla serie Exos alcune caratteristiche hardware che contribuiscono a una maggiore resilienza. Il blocco dei piatti magnetici di ogni disco rigido è bilanciato su due piani, mentre i sensori di vibrazioni rotazionali garantiscono un funzionamento stabile in sistemi di archiviazione in rack o in NAS indipendenti con un numero di alloggiamenti fino a otto. IronWolf è progettato per un utilizzo moderato con un carico nominale di 180 TB/anno e presenta un tempo di operatività di 1 milione di ore. Di conseguenza, anche il periodo di garanzia per IronWolf non è così lungo come per i modelli più robusti nel catalogo Seagate — tre anni.

Con il marchio S300, la compagnia giapponese Toshiba ha lanciato una serie di dispositivi per sistemi di videosorveglianza — a questi dischi rigidi è dedicato un proprio panoramica Sulle pagine di 3DNews. Grazie all'ampliamento del protocollo di trasmissione dati ATA Streaming Command Set, i modelli superiori Toshiba S300 garantiscono la registrazione simultanea di video da 64 telecamere di sorveglianza, ma essenzialmente sono dischi tipici per NAS e DAS, progettati per funzionare 24/7 e con un buon tempo di funzionamento prima di guasti: come per IronWolf, è fissato a 1 milione di ore, e la garanzia è di tre anni. Grazie ai pregi costruttivi del telaio S300—il fissaggio dell'albero da entrambi i lati e la compensazione attiva della vibrazione rotativa—è possibile installare più di otto di questi dispositivi in un unico rack o in un NAS autonomo.

Il modello S300, scelto per il confronto con le novità da 14 a 16 TB, è basato sul telaio hardware dei dischi server MD06ACA-V e contiene sette piastre magnetiche, mentre nelle specifiche del dispositivo è indicata una tipica velocità di lettura/scrittura casuale di 248 MB/s, comune ai dischi HDD di grandi dimensioni moderni. Tuttavia, tra i metodi utilizzati nei dischi rigidi server Toshiba per ridurre la latenza, l'S300 ha mantenuto solo la funzione Dynamic Cache.

A differenza di tutti gli altri partecipanti al test, l'S300, anche con un pacchetto compatto di sette piastre, non richiede elio ed è realizzato in un case ventilato standard. Sembra che proprio per questo motivo il modello da 10 terabyte abbia il valore di consumo energetico più alto nella tabella riepilogativa delle specifiche dei partecipanti al test, e questo parametro, sebbene di per sé sia importante solo per gli amministratori dei data center, determina direttamente la temperatura degli HDD. Verificheremo autonomamente il reale consumo energetico dell'S300, ma per ora prendiamo nota di questo punto.

Fonte: 3dnews.ru