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

La capacità dei dischi rigidi continua a crescere, ma il tasso di aumento negli ultimi anni sta diminuendo costantemente. Infatti, per lanciare il primo disco da 4 TB dopo l'arrivo sul mercato degli HDD da 2 TB, l'industria ha impiegato solo due anni; per raggiungere la marca degli 8 TB ci sono voluti tre anni, mentre raddoppiare nuovamente la capacità del disco rigido da 3,5 pollici è stato possibile solo dopo cinque anni.

L'ultimo salto è stato possibile grazie a un intero elenco di soluzioni innovative. Oggi anche le aziende più conservative, come Toshiba, che fino all'ultimo si rifiutava di utilizzare l'elio, sono costrette a produrre dischi rigidi con casse ermetiche, e il numero di piastre sul mandrino è aumentato a nove — anche se un tempo, e per lungo tempo, cinque piastre erano considerate un limite ragionevole. In nicchie specifiche viene utilizzata la tecnologia nota come registrazione a tettoia (SMR, Shingled Magnetic Recording), in cui le tracce dei settori sulla piastra si sovrappongono parzialmente. Infine, per spostare il limite di capacità del disco rigido da 14 a 16 TB senza l'uso di SMR, i produttori hanno dovuto implementare una delle tecnologie promettenti, il cui elenco si sta riducendo progressivamente, che riportiamo negli articoli annuali di riepilogo, — la lettura della traccia con più testine contemporaneamente (TDMR, Two-Dimensional Magnetic Recording). Un ulteriore progresso richiederà prima o poi cambiamenti più radicali nelle basi del funzionamento degli HDD — come il riscaldamento della piastra tramite laser o microonde (HAMR/MAMR, Heat/Microwave-Assisted Magnetic Recording) nel momento in cui la testina di scrittura passa.

Tuttavia, è facile notare che tutte le tecniche descritte sono principalmente focalizzate sull'aumento della densità di registrazione e sull'espansione della capacità su uno spindle, sebbene molte di esse abbiano un effetto collaterale benefico in termini di maggiore velocità di lettura e scrittura lineare dei dati. In base a questo parametro, gli HDD moderni hanno superato i 250 MB/s e sono già comparabili ai primi SSD di consumo. Tuttavia, la velocità di accesso ai settori casuali dei dischi magnetici non ha fatto quasi progressi, e in termini di capacità il numero di operazioni al secondo diminuisce semplicemente. Allo stesso tempo, crescono le esigenze di tolleranza ai guasti, poiché più dati sono memorizzati su uno spindle, maggiore è l'importanza di non perderli e più lungo sarà il tempo di recupero.

Ma anche i produttori di dischi magnetici hanno trovato una risposta a questa sfida. Abbiamo preso tre hard disk con capacità da 14 a 16 TB per scoprire come le tecnologie di 64 anni fa si adattino alla realtà del 2019 e abbiamo notato alcune tendenze. I campioni di punta dei moderni HDD da 3,5 pollici, progettati per server rack e sistemi di archiviazione, presentano somiglianze con le unità a stato solido — dai principi di indirizzamento dei settori all'integrazione diretta dei chip flash nel sistema di memoria locale. Inoltre, i modelli consumer si sono avvicinati in termini di prestazioni ai loro omologhi per server, e persino la descrizione "HDD desktop" non dice più molto sulla velocità e sull'affidabilità del dispositivo. Tuttavia, l'obiettivo di questa recensione non si limita a parole generiche. Intendiamo scoprire come le nuove tendenze nella progettazione degli hard disk si traducono in numeri concreti relativi alle prestazioni.

⇡#Specifiche tecniche dei partecipanti al test

Prima di iniziare ad analizzare i risultati dei test, è importante esaminare attentamente le caratteristiche dei dispositivi con cui avremo a che fare. Questa volta non sono così tanti come al solito nei nostri test di gruppo, ma abbiamo rispettato i principali requisiti, senza i quali il confronto tra dischi rigidi non può essere considerato completo. Nella nostra revisione 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 la capacità di 14 o 16 TB, un involucro ermetico riempito di elio e una velocità di rotazione del disco di 7200 RPM. E per il confronto con i pesi massimi sono coinvolti tre dispositivi che già conosciamo, di capacità inferiore (10 e 12 TB), progettati per l'uso in server, NAS domestici o d'ufficio.

Il primo modello della nostra modesta collezione di hard disk di grande capacità — il BarraCuda Pro da 14 TB — è un'unità per desktop e DAS, ma non un'unità qualsiasi, bensì "professionale". Da un lato, ciò significa che il BarraCuda Pro è soggetto ai tipici limiti degli hard disk desktop. Ad esempio, non è progettato per essere utilizzato in array RAID, poiché per questo è preferibile avere TLER (Time-Limited Error Recovery) — un'impostazione del firmware che previene il disconnessione dell'HDD dall'array a causa di tentativi prolungati del microcontrollore di leggere un settore problematico. Inoltre, il telaio del BarraCuda Pro è inadatto a funzionare su uno scaffale o in un NAS con più cassetti, poiché non dispone di compensazione delle vibrazioni rotazionali.

D'altra parte, a differenza della maggior parte degli altri hard disk desktop, gli HDD di questo marchio offrono un elevato ciclo di vita annuale — fino a 300 TB di riscrittura, sono pronti a funzionare in modalità 24/7 e sono coperti da una garanzia di cinque anni. Non ci sarà nemmeno da lamentarsi delle prestazioni (almeno per compiti con accesso ai dati prevalentemente lineare): grazie alle otto piastre da 1,75 TB, il dispositivo raggiunge una capacità di trasferimento stabile di 250 MB/s. Inoltre, il produttore promette che la velocità di accesso casuale nel BarraCuda Pro sarà superiore rispetto ai normali dischi per desktop, mentre il consumo energetico sarà, al contrario, inferiore rispetto alla maggior parte dei modelli da 3,5 pollici. Tuttavia, verificheremo tutte le affermazioni di Seagate.

Per raggiungere un livello così elevato di densità dei dati nel contesto della scrittura perpendicolare standard senza l'uso di tecnologie di nicchia come il SMR (Shingled Magnetic Recording), Seagate ha dovuto implementare uno dei metodi innovativi di cui scriviamo anno dopo anno nei nostri di riepilogo, — nota come registrazione magnetica bidimensionale (Two-Dimensional Magnetic Recording). Tuttavia, nonostante il suo nome, il TDMR non è collegato alla procedura di registrazione dei dati in sé ed è progettato per aumentare il rapporto segnale/rumore in condizioni di alta densità di tracce su un disco magnetico, leggendo simultaneamente la traccia con due teste di lettura: queste ultime sono disposte nello spazio in modo tale che il campo catturi tracce vicine, facilitando la compensazione delle interferenze. In futuro, gli hard disk con TDMR adotteranno ancora più teste e, insieme all'affidabilità nella lettura dei dati, potrebbe aumentarne la velocità, ma questo è ancora un aspetto del futuro.

I dispositivi BarraCuda Pro si differenziano in molti aspetti dai modelli di base senza la designazione Pro. Infatti, i produttori di HDD hanno avuto come standard per i modelli desktop la capacità di 6–8 TB. Il disco BarraCuda Pro può essere visto come un discendente della linea server Seagate, privo però delle funzionalità tipiche per l'uso in array. Di conseguenza, anche il prezzo è salito a quello delle soluzioni aziendali, se non di più: in Russia, il modello da 14 terabyte non si trova a meno di 34.348 rubli, mentre sulle piattaforme di vendita al dettaglio statunitensi il prezzo è di $549. Anche i modelli nearline Seagate della stessa capacità costano meno, a partire da $375 o 28.936 rubli.

Il prossimo candidato, il disco Ultrastar DC HC530 da 14 terabyte, è un'unità di classe nearline che rappresentava il meglio delle capacità degli ingegneri di Western Digital, fino all'arrivo di un nuovo modello da 16 TB. Nella pratica di 3DNews, è stato il primo hard disk del marchio Ultrastar senza le consuete lettere HGST nel nome: l'azienda ha trasferito tutti i modelli server sotto il proprio marchio, dopo che gli asset HGST si sono completamente fusi nell'azienda unificata. Nelle sue caratteristiche chiave, questo dispositivo è simile al BarraCuda Pro della stessa capacità: all'interno del rivestimento sigillato dell'Ultrastar DC HC530 ci sono anche otto piatti magnetici con una capacità utile di 1750 GB, e la lettura dei dati da piste strettamente collocate è garantita dalla tecnologia TDMR. Tuttavia, per altri parametri e la varietà di funzioni aggiuntive tipiche degli HDD aziendali, l'Ultrastar DC HC530 non può essere messo sullo stesso piano dei modelli desktop, anche se il BarraCuda Pro non è un rappresentante tipico della sua categoria.

La densità utile di registrazione delle piastre BarraCuda Pro e Ultrastar DC HC530 è la stessa, così come la velocità di rotazione dell'albero, ma il prodotto WD garantisce una velocità sostenuta di lettura e scrittura dei dati superiore, fino a 267 MB/s (non è chiaro da dove provenga la differenza, ma i test riveleranno se esiste realmente). I ritardi nell'accesso casuale sono ridotti grazie all'attuatore a due stadi di nuova generazione e al grande buffer da 512 MB, e soprattutto, il Media Cache — aree di backup per la rapida scrittura di blocchi, distribuite sulla superficie delle piastre. Questa ultima caratteristica avvicina i dischi nearline moderni agli SSD, dove esiste anch'essa una relazione variabile tra settori fisici e blocchi logici. A partire dai modelli Ultrastar DC HC330 da 10 terabyte, WD utilizza anche una piccola quantità di memoria flash per il caching delle operazioni di scrittura. È importante notare che, insieme a una velocità (potenzialmente) estremamente elevata per gli standard degli hard disk, il prodotto WD si distingue per un consumo energetico moderato — in effetti, si tratta di un dispositivo con il minor consumo energetico tra tutti i concorrenti nei test, secondo le sue specifiche tecniche.

I dischi di questa classe sono progettati per un utilizzo continuo in condizioni di server rack: il montaggio bidirezionale dell'albero, la compensazione delle vibrazioni rotative e altre caratteristiche costruttive dell'Ultrastar DC HC530 hanno permesso di incrementare il carico progettuale del disco fino a 550 TB/anno, mentre il tempo medio tra i guasti tipico dei modelli nearline è di 2,5 milioni di ore. In caso di improbabile guasto durante l'aggiornamento del firmware, è presente un chip di riserva saldato sulla scheda del controller. Il disco è disponibile in versioni con accesso nativo alla formattazione da 4 KB o emulazione di settori da 512 byte, con interfaccia SATA o SAS. Nel secondo caso, è anche disponibile un'opzione di crittografia end-to-end dei dati.

I prezzi al dettaglio del WD Ultrastar DC HC530 con porta SATA e emulazione della formattazione da 512 byte corrispondono alle prestazioni e alle tecnologie avanzate di questo dispositivo: a partire da 27.495 rubli nei negozi online russi e $439 su "Amazon".

Собрать коллекцию винчестеров объемом 14 Тбайт для сравнительного тестирования было непросто, и подходящее устройство третьего производителя — Toshiba — мы так и не смогли заполучить. Зато вместо него нам досталась модель уже следующего поколения, на 16 Тбайт. Сейчас все три компании, производящие жесткие диски, предлагают накопители подобного объема, но именно продукт Toshiba серии MG08 был среди них самым первым. Рекорд японской компании опирается на пластины с примерно, если не в точности такой же физической плотностью записи, как в жестких дисках BarraCuda Pro и Ultrastar на 14 Тбайт, но Toshiba впервые смогла упаковать сразу девять «блинов» в стандартный 3,5-дюймовый корпус. Не обошлось и без технологии TDMR, которая стала неотъемлемым условием для покорения новых рубежей емкости. Пропускная способность Toshiba MG08 в операциях линейного чтения/записи должна быть на уровне WD Ultrastar DC HC530, но, как ни странно, производитель не раскрывает никаких подробностей о быстродействии устройства.

Tuttavia, è noto che anche Toshiba ha adottato misure per aumentare l'affidabilità e ridurre contemporaneamente la latenza delle operazioni di scrittura: il chip di memoria flash a bordo del MG08, in caso di interruzione improvvisa dell'alimentazione, permette di proteggere i dati inviati dal controller del server per la scrittura, ma, stando ai risultati dei test, svolge anche la funzione di un secondo livello di cache dopo il buffer DRAM. Tuttavia, questa tecnologia (Persistent Write Cache) è menzionata solo nelle specifiche dei dischi con emulazione di partizioni da 512 byte, che rappresenta una fonte aggiuntiva di rischio in caso di interruzione dell'alimentazione (e in qualche modo sottrae prestazioni) a causa della necessità di eseguire l'operazione read-modify-write per ogni scrittura di blocchi logici che non corrispondono ai confini dei settori fisici. Eppure, la serie MG08 include anche modelli con accesso nativo a settori da 4 kilobyte. Non sappiamo se questi ultimi siano completamente privi di memoria flash o se sia stata semplicemente disattivata la funzione di backup. Ma indipendentemente dal PWC, i Toshiba MG08 e altri dispositivi di questa azienda utilizzano algoritmi Dynamic Cache, che, secondo il produttore, distribuiscono ottimamente lo spazio del buffer tra le operazioni di lettura e scrittura. Non disponiamo nemmeno di informazioni dettagliate su di essi.

Altre fonti di elevata resilienza nella costruzione del Toshiba MG08 includono il supporto del mandrino su entrambi i lati e i sensori di vibrazione rotazionale. Questi dischi sono progettati per registrare 550 TB di dati all'anno, hanno un tempo medio di guasto standard per i dispositivi aziendali di 2,5 milioni di ore e una garanzia di cinque anni. Sono disponibili diverse configurazioni del disco con interfaccia SATA o SAS e una funzione di crittografia end-to-end opzionale. 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 abbiamo incontrato i tre principali 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 con capacità di 10 TB, è un'unità nearline che contiene sette piatti magnetici in un involucro sigillato. E sebbene la capacità utile del piatto sia aumentata da 1429 a 1750 GB e oltre, la velocità di accesso sequenziale negli hard disk dovrebbe anch'essa aumentare; tuttavia, in questo parametro, l'Exos X10 praticamente non è inferiore alla BarraCuda Pro da 14 TB, secondo le specifiche di entrambi i dispositivi. Qualcosa non torna chiaramente nelle specifiche degli hard disk Seagate, ma abbiamo l'occasione di scoprirlo in pratica.

Per aumentare la velocità delle operazioni a accesso casuale, nella serie Exos esiste un avanzato meccanismo di caching delle scritture AWC (Advanced Write Caching) che riduce il tempo di risposta. Nel contesto di AWC, le operazioni di scrittura vengono raggruppate nel buffer DRAM, come accade in qualsiasi altro disco rigido, ma il buffer conserva una copia dei dati dopo che sono stati scritti sul piatto, e il contenuto del buffer speculare può essere letto immediatamente dal controller host. Nel dischi rigidi server Seagate formato da 2,5 pollici AWC include il livello successivo per velocità — aree riservate sulla superficie dei dischi, dove i dati dalla DRAM vengono registrati in modo sequenziale (Media Cache), oltre a un piccolo volume di memoria non volatile per salvare i dati dal buffer in caso di interruzione di corrente. Tuttavia, nell'Exos X10 manca la memoria flash, così come il Media Cache.

I dischi della serie Exos si distinguono dai normali hard disk per computer desktop e NAS grazie a elevate metriche di affidabilità (2,5 milioni di ore) e carico previsto (550 TB/anno), con la possibilità di essere utilizzati in rack senza limitazioni sul numero di cassetti, oltre a una garanzia di cinque anni. L'unità rigida con numero di modello ST10000NM0016, che abbiamo testato, appartiene inoltre alle varianti 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 varianti della serie Exos che offrono accesso nativo ai settori da 4 kilobyte e supportano la crittografia a disco completo in modalità pass-through.

Il disco rigido Seagate IronWolf è stato recentemente menzionato in la nostra recensione nuovi rappresentanti di questo marchio insieme a un'unità a stato solido Seagate per archiviazione di rete. Il modello IronWolf da 12 terabyte sembra dotato di piatti con la stessa densità fisica di registrazione dell'Exos X10, solo che qui ce n'è uno in più. Tuttavia, Seagate stima le prestazioni del suo prodotto in termini di operazioni di lettura e scrittura sequenziali molto più basse, appena 210 MB/s. Non ci sono nemmeno tecnologie avanzate per compensare l'elevata latenza di risposta tipica delle unità magnetiche.

Tutti gli hard disk IronWolf, a partire da 4 TB, hanno preso in prestito dalla serie Exos diverse caratteristiche hardware che migliorano la loro resilienza. Il blocco delle piastre magnetiche di ogni disco rigido è bilanciato su due piani, e i sensori di vibrazione rotativa garantiscono un funzionamento stabile sia in un sistema di archiviazione su rack che in un NAS autonomo con un massimo di otto cassetti per dischi. IronWolf è progettato per un'operatività moderata con un carico di lavoro stimato di 180 TB/anno e presenta un MTBF di 1 milione di ore. Di conseguenza, anche il periodo di garanzia di IronWolf non è lungo come quello dei modelli più avanzati nel catalogo Seagate, fissato a tre anni.

Con il marchio S300, la compagnia giapponese Toshiba ha lanciato una serie di dispositivi per sistemi di videosorveglianza — questi dischi rigidi hanno anche un proprio panoramica sulle pagine di 3DNews. Grazie all'espansione del protocollo di trasferimento dati ATA Streaming Command Set, i modelli superiori Toshiba S300 garantiscono la registrazione simultanea di video da 64 telecamere di sorveglianza, ma alla base sono dischi tipici per NAS e DAS, progettati per un utilizzo 24/7 e con un buon ciclo di vita: come nel caso di IronWolf, è di 1 milione di ore, con una garanzia di tre anni. Grazie ai pregi costruttivi del châssis S300, che include il montaggio del disco su entrambi i lati e la compensazione attiva delle vibrazioni rotative, è possibile installare più di otto di questi dispositivi in un'unica rack o in un NAS autonomo.

Il modello S300, scelto per il confronto con le novità da 14–16 TB, si basa su un châssis hardware di dischi server MD06ACA-V e contiene sette piastre magnetiche; le specifiche dell'unità indicano una tipica velocità di lettura/scrittura casuale per HDD di grandi dimensioni di 248 MB/s. Tra i metodi utilizzati nei dischi fissi server Toshiba per ridurre la latenza, nel S300 è rimasta solo la funzione Dynamic Cache.

A differenza di tutti gli altri partecipanti ai test, l'S300 riesce a funzionare senza elio anche con uno stack denso di sette piastre e presenta un case standard ventilato. Sembra proprio che per questo motivo il modello da 10 terabyte abbia il valore di consumo energetico più elevato nella tabella riassuntiva delle specifiche dei partecipanti al test; questo parametro, sebbene importante solo per gli amministratori dei data center, definisce direttamente la temperatura degli HDD. Verificheremo autonomamente il consumo effettivo dell'S300, ma per ora prendiamo nota di questo punto.

Fonte: 3dnews.ru