Nieuw artikel: Testen van harde schijven van 14–16 TB: niet alleen groter, maar ook beter

De capaciteit van harde schijven blijft toenemen, maar het tempo van deze groei neemt de laatste jaren gestaag af. Zo kostte het de industrie slechts twee jaar om de eerste schijf van 4 TB uit te brengen nadat 2-TB HDD's op de markt kwamen, drie jaar om de grens van 8 TB te bereiken, en het duurde vijf jaar om de capaciteit van een 3,5 inch harde schijf opnieuw te verdubbelen.

De laatste sprong werd gemaakt dankzij een hele reeks innovatieve oplossingen. Vandaag de dag zijn zelfs conservatieven zoals Toshiba, die tot voor kort niet in helium geloofden, gedwongen om harde schijven in hermetische behuizingen te produceren; het aantal schijven op de spindle is gestegen tot negen, terwijl vijf schijven ooit als een redelijke limiet werden beschouwd. In specifieke niches wordt de technologie van zogenaamde shingles recording (SMR, Shingled Magnetic Recording) toegepast, waarbij de sporen van secties op de schijf gedeeltelijk overlappen. En ten slotte, om de capacitatie van een harde schijf van 14 naar 16 TB te verplaatsen zonder gebruik te maken van SMR, moesten fabrikanten een van de veelbelovende technologieën implementeren, waarvan de lijst geleidelijk afneemt zoals we reproduceren in jaarlijkse eindartikelen, — het lezen van de sporen met meerdere koppen tegelijk (TDMR, Two-Dimensional Magnetic Recording). Verdere vooruitgang zal vroeg of laat ook ingrijpende veranderingen vereisen in de basiswerking van HDD's — zoals het verwarmen van de schijf met een laser of microgolven (HAMR/MAMR, Heat/Microwave-Assisted Magnetic Recording) op het moment dat de schrijfkop passeert.

Het is echter gemakkelijk op te merken dat al deze technieken voornamelijk gericht zijn op het verhogen van de schrijf-dichtheid en het vergroten van de capaciteit op een enkele spindle, hoewel velen van hen een gunstig neveneffect hebben in de vorm van verhoogde snelheid van lineair lezen en schrijven van gegevens. Wat dit betreft hebben moderne HDD's de grens van 250 MB/s overschreden en zijn ze al vergelijkbaar met de vroege consument solid-state drives. Maar de toegangssnelheid tot willekeurige sectoren van magnetische schijven vordert bijna niet, en in verhouding tot de capaciteit neemt het aantal bewerkingen per seconde zelfs af. Tegelijkertijd ontstaan er hogere eisen aan uitvalbestendigheid, want hoe meer gegevens op één spindle worden opgeslagen, hoe belangrijker het is om ze niet te verliezen en hoe langer het herstellen duurt.

Maar ook voor deze uitdaging hebben de makers van magnetische opslagmedia een antwoord gevonden. We hebben drie harde schijven van 14 tot 16 TB onderzocht om te zien hoe de technologieën van 64 jaar geleden zich aanpassen aan de realiteit van 2019, en we hebben verschillende trends opgemerkt. De toonaangevende modellen van moderne 3,5-inch schijven, geproduceerd voor rackservers en opslag-oplossingen, vertonen overeenkomsten met solid-state drives – van de principes van sectoradressage tot de directe integratie van flash-cellen in de lokale geheugenstack. Consumentenmodellen zijn op hun beurt dichter in specificaties bij serverversies gekomen, en de beschrijving ‘desktop HDD’ zegt nu al niet meer zoveel over de snelheid en betrouwbaarheid van het apparaat. Maar het doel van deze review is niet om algemene opmerkingen te maken. We willen verduidelijken hoe nieuwe trends in het ontwerp van harde schijven worden weerspiegeld in concrete prestatiegegevens.

⇡#Technische specificaties van de testdeelnemers

Voordat we beginnen met het analyseren van de testresultaten, is het belangrijk om de specificaties van de apparaten waarmee we te maken zullen hebben goed te bestuderen. Deze keer zijn er niet zoveel als gebruikelijk in onze groepsvergelijkingen, maar we hebben de belangrijkste voorwaarden in acht genomen, zonder welke een vergelijking van harde schijven niet volledig kan zijn. In de review zijn producten van alle drie de fabrikanten – Seagate, Toshiba en Western Digital – opgenomen, en ze vallen in verschillende categorieën: consumenten- en servermodellen. De belangrijkste gemeenschappelijke kenmerken zijn een capaciteit van 14 of 16 TB, een hermetische behuizing gevuld met helium, en een rotatiesnelheid van 7200 RPM. Ter vergelijking met de zwaargewichten nemen drie al bekende apparaten met een kleinere capaciteit (10 en 12 TB), die zijn ontworpen voor gebruik in servers of thuis- en kantoor-NAS, deel aan de test.

Het eerste model in onze bescheiden collectie harde schijven met een indrukwekkende capaciteit — de BarraCuda Pro 14 TB — is een opslagapparaat voor desktop-pc's en DAS, maar geen gewone schijf, eerder een 'professionele'. Enerzijds betekent dit dat de BarraCuda Pro onderhevig is aan de typische beperkingen van desktop-harde schijven. Bijvoorbeeld, deze schijf is niet bedoeld voor gebruik in RAID-configuraties, omdat hiervoor een TLER (Time-Limited Error Recovery) firmware-instelling vereist is, die voorkomt dat de HDD uit de array vliegt door langdurige pogingen van de microcontroller om een probleemsector te lezen. Bovendien is het casusdesign van de BarraCuda Pro minder geschikt voor gebruik in een rek of NAS met meerdere schappen, aangezien het geen compensatie voor roterende vibratie heeft.

Aan de andere kant, in tegenstelling tot de meeste andere desktop-harde schijven, hebben HDD's van dit merk een verhoogde jaarlijkse belastingcapaciteit — tot 300 TB herschrijven, zijn ze ontworpen voor 24/7 gebruik en worden ze geleverd met een garantie van vijf jaar. Je hoeft je ook geen zorgen te maken over de prestaties (tenzij bij taken met voornamelijk lineaire toegang tot gegevens): dankzij acht platen van 1,75 TB bereikt het apparaat een constante doorvoersnelheid van 250 MB/s. Daarnaast belooft de fabrikant dat de willekeurige toegangssnelheid van de BarraCuda Pro hoger moet zijn in vergelijking met gewone desktop-schijven, terwijl het energieverbruik daarentegen lager is dan dat van de meeste 3,5-inch modellen. We zullen echter alle claims van Seagate nog verifiëren.

Om zo'n hoge datadichtheid te bereiken binnen de standaard perpendiculaire opname zonder gebruik te maken van niche-technologie SMR (Shingled Magnetic Recording), moest Seagate een van de veelbelovende methoden implementeren waarover we jaar na jaar schrijven in onze eindartikelen, de zogenaamde tweedimensionale opslag (Two-Dimensional Magnetic Recording). Maar in tegenstelling tot zijn naam is TDMR niet gerelateerd aan de procedure voor gegevensopslag als zodanig en is het bedoeld om de signaal-ruisverhouding te verhogen onder omstandigheden van hoge sporen dichtheid op de magnetische schijf door tegelijkertijd twee leeskoppen datapunten op een spoor te laten lezen: deze zijn ruimtelijk verspreid zodat het veld aangrenzende sporen kan vastleggen, waardoor het gemakkelijker wordt om interferentie te compenseren. In de toekomst zullen harde schijven met TDMR nog meer koppen krijgen, en samen met de betrouwbaarheid van gegevenslezen kan ook de snelheid toenemen, maar dat is nog toekomstmuziek.

De BarraCuda Pro-opslagmedia verschillen op veel manieren van verwante apparaten in de lagere serie zonder de Pro-aanduiding — te beginnen met het feit dat alle HDD-fabrikanten standaard desktopmodellen vastzitten op een capaciteit van 6–8 TB. De BarraCuda Pro-schijf kun je beter beschrijven als een nakomeling van de serverlijn van Seagate, die is ontdaan van functies die verband houden met werken in arrays. Maar als resultaat is de prijs van het apparaat omhooggeschoten naar het niveau van bedrijfsmodellen, of zelfs hoger: in Rusland is een 14-terabyte model niet te vinden voor minder dan 34.348 roebel, terwijl het op Amerikaanse detailhandelsites $549 kost. Zelfs nearline-modellen van Seagate met dezelfde capaciteit kosten minder — vanaf $375 of 28.936 roebel.

De volgende testpersoon, de 14-terabyte Ultrastar DC HC530-schijf, is een nearline-opslag die alles vertegenwoordigt wat de ingenieurs van Western Digital te bieden hebben, totdat het nieuwe model met een capaciteit van 16 terabyte verscheen. In de praktijk werd dit de eerste harde schijf van Ultrastar zonder de gebruikelijke letters HGST in de naam: het bedrijf heeft alle servermodellen onder zijn eigen merk geplaatst nadat de activa van HGST volledig zijn opgelost in de samengestelde onderneming. In zijn belangrijkste kenmerken lijkt dit apparaat op de BarraCuda Pro van dezelfde capaciteit: binnen de luchtdichte behuizing van de Ultrastar DC HC530 bevinden zich ook acht magnetische schijven met een bruikbaar volume van 1750 GB, en het lezen van gegevens van dicht bij elkaar gelegen sporen wordt ondersteund door de TDMR-technologie. Maar qua andere parameters en de verscheidenheid aan extra functies die typisch zijn voor bedrijfs-HDD's, kan de Ultrastar DC HC530 niet op één lijn worden gesteld met desktopmodellen, hoewel de BarraCuda Pro geen typische vertegenwoordiger van zijn categorie is.

De nuttige opslagdichtheid op de schijven van de BarraCuda Pro en Ultrastar DC HC530 is hetzelfde, net als de rotatiesnelheid van de schijf, maar het WD-product garandeert een hogere constante snelheid voor lineaire gegevenslezen en -schrijven — tot 267 MB/s (het is onduidelijk waar het verschil vandaan komt, maar tests zullen uitwijzen of het daadwerkelijk bestaat). De vertragingen bij willekeurige toegang worden verminderd door de dubbelzijdige actuator van de derde generatie en een grote cache van 512 MB, en het belangrijkste, de Media Cache — reservegebieden voor snelle opslag van blokken, verspreid over het oppervlak van de schijven. Deze laatste functie verbindt moderne nearline-schijven met solid-state drives, waarbij er ook een variabele verhouding is tussen fysieke sectoren en logische blokken. En vanaf de 10-terabyte-modellen van de Ultrastar DC HC330 maakt WD ook gebruik van een kleine hoeveelheid flash-geheugen voor het cachen van schrijfbewerkingen. Opmerkelijk is dat, gelijktijdig met de (potentieel) extreem hoge prestaties volgens de normen voor magnetische opslagapparaten, het WD-product een gematigd energieverbruik heeft — het is feitelijk het apparaat met het laagste energieverbruik onder alle deelnemers aan de tests, als we naar de specificaties kijken.

Schijven van deze klasse zijn gebouwd voor continue werking in een serveromgeving: de dubbelzijdige bevestiging van de schijf, de compensatie van rotatievibraties — deze en andere constructiekenmerken van de Ultrastar DC HC530 hebben het mogelijk gemaakt om de ontwerpbegroting van de schijf tot 550 TB/jaar te verhogen, en de gemiddelde tijd tussen storingen bedraagt typisch voor nearline-modellen 2,5 miljoen uur. Voor het geval van een zeer onwaarschijnlijk falen tijdens het updaten van de firmware op de controller is er een reservechip op het bord gesoldeerd. De schijf is verkrijgbaar in varianten met native toegang tot 4 KB-blokken of met emulatie van 512-byte sectoren, met SATA- of SAS-interface. In het laatste geval is er ook een optie voor end-to-end gegevensversleuteling beschikbaar.

De retailprijzen van WD Ultrastar DC HC530 in de configuratie met SATA-poort en emulatie van de traditionele 512-byte indeling komen overeen met de geavanceerde kenmerken en technologieën van dit apparaat: vanaf 27.495 roebel in Russische online winkels en $439 op 'Amazon'.

Het was geen gemakkelijke taak om een collectie van 14 TB harde schijven samen te stellen voor vergelijkende tests, en het lukte ons niet om een geschikt apparaat van de derde leverancier - Toshiba - te bemachtigen. In plaats daarvan kregen we een model uit de volgende generatie, met 16 TB. Tegenwoordig bieden alle drie de bedrijven die harde schijven produceren opslagcapaciteiten van deze omvang aan, maar het Toshiba-product uit de MG08-serie was daarbij de eerste. Het record van het Japanse bedrijf is gebaseerd op platen met ongeveer, zo niet exact, dezelfde fysieke dichtheid van gegevensopslag als in de 14 TB harde schijven BarraCuda Pro en Ultrastar, maar Toshiba slaagde er als eerste in om negen 'schijven' te verpakken in een standaard 3,5-inch behuizing. Ook maakte de technologie TDMR deel uit van het verhaal, wat een onmisbaar voorwaarde was voor het veroveren van nieuwe capaciteitsspoor. De doorvoer van Toshiba MG08 bij lineaire lees-/schrijfoperaties zou op het niveau van de WD Ultrastar DC HC530 moeten liggen, maar vreemd genoeg onthult de fabrikant geen details over de prestaties van het apparaat.

Het is wel bekend dat Toshiba ook maatregelen heeft genomen om de betrouwbaarheid te vergroten en tegelijkertijd de latentie van schrijfbewerkingen te verlagen: de flash-geheugenchip aan boord van de MG08 maakt het mogelijk om gegevens die door de hostcontroller voor schrijven zijn verzonden, te beschermen bij een plotselinge stroomonderbreking. Maar uit testresultaten blijkt dat deze chip ook fungeert als een tweede niveau cache na het DRAM-buffer. Deze technologie (Persistent Write Cache) komt alleen voor in de specificaties van schijven met een 512-byte geometrie-emulatie, wat een bijkomende bron van gevaar vertegenwoordigt bij stroomuitval (en in zekere zin de prestaties beïnvloedt) doordat er een read-modify-write-operatie moet worden uitgevoerd bij elke schrijfbewerking van logische blokken die niet overeenkomen met de grenzen van fysieke sectoren. De MG08-serie omvat echter ook modellen met native toegang tot 4-kilobyte sectoren. Of dat betekent dat de laatste helemaal geen flash-geheugen hebben, of dat de back-upfunctie gewoon is verwijderd, is ons onbekend. Maar ongeacht PWC maakt de Toshiba MG08, net als andere opslagmedia van dit bedrijf, gebruik van Dynamic Cache-algoritmen die volgens de fabrikant de buffer ruimte optimaal verdelen tussen lezen en schrijven. We hebben ook geen gedetailleerde informatie over deze algoritmen.

Andere bronnen van verhoogde fouttolerantie in de constructie van de Toshiba MG08 zijn de spindelmontage aan beide zijden en de rotatie-vibratiesensoren. Deze schijven zijn ontworpen om 550 TB aan gegevens per jaar te schrijven, hebben een standaard MTBF voor bedrijfsapparatuur van 2,5 miljoen uur en een garantieperiode van vijf jaar. Er zijn verschillende configuraties beschikbaar met SATA- of SAS-interface en optionele end-to-end encryptie. Wat betreft de prijs kunnen we je niet helpen: de 16-terabyte Toshiba-schijf werd al in januari gepresenteerd, maar is nog steeds een zeldzaam product in de detailhandel.

Toshiba MG08 16 TB

Nu we de drie belangrijkste deelnemers aan de test hebben leren kennen, laten we kijken naar de kleinere harde schijven waarmee we de nieuwe 14-16 terabyte modellen zullen vergelijken. Een van hen, de Exos X10 met een capaciteit van 10 TB, is een nearline-opslagapparaat dat zeven magnetische schijven bevat in een hermetisch afgesloten behuizing. Hoewel de nuttige capaciteit van een schijf is gestegen van 1429 naar 1750 GB en meer, moet ook de sequentiële toegangssnelheid van harde schijven toenemen. Wat dit betreft, is de Exos X10 bijna gelijkwaardig aan de BarraCuda Pro van 14 TB volgens de specificaties van beide opslagapparaten. Er klopt duidelijk iets niet in de specificaties van de Seagate-harde schijven, maar we hebben de mogelijkheid om alles in de praktijk te achterhalen.

Om de snelheid van willekeurige toegang te verhogen, bevat de Exos-serie een geavanceerd schrijfcachemechanisme AWC (Advanced Write Caching) dat de responstijd verkort. In het kader van AWC worden schrijfoperaties gegroepeerd in de DRAM-buffer, zoals bij elke andere harde schijf, maar de buffer houdt een kopie van de gegevens vast nadat ze op de schijf zijn weggeschreven, en de inhoud van de spiegelbuffer kan onmiddellijk worden gelezen door de hostcontroller. In serverharde schijven van Seagate de 2,5-inch form factor bevat AWC de volgende snelheidsgraad — gereserveerde gebieden op het oppervlak van de schijven, waar gegevens uit de DRAM sequentieel worden weggeschreven (Media Cache), evenals een kleine hoeveelheid niet-vluchtig geheugen voor het redden van gegevens uit de buffer bij een stroomuitval. Maar in de Exos X10 ontbreekt flashgeheugen, evenals mogelijk de Media Cache.

De Exos-serie schijven onderscheiden zich van consumentenharde schijven voor desktopcomputers en NAS door een hoge bedrijfsduur (2,5 miljoen uur) en een maximale belasting (550 TB/jaar), de mogelijkheid om in een serverrack te worden geïnstalleerd zonder beperking op het aantal schijfgaten, en een garantieperiode van vijf jaar. De harde schijf met het modelnummer ST10000NM0016, die wij voor de test hebben ontvangen, behoort bovendien tot de Hyperscale-modificaties, die een lager energieverbruik hebben in vergelijking met andere leden van de Exos-familie, maar worden alleen geleverd met een SATA-interface en een emulatie van 512-byte sectoren. In configuraties met een SAS-aansluiting zijn er onder de Exos-modellen ook opties met directe toegang tot 4-kilobyte sectoren en met de functie voor end-to-end volledige schijfversleuteling.

De Seagate IronWolf harde schijf kwam onlangs in het nieuws. onze review Nieuwe vertegenwoordigers van dit merk, samen met de Seagate solid-state drive voor netwerkopslag. Het 12-terabyte-model IronWolf is naar alle waarschijnlijkheid uitgerust met schijven met dezelfde fysieke dichtheid als die van de Exos X10, alleen is hier één schijf meer. Echter, Seagate beoordeelt de prestaties van hun product in sequentiële lees- en schrijfbewerking veel lager — slechts 210 MB/s. En er zijn geen geavanceerde technologieën aanwezig om de hoge latentie die typisch is voor magnetische opslagmiddelen te compenseren.

Echter, alle IronWolf-harde schijven, beginnend met een capaciteit van 4 TB, hebben verschillende hardwarekenmerken van de Exos-serie overgenomen die bijdragen aan een verhoogde betrouwbaarheid. De blokken van magnetische schijven van elke harde schijf zijn gebalanceerd in twee vlakken en de rotatie-vibratie-sensoren zorgen voor een stabiele werking in rack-mounted SAN of standalone NAS met tot acht schijfsleuven. IronWolf is ontworpen voor een gematigde bedrijfsmodus met een ontwerpbelasting van 180 TB/jaar en heeft een bedrijfsduur van 1 miljoen uur. Dit resulteert in een kortere garantieperiode voor IronWolf in vergelijking met de serieuzere modellen in de Seagate-catalogus — drie jaar.

Onder het merk S300 heeft het Japanse bedrijf Toshiba een serie opslagmedia voor videosurveillance-systemen uitgebracht — deze harde schijven hebben ook hun eigen. overzicht Op de pagina's van 3DNews. Dankzij de uitbreiding van het ATA Streaming Command Set-protocol garanderen de hogere modellen Toshiba S300 gelijktijdige videoregistratie van 64 camera's, maar zijn in wezen typische opslagmedia voor NAS en DAS, met de mogelijkheid voor 24/7 gebruik en een redelijk uithoudingsvermogen: net als bij IronWolf bedraagt dit 1 miljoen uur en de garantieperiode is eveneens drie jaar. Dankzij de constructieve voordelen van de S300-behuizing - de bevestiging van de spindel aan beide zijden en actieve compensatie van rotatievibraties - is het mogelijk om meer dan acht van dergelijke apparaten in één rack of een aparte NAS te installeren.

Het S300-model, gekozen voor vergelijking met de nieuwelingen met een capaciteit van 14–16 TB, is gebaseerd op het hardwarechassis van serverdisks MD06ACA-V en bevat zeven magnetische schijven, terwijl de specificaties van het apparaat een typische snelheid voor moderne grotere HDD's aangeven van 248 MB/s voor willekeurig lezen/schrijven. Maar van de technieken die in Toshiba server hardeschijven worden toegepast om latentie te verminderen, is bij de S300 alleen de functie Dynamic Cache overgebleven.

In tegenstelling tot alle andere deelnemers aan de test, komt de S300 zelfs bij een dichte stapeling van zeven schijven zonder helium en is deze uitgevoerd in een standaard geventileerde behuizing. Het lijkt erop dat daarom het 10-terabyte model de hoogste waarde van het energieverbruik heeft in de samenvattende specificatietabel van de testdeelnemers, en dit gegeven, hoewel op zich alleen belangrijk voor datacenterbeheerders, bepaalt rechtstreeks de temperatuur van de HDD. We zullen het werkelijke energieverbruik van de S300 nog zelf controleren, maar laten we dit punt voorlopig in gedachten houden.

Bron: 3dnews.ru