A capacidade do disco rígido continua a aumentar, mas a taxa de crescimento tem diminuído constantemente nos últimos anos. Assim, para lançar o primeiro disco de 4 TB depois que os HDDs de 2 TB foram colocados à venda, a indústria gastou apenas dois anos, levou três anos para atingir a marca de 8 TB e levou mais três anos para dobrar a capacidade de um disco rígido de 3,5 TB. O disco rígido de XNUMX polegadas teve sucesso apenas uma vez em cinco anos.
O último avanço foi alcançado graças a uma lista completa de soluções inovadoras. Hoje, mesmo conservadores como a Toshiba, que até recentemente recusava o hélio, são forçados a produzir discos rígidos em caixas seladas, e o número de placas em um fuso aumentou para nove peças - embora uma vez, e por muito tempo, cinco placas tenham sido considerado um limite razoável. Em nichos específicos, é utilizada a chamada tecnologia. gravação em bloco (SMR, Shingled Magnetic Recording), na qual as trilhas do setor no prato se sobrepõem parcialmente. E, finalmente, para mudar o limite de capacidade do disco rígido de 14 para 16 TB sem o uso de SMR, os fabricantes tiveram que implementar uma das tecnologias promissoras, cuja lista cada vez menor reproduzimos anualmente , — leitura de uma faixa por vários cabeçotes simultaneamente (TDMR, Two-Dimensional Magnetic Recording). Progressos futuros exigirão, mais cedo ou mais tarde, mudanças maiores nos fundamentos da operação do HDD - como aquecer o prato usando um laser ou microondas (HAMR/MAMR, Gravação Magnética Assistida por Calor/Microondas) no momento em que ele passa pela cabeça de gravação.
No entanto, é fácil perceber que todas as técnicas descritas visam principalmente aumentar a densidade de gravação e aumentar o volume em um único fuso, embora muitas delas tenham um efeito colateral benéfico na forma de aumento na velocidade de leitura e gravação de dados lineares. De acordo com este parâmetro, os HDDs modernos ultrapassaram o limite de 250 MB/s e já são comparáveis aos primeiros drives de estado sólido de consumo. Mas a velocidade de acesso a setores aleatórios dos discos magnéticos dificilmente avança e, em termos de volume, o número de operações por segundo torna-se apenas menor. Ao mesmo tempo, surgem requisitos crescentes de tolerância a falhas, porque quanto mais dados são armazenados em um fuso, mais importante é não perdê-los e mais tempo leva para restaurá-los.
Mas os criadores dos dispositivos de armazenamento magnético também encontraram uma resposta para este desafio. Pegamos três discos rígidos variando de 14 TB a 16 TB para ver como a tecnologia de 64 anos está se adaptando a 2019 e notamos algumas tendências. Exemplos campeões de discos rígidos modernos de 3,5 polegadas produzidos para servidores em rack e sistemas de armazenamento têm algo em comum com unidades de estado sólido - desde os princípios de endereçamento setorial até a integração direta de chips flash na pilha de memória local. E os modelos de consumo, por sua vez, tornaram-se mais próximos em suas características de seus equivalentes de servidor, e mesmo a descrição “HDD de desktop” não diz mais tanto sobre a velocidade e confiabilidade do dispositivo. Mas o propósito desta revisão não se limita a palavras gerais. Pretendemos descobrir como as novas tendências no design de discos rígidos se traduzem em números de desempenho de disco rígido.
Características técnicas dos participantes do teste
Antes de começarmos a analisar os resultados dos testes, vale a pena estudar cuidadosamente as características dos dispositivos com os quais estaremos lidando. Desta vez não são tantos como normalmente acontece nos nossos testes de grupo, mas cumprimos as condições principais, sem as quais uma comparação de discos rígidos não pode ser considerada completa. A análise incluiu produtos dos três fabricantes - Seagate, Toshiba e Western Digital, e eles pertencem a diferentes categorias: consumidor e servidor. As principais características que os unem são o volume de 14 ou 16 TB, caixa lacrada preenchida com hélio e velocidade do fuso de 7200 rpm. E para comparação com os pesos pesados, o teste envolve três dispositivos menores que já conhecemos (10 e 12 TB), projetados para uso em servidores, NAS domésticos ou de escritório.
| Fabricante | Seagate | Toshiba | western digital | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Série | BarraCuda Pro | Exo X10 | IronWolf | MG08 | S300 | Ultrastar DC HC530 |
| Número do modelo | ST14000DM001 | ST10000NM0016 | ST12000VN0008 | MG08ACA16TE | HDWT31AUZSVA | WUH721414ALE6L4 |
| -Орм-фактор | 3,5 in | 3,5 in | 3,5 in | 3,5 in | 3,5 in | 3,5 in |
| Interface. | SATA 6Gb/s | SATA 6Gb/s | SATA 6Gb/s | SATA 6Gb/s | SATA 6Gb/s | SATA 6Gb/s |
| Capacidade, GB | 14 000 | 10 000 | 12 000 | 16 000 | 10 000 | 14 000 |
| Configuração | ||||||
| Velocidade de rotação do fuso, rpm | 7 200 | 7 200 | 7 200 | 7 200 | 7 200 | 7 200 |
| Densidade útil de gravação de dados, GB/prato | 1 750 | 1 429 | 1 500 | 1 778 | 1 429 | 1 750 |
| Número de placas/cabeças | 8/16 | 7/14 | 8/16 | 9/18 | 7/14 | 8/16 |
| Tamanho do setor, bytes | 4096 (emulação de 512 bytes) | 4096 (emulação de 512 bytes) | 4096 (emulação de 512 bytes) | 4096 (emulação de 512 bytes) | 4096 (emulação de 512 bytes) | 4096 (emulação de 512 bytes) |
| Tamanho do buffer, MB | 256 | 256 | 256 | 512 | 256 | 512 |
| Desempenho | ||||||
| Máx. velocidade de leitura sequencial sustentada, MB/s | 250 | 249 | 210 | ND | 248 | 267 |
| Máx. velocidade de gravação sequencial sustentável, MB/s | 250 | 249 | 210 | ND | 248 | 267 |
| Tempo médio de pesquisa: leitura/gravação, ms | ND | ND | ND | ND | ND | 7,5/ND |
| tolerância ao erro | ||||||
| Carga de projeto, TB/g | 300 | ND | 180 | 550 | 180 | 550 |
| Erros fatais de leitura, número de ocorrências por volume de dados (bits) | 1/10 ^ 15 | 1/10 ^ 15 | 1/10 ^ 15 | 10/10 ^ 16 | 10/10 ^ 14 | 1/10 ^ 15 |
| MTBF (tempo médio entre falhas), h | ND | 2 500 000 | 1 000 000 | 2 500 000 | 1 000 000 | 2 500 000 |
| AFR (probabilidade de falha por ano),% | ND | 0,35 | ND | ND | ND | 0,35 |
| Número de ciclos de estacionamento principal | 300 000 | 600 000 | 600 000 | 600 000 | 600 000 | 600 000 |
| Características físicas | ||||||
| Consumo de energia: inativo/leitura-gravação, W | 4,9/6,9 | 4,5/8,4 | 5,0/7,8 | ND | 7,15/9,48 | 5,5/6,0 |
| Nível de ruído: inatividade/pesquisa, B | ND | ND | 1,8/2,8 | 2,0/ND | 3,4/ND | 2,0/3,6 |
| Temperatura máxima, °C: disco ligado/disco desligado | 60/70 | 60/ND | 70/70 | 55/70 | 70/70 | 60/70 |
| Resistência ao choque: disco ligado/disco desligado | ND | 40 g (2 ms) / 250 g (2 ms) | 70 g (2 ms) / 250 g (2 ms) | 70 g (2 ms) / 250 g (2 ms) | 70 g (2 ms) / 250 g (2 ms) | 70 g (2 ms) / 300 g (2 ms) |
| Dimensões totais: C × A × D, mm | 147 101,9 × 26,1 | 147 101,9 × 26,1 | 147 101,9 × 26,1 | 147 101,9 × 26,1 | 147 101,9 × 26,1 | 147 101,6 × 26,1 |
| Massa g | 690 | 650 | 690 | 720 | 770 | 690 |
| Período de garantia, anos | 5 | 5 | 3 | 5 | 3 | 5 |
| Preço de varejo (EUA, sem impostos), $ | De 549 (newegg.com) | De 289 (newegg.com) | De 351 (newegg.com) | ND | De 301 (newegg.com) | De 439 (amazon.com) |
| Preço de varejo (Rússia), esfregue. | De 34 (market.yandex.ru) | De 17 (market.yandex.ru) | De 26 (market.yandex.ru) | ND | De 19 (market.yandex.ru) | De 27 (market.yandex.ru) |
O primeiro modelo de nossa modesta coleção de discos rígidos de tamanho imodesto - BarraCuda Pro 14 TB - é um drive para PCs desktop e DAS, mas não simples, mas “profissional”. Por um lado, isso significa que o BarraCuda Pro está sujeito às limitações típicas dos discos rígidos de desktop. Por exemplo, não se destina à combinação em arrays RAID, pois para isso é desejável ter TLER (Time-Limited Error Recovery) - uma configuração de firmware que evita que o HDD saia do array devido a tentativas prolongadas do microcontrolador para ler o setor problemático. Além disso, o chassi BarraCuda Pro não é adequado para trabalhar em uma prateleira ou NAS com vários cestos, pois não compensa a vibração rotacional.
Mas, por outro lado, ao contrário da maioria dos outros discos rígidos de desktop, os HDDs desta marca têm uma vida útil de carga anual aumentada - até 300 TB de reescrita, estão prontos para funcionar 24 horas por dia, 7 dias por semana e são acompanhados por uma garantia de cinco anos. Você provavelmente também não terá que reclamar do desempenho (pelo menos em tarefas com acesso de dados predominantemente linear): graças a oito pratos de 1,75 TB, o dispositivo atinge uma taxa de transferência estável de 250 MB/s. Além disso, a fabricante promete que a velocidade de acesso aleatório no BarraCuda Pro deve ser maior em comparação com drives comuns para computadores desktop, e o consumo de energia, ao contrário, é menor que o da maioria dos modelos de 3,5 polegadas. No entanto, ainda iremos verificar todas as declarações da Seagate.
Para conquistar um nível tão alto de densidade de dados dentro da estrutura de gravação perpendicular padrão sem o uso da tecnologia de nicho SMR (Shingled Magnetic Recording), a Seagate teve que implementar um dos métodos promissores sobre os quais escrevemos ano após ano em nosso , - assim chamado gravação bidimensional (gravação magnética bidimensional). Mas, ao contrário do seu nome, o TDMR não está de forma alguma relacionado ao procedimento de gravação de dados como tal e é projetado para aumentar a relação sinal-ruído em condições de alta densidade de trilhas em um prato magnético devido à leitura simultânea de uma trilha por duas cabeças de leitura: estas últimas são espaçadas de forma que o campo capture trilhas adjacentes e seja mais fácil compensar as interferências. No futuro, os discos rígidos com TDMR adicionarão ainda mais cabeçotes e, junto com a confiabilidade da leitura dos dados, sua velocidade poderá aumentar, mas isso ainda é um assunto para o futuro.
As unidades BarraCuda Pro diferem em muitos aspectos dos dispositivos relacionados da série mais jovem sem o prefixo Pro - começando com o fato de que todos os fabricantes de HDD têm modelos de desktop padrão presos em 6–8 TB. O drive BarraCuda Pro pode ser descrito como um descendente do ramo de servidores Seagate, que é privado de funções relacionadas ao trabalho em arrays. Mas, como resultado, o preço do dispositivo disparou para o nível dos modelos corporativos, ou até mais alto: na Rússia, um modelo de 14 terabytes não pode ser encontrado mais barato que 34 rublos, e em sites de varejo nos Estados Unidos - US$ 348. Mesmo os modelos nearline da Seagate do mesmo volume custam menos - de US$ 549 ou 375 rublos.
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O próximo objeto de teste, o Ultrastar DC HC14 de 530 TB, é um drive nearline que representou o melhor que os engenheiros da Western Digital poderiam fazer até a chegada do novo modelo de 16 TB. E na prática da 3DNews, tornou-se o primeiro disco rígido da marca Ultrastar sem as habituais letras HGST no nome: a empresa transferiu todos os modelos de servidores sob sua própria marca depois que os ativos da HGST foram completamente dissolvidos na corporação unida. Em suas principais características, este dispositivo é semelhante ao BarraCuda Pro do mesmo volume: dentro da caixa selada do Ultrastar DC HC530 também existem oito placas magnéticas com capacidade útil de 1750 GB, e a tecnologia TDMR fornece leitura de dados densamente espaçados faixas. Mas em termos de outros parâmetros e variedade de funções adicionais típicas de HDDs corporativos, o Ultrastar DC HC530 não pode ser colocado no mesmo nível dos modelos de desktop, mesmo que o BarraCuda Pro não seja um representante típico de sua categoria.
Assim, a densidade de gravação útil nos pratos BarraCuda Pro e Ultrastar DC HC530 é a mesma, assim como a velocidade do fuso, mas o produto WD garante uma velocidade linear sustentada mais alta de leitura e gravação de dados - até 267 MB/s (não é claro de onde veio a diferença, mas os testes mostrarão se ela realmente existe). As latências durante o acesso aleatório são reduzidas por um novo atuador de dois estágios de terceira geração e um grande buffer de 512 MB e, o mais importante, Media Cache - zonas de reserva para gravação rápida de blocos espalhados pela superfície dos pratos. O último recurso torna os discos nearline modernos semelhantes às unidades de estado sólido, que também possuem uma proporção variável entre setores físicos e blocos lógicos. E começando com os modelos Ultrastar DC HC10 de 330 terabytes, a WD também usa uma pequena quantidade de memória flash para operações de gravação em cache. Observe que, junto com o desempenho (potencialmente) extremamente alto para os padrões das unidades magnéticas, o produto WD se distingue pelo consumo moderado de energia - na verdade, é o dispositivo com o menor consumo de energia entre todos os participantes do teste, a julgar pelos parâmetros do seu passaporte. .
As unidades desta classe são construídas com a expectativa de operação contínua em um rack de servidor: montagem de eixo dupla-face, compensação de vibração rotacional - esses e outros recursos de design do Ultrastar DC HC530 tornaram possível aumentar a carga de projeto do disco para 550 TB/ano, e o MTBF é típico para modelos nearline de 2,5 milhões de horas. No caso de uma falha improvável durante a atualização do firmware, um chip sobressalente é soldado na placa controladora. O disco vem em modificações com acesso nativo à marcação de 4 KB ou emulação de setores de 512 bytes, com interface SATA ou SAS. Neste último caso, a opção de criptografia de dados ponta a ponta também está disponível.
Os preços de varejo do WD Ultrastar DC HC530 em uma configuração com porta SATA e emulação de marcação legada de 512 bytes correspondem às características e tecnologias avançadas deste dispositivo: a partir de RUB 27. nas lojas online russas e US$ 495 na Amazon.
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Não foi fácil montar uma coleção de discos rígidos de 14 TB para testes comparativos e nunca conseguimos um dispositivo adequado de um terceiro fabricante - Toshiba. Mas em vez disso obtivemos um modelo da próxima geração, 16 TB. Agora, todas as três empresas de discos rígidos oferecem unidades de capacidade semelhante, mas o produto da série MG08 da Toshiba foi o primeiro entre elas. O recorde da empresa japonesa depende de pratos com aproximadamente, senão exatamente, a mesma densidade física dos discos rígidos BarraCuda Pro e Ultrastar de 14 TB, mas esta é a primeira vez que a Toshiba consegue embalar nove panquecas em um case padrão de 3,5 polegadas. Não sem a tecnologia TDMR, que se tornou uma condição essencial para a conquista de novas fronteiras de capacidade. A taxa de transferência linear de leitura/gravação do Toshiba MG08 deve estar no nível do WD Ultrastar DC HC530, mas, curiosamente, o fabricante não divulga nenhum detalhe sobre o desempenho do dispositivo.
Mas sabe-se que a Toshiba também tomou medidas para aumentar a confiabilidade e ao mesmo tempo reduzir a latência das operações de gravação: o chip de memória flash integrado no MG08 em caso de queda de energia permite salvar os dados enviados pelo controlador host para gravação, mas a julgar pelos resultados do teste, também serve como memória cache de segundo nível após o buffer DRAM. Porém, esta tecnologia (Persistent Write Cache) aparece apenas nas especificações de discos com emulação de layout de 512 bytes, o que é uma fonte adicional de perigo durante uma falha de energia (e até certo ponto rouba desempenho) devido à necessidade de realizar uma leitura. -operação de modificação-gravação sempre que registros de blocos lógicos não coincidem com os limites dos setores físicos. Mas a série MG08 também inclui modelos com acesso nativo a setores de 4 kilobytes. Se isso significa que estes últimos estão completamente desprovidos de memória flash ou que a função de backup acaba de ser removida deles, não sabemos. Mas independentemente do PWC, Toshiba MG08 e outras unidades desta empresa, use algoritmos de cache dinâmico, que, segundo o fabricante, distribuem de forma otimizada o espaço do buffer entre as operações de leitura e gravação. Também não temos informações detalhadas sobre eles.
Outras fontes de maior tolerância a falhas no design do Toshiba MG08 são as montagens do fuso em ambos os lados e sensores de vibração rotacional. Essas unidades são projetadas para gravar 550 TB de dados por ano, têm um tempo médio entre falhas de 2,5 milhões de horas, padrão para dispositivos corporativos, e um período de garantia de cinco anos. Diversas configurações de unidade diferentes estão disponíveis para pedido, com interface SATA ou SAS e criptografia de ponta a ponta opcional. No entanto, não podemos fornecer um guia de preços: o drive de 16 terabytes da Toshiba foi lançado em janeiro, mas ainda é um animal raro nas vendas no varejo.
Toshiba MG08 16TB
Agora que conhecemos os três principais participantes do teste, vamos dar uma olhada nos discos rígidos menores com os quais devemos comparar os novos modelos de 14 a 16 terabytes. Um deles, o Exos X10 com capacidade de 10 TB, é um drive nearline contendo sete placas magnéticas em uma caixa selada. E embora, como a capacidade utilizável do prato tenha aumentado de 1429 para 1750 GB ou mais, a velocidade de acesso sequencial dos discos rígidos também deva aumentar, neste parâmetro o Exos X10 praticamente não é inferior ao mesmo BarraCuda Pro de 14 TB segundo as especificações de ambas as unidades. Algo claramente não bate nas especificações dos discos rígidos da Seagate, mas temos a oportunidade de descobrir tudo na prática.
Para aumentar a velocidade das operações de acesso aleatório, a série Exos possui um mecanismo de cache de gravação AWC (Advanced Write Caching) desenvolvido, que reduz o tempo de resposta. No AWC, as gravações são agrupadas em um buffer DRAM como em qualquer outro disco rígido, mas o buffer retém uma cópia dos dados depois de serem descarregados no prato, e o conteúdo do buffer espelhado pode ser lido imediatamente pelo host controlador. EM O formato AWC de 2,5 polegadas inclui o próximo estágio mais rápido - áreas reservadas na superfície das placas, onde os dados da DRAM são gravados em ordem sequencial (Media Cache), bem como uma pequena quantidade de memória não volátil para resgate de dados do buffer em caso de falha de energia. Mas o Exos X10 não possui memória flash e talvez Media Cache junto com ele.
Em comparação com discos rígidos de consumo para computadores desktop e NAS, as unidades da série Exos se distinguem pelo alto MTBF (2,5 milhões de horas) e carga de projeto (550 TB/ano), pela capacidade de operar em um rack de servidor sem restrições no número de cestas, e uma vida útil de cinco anos.serviço de garantia. O disco rígido com número de modelo ST10000NM0016, que recebemos para teste, também pertence às modificações Hyperscale, que possuem menor consumo de energia em comparação com outros membros da família Exos, mas estão disponíveis apenas com interface SATA e emulação de setores de 512 bytes . Nas configurações com conector SAS, os modelos Exos também contam com opções com acesso nativo a setores de 4 KB, além de criptografia completa de disco ponta a ponta.
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O disco rígido Seagate IronWolf foi recentemente apresentado em novos representantes desta marca junto com um Seagate SSD para armazenamento em rede. O modelo IronWolf de 12 terabytes parece estar equipado com pratos com a mesma densidade de layout físico do Exos X10, só que aqui há mais um deles. No entanto, a Seagate estima o desempenho de sua criação em operações sequenciais de leitura e gravação muito menor - apenas 210 MB/s. E não existem tecnologias sofisticadas destinadas a compensar a alta latência de resposta inerente aos drives magnéticos.
Mas todos os discos rígidos IronWolf, começando com capacidade de 4 TB, emprestaram vários recursos de hardware da série Exos que contribuem para aumentar a tolerância a falhas. O bloco magnético de cada disco rígido é balanceado em dois planos e os sensores de vibração rotacional garantem uma operação estável em sistemas de armazenamento montados em rack ou NAS independentes com até oito compartimentos de disco. O IronWolf foi projetado para condições operacionais moderadas com uma carga projetada de 180 TB/ano e tem um MTBF de 1 milhão de horas. Como resultado, o período de garantia do IronWolf não é tão longo quanto o dos modelos mais sérios do catálogo da Seagate - três anos.
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Sob a marca S300, a empresa japonesa Toshiba lançou uma série de unidades para sistemas de vigilância por vídeo - esses discos rígidos também são dedicados aos seus próprios nas páginas da 3DNews. Ao expandir o protocolo de transferência de dados ATA Streaming Command Set, os modelos Toshiba S300 mais antigos garantem a gravação simultânea de vídeo de 64 câmeras de vigilância, mas em sua essência são unidades típicas para NAS e DAS com capacidade de operar 24 horas por dia, 7 dias por semana e um MTBF decente: assim como o IronWolf, é de 1 milhão de horas e o período de garantia é o mesmo de três anos. Graças às vantagens de design do chassi S300 - montagem de fuso nos dois lados e compensação ativa de vibração rotacional - é possível instalar mais de oito desses dispositivos em uma prateleira de rack ou NAS independente.
O modelo S300, escolhido para comparação com novos produtos com capacidade de 14 a 16 TB, é construído no chassi de hardware das unidades de servidor MD06ACA-V e contém sete placas magnéticas, e as especificações do dispositivo indicam uma velocidade aleatória de leitura/gravação de 248 MB/s, típico de HDDs modernos de grande capacidade. Mas das técnicas usadas nos discos rígidos dos servidores Toshiba para reduzir a latência, o S300 possui apenas a função Dynamic Cache.
Ao contrário de todos os outros participantes do teste, o S300, mesmo com uma pilha densa de sete placas, não contém hélio e está alojado em uma caixa ventilada padrão. Parece que é por esta razão que o modelo de 10 terabytes tem o maior valor de consumo de energia na tabela resumo de especificações dos participantes do teste, e este parâmetro, embora por si só seja importante apenas para administradores de data center, determina diretamente a temperatura do Disco rígido. Verificaremos nós mesmos o consumo real de energia do S300, mas por enquanto tomaremos nota deste ponto.
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Fonte: 3dnews.ru