Articol nou: Testarea hard disk-urilor de 14–16 TB: nu doar mai mult, ci și mai bine

Capacitatea hard disk-urilor continuă să crească, dar ritmurile de creștere au scăzut constant în ultimii ani. Astfel, pentru a lansa primul unitate de 4 TB după ce au apărut HDD-urile de 2 TB, industria a avut nevoie de doar doi ani, iar pentru a atinge marca de 8 TB au fost necesari trei, iar dublarea capacității hard disk-ului de 3,5 inci a reușit abia după cinci ani.

Ultima avansare a avut loc datorită unui întreg set de soluții inovatoare. Astăzi, chiar și conservatorii precum Toshiba, care până recent refuzau heliul, sunt nevoiți să producă hard disk-uri în carcase etanșe, iar numărul de platane de pe ax a crescut la nouă — deși, odinioară, și mult timp, cinci platane erau considerate o limită rezonabilă. În nișe specifice, este aplicată tehnologia cunoscută sub numele de înregistrare în placă (SMR, Shingled Magnetic Recording), în care pistele sectorilor de pe placă se suprapun parțial. Și, în fine, pentru a muta limita de capacitate a hard disk-ului de la 14 la 16 TB fără a utiliza SMR, producătorii au fost nevoiți să implementeze una dintre tehnologiile promițătoare, lista din ce în ce mai scurtă a cărora este reprodusă în articolele noastre anuale finale, — citirea pistei cu mai multe capete simultan (TDMR, Two-Dimensional Magnetic Recording). O mișcare ulterioară va necesita mai devreme sau mai târziu și modificări mai ample în baza funcționării HDD-urilor — cum ar fi încălzirea plăcii cu ajutorul laserului sau microunde (HAMR/MAMR, Heat/Microwave-Assisted Magnetic Recording) în momentul trecerii capului de scriere.

Cu toate acestea, este ușor de observat că toate tehnicile descrise sunt în principal orientate spre creșterea densității de scriere și a volumului pe un singur spindle, deși multe dintre acestea au un efect secundar benefic sub forma creșterii vitezei de citire și scriere liniară a datelor. Din acest punct de vedere, HDD-urile moderne au depășit 250 MB/s și sunt deja comparabile cu primele SSD-uri pentru consumatori. Însă viteza de acces la sectoare aleatorii ale hard disk-urilor magnetice aproape că nu progresează, iar în termen de volum, numărul de operațiuni pe secundă devine doar mai mic. În același timp, cresc cerințele de fiabilitate, deoarece cu cât sunt stocate mai multe date pe un singur spindle, cu atât este mai important să nu le pierdem și cu atât mai mult durează recuperarea.

Dar și pentru această provocare, creatorii de stocare magnetică au găsit un răspuns. Am luat trei hard disk-uri cu capacități între 14 și 16 TB pentru a vedea cum se adaptează tehnologiile de acum 64 de ani la realitățile din 2019 și am observat câteva tendințe. Modelele de vârf ale hard disk-urilor moderne de 3,5 inci, fabricate pentru servere de rack și soluții de stocare, au ceva în comun cu SSD-urile - de la principiile de adresare a sectoarelor până la integrarea directă a chip-urilor flash în stiva locală de memorie. Iar modelele destinate consumatorilor, la rândul lor, s-au apropiat mai mult de specificațiile analogilor servere, iar chiar descrierea „HDD desktop” nu mai spune atât de mult despre performanța și fiabilitatea dispozitivului. Dar scopul acestei recenzii nu se rezumă la cuvinte generale. Intenționăm să descoperim cum noile tendințe în construcția hard disk-urilor se reflectă în cifrele de măsurare a performanței.

⇡#Specificațiile tehnice ale participanților la testare

Înainte de a începe analiza rezultatelor testelor, este important să examinăm cu atenție specificațiile dispozitivelor cu care vom lucra. De data aceasta, numărul acestora nu este atât de mare, cum se întâmplă de obicei în testele noastre de grup, dar am îndeplinit condițiile principale fără de care compararea hard disk-urilor nu ar putea fi considerată completă. În revizie au fost incluse produse de la toți cei trei producători — Seagate, Toshiba și Western Digital, iar acestea se încadrează în diverse categorii: consumator și server. Caracteristicile principale care le unifică sunt capacitatea de 14 sau 16 TB, carcasa etanșă umplută cu heliu și viteza de rotație de 7200 rpm. Iar pentru a compara cu greutăți mai mari în testare, participă trei dispozitive deja cunoscute de noi, cu capacități mai mici (10 și 12 TB), destinate utilizării în servere, NAS-uri de acasă sau de birou.

Primul model din colecția noastră modestă de hard diskuri cu capacitate impresionantă – BarraCuda Pro de 14 To – este un dispozitiv pentru PC-uri desktop și DAS, dar nu este unul obișnuit, ci "profesional". Pe de o parte, acest lucru înseamnă că BarraCuda Pro se supune unor restricții tipice ale hard diskurilor desktop. De exemplu, nu este destinat să fie inclus într-un RAID, deoarece pentru aceasta este recomandată configurația TLER (Time-Limited Error Recovery), care previne scoaterea HDD-ului din raid din cauza încercărilor lungi ale microcontrolerului de a citi un sector problematic. În plus, carcasa BarraCuda Pro nu este bine adaptată pentru a funcționa într-un rack sau NAS cu mai multe compartimente, deoarece nu dispune de compensație pentru vibrațiile de rotație.

Dar, pe de altă parte, spre deosebire de majoritatea altor hard diskuri desktop, HDD-urile din acestă gamă dispun de un ciclu de sarcină anual crescut – până la 300 To de rescriere, sunt pregătite pentru funcționarea 24/7 și beneficiază de o garanție de cinci ani. Nu va fi nicio plângere în legătură cu viteza (cel puțin în sarcini cu acces liniar predominant la date): datorită celor opt platouri de 1,75 To, dispozitivul atinge o capacitate constantă de 250 Mo/s. În plus, producătorul promite că și viteza de acces aleatorie în BarraCuda Pro ar trebui să fie mai mare comparativ cu hard diskurile obișnuite pentru desktop, în timp ce consumul de energie este, dimpotrivă, mai mic decât cel al majorității modelor de 3,5 inci. Totuși, toate afirmațiile Seagate vor fi verificate.

Pentru a atinge un astfel de prag ridicat al densității datelor în cadrul standardului de înregistrare perpendiculară fără aplicarea tehnologiei de nișă SMR (Shingled Magnetic Recording), Seagate a fost nevoită să implementeze una dintre metodele promițătoare despre care scriem an de an în studiile noastre. finale, - așa-numita înregistrare bidimensională (Two-Dimensional Magnetic Recording). Însă, în ciuda denumirii, TDMR nu are legătură cu procedura de înregistrare efectivă a datelor și este destinată să crească raportul semnal/zgomot în condiții de densitate ridicată a pâstilelor pe discul magnetic, prin citirea simultană a pâstilelor de către două capete de citire: acestea sunt dispuse astfel în spațiu încât câmpul captează pâstile vecine, iar compensarea interferenței devine mai ușoară. Pe viitor, hard disk-urile cu TDMR vor avea și mai multe capete, iar împreună cu fiabilitatea citirii datelor, viteza acesteia s-ar putea să crească, dar aceasta rămâne de văzut.

Discurile BarraCuda Pro se deosebesc în multe privințe de dispozitivele din seria inferioară fără sufixul Pro - începând cu faptul că toate modelele HDD standard de birou ale producătorilor au stagnat la o capacitate de 6–8 To. Disc BarraCuda Pro poate fi mai degrabă descris ca un descendent al ramurii server Seagate, care nu are funcții legate de operarea în arii. Dar, în consecință, prețul acestui dispozitiv a crescut la nivelul modelelor corporative, dacă nu și mai mult: în Rusia, un model de 14 terabytes nu se găsește mai ieftin de 34.348 ruble, iar pe platformele de retail din SUA – 549 $. Chiar și modelele nearline Seagate de aceeași capacitate costă mai puțin – de la 375 $ sau 28.936 ruble.

Următorul subiect de testare, discurile de 14 terabytes Ultrastar DC HC530, este un dispozitiv de clasă nearline care reprezenta tot ce era mai bun din abilitățile inginerilor Western Digital, până când a apărut un nou model de 16 terabytes. În practica 3DNews, acesta a devenit primul hard disk Ultrastar fără literele obișnuite HGST în denumire: compania a transferat toate modelele server la propria marcă după ce activele HGST s-au dizolvat complet în corporația unificată. În ceea ce privește caracteristicile cheie, acest dispozitiv este similar cu BarraCuda Pro de aceeași capacitate: în interiorul carcasei etanșe Ultrastar DC HC530 sunt așezate tot opt plăci magnetice cu o capacitate utilă de 1750 Go, iar citirea datelor de pe pâstile dens apropiate este asigurată de tehnologia TDMR. Dar, din punctul de vedere al altor parametrii și diversității funcțiilor suplimentare, specifice HDD-urilor corporative, Ultrastar DC HC530 nu poate fi pus pe aceeași placă cu modelele de birou, chiar dacă BarraCuda Pro nu este un reprezentant tipic al categoriei sale.

Astfel, densitatea utilă de înregistrare pe plăcile BarraCuda Pro și Ultrastar DC HC530 este aceeași ca și viteza de rotație a arborelui, însă produsul WD garantează o viteză de citire și scriere a datelor mai mare, de până la 267 MB/s (nu este clar de unde provine diferența, dar testele vor arăta dacă aceasta există cu adevărat). Întârzierile în accesul aleator sunt reduse prin actuatorul în două trepte de nouă generație și un buffer mare de 512 MB, iar cel mai important, Media Cache — zonele de rezervă pentru scriere rapidă a blocurilor, dispersate pe suprafața plăcilor. Ultima caracteristică leagă discurile moderne nearline de unitățile cu stare solidă, unde există, de asemenea, un raport variabil între sectoarele fizice și blocurile logice. Începând cu modelele Ultrastar DC HC330 de 10 TB, WD utilizează și o cantitate mică de memorie flash pentru cache-ul operațiunilor de scriere. Să observăm că, simultan cu (potențial) extrem de rapidă comparativ cu standardele unităților magnetice, produsul WD se distinge printr-un consum moderat de energie — de fapt, acesta este dispozitivul cu cel mai mic consum energetic dintre toate participanții la testare, dacă ne judecăm după parametrii săi specificați.

Unitățile de acest tip sunt construite pentru a funcționa continuu în condiții de server rack: prinderea bidirecțională a arborelui, compensarea vibrațiilor de rotație — aceste și alte caracteristici de construcție ale Ultrastar DC HC530 au permis creșterea sarcinii proiectate a discului la 550 TB/an, iar timpul de funcționare până la defectare este de 2,5 milioane de ore, tipic pentru modelele nearline. În cazul unui eșec rar la actualizarea firmware-ului, pe placa de control este montat un cip de rezervă. Discul este disponibil în variante cu acces nativ la partionare de 4 KB sau cu simulare de sectoare de 512 bytes, cu interfață SATA sau SAS. În acest din urmă caz, opțiunea de criptare a datelor end-to-end este, de asemenea, disponibilă.

Prețurile de vânzare cu amănuntul pentru WD Ultrastar DC HC530 în configurația cu port SATA și simulare de partionare ereditară de 512 bytes corespund caracteristicilor avansate și tehnologiilor acestui dispozitiv: de la 27.495 ruble în magazinele online din Rusia și 439 $ pe „Amazon.”

A construi o colecție de discuri dure cu o capacitate de 14 TB pentru teste comparative nu a fost ușor, iar un dispozitiv adecvat de la un producător terț - Toshiba - nu am reușit să obținem. Însă, în locul său, am primit modelul din generația următoare, cu 16 TB. Acum, toate cele trei companii care fabrică hard disk-uri oferă unități de această capacitate, dar produsul Toshiba din seria MG08 a fost printre acestea cel mai întâi lansat. Recordul companiei japoneze se bazează pe discuri cu o densitate de înregistrare fizică aproximativă, dacă nu chiar identică, cu cea a hard disk-urilor BarraCuda Pro și Ultrastar de 14 TB, însă Toshiba a reușit pentru prima dată să închidă nouă „bucăți” într-un carcasă standard de 3,5 inci. Nu a lipsit nici tehnologia TDMR, care a devenit o condiție esențială pentru atingerea unor noi limite de capacitate. Lățimea de bandă a Toshiba MG08 în operațiuni de citire/scriere lineară ar trebui să fie la nivelul WD Ultrastar DC HC530, dar, ciudat, producătorul nu dezvăluie detalii despre performanța dispozitivului.

Este sigur că Toshiba a luat măsuri pentru a spori fiabilitatea și a reduce, în același timp, latența operațiunilor de scriere: cipul de memorie flash din MG08 permite protejarea datelor trimise de controlerul gazdă la scriere în cazul deconectării accidentale de la alimentare și, conform rezultatelor testelor, îndeplinește și funcția de cache de nivelul doi după bufferul DRAM. Totuși, această tehnologie (Persistent Write Cache) apare doar în specificațiile discurilor cu emulare a sectorilor de 512 octeți, ceea ce reprezintă o sursă suplimentară de risc în cazul unei pene de curent (și în oarecare măsură afectează performanța) din cauza necesității de a efectua operația read-modify-write pentru fiecare scriere a blocurilor logice care nu corespund limitelor sectoarelor fizice. De fapt, seria MG08 include și modele cu acces nativ la sectoare de 4 kilobyte. Nu știm dacă ultimele sunt complet lipsite de memorie flash sau dacă această funcție de backup a fost pur și simplu dezactivată. Dar, în ciuda PWC, Toshiba MG08, precum și alte unități ale acestei firme, utilizează algoritmi Dynamic Cache, care, susține producătorul, distribuie optim spațiul bufferului între operațiunile de citire și scriere. Nu avem informații detaliate despre acestea.

Alte surse de rezistență sporită la defecțiuni în construcția Toshiba MG08 includ montarea axului din ambele părți și senzorii de vibrație rotativă. Aceste discuri sunt proiectate să scrie 550 TB de date pe an, au un interval standard de funcționare de 2,5 milioane de ore și o garanție de cinci ani. Sunt disponibile la comandă mai multe configurații diferite ale discurilor cu interfață SATA sau SAS și o funcție opțională de criptare end-to-end. Cu toate acestea, nu putem oferi informații privind prețul: discul Toshiba de 16 terabytes a fost prezentat încă din ianuarie, dar rămâne o raritate în vânzările cu amănuntul.

Toshiba MG08 16 TB

Acum, când ne-am familiarizat cu cei trei principali participanți la testare, să ne uităm la hard disk-urile de capacitate mai mică, cu care va trebui să comparăm noile modele de 14-16 terabytes. Unul dintre acestea, Exos X10 cu o capacitate de 10 TB, este un dispozitiv de stocare nearline, care conține șapte discuri magnetice într-un carcasă etanșă. Și deși de atunci capacitatea utilă a discului a crescut de la 1429 la 1750 GB și mai mult, viteza de acces secvențial pe hard disk-uri ar trebui să crească de asemenea, în această privință Exos X10 nu are aproape nimic de invidiat față de aceeași BarraCuda Pro de 14 TB conform specificațiilor ambelor dispozitive de stocare. Ceva nu se leagă în specificațiile hard disk-urilor Seagate, dar avem ocazia să aflăm totul în practică.

Pentru a crește viteza operațiunilor de acces aleator, seria Exos dispune de un mecanism avansat de cache pentru scriere AWC (Advanced Write Caching), care reduce timpul de răspuns. În cadrul AWC, operațiile de scriere sunt grupate în buffer-ul DRAM, așa cum se întâmplă în orice alt hard disk, totuși buffer-ul păstrează o copie a datelor după ce acestea sunt scrise pe disc, iar conținutul buffer-ului mirror poate fi citit imediat de către controlerul gazdă. În discurile dure pentru servere Seagate format de 2,5 inci AWC include următoarea etapă de viteză — zone rezervate pe suprafața discurilor, unde datele din DRAM sunt scrise secvențial (Media Cache), precum și un mic volum de memorie non-volatilă pentru salvarea datelor din buffer în caz de întrerupere a alimentării. Dar în Exos X10 lipsește memoria flash, poate și Media Cache odată cu ea.

Discurile Exos se diferențiază de unitățile de stocare pentru computerele personale și NAS prin durabilitatea ridicată (2,5 milioane de ore) și sarcina estimată (550 TB/an), având capacitatea de a funcționa în rackuri de server fără restricții privind numărul de unități, precum și o garanție de cinci ani. Hard disk-ul cu numărul de model ST10000NM0016, pe care l-am testat, aparține modificărilor Hyperscale, având un consum de energie redus comparativ cu altele din familia Exos, dar fiind disponibil doar cu interfața SATA și simularea sectorilor de 512 octeți. În configurațiile cu interfață SAS, modelele Exos includ opțiuni cu acces nativ la sectoare de 4 kiloocteți și cu funcția de criptare completă a discului.

Hard disk-ul Seagate IronWolf a fost recent menționat în recenzia noastră noi reprezentanți ai acestei mărci, împreună cu SSD-ul Seagate pentru stocarea de rețea. Modelul IronWolf de 12 terabaiți pare să fie echipat cu discuri cu aceeași densitate fizică a datelor ca Exos X10, cu mențiunea că aici sunt cu unul mai mult. Totuși, Seagate estimează performanța produsului său în operațiuni de citire și scriere secvențială mult mai mică — doar 210 MB/s. Și nu există tehnologii sofisticate menite să compenseze latența ridicată specifică unităților magnetice.

Pe de altă parte, toate hard disk-urile IronWolf, începând cu capacitatea de 4 TB, au împrumutat din seria Exos o serie de caracteristici hardware care contribuie la o rezistență crescută. Blocul de discuri magnetice al fiecărui hard disk este echilibrat pe două planuri, iar senzorii de vibrații rotative asigură funcționarea stabilă în sisteme de stocare în rack sau NAS autonome cu până la opt unități. IronWolf este proiectat pentru un mod de utilizare moderată cu o sarcină de 180 TB/an și are o durată de funcționare estimată de 1 milion de ore. Drept urmare, și perioada de garanție pentru IronWolf nu este la fel de lungă ca pentru modelele mai avansate din catalogul Seagate — trei ani.

Sub marca S300, compania japoneză Toshiba a lansat o serie de unități de stocare pentru sisteme de supraveghere video — aceste hard disk-uri au, de asemenea, o dedicare proprie. recenzie Pe paginile 3DNews. Datorită extinderii protocolului de transfer de date ATA Streaming Command Set, modelele superioare Toshiba S300 garantează înregistrarea simultană a video de la 64 de camere de supraveghere, dar, în esență, sunt unități tipice pentru NAS și DAS, având posibilitatea de utilizare 24/7 și o durabilitate rezonabilă: la fel ca la IronWolf, se ridică la 1 milion de ore, iar perioada de garanție este aceeași, trei ani. Datorită avantajelor constructive ale carcasei S300 - fixarea rotorului din două părți și compensarea activă a vibrațiilor de rotație - este permisă instalarea a mai mult de opt astfel de unități într-un rack sau într-un NAS stand-alone.

Modelul S300, ales pentru comparația cu noile produse de 14–16 TB, este construit pe baza carcasei hardware a discurilor server MD06ACA-V și conține șapte discuri magnetice, iar în specificațiile dispozitivului este indicată o viteză tipică de citire/scriere aleatoare pentru HDD-uri de capacitate mare, de 248 MB/s. Însă dintre toate metodele utilizate în unitățile de disc server Toshiba pentru reducerea latenței, la S300 a rămas doar funcția Dynamic Cache.

Spre deosebire de toți ceilalți participanți la testare, S300, chiar și cu un stack dens de șapte discuri, se descurcă fără heliu și este realizat într-o carcasa ventilată standard. Se pare că tocmai din acest motiv modelul de 10 TB are cel mai mare consum de energie din tabelul de specificații al participanților la testare, iar acest parametru, deși important în mod direct doar pentru administratorii centrelor de date, determină temperatura HDD-ului. Vom verifica noi consumul real de energie al S300, dar până atunci vom lua acest punct în considerare.

Sursa: 3dnews.ru