Ny artikel: Test av hårddiskar med kapacitet på 14–16 TB: inte bara större, utan också bättre

Lagret på hårddiskar fortsätter att öka, men tillväxttakten har stadigt minskat de senaste åren. För att släppa den första enheten med 4 TB, efter att 2 TB HDD:er kom ut på marknaden, tog det industrin bara två år; att nå 8 TB tog tre år, och att dubbla kapaciteten på 3,5-tums hårddisken igen tog ytterligare fem år.

Den senaste framgången kom tack vare en mängd innovativa lösningar. Idag tvingas även konservativa företag som Toshiba, som tidigare vägrade att använda helium, tillverka hårddiskar i slutna kabinett, och antalet skivor på spindeln har ökat till nio — även om fem skivor en gång ansågs vara en rimlig gräns under lång tid. I specifika nischer används teknologin som kallas takplattespårning (SMR, Shingled Magnetic Recording), där sektorsstigar på skivan delvis överlappar. För att flytta kapacitetsgränsen för hårddisken från 14 till 16 TB utan SMR måste tillverkarna också implementera en av de lovande teknologierna, vars gradvis krympande lista vi återger i våra årliga slutrapporter., — att läsa spåret med flera huvuden samtidigt (TDMR, Two-Dimensional Magnetic Recording). En ytterligare utveckling kommer förr eller senare att kräva mer omfattande förändringar i grundläggande HDD-funktioner — som uppvärmning av skivan med laser eller mikrovågor (HAMR/MAMR, Heat/Microwave-Assisted Magnetic Recording) när den skrivande huvuden passerar.

Det är emellertid lätt att se att alla beskrivna tekniker främst syftar till att öka lagringstätheten och kapaciteten på en spindel, även om många av dem också har en positiv bieffekt i form av ökad hastighet för sekventiell läsning och skrivning av data. På detta område har moderna HDD:er nått över 250 MB/s och är jämförbara med tidiga konsument-SSD:er. Men åtkomsthastigheten till slumpmässiga sektorer på magnetdiskar har knappt utvecklats, och i relation till kapacitet minskar antalet operationer per sekund. Samtidigt ökar kraven på tillförlitlighet, eftersom ju mer data som lagras på en spindel, desto viktigare är det att inte förlora dem och desto längre tid tar det att återställa.

Men även på denna utmaning hade skaparna av magnetiska lagringsenheter ett svar. Vi tog tre hårddiskar med kapacitet från 14 till 16 TB för att ta reda på hur teknologier från 64 år tillbaka anpassar sig till verkligheten 2019, och vi upptäckte flera trender. De bemärkta exemplaren av moderna 3,5-tums hårddiskar, tillverkade för rackservrar och lagringssystem, har något gemensamt med SSD-enheter – från principerna för sektoradresssering till direkt integration av flash-chip i det lokala minnesstacken. Konsummodellerna har å sin sida blivit mer likvärdiga med servermodellerna, och även beskrivningen "desktop HDD" säger numera inte så mycket om enhetens prestanda och pålitlighet. Men syftet med denna översyn går inte bara ut på allmänna ord. Vi avser att ta reda på hur nya trender i konstruktionen av hårddiskar kommer till uttryck i konkreta prestandamätningar.

⇡#Tekniska specifikationer för testdeltagarna

Innan vi börjar analysera testresultaten är det viktigt att noga studera specifikationerna för de enheter vi kommer att hantera. Denna gång är de inte så många, som de brukar vara i våra grupptester, men vi har uppfyllt de huvudvillkor utan vilka en jämförelse av hårddiskar inte kan räknas som fullständig. I översynen deltog produkter från alla tre tillverkare – Seagate, Toshiba och Western Digital, och de tillhör olika kategorier: konsument- och servermodell. De huvudsakliga specifikationerna som förenar dem är en kapacitet på 14 eller 16 TB, en hermetiskt tillsluten kammare fylld med helium samt en varvning av spindlar på 7200 varv/min. För att jämföra med tyngre modeller deltar tre redan bekanta enheter med mindre kapacitet (10 och 12 TB) avsedda för drift i servrar, hem- eller kontors-NAS.

Den första modellen i vår blygsamma samling av hårddiskar med generös kapacitet — BarraCuda Pro 14 TB — är en lagringslösning för stationära datorer och DAS, men inte vilken som helst, utan en "professionell". Å ena sidan innebär detta att BarraCuda Pro är utsatt för typiska begränsningar hos stationära hårddiskar. Till exempel är den inte avsedd för RAID-konfigurationer, eftersom det är önskvärt att ha TLER (Time-Limited Error Recovery) — en firmwareinställning som förhindrar att HDD:n släpps ut ur arrayen på grund av långvariga försök av mikrokontrollern att läsa ett problematiskt område. Dessutom är chassit för BarraCuda Pro dåligt lämpat för drift i en hylla eller NAS med flera korgar, eftersom det saknar kompensation för rotationsvibrationer.

Men å andra sidan, till skillnad från de flesta andra stationära hårddiskar, har HDD:er av detta märke en ökad årlig belastningsresurs — upp till 300 TB skriven data, är redo att arbeta 24/7 och har fem års garanti. Prestandan bör dessutom inte bli ett problem (åtminstone för uppgifter med främst linjär datatillgång): tack vare åtta skivor på 1,75 TB når enheten en stabil bandbredd på 250 MB/s. Dessutom lovar tillverkaren att den slumpmässiga åtkomsthastigheten i BarraCuda Pro ska vara högre jämfört med vanliga stationära diskar, medan effektförbrukningen å sin sida ska vara lägre än för de flesta 3,5-tum modeller. Hur som helst, alla påståenden från Seagate kommer vi fortfarande att verifiera.

För att nå en så hög densitet av data inom ramen för standard vertikal inspelning utan att använda den nischade teknologin SMR (Shingled Magnetic Recording) var Seagate tvungna att införa en av de lovande metoderna som vi skriver om år efter år i våra slutrapporter., - den så kallade tvödimensionella inspelningen (Two-Dimensional Magnetic Recording). Men trots sitt namn har TDMR inget att göra med själva data-inspelningsprocessen och är avsedd att öka signal-/brusförhållandet vid hög densitet av spår på den magnetiska plattan genom att simultant läsa spåret med två läshuvuden: dessa är placerade i rymden på ett sådant sätt att fältet fångar angränsande spår, vilket gör det lättare att kompensera för interferensen. I framtiden kommer hårddiskar med TDMR att få fler huvuden, och tillsammans med tillförlitligheten i dataläsning kan hastigheten öka, men det är fortfarande en framtidsfråga.

BarraCuda Pro-enheterna skiljer sig på många sätt från de liknande enheterna i den lägre serien utan Pro-tillägget - det börjar med att alla tillverkare av HDD-standard desktop-modeller har stagnerat i kapacitet på 6–8 TB. BarraCuda Pro-disken kan snarare beskrivas som en avkomma av Seagates serverkategori, som saknar funktioner relaterade till arbete i lagringssystem. Men resultatet är att enhetens pris har stigit till nivåer av företagsmodeller, eller till och med högre: i Ryssland kan man inte hitta en 14-TB-modell billigare än 34 348 rubel, medan på amerikanska detaljhandelsplatser är priset $549. Till och med Seagates nearline-modeller med samma kapacitet kostar mindre - från $375 eller 28 936 rubel.

Den nästa testpersonen, 14-terabytes disken Ultrastar DC HC530, är en nearline-lagringsenhet som representerade det bästa som ingenjörerna på Western Digital kunde åstadkomma, innan den nya modellen med 16 TB lanserades. I praktiken hos 3DNews blev den den första hårddisken från märket Ultrastar utan de bekanta bokstäverna HGST i namnet: företaget har överfört alla servermodeller till sitt eget varumärke efter att tillgångarna från HGST helt blandades in i den sammanslagna koncernen. I sina nyckelspecifikationer liknar denna enhet BarraCuda Pro med samma kapacitet: inne i det slutna höljet på Ultrastar DC HC530 finns också åtta magnetiska skivor med en användbar kapacitet på 1750 GB, och läsning av data från tätt packade spår säkerställs av TDMR-teknologin. Men med avseende på andra parametrar och det breda utbudet av extra funktioner som är typiska för företags HDD:n, kan Ultrastar DC HC530 inte jämföras med desktopmodeller, även om BarraCuda Pro inte är en typisk representant för sin kategori.

Således är den användbara skrivdensiteten på skivorna för både BarraCuda Pro och Ultrastar DC HC530 densamma, liksom varvtalet för spindeln, men WD:s produkt garanterar en högre stabil hastighet för linjär läsning och skrivning av data — upp till 267 MB/s (det är oklart var skillnaden kommer ifrån, men tester kommer att visa om den verkligen existerar). Fördröjningen vid slumpmässig åtkomst minskas av den tvåstegs aktuatorn i den nya tredje generationen och den stora bufferten på 512 MB, och det viktigaste, Media Cache — reservområden för snabb skrivning av block, utspridda över skivytan. Denna sista funktion knyter moderna nearline-diskar till SSD:er, där det också finns en variabel relation mellan fysiska sektorer och logiska block. Från och med 10-terabytes modellerna Ultrastar DC HC330, använder WD dessutom en liten mängd flashminne för att cachea skrivoperationerna. Det är värt att notera att samtidigt som produkten från WD (potentiellt) uppvisar en extremt hög hastighet i jämförelse med magnetiska lagringsenheter, kännetecknas den av en måttlig strömförbrukning — faktiskt är det här enheten med det lägsta energibehovet bland alla deltagare i testningen, om man bedömer utifrån dess tekniska specifikationer.

Denna klass av lagringsenheter är byggd för kontinuerlig drift i serverrack: dubbelsidig monteringsskruv, kompensering av rotationsvibrationer – dessa och andra konstruktionsfunktioner hos Ultrastar DC HC530 har möjliggjort att den designade belastningen för disken har nått 550 TB/år, och drifttiden fram till fel är typiskt för nearline-modeller 2,5 miljoner timmar. För att hantera en osannolik felaktighet vid firmwareuppdatering på kontrollerkortet finns en reservkrets lätt tillgänglig. Disken levereras i konfigurationer med direktåtkomst till 4 KB-partitionering eller emulering av 512-bytes sektorer, med SATA eller SAS gränssnitt. I det senare fallet är även alternativet för fullskalig datakryptering tillgängligt.

Det rekommenderade detaljhandelspriset för WD Ultrastar DC HC530 med SATA-port och emulering av den traditionella 512-bytes partitioneringen motsvarar den avancerade prestandan och teknologin hos enheten: från 27 495 rubel i ryska nätbutiker och $439 på 'Amazon'.

Att samla en samling hårddiskar med en kapacitet på 14 TB för jämförande tester var inte lätt, och vi lyckades inte få tag på en lämplig enhet från tredje part — Toshiba. Istället fick vi en modell från nästa generations serie, med 16 TB. Nu erbjuder alla tre företag som tillverkar hårddiskar lagringsenheter av liknande kapacitet, men just produkten Toshiba MG08 var bland dem den första. Det japanska företagets rekord bygger på skivor med ungefär samma, om inte exakt, fysisk lagringsdensitet som hos hårddiskarna BarraCuda Pro och Ultrastar på 14 TB, men Toshiba lyckades för första gången packa hela nio plattor i ett standard 3,5-tums chassi. Det gick inte utan teknologin TDMR, som blivit en oumbärlig faktor för att nå nya kapacitetsgränser. Genomströmningen hos Toshiba MG08 vid linjära läs-/skrivoperationer bör vara på samma nivå som WD Ultrastar DC HC530, men, märkligt nog, avslöjar tillverkaren inga detaljer om enhetens prestanda.

Det är känt att Toshiba också har vidtagit åtgärder för att öka tillförlitligheten och samtidigt minska latensen vid skrivoperationer: flashminneskretsen i MG08 gör det möjligt att skydda data som har skickats till värdkontrollern för skrivning vid strömavbrott. Men enligt testresultaten fungerar den också som en andra nivå av cacheminne efter DRAM-bufferten. Dock förekommer denna teknik (Persistent Write Cache) endast i specifikationerna för diskar med emulering av 512-bytes partitionering, vilket utgör en ytterligare risk vid strömavbrott (och i viss mån stjäl prestanda) eftersom det är nödvändigt att utföra read-modify-write vid varje skrivning av logiska block som inte sammanfaller med gränserna för fysiska sektorer. Men serien MG08 inkluderar också modeller med direkt åtkomst till 4-kilobytes sektorer. Om detta innebär att de senaste helt saknar flashminne, eller om backup-funktionen endast har tagits bort, vet vi inte. Men oavsett PWC använder Toshiba MG08 och andra lagringsenheter från företaget algoritmer för Dynamic Cache som, enligt tillverkaren, optimalt fördelar buffertutrymmet mellan läs- och skrivoperationer. Vi har inte heller någon detaljerad information om dem.

Andra källor till ökad tillförlitlighet i Toshiba MG08:s konstruktion är spindelns fästning på båda sidor och sensorer för rotationsvibration. Dessa diskar är designade för att skriva 550 TB data per år, har en driftstid på 2,5 miljoner timmar som är standard för företagsenheter och en femårig garanti. Flera olika konfigurationer av disken med SATA- eller SAS-gränssnitt och valfri end-to-end-kryptering finns tillgängliga för beställning. Vi kan dock inte ge er en prisuppgift: 16-terabyten disken Toshiba presenterades redan i januari, men är fortfarande en sällsynt vara i detaljhandeln.

Toshiba MG08 16 TB

Nu när vi har bekantat oss med de tre huvudaktörerna i testningen, låt oss titta på de mindre hårddiskarna som vi ska jämföra med de nya 14-16 terabyte-modellerna. En av dem, Exos X10 med en kapacitet på 10 TB, är en nearline-enhet som innehåller sju magnetplattor i ett hermetiskt tätat chassi. Och även om den användbara kapaciteten på plattorna har ökat från 1429 till 1750 GB och mer, bör hastigheten för sekventiell åtkomst hos hårddiskar också öka, men när det gäller detta mått ligger Exos X10 nästan i nivå med samma BarraCuda Pro på 14 TB enligt specifikationerna för båda enheterna. Något stämmer uppenbarligen inte i specifikationerna för Seagate-hårddiskarna, men vi har möjlighet att ta reda på allt i praktiken.

För att öka hastigheten på operationer med godtycklig åtkomst har Exos-serien en avancerad skrivcachemekanism, AWC (Advanced Write Caching), som minskar svarstiden. Inom ramen för AWC grupperas skrivoperationer i DRAM-buffer, som i vilken annan hårddisk som helst, men bufferten sparar en kopia av data efter att de har skrivits på plattan, och innehållet i den speglade bufferten kan omedelbart läsas av värdkontrollern. Seagate-serverhårddiskar AWC för 2,5-tums formfaktor inkluderar nästa hastighetsnivå — reserverade områden på plattornas yta där data från DRAM skrivs sekventiellt (Media Cache), samt en liten mängd icke-flyktigt minne för att rädda data från bufferten vid strömavbrott. Men i Exos X10 saknas flashminnet, och kanske även Media Cache tillsammans med det.

Public consumer hard drives for desktop computers and NAS differ from the Exos series with high mean time between failures (2.5 million hours) and calculated workloads (550 TB/year), the ability to operate in a server rack without restrictions on the number of bays, and a five-year warranty. The hard drive with the model number ST10000NM0016, which we received for testing, also belongs to the Hyperscale modifications, which have reduced power consumption compared to other members of the Exos family, but are only available with SATA interface and 512-byte sector emulation. Among the Exos models with SAS interface, there are options with native access to 4-kilobyte sectors, as well as full disk encryption.

The Seagate IronWolf hard drive recently appeared in vår recension new representatives of this brand alongside the Seagate solid-state drive for network storage. The 12-terabyte IronWolf model likely comes with platters that have the same physical density as the Exos X10, just with one more. However, Seagate estimates the performance of its creation in sequential read and write operations to be much lower — only 210 MB/s. And there are no sophisticated technologies aimed at compensating for the high response latency inherent to magnetic drives.

However, all IronWolf hard drives starting from 4 TB borrowed a number of hardware features from the Exos series that contribute to improved reliability. The magnetic platter block of each drive is balanced in two planes, and rotational vibration sensors ensure stable operation in rack storage systems or standalone NAS with up to eight drive bays. IronWolf is designed for moderate usage with a workload rating of 180 TB/year and has a mean time between failures of 1 million hours. Consequently, the warranty period for IronWolf is not as long as for the more serious models in Seagate's catalog — three years.

Under the S300 brand, the Japanese company Toshiba launched a series of drives for video surveillance systems — these hard drives also have their own översyn på sidorna av 3DNews. Tack vare en utvidgning av ATA Streaming Command Set, garanterar de högre modellerna Toshiba S300 samtidig inspelning av video från 64 övervakningskameror, men de är i grunden typiska lagringsenheter för NAS och DAS som kan användas 24/7 och har en anständig livslängd: precis som med IronWolf, är den 1 miljon timmar, och garantiperioden är också tre år. Tack vare de konstruktionsmässiga fördelarna med S300-chassit — spindelns dubbelsidiga fästning och aktiv vibration kompensation — tillåts installation av mer än åtta sådana enheter i en rackhylla eller en fristående NAS.

Modellen S300, valt för jämförelse med nyheterna på 14–16 TB, bygger på hårdvaruchassit för serverdisken MD06ACA-V och innehåller sju magnetiska skivor, medan specifikationerna för enheten anger en typisk läs-/skrivhastighet på 248 MB/s för moderna stora kapacitets-HDD. Men av de metoder som används i Toshiba:s serverhårddiskar för att minska latensen, har S300 endast funktionen Dynamic Cache kvar.

Till skillnad från alla andra deltagare i testet, klarar sig S300 utan helium även med en tät stapel av sju skivor och är utförd i ett standardventilerat chassi. Det verkar vara anledningen till att den 10-terabytes modellen har det högsta värdet för strömförbrukning i den sammanställande specifikationen för testdeltagarna, och denna parameter, även om den i sig är viktig endast för datacenteradministratörer, bestämmer direkt HDD:ns temperatur. Vi kommer att kontrollera S300:s verkliga energiförbrukning själva, men tills vidare noterar vi detta punkt.

Källa: 3dnews.ru