硬盘容量持续增加，但增速近年来一直在稳步下降。 因此，为了在4TB硬盘上市后推出首款2TB硬盘，业界只花了两年时间，用了三年时间才达到8TB大关，又花了三年时间将3,5硬盘的容量翻倍。英寸硬盘五年才成功一次。
最新的突破得益于一系列创新解决方案的实现。 如今，即使是像东芝这样的保守派，直到最近还拒绝使用氦气，也被迫在密封的情况下生产硬盘，并且主轴上的盘片数量已增加到九块 - 尽管曾经并且很长一段时间是五块盘片。被认为是合理的限度。 在特定的领域，会使用所谓的技术。 平铺记录（SMR，叠瓦磁记录），其中盘片上的扇区磁道部分重叠。 最后，为了在不使用 SMR 的情况下将硬盘驱动器容量限制从 14 TB 转变为 16 TB，制造商必须实施一项有前途的技术，我们每年都会复制一份逐渐缩小的技术列表 , — 同时由多个磁头读取磁道（TDMR，二维磁记录）。 进一步的进步迟早需要对 HDD 操作的基本原理进行更大的改变，例如在盘片通过记录头时使用激光或微波（HAMR/MAMR，热/微波辅助磁记录）加热盘片。
然而，很容易看出，所有描述的技术主要旨在增加写入密度和增加单轴上的体积，尽管其中许多技术具有提高线性数据读写速度的有益副作用。 根据这个参数，现代HDD已经突破了250MB/s的限制，已经可以与早期消费级固态硬盘相媲美。 但磁盘随机扇区的访问速度却几乎没有进步，而且就容量而言，每秒的操作次数也只是变少了。 与此同时，对容错能力的要求也随之提高，因为一个主轴上存储的数据越多，不丢失数据就越重要，恢复所需的时间也就越长。
但磁存储设备的创造者也找到了应对这一挑战的答案。 我们拿了三个从 14TB 到 16TB 的硬盘来看看这个有 64 年历史的技术如何适应 2019 年，我们注意到了一些趋势。 为机架服务器和存储系统生产的现代 3,5 英寸硬盘驱动器的冠军示例与固态驱动器有一些共同点 - 从扇区寻址原理到闪存芯片直接集成到本地内存堆栈中。 反过来，消费型号的特性也变得更接近服务器同类产品，甚至“台式硬盘”的描述也不再过多说明设备的速度和可靠性。 但这篇评论的目的并不限于一般的话。 我们打算了解硬盘设计的新趋势如何转化为硬盘性能数据。
测试参与者的技术特征
在我们开始分析测试结果之前，有必要仔细研究我们将要处理的设备的特性。 这次的情况没有我们小组测试中通常发生的那么多，但我们已经满足了主要条件，没有这些条件，硬盘的比较就不能说是完整的。 此次审查涵盖了希捷、东芝和西部数据这三个制造商的产品，它们属于不同的类别：消费者和服务器。 它们的主要特点是 14 或 16 TB 的容量、充满氦气的密封外壳以及 7200 rpm 的主轴转速。 为了与重量级设备进行比较，测试涉及三个我们已经熟悉的较小设备（10 TB 和 12 TB），设计用于服务器、家庭或办公室 NAS。
| 生产商 | 希捷 | Toshiba | 西部数据 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 系列 | BarraCuda Pro 版 | 外挂 X10 | IronWolf | MG08 | （S300） | 超星DC HC530 |
| 型号 | ST14000DM001 | ST10000NM0016 | ST12000VN0008 | MG08ACA16TE | HDWT31AUZSVA | WUH721414ALE6L4 |
| 外形 | 3,5 in。 | 3,5 in。 | 3,5 in。 | 3,5 in。 | 3,5 in。 | 3,5 in。 |
| 接口 | SATA 6Gb/秒 | SATA 6Gb/秒 | SATA 6Gb/秒 | SATA 6Gb/秒 | SATA 6Gb/秒 | SATA 6Gb/秒 |
| 容量，GB | 14 000 | 10 000 | 12 000 | 16 000 | 10 000 | 14 000 |
| 布局 | ||||||
| 主轴转速，rpm | 7 200 | 7 200 | 7 200 | 7 200 | 7 200 | 7 200 |
| 有用数据记录密度，GB/盘 | 1 750 | 1 429 | 1 500 | 1 778 | 1 429 | 1 750 |
| 板数/头数 | 8/16 | 7/14 | 8/16 | 9/18 | 7/14 | 8/16 |
| 扇区大小，字节 | 4096（512 字节模拟） | 4096（512 字节模拟） | 4096（512 字节模拟） | 4096（512 字节模拟） | 4096（512 字节模拟） | 4096（512 字节模拟） |
| 缓冲区大小，MB | 256 | 256 | 256 | 512 | 256 | 512 |
| Производительность | ||||||
| 最大限度。 持续顺序读取速度，MB/s | 250 | 249 | 210 | ND | 248 | 267 |
| 最大限度。 可持续顺序写入速度，MB/s | 250 | 249 | 210 | ND | 248 | 267 |
| 平均搜索时间：读/写，毫秒 | ND | ND | ND | ND | ND | 7,5/ND |
| 容错 | ||||||
| 设计负荷，TB/g | 300 | ND | 180 | 550 | 180 | 550 |
| 致命读取错误，每个数据量的发生次数（位） | 1/10 ^ 15 | 1/10 ^ 15 | 1/10 ^ 15 | 10/10 ^ 16 | 10/10 ^ 14 | 1/10 ^ 15 |
| MTBF（平均故障间隔时间），h | ND | 2 500 000 | 1 000 000 | 2 500 000 | 1 000 000 | 2 500 000 |
| AFR（每年故障概率），% | ND | 0,35 | ND | ND | ND | 0,35 |
| 打印头停放周期数 | 300 000 | 600 000 | 600 000 | 600 000 | 600 000 | 600 000 |
| 物理特征 | ||||||
| 功耗：空闲/读写，W | 4,9/6,9 | 4,5/8,4 | 5,0/7,8 | ND | 7,15/9,48 | 5,5/6,0 |
| 噪音级别：不活动/搜索，B | ND | ND | 1,8/2,8 | 2,0/ND | 3,4/ND | 2,0/3,6 |
| 最高温度，°C：磁盘打开/磁盘关闭 | 60/70 | 60/ND | 70/70 | 55/70 | 70/70 | 60/70 |
| 抗冲击性：磁盘开启/磁盘关闭 | ND | 40 克（2 毫秒）/250 克（2 毫秒） | 70 克（2 毫秒）/250 克（2 毫秒） | 70 克（2 毫秒）/250 克（2 毫秒） | 70 克（2 毫秒）/250 克（2 毫秒） | 70 克（2 毫秒）/300 克（2 毫秒） |
| 外形尺寸：长×高×深，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 |
| 质量，克 | 690 | 650 | 690 | 720 | 770 | 690 |
| 保修期，年 | 5 | 5 | 3 | 5 | 3 | 5 |
| 零售价（美国，不含税），$ | 来自 549 (newegg.com) | 来自 289 (newegg.com) | 来自 351 (newegg.com) | ND | 来自 301 (newegg.com) | 来自 439 (amazon.com) |
| 零售价（俄罗斯），擦。 | 34 起（market.yandex.ru） | 17 起（market.yandex.ru） | 26 起（market.yandex.ru） | ND | 19 起（market.yandex.ru） | 27 起（market.yandex.ru） |
我们规模不小的硬盘系列中的第一个型号 - BarraCuda Pro 14 TB - 是一款适用于台式电脑和 DAS 的硬盘，但并不简单，而是“专业”。 一方面，这意味着BarraCuda Pro受到台式机硬盘的典型限制。 例如，它不适合组合成 RAID 阵列，因为为此需要 TLER（限时错误恢复） - 一种固件设置，可防止 HDD 由于微控制器长时间尝试而飞出阵列读取问题扇区。 此外，BarraCuda Pro 机箱不太适合在架子或带有多个篮子的 NAS 中工作，因为它无法补偿旋转振动。
但另一方面，与大多数其他台式机硬盘不同的是，该品牌的 HDD 具有更高的年度负载资源 - 高达 300 TB 的重写量，可 24/7 全天候工作，并附有五年保修。 您可能也不必抱怨性能（至少在主要是线性数据访问的任务中）：得益于八个 1,75 TB 盘片，该设备实现了 250 MB/s 的稳定吞吐量。 此外，制造商承诺BarraCuda Pro的随机访问速度比台式电脑的普通硬盘更高，而功耗却低于大多数3,5英寸型号。 不过，我们仍会核实希捷的所有声明。
为了在不使用小众 SMR（叠瓦式磁记录）技术的情况下在标准垂直记录框架内实现如此高水平的数据密度，Seagate 必须实施我们年复一年在我们的文章中提到的一种有前途的方法。 , - 所谓的二维记录（二维磁记录）。 但与它的名称相反，TDMR 与数据记录过程本身没有任何关系，其设计目的是在磁盘上磁道密度较高的情况下，由于同时读取磁道而提高信噪比由两个读头组成：后者间隔开，使得场捕获相邻磁道，并且更容易补偿干扰。 未来，采用TDMR的硬盘会增加更多的磁头，随着数据读取的可靠性，其速度可能会提高，但这仍然是未来的事情。
BarraCuda Pro 硬盘在很多方面与不带 Pro 前缀的较新系列的相关设备有所不同 - 首先是所有 HDD 制造商的标准台式机型号都停留在 6-8 TB。 BarraCuda Pro 硬盘可以说是希捷服务器分支的后代，它被剥夺了与阵列工作相关的功能。 但结果是，该设备的价格飙升至企业型号的水平，甚至更高：在俄罗斯，14 TB 型号的价格不可能低于 34 卢布，而在美国的零售网站上则为 348 美元。 即使是同体积的希捷近线型号价格也更低 - 从 549 美元或 375 卢布起。
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下一个测试对象是 14 TB Ultrastar DC HC530，它是一款近线驱动器，代表了西部数据工程师在新的 16 TB 型号到来之前所能做到的最好成绩。 而在3DNews的实践中，它成为第一款名称中没有常见字母HGST的Ultrastar品牌硬盘：在HGST资产完全溶解于联合公司后，该公司将所有服务器型号转移到自己的品牌下。 该设备的关键特性与同体积的BarraCuda Pro类似：Ultrastar DC HC530的密封外壳内还有八块磁板，可用容量为1750GB，TDMR技术可从密集的空间读取数据。曲目。 但就其他参数以及企业硬盘典型的各种附加功能而言，Ultrastar DC HC530 无法与台式机型号相提并论，即使 BarraCuda Pro 不是该类别的典型代表。
因此，BarraCuda Pro 和 Ultrastar DC HC530 盘片上的有用写入密度是相同的，主轴速度也是如此，但 WD 产品保证了更高的持续线性读写数据速度 - 高达 267 MB/s（这不是清楚差异从何而来，但测试将显示它是否确实存在）。 新型第三代两级执行器和大型 512 MB 缓冲区有助于减少随机访问期间的延迟，最重要的是，媒体缓存 - 用于快速写入分散在盘片表面的块的保留区域。 后一个功能使现代近线磁盘类似于固态驱动器，其物理扇区和逻辑块之间的比率也是可变的。 从 10 TB Ultrastar DC HC330 型号开始，WD 还使用少量闪存来缓存写入操作。 请注意，除了按照磁驱动器标准（可能）具有极高的性能外，WD 产品还具有中等功耗的特点 - 事实上，从其通行证参数来看，它是所有测试参与者中功耗最低的设备。
此类驱动器是为了在服务器机架中连续运行而构建的：双面主轴安装、旋转振动补偿 - Ultrastar DC HC530 的这些和其他设计功能使得可以将磁盘的设计负载增加到 550 TB/年，近线模型的 MTBF 典型值为 2,5 万小时。 如果更新固件时出现不太可能发生的故障，则将备用芯片焊接到控制器板上。 该磁盘经过修改，可通过 SATA 或 SAS 接口对 4 KB 标记进行本机访问或模拟 512 字节扇区。 在后一种情况下，还可以选择端到端数据加密。
采用 SATA 端口配置并模拟传统 530 字节标记的 WD Ultrastar DC HC512 零售价与该设备的先进特性和技术相对应：27 卢布起。 俄罗斯网上商店有售，亚马逊上售价 495 美元。
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组装一组 14 TB 硬盘进行比较测试并不容易，而且我们始终无法从第三家制造商东芝那里获得合适的设备。 但我们得到了下一代 16 TB 型号。 现在三大硬盘公司都提供类似容量的硬盘，但东芝的MG08系列产品是其中的第一款。 这家日本公司的记录依赖于物理密度与 14TB BarraCuda Pro 和 Ultrastar 硬盘大致相同（如果不完全一样）的盘片，但这是东芝第一次能够将 3,5 个煎饼装入一个标准 08 英寸硬盘盒中。 TDMR 技术已成为征服容量新领域的必要条件。 东芝 MG530 的线性读/写吞吐量应该达到 WD Ultrastar DC HCXNUMX 的水平，但奇怪的是，制造商没有透露有关该设备性能的任何细节。
但据了解，东芝也采取了措施来提高可靠性，同时减少写操作的延迟：MG08上的闪存芯片在断电时可以保存主机控制器发送的数据用于写入，但从测试结果来看，也可作为DRAM缓冲区之后的二级缓存。 然而，这种技术（持久写入缓存）仅出现在具有 512 字节布局模拟的磁盘规格中，由于需要执行读取，因此在电源故障期间（并在某种程度上窃取性能）是一个额外的危险源-修改写入操作每次记录的逻辑块与物理扇区的边界不重合。 但 MG08 系列还包括可本地访问 4 KB 扇区的型号。 我们不知道这是否意味着后者完全没有闪存，或者备份功能刚刚从中删除。 但无论 PWC、东芝 MG08 和该公司的其他驱动器，都使用动态缓存算法，根据制造商的说法，该算法可以在读取和写入操作之间优化分配缓冲区空间。 我们也没有关于他们的任何详细信息。
东芝 MG08 设计中提高容错能力的其他来源是两侧的主轴安装座和旋转振动传感器。 这些驱动器设计为每年写入 550 TB 数据，平均故障间隔时间为 2,5 万小时（企业设备的标准），并具有五年保修期。 多种不同的驱动器配置可供订购，带有 SATA 或 SAS 接口以及可选的端到端加密。 不过，我们无法为您提供指导价格：东芝的 16 TB 硬盘早在 XNUMX 月份就已推出，但它在零售销售中仍然是罕见的野兽。
东芝 MG08 16TB
现在我们已经认识了三位主要测试参与者，让我们看看较小的硬盘驱动器，我们必须将其与新的 14-16 TB 型号进行比较。 其中之一是容量为 10 TB 的 Exos X10，它是一种近线驱动器，在密封外壳中包含七个磁板。 尽管由于盘片的可用容量从 1429 GB 增加到 1750 GB 或更多，硬盘驱动器的顺序访问速度也应该增加，但根据该参数，Exos X10 实际上并不逊色于相同的 14 TB BarraCuda Pro两个驱动器的规格。 希捷硬盘的规格显然不符合某些要求，但我们有机会在实践中找出一切。
为了提高随机访问操作的速度，Exos系列开发了AWC（Advanced Write Caching）写入缓存机制，减少了响应时间。 在 AWC 下，写入操作会像在任何其他硬盘驱动器中一样分组到 DRAM 缓冲区中，但缓冲区在刷新到盘片后会保留数据的副本，并且主机可以立即读取镜像缓冲区的内容控制器。 在 2,5 英寸 AWC 外形尺寸包括次快的阶段 - 板表面的保留区域，其中 DRAM 的数据按顺序写入（媒体缓存），以及用于拯救数据的少量非易失性内存发生电源故障时从缓冲区中取出。 但 Exos X10 没有闪存，也许还没有媒体缓存。
与台式电脑和 NAS 的消费类硬盘相比，Exos 系列硬盘的特点是高 MTBF（2,5 万小时）和设计负载（550 TB/年），能够在服务器机架中运行而不受篮子数量的限制，并提供五年的使用寿命、保修服务。 我们收到测试的型号为ST10000NM0016的硬盘也属于Hyperscale修改版，与Exos系列的其他成员相比，其功耗较低，但仅提供SATA接口和512字节扇区模拟。 在具有 SAS 连接器的配置中，Exos 型号还具有对 4 KB 扇区进行本机访问以及端到端全磁盘加密的选项。
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希捷 IronWolf 硬盘最近在 该品牌的新代表还有用于网络存储的希捷SSD。 12 TB IronWolf 型号似乎配备了与 Exos X10 物理布局密度相同的盘片，只是这里多了一个。 然而，Seagate 估计其创意在顺序读写操作中的性能要低得多 - 只有 210 MB/s。 并且没有旨在补偿磁驱动器固有的高响应延迟的复杂技术。
但所有 IronWolf 硬盘从容量为 4 TB 起，都借鉴了 Exos 系列的许多硬件功能，有助于提高容错能力。 每个硬盘的磁盘块在两个平面上保持平衡，旋转振动传感器可确保机架式存储系统或具有多达八个磁盘架的独立 NAS 的稳定运行。 IronWolf 专为中等操作条件而设计，设计负载为 180 TB/年，MTBF 为 1 万小时。 因此，IronWolf 的保修期不像希捷目录中更严格的型号那么长 - 三年。
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日本东芝公司在S300品牌下发布了一系列用于视频监控系统的硬盘——这些硬盘也专用于自己的产品 在 3DNews 的页面上。 通过扩展 ATA 流命令集数据传输协议，较旧的东芝 S300 型号可保证 64 个监控摄像头同时进行视频录制，但其核心是 NAS 和 DAS 的典型驱动器，能够 24/7 运行并具有良好的 MTBF：就像IronWolf一样，是1万小时，保修期同样是三年。 得益于 S300 机箱的设计优势（双面主轴安装和主动旋转振动补偿），可以在一个机架或独立式 NAS 中安装八个以上的此类设备。
与300-14TB容量新产品进行对比的S16型号，基于MD06ACA-V服务器硬盘硬件机箱构建，包含248个磁片，设备规格显示随机读写速度为300 MB/s，典型的现代大容量 HDD。 但在东芝服务器硬盘所使用的减少延迟的技术中，SXNUMX仅具有动态缓存功能。
与所有其他测试参与者不同的是，S300 即使有七块板的密集堆叠，也不需要氦气，并且安装在标准通风箱中。 看来正是因为这个原因，10TB型号在测试参与者的规格汇总表中具有最高的功耗值，而这个参数虽然本身只对数据中心管理员来说很重要，但却直接决定了设备的温度。硬盘。 我们将亲自检查S300的实际功耗，但现在我们会注意到这一点。
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来源： 3dnews.ru