Один за всех. Обзор жестких дисков HGST Ultrastar He8 и Seagate Archive объемом 8 Тбайт

Рост емкости жестких дисков должен одновременно сопутствоваться снижением удельной стоимости объема. Наводнение в Таиланде, произошедшее в 2011 году, серьезно подкосило индустрию. И его отголоски чувствуются до сих пор. Однако сейчас отрасль производства классических носителей информации буквально переживает вторую молодость. За счет внедрения новых технологий, а также способов сборки удалось создать 3,5-дюймовую пластину объемом 1,3 Тбайт. Так, в прошлом году сначала появились винчестеры на 6 Тбайт. А в этом — на 8 Тбайт. Не за горами выпуск HDD объемом 10 Тбайт и даже 20 Тбайт. Соответствующие технологии разработаны. Остается ждать их повсеместной интеграции.

Интересный комментарий попался мне на глаза в Сети: «классические жесткие диски все больше напоминают механические часы. Они имеют невероятно сложный механизм, но в точности могут не превосходить свои кварцевые аналоги». Как точно подмечено. Современные жесткие диски реально не могут составить конкуренцию столь популярным нынче твердотельным накопителям. SSD элементарно быстрее. Однако технологии, используемые в классических магнитных накопителях, позволяют наделить их большой емкостью записи. Поэтому удельная стоимость объема любого SSD заметно выше удельной стоимости любого HDD. Плюс современные жесткие диски — невероятно сложные в плане конструкции устройства.

Первый жесткий диск объемом 6 Тбайт продемонстрировала в прошлом году компания HGST. Инженеры компании догадались наполнить внутреннее пространство корпуса гелием, увеличив тем самым плотность посадки пластин. Модель Ultrastar He6 имеет семь пластин объемом 860 Гбайт каждая. Однако очень быстро 6 Тбайт перестали быть прерогативой гелиевых жестких дисков. После презентации решения от HGST компания Seagate представила винчестер серии Enterprise Capacity 3.5 HDD, содержащий шесть пластин по 1 Тбайт. И все это было достигнуто «на воздухе». Сейчас же среди жестких дисков объемом 6 Тбайт распространены 5-пластинные модели (емкость каждой составляет 1,2 Тбайт): Ultrastar 7K6000 от HGST, MG04SCAXXXX и MG04ACAXXXX от TOSHIBA, семейства Red и Green от Western Digital.

Для сборки 8-терабайтных винчестеров все еще нужен гелий.

Гелий + SMR = 8 Тбайт

Новые рекорды плотности записи оказались возможными в том числе и за счет внедрения технологии «черепичной» записи SMR (Shingled Magnetic Recording). Разговоры о ее интеграции велись, если мне не изменяет память, еще в 2009 году. Свое название эта технология получила в следствии того, что на диск записываются достаточно широкие дорожки, а дорожки данных, записываемые впоследствии, частично накладываются на предыдущие, что напоминает технику укладки кровельной черепицы. А теперь более подробно.

При использовании традиционной технологии записи ширина дорожек и расстояние между ними определено размерами считывающего и записывающего элементов на дисковой головке. Как известно, уже долгое время применяется перпендикулярный метод. Он достиг своего предела, так как дальнейшее уменьшение размеров как этих элементов, так и дорожек, на которых они производят чтение и запись, невозможны.

Технология SMR позволяет повысить плотность записи путем сокращения расстояния между дорожками. Они располагаются друг над другом, позволяя записать гораздо больше информации, используя при этом ту же площадь пространства. При записи дорожки частично накладываются друг на друга. С учетом того, что считывающая головка меньше записывающей, она может без каких-либо проблем считать информацию с частично перекрытой дорожки. Использование SMR на данном этапе развития жестких дисков выгодно экономически. Ведь нет необходимости внедрять новые элементы (более тонкие и точные считывающие головки) и стандарты.

Подобный метод имеет и явный недостаток, который в то же время присущ NAND Flash. Если есть необходимость переписать информацию, находящуюся на дорожке, то придется переписать не только требуемый фрагмент, но и все данные, намагниченные на последующих дорожках. И так, пока не будет перезаписана вся пластина.

Поэтому SMR-дорожки объединены в небольшие группы — ленты. Так что при записи дорожки накладываются друг на друга только в рамках этих лент. И перезаписываются только в рамках этих лент. Таким образом, удается избежать перезаписи всей пластины, что значительно ускоряет процесс работы и снижает количество потребляемого электропитания. Однако, как легко догадаться, технология SMR не способна увеличить быстродействие современных жестких дисков. Скорее, уменьшить. Плюс для хранения информации во время операции перезаписи винчестеру необходима емкая буферная память.

Наглядный видеоролик, демонстрирующий принцип работы SMR.

Очевидно, что бесконечно уплотнять дорожки не получится. Рано или поздно соотношение «сигнал/шум» (параметр SNR) скажет свое веское слово. Хотя уже разработана технология TDMR (Two-Dimensional Magnetic Recording), которая увеличивает SNR при помощи анализа данных целостного фрагмента пластины. Для построения двумерной картины придется либо просканировать площадь пластины сразу несколькими проходами считывающей головки диска, либо применить несколько головок. Эта технология будет применена в современных винчестерах в ближайшем будущем.

Seagate очень хочет как можно быстрее внедрить еще одну технологию — HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording). Она позволит достигнуть рекордной плотности записи: от с 750 Гбит/дюйм²  до 5 Тбит/дюйм². К тому же эта технология позволит увеличить производительность жестких дисков. Уже в 2020 году планируется выпуск первого винчестера объемом 20 Тбайт. Но это дело не столь ближайшего будущего. А пока давайте перейдем к изучению 8-терабайтных жестких дисков, погостивших в нашей тестовой лаборатории.

Технические характеристики

Интересно, что только в Ultrastar He8 применен гелий. Винчестер от HGST использует семь пластин объемом 1,142 Тбайт каждая. В диске от Seagate используется шесть пластин по 1,33 Тбайт. Оба устройства оснащены большим кэшем в размере 128 Мбайт. Я уже говорил, что такой буфер необходим для корректной работы SMR-технологии.

Изучив характеристики, очевидно, что сталкивать лоб в лоб эти два винчестера нет смысла. Модель от HGST явно предназначена для корпоративного сегмента. Во-первых, она обладает более мощным двигателем, позволяющим шпинделю раскручиваться до 7200 об/мин. Во-вторых, у Ultrastar He8 великолепный показатель среднего времени наработки на отказ — 2,5 млн часов. Диск от Seagate может похвастать лишь 800 тысячами часов. В-третьих, HGST дает 5-летнюю гарантию. Однако модель с маркировкой HUH728080ALE604 стоит заметно дороже.

Серия Ultrastar He, в которую входят жесткие диски объемом 6 Тбайт и 8 Тбайт (хотя у HGST есть в наличии «гелиевый» винчестер на 5 Тбайт), насчитывает ни много ни мало 29 моделей: 16 с интерфейсом SAS и 13 с разъемом SATA 3.0. Так что может возникнуть некоторая путаница.

Как я уже говорил, все винчестеры Ultrastar He6/8 предназначены для корпоративного сегмента.

Серия Archive HDD (второй версии) насчитывает шесть моделей объемом 5 Тбайт, 6 Тбайт и 8 Тбайт соответственно. Все — SATA. В каждой «весовой категории» есть модели с шифрованием и без. Так, к нам в тестлаб прибыла модель ST8000AS0002. Она без шифрования. А вот жесткий диск ST8000AS0012 оснащен этой функцией.

Компания Seagate позиционирует свои устройства в качестве идеального решения для архивации данных в облаке. В принципе, все логично. Диски для архивных данных чаще работают на чтение, чем на запись.

Производительность

Тестовый стенд:

• Процессоры: AMD A10-7870K
• Процессорный кулер: Corsair H75
• Материнская плата: ASUS CROSSBLADE RANGER
• Оперативная память: DDR3-2133, 2x 8 Гбайт
• Накопитель: OCZ Vertex 3, 360 Гбайт
• Блок питания: LEPA G1600, 1600 Вт
• Периферия: Samsung U28D590D, ROCCAT ARVO, ROCCAT SAVU
• Операционная система: Windows 8.1 х64

Как мы уже успели выяснить, от SMR-дисков не стоит ждать рекордных скоростей даже в сравнении с другими классическими винчестерами. Особенно, если дело касается записи, ведь в некоторых случаях потребуется перезаписывать ленту целиком. Устойчивая скорость передачи данных модели Ultrastar He8 (работающего по классической «перпендикулярной» технологии) составляет 205 Мбайт/с. Диск Seagate может похвастать быстродействием в размере 190 Мбайт/с. Бенчмарк CrystalDiskMark наглядно продемонстрировал, что заявленные производителями скоростные характеристики соответствуют действительности.

Разница в производительности между Ultrastar He8 и Archive HDD видна невооруженным взглядом. Если в тестах на линейное чтение оба диска демонстрируют одинаковые результаты, то уже при последовательной записи вперед вырывается детище HGST. Правда, Seagate открыто сообщает о скорости линейной записи ее «архивных» винчестеров. Поэтому ничего удивительного в этом нет. В более сложных режимах, подразумевающих смешанную нагрузку, Ultrastar He8 опять же выглядит более убедительно. Так, диск отлично справляется в условиях одновременного считывания и записи информации. Заметно быстрее он «перевариваривает» и паттерны Iometer, как раз имитирующие работу различных серверов.

Методика подразумевает использование приложения Iometer в течение определенного времени. За этот период буфер объемом 128 Мбайт не успевает заполниться полностью. Поэтому продемонстрированное время отклика пропорционально производительности двигателя жесткого диска.

Большое число пластин не означает, что винчестер должен сильно нагреваться. Как ни странно, у обоих жестких дисков самыми горячими элементами оказались чипы управляющей логики. Металлические корпуса не прогрелись и до 40 градусов Цельсия.

Вывод

Технология SMR, а также использование гелия в качестве изолирующего вещества совершили в 2014-2015 годах настоящий технологический прорыв! За очень короткий срок был совершен серьезный скачок от появления первых жестких дисков объемом 6 Тбайт до моделей емкостью 8 Тбайт и даже 10 Тбайт. Да, SMR-устройства не могут похвастать высокой производительностью даже на фоне «обычных» механических накопителей. Однако, как я уже сказал ранее, главное в любом HDD — это объем, а также его удельная стоимость. В этом плане ни один ныне существующий твердотельный накопитель не может составить конкуренцию.

Ultrastar He8 и Archive HDD достаточно заметно отличаются друг от друга. Да, оба этих устройства могут похвастать 8 Тбайт, однако модель от HGST — это все же закоренелый серверный боец, предназначенный для решения сложных корпоративных задач и работающий по классической перпендикулярной записи. Внушают оптимизм 5-летняя гарантия и заявленный показатель MTBF в размере 2,5 млн часов. Однако при этом Ultrastar He8 имеет очень высокую стоимость. Заметно выше, чем у Archive HDD. Несмотря на свою явно корпоративную направленность, этот жесткий диск вполне может быть использован и в обычном персональном компьютере. По сути, аналогов на сегодняшний день ему нет.

Seagate сразу же определилась с назначением Archive HDD — использование в облачных хранилищах. Само название линейки подразумевает хранение архивных данных. То есть, когда сценарий использования подразумевает частое обращение к уже записанном данным. Таковы реалии технологии SMR. Однако сама компания не противится использованию Archive HDD в качестве основного диска компьютерной системы. Паттерн не самый удачный, поэтому, если и использовать ST8000AS0002 в домашних условиях, то лучше в качестве «свалки» всевозможных медиаданных, периодически пополняющихся, но с частыми обращениями к ним.

Что ж, уже в этом году HGST и Seagate представят коммерческие версии жестких дисков объемом 10 Тбайт. Тем самым будет преодолена очередная психологическая отметка. Это кажется невероятным, но ведь относительно недавно мы точно также удивлялись и поражались появлению первых терабайтных винчестеров. А сегодня HDD на 1-2 Тбайт считается нормой.

Жесткие диски HGST Ultrastar He8 и Seagate Archive HDD получают награду «Инновации».