Обзор жесткого диска Western Digital Se с увеличенным буфером: борьба за место в NAS

Не так давно мы протестировали жесткий диск Enterprise Capacity 3.5 v3 (ST1000NM0033) компании Seagate, отличительной особенностью которого являлся кеш объемом 128 Мбайт. Прямой конкурент, компания Western Digital, более года не имел в своем модельном ряду схожих решений, но не так давно линейка накопителей WD Se пополнилась терабайтным жестким диском WD1002F9YZ, оснащенным 128-мегабайтным буфером.

Анонс данного накопителя примечателен по нескольким причинам. Во-первых, жесткий диск Western Digital WD1002F9YZ с 128-мегабайтным буфером вышел с большим запозданием — по факту жесткие диски Seagate Enterprise Capacity 3.5 более года являлись единственными решениями с таким емким кешем. Во-вторых, Western Digital Se не изменил своего кодового имени, то есть по коду WD1002F9YZ доступны и «старые» версии с буфером на 64 Мбайт, и новые, с более емким буфером. А поскольку на складах запас «старичков» весьма велик, то необходимо уточнять емкость кеша при заказе. В-третьих, Western Digital оснастила 128-мегабайтным буфером лишь самую младшую — терабайтную — модель в линейке Se, предназначенную для NAS, и это наводит на мысль, что оснащение жестких дисков кешем большего объема носит экспериментальный характер — а на чем тестировать, как не на самой младшей модели? Также косвенным подтверждением данного предположения является наличие лишь одной модификации жесткого диска WD1002F9YZ, которая предполагает интерфейс SATA, отсутствие шифрования и объем в 1 Тбайт — в то время как у конкурента терабайтная модель Enterprise Capacity 3.5 v3 доступна в пяти модификациях (к слову, совсем недавно Seagate обновила данную линейку до v4).

Проверить это предположение об экспериментальном выпуске и сырости прошивки можно опытным путем. Если накопитель не экспериментальный и не сырой, то его производительность должна быть не ниже, чем у дисков линейки WD Se с 64-мегабайтным буфером. Это мы и выясним в рамках тестирования.

⇡#Линейка WD Se

Линейка WD Se предназначена для сетевых хранилищ данных и горизонтально масштабируемых архитектур и представлена четырьмя жесткими дисками с интерфейсом SATA 3.0 и емкостью 1, 2, 3 и 4 Тбайт.

В целом самым выгодным решением в линейке является почти топовый накопитель WD3000F9YZ с емкостью 3 Тбайт — он показывает наилучшее соотношение «стоимость — объем», а сегодняшний герой является самым невыгодным, показывая наиболее высокую стоимость гигабайта. Но не стоит забывать про вдвое больший кеш, ради которого мы все тут и собрались.

⇡#Внешний вид

Жесткий диск, как и большинство других накопителей, поставляется в антистатическом пакетике. Внешне — диск как диск, ничего необычного.

Печатная плата у WD Se, в отличие от накопителя Seagate, весьма компактна, а между ней и корпусом — также в отличие от конкурента — нет поролоновой прокладки.

Интерфейсная панель HDD вполне стандартна.

⇡#Технологии и особенности конструкции

Dual processor («два процессора»)

Для обеспечения высокого быстродействия жесткого диска применяются два процессора.

Dynamic fly height technology («динамическое управление высотой полета головок»)

Для достижения максимальной надежности высота полета каждой из головок чтения-записи корректируется в реальном времени.

RAFF (защита от вибрации)

Технология RAFF нового поколения предусматривает применение сложных электронных схем для слежения за работой накопителя и одновременной корректировки как линейной, так и угловой вибрации в реальном времени.

Dual actuator technology («двухприводная система позиционирования головок»)

Система позиционирования головок с двумя приводами, отличающаяся повышенной точностью размещения блока головок над дорожками дисков.

Stable Trac

Вал электродвигателя закреплен с обоих концов, что позволяет уменьшить влияние внешней вибрации и стабилизировать вращение пластин, благодаря чему достигается точное позиционирование блока головок во время операций чтения и записи.

Multi-axis shock sensor («многоосный датчик сотрясения»)

Автоматически обнаруживает едва уловимые сотрясения и компенсирует их с целью защиты данных.

TLER («технология устранения ошибок с ограничением по времени для работы в RAID-массивах»)

Данная технология предотвращает выпадение накопителей из RAID-массивов, вызываемое большой продолжительностью процесса устранения ошибок.

NoTouch ramp load technology («технология парковки»)

Записывающая головка ни при каких обстоятельствах не соприкасается с поверхностью диска, что способствует значительному уменьшению износа головок и дисков, а также более надежной защите накопителей в процессе их перевозки.

Advanced Format

Жесткие диски с Advanced Format имеют размер физического сектора 4 Кбайт, тогда как традиционный размер составляет 512 байт. Использование больших секторов позволяет поднять объем жесткого диска за счет повышения эффективности форматирования.

Thermal extended burn-in test («продолжительные испытания на отказ при различных температурах»)

Для обеспечения надежной работы каждый накопитель проходит продолжительные испытания на отказ при различных температурах.

⇡#WD Se (1002F9YZ) vs Seagate Enterprise Capacity 3.5 (ST1000NM0033)

Основным конкурентом WD Se 1002F9YZ стоит считать Seagate Enterprise Capacity 3.5 ST1000NM0033 как наиболее близкий по техническим характеристикам и позиционированию жесткий диск: объемы накопителей одинаковые — 1 Тбайт; кеш-память — 128 Мбайт; позиционирование обоих накопителей — для NAS и горизонтально масштабируемых архитектур; скорость вращения шпинделя — 7200 оборотов в минуту; наконец, стоимость обоих решений тоже примерно одинаковая. Казалось бы, перед нами одинаковые жесткие диски, но это не так — есть различия: так, например, Western Digital использует технологию Advanced Format, то есть размер физического сектора у него равен 4 Кбайт, а у Seagate — 512 байт.

В процессе изучения таблицы можно понять, что по техническим характеристикам устройство компании Seagate смотрится более внушительно — здесь и почти вдвое больший ресурс наработки на отказ, и меньшая стоимость одного гигабайта, и более широкий выбор модификаций — SATA/SAS-интерфейсы, шифрование, FIPS-шифрование. Также стоит отметить, что жесткие диски Seagate с буфером 128 Мбайт на рынке присутствуют больше года, то есть прошивка отлажена, в то время как накопитель Western Digital появился совсем недавно и поэтому может не раскрыть своего потенциала в силу сырости прошивки. Но это всё, так сказать, на бумаге — ну а мы проверим на практике, кто займет лидирующую позицию, показав самую большую производительность.

⇡#Методика тестирования

Iometer 1.1.0 RC1

Последовательное чтение/запись данных блоками от 512 байт до 2 Мбайт и глубиной очереди запросов 4 (типичная глубина для десктопных задач). Проба теста с блоками каждого размера продолжается в течение 30 с. В результате получается график зависимости скорости передачи данных от размера блока. Тест с блоками каждого размера продолжается в течение одной минуты, поэтому полученные результаты справедливы лишь для доступа к данным в «начале» диска.

Произвольное чтение/запись данных во всем объеме диска блоками от 512 байт до 2 Мбайт и глубиной очереди запросов 4. Проба теста с блоками каждого размера продолжается в течение 30 секунд. Границы блоков выравниваются относительно линейки с шагом 4 Кбайт.

Время отклика. Выполняется произвольное чтение/запись данных во всем объеме диска блоками по 512 байт и глубиной очереди запросов 4. Так как тест идет в течение 10 минут, дисковый буфер заполняется, что дает возможность оценить устоявшееся время отклика накопителя. Блоки данных также выровнены относительно 4-килобайтной разметки.

Многопоточная нагрузка. С диском одновременно работают от одной до четырех копий утилиты, генерирующей нагрузку (workers, в терминологии Iometer). Каждый worker выполняет последовательное чтение/запись блоков по 64 Кбайт с глубиной очереди запросов 1. Worker’ы имеют доступ к непересекающимся адресным пространствам объемом по 100 Гбайт, которые расположены в объеме диска вплотную друг к другу, начиная с нулевого сектора. Измеряется совокупная производительность всех worker’ов.

⇡#PCMark 7

Синтетический тест, эмулирующий нагрузку реальных приложений и различные паттерны использования ресурсов ПК. Бенчмарк установлен на основном накопителе стенда. На тестируемом накопителе создается единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объем, и в PCMark 7 проводится тест SecondaryStorage. В качестве результатов теста учитывается как итоговый балл, так и скорость выполнения отдельных субтестов.

⇡#CrystalDiskMark 3.0.3 x64

Бенчмарк установлен на основном накопителе стенда. На тестируемом накопителе создается единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объем. Запускаются все тесты три раза: Seq, 512K, 4K, 4KQD32. Тестирование проводится с разным объемом задачи: 50, 100 и 500 Мбайт.

⇡#Тестовый стенд

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой SuperMicro X10SAE, процессором Intel Xeon E3-1245v3 и 32 Гбайт RAM DDR3 ECC 1600 МГц. Тестируемый диск подключается к контроллеру, встроенному в чипсет материнской платы, и работает в режиме AHCI. Операционная система — Windows 7 SP1 Максимальная x64.

Объем и скорость передачи данных в бенчмарках указываются в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт).

⇡#Участники тестирования

• Western Digital Se 1 Тбайт (WD1002F9YZ)
• Seagate Enterprise Capacity 3.5 1 Тбайт (ST1000NM0033)
• Western Digital Se 4 Тбайт (WD4000F9YZ)
• Seagate NAS 4 Тбайт (ST4000VN000)
• Western Digital RE 4 Тбайт (WD4000FYYZ)
• HGST Deskstar 7K4000 4 Тбайт (HDS724040ALE640)
• Western Digital Velociraptor 1 Тбайт (WD1000DHTZ)

⇡#Производительность, Iometer

Последовательное чтение и запись

Тест скорости последовательного чтения наглядно показывает плюсы и минусы Advanced Format: при чтении маленькими блоками (до 4 Кбайт) жесткий диск Seagate ST1000NM0033 значительно превосходит конкурента, а на блоках свыше 4 Кбайт ситуация диаметрально меняется — Western Digital WD1002F9YZ показывает на 6% большую производительность. Стоит заметить, что накопитель WD Se с емкостью буфера 128 Мбайт (WD1002F9YZ) показывает на 9% большую скорость, чем собрат WD Se с 64-мегабайтным кешем (WD4000F9YZ).

При последовательном чтении ситуация в целом не меняется — на малых блоках накопитель Seagate ST1000NM0033 является бесспорным лидером, а на больших жесткий диск WD не только опережает конкурента, но и наступает на пятки «Велоцираптору» со скоростью вращения шпинделя 10 000 оборотов в минуту. Если же сравнивать между собой жесткие диски серии WD Se, то 128-мегабайтный буфер положительно сказывается на производительности WD1002F9YZ, давая ему 9%-ю прибавку к скорости.

Устоявшееся время отклика

В данном субтесте новый жесткий диск WD1002F9YZ выступил значительно хуже конкурента: если накопитель ST1000NM0033 демонстрировал рекордно низкие задержки, то винчестер WD1002F9YZ показал рекордно высокую задержку при записи — почти 39 мс. Если посмотреть на однокашника — WD Se 4 Тбайт — и примерно равные задержки при чтении, можно лишь сказать, что огромное время отклика при записи, скорее всего, связан с сырой прошивкой.

Произвольное чтение

При произвольном чтении противостояние накопителей с 128-мегабайтным кешем завершается победой Seagate — в зависимости от размера блоков ST1000NM0033 опережает конкурента на 5-15%. Увеличение буфера вдвое практически никак не отражается на производительности накопителей линейки WD Se — оба накопителя показывают схожую производительность.

В отличие от Seagate Enterprise Capacity 3.5, накопитель WD Se не демонстрирует впечатляющего показателя IOPS и отстает от конкурента на 15% — также стоит заметить, что он отстает даже от WD Re. Что касается объема буфера, то его увеличение позволяет поднять планку производительности в среднем на 4%.

Произвольная запись

Тест скорости произвольной записи отдает предпочтение накопителю Seagate Enterprise Capacity 3.5, который опережает конкурента в среднем на 10% на блоках свыше 4 Кбайт — на малых блоках, как и положено, Advanced Format на порядок снижает производительность WD Se. Стоит заметить, что блоки объемом 2 Мбайт вызывают затруднения у WD Se c 128-мегабайтным кешем, чего не скажешь про 64-мегабайтную версию, которая не имеет провала скорости. Сырая прошивка?

Если результаты теста производительности операций ввода/вывода накопителя Seagate Enterprise Capacity 3.5 радуют глаз, показывая максимальную производительность среди дисков со скоростью вращения шпинделя 7200 оборотов в минуту, то результаты WD1002F9YZ противоположные — на малых блоках (до 4 Кбайт) накопитель показывает самые низкие результаты из всех, затем, с увеличением размера блоков, он обходит «дескстар» и Seagate NAS, но прямого конкурента догнать не получается. Стоит заметить, что собрат WD Se с 64-мегабайтным буфером показывает большую скорость, что косвенно опять говорит о сырости прошивки WD1002F9YZ.

Многопоточное чтение

Субтест многопоточного чтения удивляет — накопитель WD Se емкостью 1 Тбайт показывает наивысшую производительность среди однокашников, причем стоит заметить, что по поведению он схож с Velociraptor, скорость вращения шпинделя которого составляет 10 000 оборотов в минуту, — отсутствует сильный провал производительности при увеличении потоков до двух. Очевидно, емкий кеш позволяет грамотно кешировать запросы — ведь WD Se с 64-мегабайтным буфером ведет себя как все остальные диски, показывая провал при переходе к двум потокам. В данном субтесте победа однозначно за WD.

Многопоточная запись

В субтесте многопоточной записи накопитель WD1002F9YZ не показывает таких чудес, как при чтении, — отставание от конкурента в среднем составляет около 5-8%. Стоит заметить, что поведение накопителей серии WD Se с разным объемом кеша различается: при одном потоке скорость выше у накопителя с 64-мегабайтным буфером, а при многопоточной нагрузке — с 128 мегабайтами кеша.

PCMark 7

В общем зачете накопитель WD1002F9YZ показал на 5% меньшую производительность, чем прямой конкурент — ST1000NM0033, при этом стоит обратить внимание, что модель с 64-мегабайтным буфером показала еще на 5% меньшую производительность, чем герой сегодняшнего теста.

Разбирая детально результаты тестирования, мы можем выделить те дисциплины, в которых каждый из накопителей одерживает победу над другим. Накопитель WD1002F9YZ компании Western Digital вырвался вперед лишь в субтестах Adding Music и Windows Defender, в остальных заданиях он проигрывает прямому конкуренту, ST1000NM0033.

CrystalDiskMark

Как в случае с накопителем Seagate Enterprise Capacity 3.5, винчестер WD Se 1 Тбайт показывает высокую эффективность кеширования при операциях последовательного чтения, а также при чтении блоками по 512 Кбайт при условии, что объем задачи значительно меньше емкости буфера — 50 Мбайт против 128.

Увеличение объема задачи до 100 Мбайт не снижает скорости последовательного чтения и блоками по 512 Кбайт — правильно, ведь объем задачи всё еще меньше емкости кеша.

Увеличение объема задачи до 500 Мбайт вдвое снижает скорость последовательного чтения и впятеро — блоками по 512 Кбайт. Объем задачи значительно превышает емкость кеша — почти в четыре раза, и вот результат.

⇡#Выводы

В целом накопитель WD1002F9YZ получился весьма производительным: он показывает сопоставимую с результатами конкурента, Seagate ST1000NM0033, скорость, пусть даже и проигрывает в большинстве тестов: сильной стороной накопителя WD Se относительно конкурента является последовательное чтение и запись большими блоками, а также многопоточное чтение; слабой — произвольное чтение и запись, многопоточная запись, а также Advanced Format, из-за которого любые операции с малыми блоками (до 4 Кбайт) имеют крайне низкую скорость.

Если говорить о качестве прошивки, то следует отметить крайне высокое время отклика на запись у модели с 128-мегабайтным буфером, чего не скажешь про модель с вдвое меньшим кешем. Также следует отметить провалы производительности относительно модели с 64-мегабайтным буфером при произвольной записи. В общем, проблемы в прошивке есть, и ее надо дописывать. Это вполне объясняет появление емкого буфера лишь на младшей модели.

Что касается сравнения накопителей WD Se с разным объемом буфера, то 128-мегабайтный кеш позволяет поднять производительность в ряде тестов, а, например, в тесте многопоточного чтения — избавиться от сильно выраженных провалов производительности с ростом количества потоков.

Обобщая вышесказанное: противостояние накопителей с буфером 128 Мбайт удалось — накопители показывают сравнимую производительность, а возможно, винчестеру WD1002F9YZ получится еще и подтянуть свои результаты после обновления прошивки. Но в корпоративном сегменте важна не только производительность накопителя, но и его надежность — в таком ракурсе Seagate выглядит более привлекательно: здесь и почти вдвое большее количество часов наработки на отказ, и более низкая стоимость гигабайта, и широкий выбор модификаций, позволяющих подобрать как интерфейс SATA/SAS, так и наличие/отсутствие шифрования или вовсе шифрование по стандарту FIPS 140-2. Таким образом, по совокупности всех параметров корпоративные решения Seagate выглядят более привлекательными — как итог, в борьбе за корпоративный рынок жестких дисков с емкостью буфера 128 Мбайт, предназначенных для NAS, победителем выходит Seagate Enterprise Capacity 3.5.