Групповое тестирование шести жестких дисков объемом 6 Тбайт 2014-2015 годов

Чтобы достигнуть емкости 6 Тбайт в жестком диске формата 3,5 дюйма, от производителей HDD потребовались серьезные усилия. Компании HGST, впервые решившей эту задачу, пришлось наполнить корпус устройства гелием и поместить внутрь семь магнитных пластин. Теперь благодаря возросшей плотности записи «гелиевые» HDD покорили отметку 8 Тбайт, а с применением «черепичной» записи (Shingle Magnetic Recording) стал доступен объем 10 Тбайт (единственным HDD такого рода пока остается HGST Ultrastar Archive Ha10). Но описание работы жестких дисков с гелием и SMR выходит за рамки данной статьи. Лучше почитайте наш обзор HGST He8 вместе с итогами по жестким дискам за 2014 год, где эти темы раскрыты в подробностях.

Большинство жестких дисков из производящихся сегодня не нуждаются в столь изысканных технологиях, чтобы вмещать 6 Тбайт данных (за исключением младшей модели линейки HGST He8, в которой гелиевая атмосфера служит для снижения энергопотребления и нагрева). Они включают либо шесть пластин емкостью 1 Тбайт каждая, либо пять пластин по 1,2 Тбайт. Мы собрали шесть таких накопителей различного назначения, довольно давно присутствующих на рынке. Еще столько же появилось позже, и, когда они попадут к нам в лабораторию, мы выпустим дополнение к данному обзору. А пока познакомимся с участниками первой серии тестирования.

⇡#Участники тестирования

• HGST Ultrastar 7K6000 6 Тбайт (HUS726060ALE614)
• Seagate Enterprise Capacity 3.5 HDD 6 Тбайт (ST6000NM0024)
• Seagate Enterprise NAS HDD 6 Тбайт (ST6000VN0001)
• WD Green 6 Тбайт (WD60EZRX)
• WD Purple 6 Тбайт (WD60PURX)
• WD Red 6 Тбайт (WD60EFRX)

*Цены по данным «Яндекс.Маркета» на 03.08.2015.

⇡#HGST Ultrastar 7K6000 6 Тбайт (HUS726060ALE614)

Поскольку платформа Ultrastar 7K6000 включает пять магнитных пластин, полезная емкость каждой при совокупном объеме 6 Тбайт составляет 1,2 Тбайт. Благодаря этому в сочетании со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин обеспечивается выдающаяся скорость последовательного чтения/записи. Это серверный жесткий диск, который также поставляется в конфигурации с интерфейсом SAS и (опционально) с нативным доступом к 4-килобайтным секторам. Также есть варианты с автоматическим полнодисковым шифрованием.

В моделях линейки Ultrastar 7K6000 применяется так называемый media cache. В нескольких местах на поверхности пластин выделены области, служащие энергонезависимым кешем. Вместо того чтобы нести данные к запрошенному сектору, записывающая головка диска сбрасывает их в ближайшую кеширующую область, а в простое диска они перемещаются на нужное место.

Другая интересная функция – Rebuild Assist (входит в стандарт SATA 3.2) – позволяет ускорить процесс восстановления RAID с избыточностью, в случае если поддерживающий ее HDD дал сбой. При условии, что хотя бы часть данных еще доступна, она считывается с самого сбойного диска, а не восстанавливается из данных других членов массива наряду с безвозвратно утерянными фрагментами.

Ultrastar 7K6000 обладает впечатляющим временем наработки на отказ – 2 млн часов, в то время как у большинства других HDD даже в корпоративном классе этот показатель не превышает 1 млн ч. На диск дается пятилетняя гарантия.

HGST Ultrastar 7K6000 6 Тбайт (HUS726060ALE614)

⇡#Seagate Enterprise Capacity 3.5 HDD 6 Тбайт (ST6000NM0024)

Seagate пока не использует пластин емкостью свыше 1 Тбайт в накопителях со стандартной перпендикулярной магнитной записью. Поэтому данный диск содержит шесть пластин. Чтобы вместить их, инженерам Seagate пришлось модифицировать корпус устройства, и в результате изменилось стандартное расположение монтажных отверстий. Центральный ряд на днище сместился к противоположному краю корпуса, а с боков центральные отверстия убрали вовсе. Из-за этого HDD потерял совместимость со стандартными корзинами в некоторых серверах и NAS.

Как и Ultrastar 7K6000, диски Seagate Enterprise Capacity 3.5 HDD поставляются с интерфейсом SATA либо SAS, имеют опции шифрования и нативного доступа к 4К-секторам. Функция Rebuild Assist (см. выше) реализована в Seagate Enterprise Capacity 3.5 HDD под названием RAID Rebuild. Есть технология активной компенсации проникающих извне вибраций.

По времени наработки на отказ Seagate Enterprise Capacity 3.5 HDD также не уступает конкуренту от HGST. Гарантийный срок – 5 лет.

Seagate Enterprise Capacity 3.5 HDD 6 Тбайт (ST6000NM0024)

⇡#Seagate Enterprise NAS HDD 6 Тбайт (ST6000VN0001)

Этот накопитель по аппаратным характеристикам похож на Seagate Enterprise Capacity 3.5 HDD. Единственные различия: в Enterprise NAS HDD нет поддержки интерфейса SAS и шифрования, нет моделей с нативным доступом к 4К-секторам.

Seagate Enterprise NAS HDD предназначен для установки в отдельно стоящие или работающие в телекоммуникационной стойке NAS на 4-16 слотов. Показатели отказоустойчивости в этой линейке ниже, чем в Seagate Enterprise Capacity 3.5 HDD, но ниже и цена.

Seagate Enterprise NAS HDD 6 Тбайт (ST6000VN0001)

⇡#WD Green 6 Тбайт (WD60EZRX)

Это неторопливый десктопный HDD со скоростью вращения шпинделя около 5400 об/мин и почти вдвое меньшим энергопотреблением по сравнению с серверными винчестерами такого же объема. Однако за счет высокой плотности записи (1,2 Тбайт на пластину) достигается вполне приличная скорость линейного чтения/записи. Одновременно WD Green – самый дешевый из участников тестирования и обладает наименьшим гарантийным сроком (2 года).

WD Green 6 Тбайт (WD60EZRX)

⇡#WD Purple 6 Тбайт (WD60PURX)

Брат-близнец WD Red, предназначенный для записи данных в системах видеонаблюдения. Как WD Red, так и WD Purple рассчитаны на работу в режиме 24/7 и поддерживают ATA Streaming Feature Set – расширение протокола ATA, которое обеспечивает выполнение команд чтения/записи в предсказуемые интервалы времени, что критично для систем видеонаблюдения. Однако в дисках Purple прошивка специально оптимизирована для непрерывной записи потокового видео. Для одного диска гарантируется одновременная запись вплоть до 32 потоков. Когда-то мы посвятили линейке WD Purple отдельный обзор, в котором эти вопросы обсуждаются подробно.

WD Purple 6 Тбайт (WD60PURX)

⇡#WD Red 6 Тбайт (WD60EFRX)

Диски серии WD Red по основным характеристикам дублируют линейку WD Green, но область применения (NAS вплоть до восьми слотов) обусловливает ряд аппаратных и программных особенностей, сближающих WD Red с дисками серверного класса.

Блок магнитных пластин сбалансирован в двух плоскостях для предотвращения вибраций, обеспечены высокие показатели отказоустойчивости и работа в режиме 24/7. Параметры микропрограммы настроены для того, чтобы диск всегда был готов отдать запрошенные данные и не расходовал почем зря ресурс прочности: в бездействии не паркуются головки и не останавливается двигатель HDD. Сокращенный тайм-аут коррекции ошибок (TLER – Time-Limited Error Recovery) предотвращает разрушение RAID, которое может наступить, если диск слишком долго не отвечает хост-контроллеру в попытках получить данные из сбойного сектора.

WD Red 6 Тбайт стоит ненамного дороже аналогичного WD Green, но сопровождается трехлетней гарантией.

WD Red 6 Тбайт (WD60EFRX)

⇡#Методика тестирования

Изолированные тесты производительности

Выполняются с помощью Iometer 1.1.0. Объем и скорость передачи данных указывается в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт). Границы блоков выровнены относительно разметки по 4 Кбайт.

1. Последовательное чтение/запись данных блоками размером 128 Кбайт с глубиной очереди запросов 256.
2. Произвольное чтение/запись блоков от 512 байт до 2 Мбайт с глубиной очереди запросов 256.
3. Смешанное чтение/запись блоков размером 128 Кбайт с глубиной очереди запросов 256. Доля операций чтения и записи варьирует от 0 до 100% с шагом 10%.
4. Зависимость пропускной способности от длины очереди команд. Выполняется чтение блоков размером 4 Кбайт, глубина очереди запросов варьирует от 1 до 256 с шагом степени двойки. Аналогичный тест на запись блоков не проводится, т.к. по этому параметру жесткие диски не различаются.
5. Устоявшееся время отклика. Выполняется произвольное чтение/запись блоков размером 512 байт с глубиной очереди запросов 1. Тест продолжается в течение 10 мин.
6. Постоянство времени отклика. Выполняется произвольное чтение/запись блоков размером 4 Кбайт с глубиной очереди запросов 256. Для каждого отрезка теста продолжительностью 1 с записывается среднее и максимальное значение времени отклика, на основании которых вычисляются: а) средние значения обоих показателей; б) стандартное отклонение среднего времени отклика.
7. Многопоточное чтение/запись. Создаются четыре потока, выполняющие последовательное чтение/запись блоков размером 64 Кбайт с глубиной очереди запросов 1. Потоки имеют доступ к непересекающимся адресным пространствам объемом 100 Гбайт, которые расположены в объеме диска вплотную друг к другу, начиная с нулевого сектора. Измеряется совокупная пропускная способность всех потоков, а также каждого из них в отдельности.

Тесты с эмулированной нагрузкой

1. В Iometer 1.1.0. Объем и скорость передачи данных указывается в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт). Границы блоков выровнены относительно разметки по 4 Кбайт. Глубина очереди команд – 256.

2. PCMark 7 (Secondary Storage). На тестируемом накопителе создается единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объем. В результатах учитывается а) итоговый балл теста; б) пропускная способность в отдельных субтестах.

⇡#Тестовый стенд

Тестируемый накопитель подключается к контроллеру, встроенному в чипсет материнской платы, и работает в режиме AHCI.

⇡#Производительность, основные тесты

Последовательное чтение/запись

• Результаты предсказуемо распределились в соответствии с плотностью записи и скоростью вращения шпинделя участников тестирования.
• HGST Ultrastar 7K6000 обладает непревзойденной производительностью – на уровне 10- и 15-тысячников формата 2,5 дюйма. Однако и диски Seagate ненамного отстали от лидера.
• Представленные диски WD в сравнении с серверными HDD медлительны и практически не отличаются друг от друга по скорости линейного чтения/записи.

Произвольное чтение/запись

• Энергоэкономичные диски WD не могут противостоять триаде серверных накопителей HGST и Seagate, среди которых выдляется HGST Ultrastar 7K6000 в тесте на запись блоков – это тот самый media cache в действии.
• Из трех похожих моделей Western Digital WD Red считывает блоки аномально медленно. Как мы увидим позже, это происходит из-за того, что Red не может нарастить производительность за счет длины очереди команд, как это делают WD Purple и WD Green. Мы повторили тест, чтобы исключить ошибку с нашей стороны, и воспроизвели тот же результат. Ничего не изменилось и после того, как мы взяли другой экземпляр с такой же версией прошивки.

⇡#Производительность, расширенный анализ

Устоявшееся время отклика

• Продвинутая механика корпоративных HDD обеспечивает наименьшее среднее время доступа к сектору при запросе на чтение, а эффективная работа с буфером позволяет сократить его при случайной записи даже при условиях бомбардировки запросами в течение 10 минут.
• WD Red опять повел себя странно: среднее время доступа при записи, напротив, аномально выше, чем при чтении.

Смешанное чтение/запись

• Хотя три серверных HDD обладают схожими характеристиками при соотношении операций чтения и записи 100/0% либо наоборот, HGST Ultrastar 7K6000 обеспечивает более высокую производительность в большинстве промежуточных точек.
• В группе родственных дисков WD «красный» в очередной раз проявил себя с нелучшей стороны, хотя разница по отношению к WD Green и WD Purple не критически велика.

Зависимость пропускной способности от длины очереди команд

• Тестирование данного набора HDD подтверждает известную закономерность: накопители серверного класса активнее набирают скорость при увеличении длины очереди команд.
• Здесь же мы видим причину неудач WD Red в тесте произвольного чтения: от длины очереди команд быстродействие этого диска практически не зависит.

Многопоточное чтение

• Диски WD увеличивают суммарную пропускную способность, сокращая ресурсы, выделяемые одному из четырех потоков. WD Red еще и умудряется делать это без чрезмерной диспропорции между потоками.

Многопоточная запись

• За счет буфера жесткий диск может в равной степени обслуживать несколько потоков записи, но Seagate NAS NDD эта задача дается легче, чем продуктам WD.
• Seagate Enterprise Capacity 3.5 HDD демонстрирует необычное поведение, сконцентрировав большую часть усилий на одном потоке в ущерб остальным, хотя в предыдущем тесте, наоборот, производил чтение потоков с равной скоростью.

Постоянство времени отклика: среднее/максимальное

• Здесь никаких сюрпризов. Участники теста выстроились по среднему времени отклика в том же порядке, что и по максимальному.

Постоянство времени отклика: разброс

• HGST Ultrastar 7K6000 обладает высокой производительностью при записи блоков благодаря пресловутому media cache.
• В тесте на чтение корпоративные HDD одинаково хороши.
• Среди дисков WD модель Purple несколько отстает от своих собратьев при записи блоков, а Red провалился при чтении.

Производительность, эмулированная нагрузка

• Нет ничего удивительного в том, что корпоративные HDD лучше всего справляются с задачами такого рода. В особенности HGST Ultrastar 7K6000, вырвавшийся вперед в тестах «база данных» и «файловый сервер».
• Против WD Red сыграли все недостатки, проявившиеся ранее в изолированных бенчмарках различных аспектов быстродействия.

PCMark 7

• Media cache не сыграл для диска HGST большой роли в десктопном бенчмарке. Здесь лидирующие места принадлежат дискам Seagate.
• Представленные накопители WD не могут похвастаться таким же быстродействием, в особенности – злосчастный WD Red.

⇡#Выводы

Среди всех участников тестирования только три корпоративных HDD от Seagate и HGST можно сравнивать как прямых конкурентов. В этой группе HGST Ultrastar 7K6000 является быстрейшим во всех отношениях и в то же время самым дешевым диском. Впрочем, как Seagate Enterprise Capacity 3.5 HDD, так и Enterprise HDD тоже обладают высочайшим уровнем быстродействия для жестких дисков формата 3,5 дюйма. Первый рассчитан на более высокую нагрузку и характеризуется повышенными показателями отказоустойчивости.

Из продуктов Western Digital каждый хорош в своем амплуа. WD Green – самый дешевый диск в данном обзоре, но он не подготовлен к непрерывной эксплуатации и работе в RAID. Для этого следует выбирать WD Red или Purple – благо они ненамного дороже. В расширенном обзоре жестких дисков объемом 2 Тбайт, который будет опубликован в ближайшее время, мы не советуем покупать WD Purple для каких-либо применений, помимо его целевой ниши – систем видеонаблюдения. Среди 6-терабайтников все оказалось наоборот: WD Red довольно странно повел себя в ряде тестов, что по большей части объясняется неспособностью извлечь дополнительную производительность из сколько-нибудь длинной очереди команд. Даже стандартная для десктопа очередь в 4 команды вызывает рост количества операций в секунду на любых HDD, кроме данного Red объемом 6 Тбайт. Однако есть надежда на то, что это дефект «сырой» прошивки присланного нам на тестирование образца.