Обзор жесткого диска Toshiba N300: первый HDD Toshiba для NAS

В последние годы магнитные накопители Toshiba редко становились поводом для новостей. Несмотря на достижения компании в сегменте высокопроизводительных серверных HDD, в форм-факторе 3,5 дюйма жесткие диски Toshiba к рубежу 2016–2017 годов все еще не преодолели отметку в 8 Тбайт и не используют гелий, в то время как конкуренты уже достигли такого объема и в вентилируемом корпусе.

Однако Toshiba наращивает активность в этой области — как в рыночном, так и в технологическом отношении. Судя по недавнему отчету, компания увеличила свою долю в мировых поставках жестких дисков с 15 до 24% в период между вторым кварталом 2015 г и четвертым кварталом 2016 г. В то же время ее ассортимент потребительских HDD пополнилось новыми устройствами: для настольных компьютеров — диски Toshiba X300, для NAS — розничная серия N300 и аналогичные B2B-модели с номерами MNMN04ACA***/MN05ACA***.

X300 и N300 являются «коробочными» продуктами, ориентированными на розничный рынок, и основаны на оригинальной платформе, разработанной в стенах Toshiba — в отличие, например, от выпущенных ранее моделей E300 и P300, в которых используется механика HGST. А благодаря повышенной плотности записи диски N300 и MN05ACA*** доступны в объеме вплоть до 8 Тбайт, что на данный момент является технологическим пределом для коммерческих HDD в вентилируемом корпусе со стандартной технологией перпендикулярной магнитной записи.

⇡#Технические характеристики, комплект поставки, цены

Серия Toshiba N300 включает три модели жестких дисков объемом 4, 6 и 8 Тбайт. Если конкурирующие производители предлагают два класса накопителей для NAS, различающиеся быстродействием и набором средств защиты от сбоев, все диски N300 (как и MNMN04ACA***/MN05ACA***) в основе своей являются серверными HDD. Об этом говорит скорость вращения шпинделя 7200 об/мин и функция компенсации вращательной вибрации, которая позволяет устанавливать в один корпус вплоть до восьми жестких дисков. Из прочих аппаратных особенностей отметим крепление шпинделя с двух концов и двухступенчатую конструкцию актуатора (последнее — практически обязательный элемент для современных высокопроизводительных HDD).

Но, несмотря на продвинутую механику дисков и обязательную для данного сценария использования возможность работы в режиме 24 × 7, по характеристикам отказоустойчивости N300 относится к потребительскому классу: время наработки на отказ составляет 1 млн часов (а не 2 млн, как в корпоративных HDD) и гарантийный срок — 3 года (а не 5 лет). Впрочем, эти параметры говорят не столько о совершенстве механики диска, сколько о том, как придирчиво устройства тестируют перед продажей.

* По данным market.yandex на 28.03.2017

Производители жестких дисков в последние годы редко сообщают о количестве пластин и плотности записи в своих устройствах, и серия N300 не стала исключением. К счастью, по заявленной скорости линейного чтения/записи можно с уверенностью вычислить эти параметры. Модели объемом 6 и 8 Тбайт, очевидно, комплектуются пластинами полезной емкостью 1200 и 1333 Гбайт соответственно с длиной сектора в 4 Кбайт (Advanced Format).

Младший N300 объемом 4 Тбайт имеет 512-битную разметку, как бы странно это ни было для сравнительно «крупного» жесткого диска в 2017 году. Заметим, что OEM-версия накопителя (MN04ACA400) поставляется в двух вариантах — как с Advanced Format, так и с 512-байтовыми секторами. Если учесть, что AF увеличивает полезную плотность записи на 9,7%, мы не ошибемся, предположив, что N300 на 4 Тбайт оснащается пластинами с такой же физической плотностью данных, как в модели на 6 Тбайт. Из-за «старой» разметки N300 немного потерял в скорости последовательного чтения/записи, как видно и по спецификациям, зато ему обеспечена предсказуемая производительность при записи блоков, не выровненных по сетке 4 Кбайт.

Toshiba N300 4 Тбайт (HDWQ140EZSTA)

⇡#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 глубины очереди запросов. 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.

⇡#Участники тестирования

Для сравнения с Toshiba N300 мы выбрали несколько жестких дисков для домашних NAS и серверов, которые побывали в тестовой лаборатории 3DNews за последние три года. Участники теста комплектуются пластинами полезной емкостью от 0,8 до 1,333 Тбайт в вентилируемом корпусе и от 1,333 до 1,429 Тбайт — в герметичном корпусе с гелием (HGST Ultrastar He8 и Seagate Enterprise Capacity 3.5 HDD). Скорость вращения шпинделя у соперников N300 составляет 5400, 5900 и 7200 об/мин.

• HGST Deskstar NAS 4 Тбайт (HDN724040ALE640);
• HGST Ultrastar He8 8 Тбайт (HUH728080ALE600);
• Seagate NAS HDD 4 Тбайт (ST4000VN000);
• Toshiba N300 4 Тбайт (HDWQ140EZSTA);
• WD Purple 6 Тбайт (WD60PURX);
• WD Red Pro 4 Тбайт (WD4001FFSX);

• Seagate Enterprise Capacity 3.5 HDD (Helium) 10 Тбайт (ST10000NM0086);
• Seagate Enterprise NAS HDD 6 Тбайт (ST6000VN0001);

• Seagate NAS HDD 8 Тбайт (ST8000VN0002).

⇡#Производительность, основные тесты

Последовательное чтение/запись

Скорость последовательного чтения/записи блоков у Toshiba N300 точно соответствует заявленному уровню в 200 Мбайт/с. Среди участников тестирования, имеющих скорость вращения шпинделя 7200 об/мин, быстродействие в этом тесте практически линейно зависит от плотности записи. N300 объемом 4 Тбайт существенно уступает соперникам, оснащенным более емкими пластинами, однако заведомо превосходит любые современные пятитысячники.

Произвольное чтение/запись

По скорости произвольного чтения N300 успешно соревнуется с HDD, построенными на более емких пластинах, а в скорости записи уступает лишь дискам HGST, имеющим media cache — систему кеширующих зон, распределенных по поверхности пластин.

⇡#Производительность, расширенный анализ

Устоявшееся время отклика

В тесте на чтение 512-байтовых блоков с единичной глубиной очереди запросов результаты зависят прежде всего от механики HDD, а не от плотности записи и логики работы с данными в прошивке контроллера. Toshiba N300 принадлежит один из лучших результатов среди дисков со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин в этом тесте.

В общем случае, при записи мелких блоков решающее значение имеет объем и пропускная способность буфера. Toshiba N300 уверенно занимает первое место среди участников теста, но, очевидно, по другой причине — из-за размера сектора в 512 байт, в то время как остальные накопители с разметкой по 4 Кбайт вынуждены предварительно считывать весь сектор при запросе на запись блока меньшего размера.

Зависимость пропускной способности от длины очереди команд

При длинной очереди команд жесткий диск работает тем быстрее, чем более эффективно контроллер пользуется возможностями NCQ. Toshiba N300 вновь показал один из лучших результатов среди участвующих в тесте HDD для NAS.

Смешанное чтение/запись

Производительность при интенсивной смешанной нагрузке зависит от логики контроллера, недостатки которой могут свести на нет любые аппаратные достоинства накопителя. Увы, именно это произошло с Toshiba N300.

Многопоточное чтение/запись

Этот тест также оценивает логику контроллера HDD. При одновременном чтении из четырех непересекающихся адресных пространств диск либо равномерно распределяет действия актуатора между несколькими потоками команд (что дает наименьшее совокупное быстродействие), либо выбирает один-два приоритетных потока и жертвует тремя остальными (максимальный совокупный результат). Лишь редкие модели при многопоточной записи задействуют NCQ и в результате достигают высокой скорости во всех потоках одновременно.

Toshiba N300 действует по первому сценарию, и притом чрезвычайно неэффективно — даже по сравнению с другими жесткими дисками, демонстрирующими такой паттерн многопоточного чтения.

При многопоточной записи ведущую роль играет объем и характер использования буфера. В этом N300 проявил себя довольно посредственно, хотя стоит сделать скидку на меньшую, чем у некоторых соперников, плотность записи. Ведь чем она выше, тем меньше расстояние между зонами объемом 100 Гбайт, в которые ведется запись, а значит — накопитель может быстрее высвобождать данные из буфера.

Постоянство времени отклика

В этом тесте длинная очередь запросов позволяет максимизировать пропускную способность диска по операциям в секунду, но одновременно создает ситуацию, когда время отклика между отправкой запроса с хост-контроллера (а следовательно, постановкой в предельно длинную очередь) и получением результата велико настолько, чтобы разница между его средним значением и пиковым была наиболее выраженной, как и разброс времени отклика.

При чтении блоков Toshiba N300 отличается не только низкими значениями среднего и максимального времени отклика, но и минимальным разбросом задержки. С тестом записи N300 также справился чрезвычайно хорошо, пусть и не может соперничать с диском HGST, у которого есть media cache.

⇡#Производительность, эмулированная нагрузка

Toshiba N300 оказался лидером во всех эмулированных сценариях нагрузки, за исключением веб-сервера. Сказывается и низкое время отклика N300, и разметка 512-байтсекторами.

PCMark 7

В тесте, эмулирующем различные сценарии десктопной нагрузки, N300 также успешно соревнуется даже с HDD, построенными на более емких пластинах.

⇡#Выводы

Специализированные жесткие диски для сетевых хранилищ пользуются заслуженной популярностью благодаря сочетанию доступной цены, с одной стороны, и характеристик, не свойственных обычным десктопным накопителям (гарантия работы в режиме 24 × 7, надежная механика и функции защиты от сбоев), с другой. Серия N300 — первый опыт Toshiba в этой категории, и, судя по результатам тестов младшей модели объемом 4 Тбайт, по ключевым параметрам быстродействия новинка не уступает своим ближайшим конкурентам, а зачастую превосходит и диски с большей плотностью записи.