Тестирование жестких дисков объемом 14–16 Тбайт: не только больше, но и лучше

Технические характеристики участников тестирования, цены

Емкость жестких дисков продолжает увеличиваться, но темпы роста в последние годы неуклонно снижаются. Так, для того, чтобы выпустить первый накопитель емкостью 4 Тбайт после того, как в продаже появились 2-терабайтные HDD, индустрия потратила всего два года, на покорение отметки в 8 Тбайт ушло три, а удвоить объем 3,5-дюймового жесткого диска еще раз удалось лишь за пять лет.

Последний рывок осуществился благодаря целому списку новаторских решений. Сегодня даже такие консерваторы, как Toshiba, которая до последнего отказывалась от гелия, вынуждены выпускать винчестеры в герметичных корпусах, а число пластин на шпинделе увеличилось до девяти штук — хотя когда-то, и долгое время, пять пластин считались разумным пределом. В специфических нишах применяется технология т. н. черепичной записи (SMR, Shingled Magnetic Recording), в рамках которой дорожки секторов на пластине частично перекрываются. И наконец, для того, чтобы сдвинуть предел емкости жесткого диска с 14 до 16 Тбайт без применения SMR, производителям пришлось внедрить одну из перспективных технологий, постепенно сжимающийся список которых мы воспроизводим в ежегодных итоговых статьях, — чтение дорожки несколькими головками одновременно (TDMR, Two-Dimensional Magnetic Recording). Дальнейшее движение рано или поздно потребует и более масштабных изменений в основах работы HDD — таких как подогрев пластины с помощью лазера или микроволн (HAMR/MAMR, Heat/Microwave-Assisted Magnetic Recording) в момент прохождения записывающей головки.

Однако легко заметить, что все описанные приемы направлены в первую очередь на рост плотности записи и увеличение объема на одном шпинделе, хотя у многих из них есть благотворный побочный эффект в виде повышенной скорости линейного чтения и записи данных. По этому параметру современные HDD пробились за границу 250 Мбайт/с и уже сравнимы с ранними потребительскими твердотельными накопителями. Но скорость доступа к случайным секторам магнитных дисков почти не прогрессирует, а в пересчете на объем количество операций за секунду становится лишь меньше. Вместе с тем возникают повышенные требования к отказоустойчивости, ведь чем больше данных хранится на одном шпинделе, тем важнее их не потерять и тем дольше восстанавливать.

Но и на этот вызов у создателей магнитных накопителей нашелся ответ. Мы взяли три жестких диска объемом от 14 до 16 Тбайт, чтобы узнать, как адаптируются технологии 64-летней давности к реалиям 2019 года, и заметили несколько тенденций. Чемпионские образцы современных 3,5-дюймовых винчестеров, произведенные для стоечных серверов и СХД, имеют нечто общее с твердотельными накопителями — от принципов адресации секторов до прямой интеграции flash-микросхем в локальный стек памяти. А потребительские модели, в свою очередь, стали ближе по своим характеристикам к серверным аналогам, и даже описание «десктопный HDD» уже не так много говорит о быстродействии и надежности устройства. Но задача этого обзора не сводится к общим словам. Мы намерены выяснить, как новые веяния в конструкции жестких дисков выражаются в твердых числах измерений производительности.

⇡#Технические характеристики участников тестирования

Перед тем как мы начнем анализ тестовых результатов, стоит внимательно изучить характеристики устройств, с которыми нам предстоит иметь дело. В этот раз их не настолько много, как обычно бывает в наших групповых тестированиях, но мы выполнили главные условия, без которых сравнение жестких дисков не может претендовать на полноту. В обзоре приняли участие продукты всех трех производителей — Seagate, Toshiba и Western Digital, и они относятся к различным категориям: потребительской и серверной. Главные характеристики, которые их объединяют, — это объем в 14 или 16 Тбайт, герметичный корпус, заполненный гелием, и скорость вращения шпинделя 7200 об/мин. А для сравнения с тяжеловесами в тестировании участвуют три уже знакомых нам устройства меньшего объема (10 и 12 Тбайт), рассчитанные на эксплуатацию в серверах, домашних или офисных NAS.

Первая модель в нашей скромной коллекции жестких дисков нескромного объема — BarraCuda Pro 14 Тбайт — является накопителем для настольных ПК и DAS, но не простым, а «профессиональным». С одной стороны, это значит, что BarraCuda Pro подвержена типичным ограничениям десктопных жестких дисков. Например, она не предназначена для объединения в RAID-массивы, т. к. для этого желательно иметь TLER (Time-Limited Error Recovery) — настройку прошивки, которая предотвращает вылетание HDD из массива из-за длительных попыток микроконтроллера считать проблемный сектор. Вдобавок к этому шасси BarraCuda Pro плохо приспособлено к работе в полке или NAS с несколькими корзинами, ведь в нем нет компенсации вращательной вибрации.

Но с другой стороны, в отличие от большинства других десктопных винчестеров, HDD этой марки располагают увеличенным годичным ресурсом нагрузки — вплоть до 300 Тбайт перезаписи, готовы работать в режиме 24/7 и сопровождаются пятилетней гарантией. На быстродействие наверняка тоже не придется жаловаться (по крайней мере, в задачах с преимущественно линейным доступом к данным): благодаря восьми пластинам по 1,75 Тбайт устройство достигает устойчивой пропускной способности в 250 Мбайт/с. Кроме того, производитель обещает, что и скорость произвольного доступа в BarraCuda Pro должна быть выше по сравнению с обыкновенными дисками для настольных компьютеров, а энергопотребление, напротив, ниже, чем у большинства 3,5-дюймовых моделей. Впрочем, все заявления Seagate мы еще проверим.

Для того чтобы покорить столь высокий рубеж плотности данных в рамках стандартной перпендикулярной записи без применения нишевой технологии SMR (Shingled Magnetic Recording), Seagate пришлось внедрить один из перспективных методов, о которых мы из года в год пишем в наших итоговых статьях, — т. н. двухмерную запись (Two-Dimensional Magnetic Recording). Но вопреки своему названию, TDMR никак не связана с процедурой записи данных как таковой и предназначена для увеличения пропорции сигнал/шум в условиях высокой плотности дорожек на магнитной пластине за счет одновременного чтения дорожки двумя считывающими головками: последние разнесены в пространстве таким образом, что поле захватывает соседние дорожки, и компенсировать интерференцию становится легче. В перспективе винчестеры с TDMR наберут еще больше головок, а вместе с надежностью считывания данных может увеличиться ее скорость, но это пока дело будущего.

Накопители BarraCuda Pro во многом отличаются от родственных устройств младшей серии без приставки Pro — начиная с того, что у всех производителей HDD стандартные десктопные модели застряли в объеме 6–8 Тбайт. Диск BarraCuda Pro скорее можно описать как отпрыска серверной ветки Seagate, который лишен функций, связанных с работой в массивах. Но в результате и цена устройства взлетела на уровень корпоративных моделей, а то и выше: в России 14-терабайтную модель не найти дешевле 34 348 руб., а на розничных площадках США — $549. Даже nearline-модели Seagate такого же объема стоят меньше — от $375 или 28 936 руб.

Seagate BarraCuda Pro 14 Тбайт

Следующий подопытный, 14-терабайтный диск Ultrastar DC HC530, — это накопитель класса nearline, который представлял все лучшее, на что способны инженеры Western Digital, пока не появилась новая модель объемом 16 Тбайт. А в практике 3DNews он стал первым винчестером марки Ultrastar без привычных букв HGST в названии: компания перевела все серверные модели под собственный бренд после того, как активы HGST полностью растворились в объединенной корпорации. В своих ключевых характеристиках это устройство похоже на BarraCuda Pro такого же объема: внутри герметичного корпуса Ultrastar DC HC530 тоже расположены восемь магнитных пластин полезной емкостью 1750 Гбайт, а считывание данных с плотно расположенных дорожек обеспечивает технология TDMR. Но по остальным параметрам и многообразию дополнительных функций, свойственных корпоративным HDD, Ultrastar DC HC530 нельзя поставить на одну доску с десктопными моделями, пусть BarraCuda Pro и не является типичным представителем своей категории.

Так, полезная плотность записи на пластинах BarraCuda Pro и Ultrastar DC HC530 одна и та же, как и скорость вращения шпинделя, но продукт WD гарантирует более высокую устойчивую скорость линейного чтения и записи данных — вплоть до 267 Мбайт/с (непонятно, откуда взялась разница, но тесты покажут, существует ли она на самом деле). Задержки при произвольном доступе помогает снизить двухступенчатый актуатор нового, третьего поколения и крупный буфер объемом 512 Мбайт, а главное, Media Cache — резервные зоны для быстрой записи блоков, разбросанные по поверхности пластин. Последняя особенность роднит современные nearline-диски с твердотельными накопителями, в которых тоже существует переменное соотношение между физическими секторами и логическими блоками. А начиная с 10-терабайтных моделей Ultrastar DC HC330, WD использует для кеширования операций записи еще и небольшой объем флеш-памяти. Заметим, что одновременно с (потенциально) чрезвычайно высоким по меркам магнитных накопителей быстродействием продукт WD отличается умеренной потребляемой мощностью — фактически это устройство с наименьшим энергопотреблением среди всех участников тестирования, если судить по его паспортным параметрам.

Накопители такого класса построены с расчетом на непрерывную эксплуатацию в условиях серверной стойки: двухстороннее крепление шпинделя, компенсация вращательной вибрации — эти и другие конструкционные особенности Ultrastar DC HC530 позволили довести проектную нагрузку диска до 550 Тбайт/год, а время наработки на отказ составляет типичные для nearline-моделей 2,5 млн часов. На случай маловероятного сбоя при обновлении прошивки на плате контроллера распаяна запасная микросхема. Диск поставляется в модификациях с нативным доступом к разметке по 4 Кбайт или эмуляцией 512-байтовых секторов, с интерфейсом SATA или SAS. В последнем случае также доступна опция сквозного шифрования данных.

Розничные цены WD Ultrastar DC HC530 в конфигурации с портом SATA и эмуляцией наследственной 512-байтовой разметки соответствуют передовым характеристикам и технологиям этого устройства: от 27 495 руб. в российских интернет-магазинах и $439 на «Амазоне».

WD Ultrastar DC HC530

Собрать коллекцию винчестеров объемом 14 Тбайт для сравнительного тестирования было непросто, и подходящее устройство третьего производителя — Toshiba — мы так и не смогли заполучить. Зато вместо него нам досталась модель уже следующего поколения, на 16 Тбайт. Сейчас все три компании, производящие жесткие диски, предлагают накопители подобного объема, но именно продукт Toshiba серии MG08 был среди них самым первым. Рекорд японской компании опирается на пластины с примерно, если не в точности такой же физической плотностью записи, как в жестких дисках BarraCuda Pro и Ultrastar на 14 Тбайт, но Toshiba впервые смогла упаковать сразу девять «блинов» в стандартный 3,5-дюймовый корпус. Не обошлось и без технологии TDMR, которая стала неотъемлемым условием для покорения новых рубежей емкости. Пропускная способность Toshiba MG08 в операциях линейного чтения/записи должна быть на уровне WD Ultrastar DC HC530, но, как ни странно, производитель не раскрывает никаких подробностей о быстродействии устройства.

Зато известно, что Toshiba тоже приняла меры для того, чтобы увеличить надежность и одновременно сократить латентность операций записи: микросхема флеш-памяти на борту MG08 в случае аварийного отключения питания позволяет уберечь данные, отправленные хост-контроллером на запись, но, судя по результатам тестов, еще и выполняет функцию второго уровня кеш-памяти после буфера DRAM. Однако эта технология (Persistent Write Cache) фигурирует только в спецификациях дисков с эмуляцией 512-байтовой разметки, которая является дополнительным источником опасности при сбое питания (и в какой-то степени крадет производительность) в силу необходимости выполнять операцию read-modify-write при каждой записи логических блоков, не совпадающих с границами физических секторов. А ведь серия MG08 также включает модели с нативным доступом к 4-килобайтовым секторам. Значит ли это, что последние вовсе лишены флеш-памяти, или с нее всего лишь сняли функцию резервного копирования, нам неизвестно. Но независимо от PWC, Toshiba MG08, да и другие накопители этой фирмы, использует алгоритмы Dynamic Cache, которые, как утверждает производитель, оптимальным образом распределяют пространство буфера между операциями чтения и записи. Какой-либо подробной информацией о них мы тоже не располагаем.

Другими источниками повышенной отказоустойчивости в конструкции Toshiba MG08 выступают крепление шпинделя с двух сторон и датчики вращательной вибрации. Эти диски рассчитаны на запись 550 Тбайт данных в год, обладают стандартным для корпоративных устройств временем наработки на отказ в 2,5 млн часов и пятилетним гарантийным сроком. Для заказа доступны несколько различных конфигураций диска с интерфейсом SATA или SAS и необязательной функцией сквозного шифрования. Однако по цене мы вас сориентировать не можем: 16-терабайтный диск Toshiba был представлен еще в январе, но это по прежнему редкий зверь в розничной продаже.

Toshiba MG08 16 Тбайт

Теперь, когда мы познакомились с тремя главными участниками тестирования, посмотрим на жесткие диски меньшего объема, с которыми нам предстоит сравнить новые 14-16-терабайтные модели. Один из них, Exos X10 объемом 10 Тбайт, представляет собой nearline-накопитель, содержащий семь магнитных пластин в герметичном корпусе. И хотя с тех пор, как полезная емкость пластины выросла с 1429 до 1750 Гбайт и более, скорость последовательного доступа в жестких дисках тоже должна увеличиться, по этому параметру Exos X10 практически не уступает той же BarraCuda Pro на 14 Тбайт согласно спецификациям обоих накопителей. Что-то явно не сходится в спецификациях жестких дисков Seagate, но у нас есть возможность все узнать на практике.

Для того чтобы увеличить скорость операций с произвольным доступом, в серии Exos существует развитый механизм кеширования записи AWC (Advanced Write Caching), снижающий время отклика. В рамках AWC операции записи группируются в буфере DRAM, как происходит в любом другом жестком диске, однако буфер сохраняет копию данных после того, как они сброшены на пластину, и содержимое зеркального буфера может быть немедленно считано хост-контроллером. В серверных жестких дисках Seagate 2,5-дюймового форм-фактора AWC включает следующую по скорости ступень — зарезервированные участки на поверхности пластин, куда данные из DRAM записываются в последовательном порядке (Media Cache), а также небольшой объем энергонезависимой памяти для спасения данных из буфера при аварийном отключении питания. Но в Exos X10 флеш-память отсутствует, а может и Media Cache вместе с ней.

От потребительских винчестеров для настольных компьютеров и NAS диски серии Exos отличаются высокими показателями времени наработки на отказ (2,5 млн часов) и расчетной нагрузки (550 Тбайт/год), возможностью эксплуатации в серверной стойке без ограничения на количество корзин, а также пятилетним сроком гарантийного обслуживания. Жесткий диск с модельным номером ST10000NM0016, доставшийся нам на тест, вдобавок относится к Hyperscale-модификациям, которые обладают пониженным энергопотреблением по сравнению с прочими представителями семейства Exos, но выпускаются только с интерфейсом SATA и эмуляцией 512-байтовых секторов. В конфигурациях с разъемом SAS среди моделей Exos есть варианты и с нативным доступом к 4-килобайтным секторам, а также функцией сквозного полнодискового шифрования.

Seagate Exos X10 10 Тбайт

Жесткий диск Seagate IronWolf не так давно фигурировал в нашем обзоре новых представителей этой марки вместе с твердотельным накопителем Seagate для сетевых хранилищ. 12-терабайтная модель IronWolf, по всей видимости, комплектуется пластинами с такой же физической плотностью разметки, как у Exos X10, только здесь их на одну больше. Однако Seagate оценивает быстродействие своего детища в операциях последовательного чтения и записи намного ниже — всего-навсего в 210 Мбайт/с. И никаких изощренных технологий, направленных на то, чтобы компенсировать высокую латентность отклика, присущую магнитным накопителям, здесь тоже нет.

Зато все жесткие диски IronWolf, начиная с объема в 4 Тбайт, позаимствовали у серии Exos ряд аппаратных особенностей, способствующих повышенной отказоустойчивости. Блок магнитных пластин каждого винчестера сбалансирован в двух плоскостях, а датчики вращательной вибрации обеспечивают стабильную работу в стоечной СХД или отдельно стоящем NAS с числом дисковых корзин вплоть до восьми. IronWolf рассчитан на умеренный режим эксплуатации с проектной нагрузкой 180 Тбайт/год и характеризуется временем наработки на отказ в 1 млн часов. Как следствие, и срок гарантийного обслуживания у IronWolf не такой длинный, как у более серьезных моделей в каталоге Seagate, — три года.

Seagate IronWolf 12 Тбайт

Под маркой S300 японская компания Toshiba выпустила серию накопителей для систем видеонаблюдения — этим винчестерам тоже посвящен собственный обзор на страницах 3DNews. За счет расширения протокола передачи данных ATA Streaming Command Set старшие модели Toshiba S300 гарантируют одновременную запись видео с 64 камер наблюдения, но в своей основе являются типичными накопителями для NAS и DAS с возможностью эксплуатации 24/7 и приличным ресурсом наработки на отказ: как и у IronWolf, он составляет 1 млн часов, а гарантийный срок — те же три года. Благодаря конструктивным достоинствам шасси S300 — креплению шпинделя с двух сторон и активной компенсации вращательной вибрации — допускается установка более чем восьми таких устройств в одну стоечную полку или отдельно стоящий NAS.

Модель S300, избранная для сравнения с новинками объемом 14–16 Тбайт, построена на базе аппаратного шасси серверных дисков MD06ACA-V и содержит семь магнитных пластин, а в спецификациях устройства указана типичная для современных большеобъемных HDD скорость произвольного чтения/записи в 248 Мбайт/с. Но из тех приемов, которые применяются в серверных винчестерах Toshiba для снижения латентности, у S300 осталась только функция Dynamic Cache.

В отличие от всех остальных участников тестирования, S300 даже при плотном стеке из семи пластин обходится без гелия и выполнен в стандартном вентилируемом корпусе. Похоже, именно по этой причине 10-терабайтной модели принадлежит самое высокое значение потребляемой мощности в сводной таблице спецификаций участников тестирования, а этот параметр, хоть сам по себе важен лишь для администраторов дата-центров, непосредственно определяет температуру HDD. Реальное энергопотребление S300 мы еще проверим самостоятельно, но пока возьмем этот пункт на заметку.

Toshiba S300 10 Тбайт

Методика и результаты тестирования. Выводы

⇡#Методика тестирования

Изолированные тесты производительности

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

1. Последовательное чтение/запись данных блоками размером 128 Кбайт с глубиной очереди запросов 32 (SATA) или 256 (SAS).
2. Произвольное чтение/запись блоков от 512 байт до 2 Мбайт с глубиной очереди запросов 32 (SATA) или 256 (SAS).
3. Смешанное чтение/запись блоков размером 128 Кбайт с глубиной очереди запросов 32 (SATA) или 256 (SAS). 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 между жесткими дисками практически нет различий.
5. Время отклика. Выполняется произвольное чтение/запись блоков размером 512 байт с глубиной очереди запросов 1.
6. Постоянство времени отклика. Выполняется произвольное чтение/запись блоков размером 4 Кбайт с глубиной очереди запросов 32 (SATA) или 256 (SAS). В ходе теста с интервалом 1 регистрируются среднее и максимальное значения времени отклика, на основе которых вычисляются: а) средние значения обоих показателей; б) стандартное отклонение среднего времени отклика.
7. Многопоточное чтение/запись. Выполняется последовательное чтение/запись блоков размером 64 Кбайт в четыре потока 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.

Эмуляция приложений

1. Эмуляция рабочих приложений в Iometer 1.1.0. Объем и скорость передачи данных указаны в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт). Границы блоков в операциях произвольной записи выровнены относительно разметки по 4 Кбайт. Глубина очереди команд равна 32 (SATA) или 256 (SAS).

2. PCMark 8 (тест Storage). На тестируемом накопителе создается единственный раздел максимального размера в файловой системе NTFS. В результатах указан итоговый балл теста.

Потребляемая мощность

Регистрируется совокупная потребляемая мощность накопителя по линиям 12 и 5 В при помощи шунтов, измерителей тока Analog Devices AD8211YRJZ-RL7 и осциллографа в различных условиях: а) диск бездействует; б) выполняется произвольное чтение блоков размером 512 байт с глубиной очереди команд 1 в программе Iometer 1.1.0.

Тестовый стенд

⇡#Участники тестирования

• Seagate BarraCuda Pro 14 Тбайт (ST14000DM001);
• Seagate Exos X10 10 Тбайт (ST10000NM0016);
• Seagate IronWolf 12 Тбайт (ST12000VN0007);
• Toshiba MG08 16 Тбайт (MG08ACA16TE);
• Toshiba S300 10 Тбайт (HDWT31AUZSVA);
• WD Ultrastar DC HC530 14 Тбайт (WUH721414ALE6L4).

⇡#Основные тесты производительности

Последовательное чтение/запись

Результаты тестов линейного чтения/записи хорошо отражают рост плотности записи на пластинах HDD, который произошел в последние несколько лет. Пропускная способность вместительных жестких дисков объемом 14–16 Тбайт перевалила за 250 Мбайт/с и достигла уровня 2,5-дюймовых винчестеров со скоростью вращения шпинделя 10 000 об/мин. Тем не менее скоростные показатели магнитных накопителей увеличиваются черепашьими шагами по сравнению со стремительным прогрессом SSD, и преимущество новейших жестких дисков перед старыми 10-терабайтными моделями не превышает 24 Мбайт/с в самом лучшем случае.

Произвольное чтение/запись

Переход от простейшего линейного доступа к более сложной нагрузке сразу выявляет существенные различия в конструкции и логике контроллера различных жестких дисков, причем большой объем уже не гарантирует выдающегося быстродействия. В тесте произвольного чтения, завязанном на механику актуатора, ведут в счете серверные модели — WD Ultrastar DC HC530, Seagate Exos X10 и Toshiba MG08, а остальные HDD (для сетевых хранилищ и десктопов) заметно отстают от группы лидеров.

Да и при записи данных по случайным адресам, когда жесткому диску помогает DRAM-буфер, мы получили схожий результат, но есть несколько важных изменений. Благодаря кеширующим зонам на поверхности пластин и небольшому массиву флеш-памяти Ultrastar DC HC530 развивает просто потрясающую скорость, хотя Toshiba MG08 тоже записывает данные в удвоенном темпе по сравнению со скоростью чтения — похоже, что Toshiba и вправду использует флеш-память не только для подстраховки на случай аварийного отключения питания. Среди оставшихся соперников лучше всего с задачей справились 10-терабайтные Exos X10 и Toshiba S300, а вот у 12-терабайтной модели IronWolf произвольное чтение явно не относится к сильным сторонам.

⇡#Расширенный анализ производительности

Время отклика

Судя по времени отклика, серверные накопители имеют лучшую механику по сравнению со своими аналогами для NAS и настольных компьютеров. При чтении коротких блоков по этому параметру лидирует Ultrastar DC HC530 с обновленным двухступенчатым актуатором, однако Exos X10 и Toshiba S300 тоже трудно перепутать с устройствами попроще.

При записи опять-таки определяющее значение имеет работа с буфером. Тут вне конкуренции модели Ultrastar DC HC530 и Toshiba MG08, а между остальными дисками (включая Exos X10) столь значительных различий уже нет.

Зависимость пропускной способности от длины очереди команд

Все шесть накопителей продемонстрировали практически линейную зависимость между скоростью произвольного чтения и длиной очереди команд. Дистанция между группой серверных HDD и их потребительскими коллегами присутствует не только при высокой нагрузке, но и при типичной десктопной очереди в 1–4 команды и всех промежуточных ситуациях. А если приложение способно насытить очередь из 32 команд, допустимую в интерфейсе SATA, то его пользователь уже в любом случае должен прийти к выводу, что пора переходить на SSD.

Смешанное чтение/запись

Нагрузка, состоящая из случайной смеси операций последовательного чтения и последовательной записи в различных пропорциях, является бенчмарком (одним из двух) в нашей тестовой методике, который то и дело преподносит непредсказуемые результаты — так много в нем зависит не от механики и емкости буфера, а от прошивки микроконтроллера HDD.

Быстродействие любых жестких дисков страдает, когда приходится чередовать чтение и запись, но в различной степени. Так, винчестер BarraCuda Pro объемом 14 Тбайт, который не отличился выдающимися результатами ни в одном из предыдущих тестов, внезапно оказался лучше всех, включая серверные винчестеры. IronWolf тоже выступил на уровне nearline-моделей Exos X10 и Ultrastar DC HC530. А вот у Toshiba MG08 смешанная нагрузка оказалась ахиллесовой пятой, хотя Toshiba S300 переживает ее с еще большими трудностями.

Многопоточное чтение/запись

Вот еще один комплексный тест, результаты которого невозможно предугадать по предыдущим изолированным бенчмаркам. При произвольном чтении в несколько потоков логика микроконтроллера HDD следует одному из двух типичных паттернов. Жесткий диск может отдать приоритет единственному потоку, сбросив скорость остальных до минимума, либо равномерно распределить действия актуатора между потоками команд. Все участники тестирования относятся ко второму типу, но достоинства и недостатки алгоритмов контроллера вызывают громадные различия в совокупной производительности различных HDD.

Лидерское место, причем с немаленьким отрывом от ближайших конкурентов, в очередной раз завоевал Ultrastar DC HC530, а следом — и снова совершенно неожиданно — идет BarraCuda Pro. Диск Toshiba MG08 справился с тестом значительно хуже двух моделей WD и Seagate, но все же оторвался на почтительное расстояние от группы аутсайдеров (в которую попал и Exos X10).

Тест многопоточной записи ставит жесткие диски в аналогичную ситуацию, но распределять между несколькими задачами приходится не только и не столько операции актуатора, сколько обращения к DRAM-буферу. Позиции участников тестирования здесь вновь перемешались: BarraCuda Pro, Exos X10 и IronWolf сформировали группу лидеров, а Toshiba MG08 опустился на нижнюю позицию графика.

Постоянство времени отклика

Серверные накопители Exos X10 и Ultrastar DC HC530 отличаются от остальных участников сравнения наиболее консистентными параметрами времени отклика при чтении данных, а если судить по максимальной латентности, то проще выделить отстающих — это IronWolf и Toshiba MG08.

При записи блоков различия между жесткими дисками выражены гораздо сильнее. Благодаря продвинутым функциям кеширования Ultrastar DC HC530 и Toshiba MG08 продемонстрировали чрезвычайно низкий разброс времени доступа к данным по сравнению с другими накопителями, однако Exos X10 тоже подтвердил свою принадлежность к серверному классу. IronWolf неплохо отработал в этом тесте, а замыкает список BarraCuda Pro вместе с Toshiba S300.

⇡#Эмуляция рабочих приложений

В скриптах Iometer, воспроизводящих нагрузку типичных серверных приложений и ПО рабочей станции, преобладают операции чтения и операции с произвольным доступом. Поэтому совершенно не удивительно, что высшую оценку заслужили те жесткие диски, которые ранее лучше всех выполнили соответствующие изолированные тесты, — Ultrastar DC HC530, Toshiba MG08 и Exos X10.

BarraCuda Pro и IronWolf сопоставимы по уровню быстродействия и занимают промежуточную позицию на графиках. В тесте рабочей станции они довольно близки к серверным моделям, а в тесте веб-сервера, наоборот, оказались на последних местах — все это вполне соответствует рыночному позиционированию двух дисков Seagate.

Toshiba S300 во всех задачах — опять-таки за исключением веб-сервера — получил прискорбно низкую оценку. Устройство Toshiba явно теряется в условиях смешанной нагрузки, чередующей операции чтения и записи, как раньше мы уже удостоверились в специализированном тесте.

⇡#PCMark 8

Следующий синтетический бенчмарк, эмулирующий работу живых приложений — только в этот раз десктопных, а не серверных, тоже расставил жесткие диски сообразно их основному предназначению. BarraCuda Pro и IronWolf заслужили в PCMark высокую оценку (но, кстати, Exos 10 тоже). Серверные накопители Ultrastar DC HC530 и в особенности Toshiba MG08 отступили с высоких позиций, которые они занимали в серверных задачах. И наконец, Toshiba S300 — по всей видимости, из-за своей аллергии на смешанную нагрузку — опустился в самый низ.

⇡#Потребляемая мощность

Энергопотребление HDD в состоянии бездействия определяется массой стека пластин и мощностью мотора, который приводит их в движение. В этом 14-терабайтные модели Ultrastar DC HC530 и BarraCuda Pro не слишком отличаются от одного из своих предшественников — IronWolf объемом 12 Тбайт, но Exos X10 тут вне конкуренции. Как ни крути, чем меньше пластин в «банке», тем ниже мощность и, как следствие, нагрев. Но не всегда — взгляните, какое энергопотребление у Toshiba S300. Несмотря на большой объем, это жесткий диск без гелия, а значит, двигателю шпинделя приходится работать против сопротивления более плотных газов, из которых состоит обычный воздух.

Под нагрузкой наименьшую мощность развивают жесткие диски Seagate — новая BarraCuda Pro и 12-терабайтный IronWolf. Все остальные потребляют больше электричества, но в абсолютных числах разница не так уж велика, если, опять-таки, не брать в расчет Toshiba S300.

⇡#Выводы

Три передовых накопителя, которые нам удалось получить для сравнения, не охватывают всего многообразия 14- и 16-терабайтных моделей, распространившихся за пределы серверной ниши, где зарождаются самые емкие HDD. Но их достаточно, чтобы понять, как изменились рабочие параметры жестких дисков за последние несколько лет, когда даже грозный некогда рубеж в 10 Тбайт 3,5-дюймовые магнитные накопители оставили далеко позади. Пусть быстродействие жестких дисков развивается черепашьими темпами по сравнению с SSD, но три компании, выжившие на этом рынке, уже пришли к тому, что нужно применять специальные технологии для того, чтобы соотношение между объемом и количеством операций в секунду по меньшей мере удерживалось на прежнем уровне, а в итоге даже возрастало. Да и сохранность данных требует повышенной заботы, когда так много яиц можно положить в одну дисковую корзину. Обеих целей позволяет достигнуть многоярусная иерархия кеша: стандартный буфер DRAM-памяти, небольшой объем flash и, наконец, система резервных зон на поверхности магнитных пластин (Media Cache). Все три производителя винчестеров сегодня применяют в том или ином виде эту схему: либо флеш-память, либо Media Cache, либо и то и другое вместе. Но пока лишь только в серверных моделях, которые по совокупности рабочих характеристик в итоге стали сильно отличаться от своих потребительских аналогов.

Два из трех толстяков, побывавших в лаборатории 3DNews, — 14-терабайтный WD Ultrastar DC HC530 и 16-терабайтный Toshiba MG08 — относятся к категории nearline, и это хорошо заметно по тестам быстродействия. Вдобавок к скорости линейного доступа на уровне 2,5-дюймовых HDD со скоростью вращения шпинделя 10 000 об/мин, которую дала повышенная плотность записи, эти модели отличает совершенная механика и развитые методы кеширования — благодаря последним скорость произвольной записи возрастает чрезвычайно сильно. Их смело можно применять не только для хранения «прохладных» данных и резервного копирования, но и в высоконагруженных системах, когда SSD или быстрые 2,5-дюймовые HDD не подходят из-за дороговизны или ограниченного объема. Однако наши тесты показали, что у Toshiba MG08 есть специфический изъян, от которого избавлен WD Ultrastar DC HC530, — продукт японской фирмы плохо переваривает нагрузку, в которой активно перемешаны операции чтения и записи. Зато в модификациях Toshiba MG08 с эмуляцией 512-байтовых секторов твердотельный кеш нужен не только для снижения латентности, но и как дополнительная страховка данных от сбоев питания, что особенно важно при столь большом объеме.

Третий диск, 14-терабайтная BarraCuda Pro, ориентирован на рабочие станции, однодисковые серверы или DAS, и профиль быстродействия этой модели полностью соответствует ее предназначению. BarraCuda Pro лучше всего проявляет себя в преимущественно линейном чтении и записи. И пусть диск Seagate не отличается выдающимися показателями времени отклика, он отлично справляется со смешанной нагрузкой, а также чтением/записью в несколько потоков — то что надо для видеомонтажа и подобных задач. По энергопотреблению BarraCuda Pro отличается в лучшую сторону от своих серверных коллег, а по расчетной нагрузке 300 Тбайт/год превосходит диски начального уровня для сетевых хранилищ и готов работать в режиме 24/7, хоть и не подходит для эксплуатации в составе RAID. Но главная претензия к этому винчестеру, которая ставит под вопрос его достоинства, касается его цены. Даже серверные HDD такого же объема, причем тоже от Seagate, можно купить за меньшие деньги, а параметры отказоустойчивости у них заведомо выше, чем у десктопных накопителей — «профессиональных» или нет.