درک خط تولید درایوهای SATA شرکت Western Digital (۲۰۱۴)

دلایل متعددی برای دسته‌بندی خط تولید درایوهای SATA شرکت Western Digital وجود دارد. یکی از آن‌ها این است که WD در حال حاضر رهبر بازار هارد دیسک‌های دوار است و این دسته‌بندی را برای بیشترین تعداد افراد مفید می‌کند. خط «رنگ‌بندی‌شده» بر اساس شواهد تجربی، به فاصله زیادی انتخاب اول بازار کسب‌وکارهای کوچک است که در آن تشخیص صحیح اهمیت بیشتری دارد و درایوهای SATA بیشترین تنوع در ویژگی‌ها و عوامل مؤثر را دارند که درک دقیق آن‌ها را ضروری‌تر می‌کند. از نظر فنی، تفاوت بین یک درایو SAS (SCSI) و SATA (ATA) یا حتی یک درایو Fibre Channel (FC) صرفاً در پروتکل ارتباطی مورد استفاده است، اما در عمل، درایوهای SAS و FC تنها در پیکربندی‌های خاص با قابلیت اطمینان بالا ساخته می‌شوند و نیاز به همان سطح از دقت و بررسی ندارند و ریسک‌های شدید درایوهای SATA را ندارند. درک عرضه درایوهای SATA برای نیازهای عملی ذخیره‌سازی در دنیای واقعی اهمیت بیشتری دارد.

WD درک خط تولید درایوهای SATA خود را با افزودن رنگ‌بندی به اکثر درایوهای SATA خود به‌ویژه آسان کرده است — درایوهایی که «مصرف‌کننده» محسوب می‌شوند — و یک علامت «E» برای درایوهای SATA سازمانی خود، و یک عضو غیرمعمول یعنی درایوهای پرسرعت Velociraptor که در رقابت با عملکرد متداول درایوهای SAS برای کنترلرهای SATA هستند. در مجموع هفت خانواده درایو SATA برای بررسی وجود دارد که طیف کامل عوامل مؤثر درایو را پوشش می‌دهد. در حالی که این تشخیص برای خط WD که درک آن آسان است اعمال می‌شود، با مقایسه عوامل مؤثر با عرضه سایر سازندگان درایو نیز می‌توان موارد استفاده درایوهای آن‌ها را تعیین کرد.

در بررسی درایوهای SATA، سه عامل کلیدی واقعاً مهم به‌عنوان حیاتی‌ترین عوامل برای بررسی برجسته می‌شوند (خارج از قیمت، البته).

نرخ URE: URE یا خطای خواندن غیرقابل بازیابی، رویدادی است که به‌طور منظم برای رسانه‌های ذخیره‌سازی دیسک الکترومکانیکی اتفاق می‌افتد و در آن یک سکتور واحد قابل بازیابی نیست. در یک درایو مستقل این اتفاق گاهی می‌افتد اما معمولاً تنها یک فایل را تحت تأثیر قرار می‌دهد و کاربران معمولاً آن را به‌صورت فایل گم‌شده (که اغلب متوجه آن نمی‌شوند) یا احتمالاً یک سیستم فایل خراب می‌بینند که ممکن است به‌راحتی قابل اصلاح باشد یا نباشد. در آرایه‌های RAID سالم (به‌جز RAID 0)، سیستم RAID آینه‌سازی و/یا پریتی را فراهم می‌کند که می‌تواند این خرابی سکتور را جبران کند و داده‌ها را از مشکلات URE محافظت نماید. وقتی یک آرایه RAID در وضعیت تخریب‌شده است، URE مجدداً یک ریسک بالقوه است. در بدترین حالت، یک URE در یک آرایه پریتی تخریب‌شده می‌تواند در برخی موارد باعث از دست رفتن کل آرایه شود (تمام داده‌ها از دست می‌روند). بنابراین در نظر گرفتن URE و پیامدهای آن در هر خرید درایو بسیار مهم است و عامل اصلی تفاوت هزینه در درایوهای انواع مختلف است. URE از پایین‌ترین سطح ۱۰^۱۴ تا بالاترین سطح ۱۰^۱۶ متغیر است. اعداد آنقدر بزرگ هستند که همیشه به نماد علمی نوشته می‌شوند. توضیح عمیقی از نرخ‌های URE، پیامدها و استراتژی‌های کاهش ریسک در اینجا نخواهم داد، اما درک URE برای تصمیم‌گیری در مورد خرید درایو، به‌ویژه در فضای ظرفیت بالا و قابلیت اطمینان پایین‌تر درایوهای SATA، بسیار حیاتی است.

سرعت دور محور: این یکی از بزرگ‌ترین عوامل برای اکثر کاربران است؛ سرعت دور محور مستقیماً با IOPS و توان عملیاتی ارتباط دارد. در حالی که اندازه‌گیری سرعت درایو پویا است، در بهترین حالت، سرعت دور محور بهترین راه کلی برای مقایسه دو درایو کاملاً یکسان تحت بار یکسان است. به‌عنوان مثال، یک درایو ۱۵,۰۰۰ RPM تقریباً دقیقاً دو برابر IOPS و توان عملیاتی یک درایو ۷,۲۰۰ RPM را ارائه می‌دهد. درایوهای SATA معمولاً در انواع ۵,۴۰۰ RPM و ۷,۲۰۰ RPM عرضه می‌شوند و درایوهای پرسرعت نادر در ۱۰,۰۰۰ RPM موجودند.

کنترل بازیابی خطا (ERC): همچنین به‌عنوان TLER (بازیابی خطای زمان محدود) در اصطلاح WD شناخته می‌شود، ERC یک ویژگی فریمور درایو است که امکان تنظیم محدودیت‌های زمانی برای خطاهای خواندن یا نوشتن را فراهم می‌کند که می‌تواند مهم باشد وقتی یک هارد دیسک در یک آرایه RAID استفاده می‌شود زیرا اغلب بازیابی خطا باید در سطح آرایه، نه درایو، انجام شود. بدون ERC، احتمال اینکه درایو به‌اشتباه به‌عنوان ناموفق علامت‌گذاری شود وقتی که خراب نیست بیشتر است. این در آرایه‌های RAID پریتی مبتنی بر سخت‌افزار خطرناک‌ترین است و بسته به پارامترهای کنترلر RAID فردی سطوح مختلفی از اثربخشی دارد. این یک ویژگی مهم برای درایوهایی است که قرار است در آرایه‌های RAID استفاده شوند.

علاوه بر این عوامل کلیدی، WD موارد دیگری برای درایوهای خود فهرست می‌کند مانند اندازه کش، تعداد پردازنده‌ها، میانگین زمان بین خرابی‌ها و غیره. این‌ها معمولاً بسیار کم‌اهمیت‌تر هستند، به‌ویژه MTBF و سایر اعداد قابلیت اطمینان که می‌توانند به‌راحتی تحریف یا اشتباه تفسیر شوند و به‌ندرت بینشی درباره قابلیت اطمینان درایو که انتظار داریم یا امیدواریم ارائه می‌دهند. اندازه کش برای آرایه‌های RAID چندان مهم نیست زیرا باید به دلایل یکپارچگی داده غیرفعال شود. بنابراین خارج از سناریوهای استفاده دسکتاپ، اندازه کش یک هارد دیسک عموماً نامربوط در نظر گرفته می‌شود. تعداد CPU نیز می‌تواند گمراه‌کننده باشد زیرا CPU‌های تک‌هسته‌ای ممکن است قوی‌تر از CPU‌های دوگانه باشند اگر CPU‌ها یکسان نباشند و اثربخشی CPU دوم نامشخص باشد. اما WD این را به‌عنوان یک ویژگی برجسته برخی درایوها فهرست می‌کند و فرض بر این است که سود عملکردی قابل اندازه‌گیری، احتمالاً در کاهش تأخیر، از طریق اضافه شدن CPU دوم وجود دارد. با این حال من همچنان این را یک عامل جزئی می‌دانم که بیشتر به‌عنوان یک نکته جالب توجه مفید است تا یک عامل تصمیم‌گیری.
درایوها.

تمام درایوهای رنگ‌بندی‌شده (آبی، سبز، قرمز و مشکی) یک عامل مشترک دارند — آن‌ها دارای رتبه‌بندی URE «مصرف‌کننده» ۱۰^۱۴ هستند. «مصرف‌کننده» توصیف نادرستی است اما تقریباً استاندارد صنعتی است. توصیف بهتر «درجه دسکتاپ» یا مناسب برای استفاده در RAID غیرپریتی است. تنها کاربرد واقعاً ضعیف درایوهای URE 10^14 در آرایه‌های RAID پریتی است و حتی در آنجا نیز می‌توانند جایگاه خود را داشته باشند اگر به‌درستی درک شوند.

آبی: درایوهای WD Blue مدل پایه مؤثر برای خط SATA هستند. آن‌ها با ۷,۲۰۰ RPM «پیش‌فرض» می‌چرخند، فاقد ERC/TLER هستند و یک پردازنده دارند. کش درایو بسته به مدل خاص بین ۱۶MB، ۳۲MB و ۶۴MB متفاوت است. درایوهای Blue برای استفاده دسکتاپ سنتی هدف‌گذاری شده‌اند — به‌عنوان درایوهای مستقل با ویژگی‌های سرعت متوسط، مناسب برای استفاده در سرور یا RAID نیستند. درایوهای Blue آن چیزی هستند که «انتظار می‌رود» در دسکتاپ‌های آماده پیدا شوند. درایوهای Blue به‌طور گسترده‌ای محبوبیت خود را از دست داده‌اند و اغلب در اندازه‌های بزرگ‌تر در دسترس نیستند. درایوهای Black و Green اغلب جایگاه درایوهای Blue را، حداقل در سناریوهای ظرفیت بزرگ‌تر، گرفته‌اند.

مشکی: درایوهای WD Black یک ارتقاء کوچک نسبت به درایوهای Blue هستند که هیچ‌چیزی جز ارتقاء از یک به دو پردازنده را تغییر نمی‌دهند تا عملکرد را کمی بهبود بخشند در حالی که به همان اندازه مقرون‌به‌صرفه نیستند. مانند درایوهای Blue، فاقد ERC/TLER هستند و با ۷,۲۰۰ RPM می‌چرخند. تمام درایوهای Black دارای کش ۶۴MB هستند. مانند درایوهای Blue، درایوهای Black برای برنامه‌های دسکتاپ سنتی که درایوها مستقل هستند مناسب‌ترند.

سبز: درایوهای WD Green، همان‌طور که نامشان به‌طور اسمی نشان می‌دهد، برای برنامه‌های مصرف انرژی کم طراحی شده‌اند. آن‌ها بیشترین شباهت را به درایوهای Blue دارند اما با ۵,۴۰۰ RPM کندتر می‌چرخند که به انرژی کمتری نیاز دارد و گرمای کمتری تولید می‌کند. درایوهای Green، مانند Blue و Black، عمدتاً برای استفاده مستقل در دسکتاپ‌هایی که به عملکرد درایو کمتر از یک دسکتاپ متوسط نیاز دارند طراحی شده‌اند. درایوهای Green به دلیل هزینه پایین اکتساب و بهره‌برداری بسیار محبوب شده‌اند. همچنین فرض بر این است که درایوهای Green نسبت به همتایان خود که با سرعت بیشتر می‌چرخند قابل اطمینان‌ترند، به دلیل سایش و پارگی کمتر محورهای آهسته‌تر، اگرچه از هیچ مطالعه‌ای در این زمینه آگاهی ندارم.

قرمز: درایوهای WD Red در میان خط رنگ‌بندی‌شده WD منحصربه‌فرد هستند زیرا ERC/TLER ارائه می‌دهند و برای استفاده در آرایه‌های RAID سرور «خانگی» کوچک و دستگاه‌های ذخیره‌سازی (مانند NAS و SAN) طراحی شده‌اند. در زیر پوسته، درایوهای WD Red، درایوهای WD Green هستند؛ تمام مشخصات یکسانند از جمله سرعت دور محور ۵,۴۰۰ RPM، اما با TLER فعال در فریمور. از نظر فیزیکی همان درایوها هستند. WD رسماً درایوهای Red را تنها برای برنامه‌های مصرف‌کننده توصیه می‌کند اما درایوهای Red، به دلیل مصرف انرژی پایین‌تر و TLER، در آرایه‌های RAID بزرگ به‌ویژه در استفاده برای بایگانی بسیار محبوب شده‌اند. درایوهای Red با URE 10^14 برای استفاده در آرایه‌های RAID پریتی خطرناک هستند اما برای آرایه‌های RAID آینه‌ای عالی هستند و واقعاً در نیازهای بایگانی و ذخیره‌سازی مشابه که ظرفیت بالا و هزینه‌های عملیاتی پایین کلیدی هستند و عملکرد ذخیره‌سازی چندان مهم نیست می‌درخشند.

خارج از درایوهای رنگ‌بندی‌شده، WD سه خانواده درایو SATA دارد که همگی سازمانی محسوب می‌شوند. آنچه این درایوها در مشترکند این است که نرخ URE آن‌ها بسیار بالاتر از درایوهای رنگ‌بندی‌شده «مصرف‌کننده» است. از URE 10^15 تا 10^16 بسته به مدل. مهم‌ترین نتیجه این نرخ URE این است که این درایوها برای استفاده در آرایه‌های RAID پریتی (مثلاً RAID 6) بسیار مناسب‌ترند.

SE: درایوهای SE درایوهای SATA سازمانی ورودی WD با نرخ URE 10^15 و سرعت دور محور ۷,۲۰۰ RPM هستند. آن‌ها دارای پردازنده‌های دوگانه و کش ۶۴MB هستند. مهم‌تر از همه، درایوهای SE دارای ERC/TLER فعال هستند. درایوهای SE برای آرایه‌های RAID سازمانی هم آینه‌ای و هم پریتی ایده‌آل هستند.

RE: درایوهای RE درایوهای SATA سازمانی استاندارد پرسرعت WD هستند با تمام مشخصات یکسان با درایوهای SE اما با نرخ URE بهتر ۱۰^۱۶. درایوهای RE بازیگران اصلی در استراتژی درایو RAID شرکت WD هستند که برای آرایه‌های ظرفیت بسیار بالا حتی در استفاده در آرایه‌های پریتی کامل هستند. درایوهای RE هم در پیکربندی SATA و هم SAS در دسترس هستند اما با مکانیزم درایو یکسان.

Velociraptor: Velociraptor شرکت WD یک عضو کمی غیرمعمول در دسته SATA است. با URE 10^16 و سرعت دور محور ۱۰,۰۰۰ RPM، Velociraptor هم بسیار قابل اطمینان است و هم بسیار سریع برای یک درایو SATA که با درایوهای SAS اصلی رقابت می‌کند. به‌طور شگفت‌انگیزی، Velociraptor تنها یک پردازنده دارد و حتی شگفت‌انگیزتر، فاقد ERC/TLER است که استفاده آن در آرایه‌های RAID را سؤال‌برانگیز می‌کند. بدون ERC، استفاده در RAID می‌تواند بر اساس پیاده‌سازی به پیاده‌سازی در نظر گرفته شود بسته به اینکه سیستم RAID چگونه با تایمینگ درایو تعامل می‌کند. با رتبه‌بندی URE عالی، Velociraptor می‌توانست انتخابی عالی برای آرایه‌های RAID پریتی بزرگ با عملکرد بالاتر باشد اما تنها اگر آرایه با زمان‌بندی خطا به شکل مناسبی برخورد کند، در غیر این صورت ریسک علامت‌گذاری درایو به‌عنوان ناموفق توسط آرایه برای یک آرایه به این گرانی غیرقابل قبول است. باید توجه داشت که درایوهای Velociraptor در ظرفیت‌هایی قابل مقایسه با سایر عرضه‌های درایو SATA عرضه نمی‌شوند — آن‌ها بسیار کوچک‌تر هستند.

البته آخرین مقایسه‌ای که باید انجام داد در قیمت است. هنگام بررسی خرید درایو، به‌ویژه در جایی که آرایه‌های RAID بزرگ مدنظر است یا برای سایر نیازهای ذخیره‌سازی انبوه، هزینه هر درایو اغلب عامل اصلی، اگر نه تنها عامل، است. استفاده از درایوهای کندتر و کمتر قابل اطمینان در یک سطح RAID قابل اطمینان‌تر (مانند درایوهای Red در RAID 10) در مقابل درایوهای سریع‌تر و قابل اطمینان‌تر در یک سطح RAID کمتر قابل اطمینان (مانند درایوهای RE در RAID 6) اغلب ترکیب بهتری از قابلیت اطمینان، عملکرد، ظرفیت و هزینه ارائه می‌دهد. قیمت‌های درایو در دنیای واقعی نقش مهمی در این تصمیم‌گیری‌ها دارند. این قیمت‌ها، بر خلاف مشخصات درایو، می‌توانند از روز به روز تغییر کنند و تصمیمات برنامه‌ریزی را در جهت‌های مختلف تغییر دهند اما به‌طور کلی، نسبتاً پایدار در مقایسه با یکدیگر باقی می‌مانند.

در زمان نگارش این مقاله، در پایان سال ۲۰۱۳، یک بررسی سریع از قیمت درایوهای ۳TB شرکت WD تقریباً این تفکیک را نشان می‌دهد:

Green: $120
Red: $135
Black: $155
SE: $204
RE: $265

همان‌طور که می‌بینید، جهش اصلی در قیمت عمدتاً بین درایوهای مصرف‌کننده یا درجه دسکتاپ و درایوهای سازمانی با نرخ‌های URE بهتر است. درایوهای Red و RE، هر دو دارای ERC/TLER، در نسبت قیمتی تقریباً دقیقاً ۲:۱ هستند که برای ظرفیت یکسان، انتخاب درایوهای بیشتر Red در RAID 10 نسبت به درایوهای کمتر RE در RAID 6 را مفیدتر می‌کند. بنابراین مقایسه تعدادی از عوامل، همراه با قیمت‌های واقعی فعلی، برای تصمیم‌گیری در بسیاری از خریدها بسیار مهم است.

درایوهای جدیدتری که اخیراً منتشر می‌شوند شروع به کاهش کش داخلی درایو کرده‌اند دقیقاً به دلایلی که در بالا بیان کردیم؛ درایوهایی که برای استفاده در RAID طراحی شده‌اند هدف کمی یا هیچ هدفی برای داشتن کش داخلی ندارند زیرا باید برای اهداف یکپارچگی داده غیرفعال شود.

سازندگان درایو امروزه طیف گسترده‌ای از گزینه‌های درایو مبتنی بر محور سنتی را برای برآوردن نیازهای مختلف ارائه می‌دهند. درک این‌ها می‌تواند منجر به قابلیت اطمینان بهتر و خرید مقرون‌به‌صرفه‌تر شود و سودمندی فناوری‌های درایو سنتی را در سال‌های آینده گسترش دهد.