Forstå Western Digitals SATA-stasjonssortiment (2014)

Jeg velger å kategorisere Western Digitals SATA-stasjonssortiment av flere grunner. En av dem er at WD for øyeblikket er markedsleder innen roterende harddisker, noe som gjør kategoriseringen mest nyttig for flest mulig. Den «fargekodede» serien er, basert på anekdotiske bevis, langt den foretrukne stasjonsfamilien i markedet for små bedrifter, der diagnosen er viktigst, og SATA-stasjoner beholder størst spredning i funksjoner og egenskaper, noe som gjør dem langt mer nødvendige å forstå godt. Selv om den teknisk sett eneste forskjellen mellom en SAS- (SCSI) og SATA- (ATA) stasjon eller til og med en Fibre Channel- (FC) stasjon er selve kommunikasjonsprotokollen som brukes til å kommunisere med dem, er SAS- og FC-stasjoner i praksis kun laget i visse høypålitelighets-konfigurasjoner og krever ikke samme grad av granskning, og de bærer ikke de samme ekstreme risikoene som SATA-stasjoner. Å forstå SATA-stasjonstilbud er viktigere for praktiske, virkelige lagringsbehov.

WD har gjort det spesielt enkelt å forstå SATA-stasjonssortimentet sitt ved å legge til fargekoder på majoriteten av SATA-stasjonene sine – de som anses som «forbruker»-stasjoner – og en «E»-betegnelse på sine enterprise-SATA-stasjoner, samt ett unntak: de høyytelsesdrevne Velociraptor-stasjonene som søker å konkurrere med vanlig SAS-ytelse for SATA-kontrollere. Samlet sett har de syv SATA-stasjonsfamilier å vurdere, som dekker hele spekteret av stasjonsfaktorer. Selv om denne diagnosen gjelder det lettforståelige WD-sortimentet, kan brukstilfellene for stasjoner fra andre produsenter også bestemmes ved å sammenligne faktorene her med disse produsentenes tilbud.

Når man vurderer SATA-stasjoner, skiller tre virkelig viktige faktorer seg ut som de mest avgjørende å ta hensyn til (bortsett fra pris, selvsagt.)

URE-rate: URE, eller Unrecoverable Read Error (uopprettelig lesefeil), er en hendelse som skjer, med en viss regelmessighet, med elektromekaniske disklagringsmedier der en enkelt sektor ikke kan leses. I en frittstående stasjon skjer dette fra tid til annen, men påvirker vanligvis bare én fil, og brukere opplever dette typisk som en tapt fil (ofte en de ikke legger merke til) eller muligens et skadet filsystem som kan eller ikke kan enkelt korrigeres. I sunne RAID-arrayer (utenom RAID 0) gir RAID-systemet speiling og/eller paritet som kan dekke for denne sektorfeil og gjenopprette dataene, og beskytter oss mot URE-problemer. Når en RAID-array er i degradert tilstand, er URE igjen en potensiell risiko. I verste fall kan en URE på en degradert paritet-array, i noen tilfeller, forårsake totalt tap av en array (alle data går tapt.) Å ta hensyn til URE og dens implikasjoner i ethvert kjøp av stasjoner er derfor ekstremt viktig og er den primære drivkraften bak kostnadsdifferansen mellom stasjoner av varierende typer. URE varierer fra laveste ende på 10^14 til høyeste ende på 10^16. Tallene er så store at de alltid skrives i vitenskapelig notasjon. Jeg vil ikke gå inn i en grundig forklaring av URE-rater, konsekvenser og risikoreduserende strategier her, men å forstå URE er avgjørende for beslutninger rundt stasjonskjøp, spesielt i rommet med stor kapasitet og lavere pålitelighet for SATA-stasjoner.

Spindelhastighet: Dette er en av de største faktorene for de fleste brukere; spindelhastighet korrelerer direkte med IOPS og gjennomstrømning. Selv om målinger av stasjonshastighet er dynamiske i beste fall, er spindelhastighet den beste generelle måten å sammenligne to ellers identiske stasjoner under identisk belastning. En stasjon på 15 000 RPM vil for eksempel levere nesten nøyaktig dobbelt så mange IOPS og dobbelt gjennomstrømning sammenlignet med en stasjon på 7 200 RPM. SATA-stasjoner leveres vanligvis i varianter med 5 400 RPM og 7 200 RPM, med sjeldne høyytelsesstasjoner tilgjengelig på 10 000 RPM.

Error Recovery Control (ERC): Også kjent som TLER (Time Limited Error Recovery) i WDs terminologi, er ERC en funksjon i stasjonens fastvare som muliggjør konfigurerbare tidsgrenser for lese- eller skrivefeil, noe som kan være viktig når en harddisk brukes i en RAID-array, ettersom feilgjenoppretting ofte må håndteres på array-nivå snarere enn på stasjonsnivå. Uten ERC er det mer sannsynlig at en stasjon feilaktig markeres som defekt når den ikke er det. Dette er farligst i maskinvarebaserte paritet-RAID-arrayer og har varierende grad av effektivitet basert på individuelle RAID-kontrollparametere. Det er en viktig funksjon for stasjoner beregnet på bruk i RAID-arrayer.

I tillegg til disse nøkkelfaktorene lister WD opp mange andre for stasjonene sine, som cache-størrelse, antall prosessorer, gjennomsnittlig tid mellom feil, osv. Disse har en tendens til å være langt mindre viktige, spesielt MTBF og andre pålitelighetstall, ettersom disse kan vris eller feiltolkes enkelt og sjelden gir den innsikten i stasjonspålitelighet som vi forventer eller håper på. Cache-størrelse er ikke særlig viktig for RAID-arrayer da de må deaktiveres av hensyn til dataintegriteten. Så utenfor skrivebordsbruksscenarier anses størrelsen på en harddisks cache generelt som irrelevant. CPU-antall kan også være misvisende ettersom enkelt-CPUer kan være kraftigere enn doble CPUer hvis CPUene ikke er identiske og effektiviteten til den andre CPUen er ukjent. Men WD lister dette opp som en fremtredende funksjon på noen stasjoner, og det antas at det er målbar ytelsesgevinst, mest sannsynlig i reduksjon av ventetid, gjennom tillegg av den andre CPUen. Jeg fortsetter imidlertid å behandle dette som en triviell faktor og hovedsakelig bare nyttig som et interessepunkt snarere enn som en beslutningsfaktor.
Stasjonene.

Alle fargekodede stasjoner (Blue, Green, Red og Black) deler én felles faktor – de har «forbruker»-URE-ratingen på 10^14. Forbruker er en dårlig beskrivelse her, men er mer eller mindre industristandard. En bedre beskrivelse er «stasjonær klasse» eller egnet for ikke-paritet RAID-bruk. Den eneste virkelig dårlige anvendelsen av 10^14 URE-stasjoner er i paritet-RAID-arrayer, og selv der kan de ha sin plass hvis de forstås riktig.

Blue: WD Blue-stasjoner er den effektive grunnmodellen for SATA-sortimentet. De spinner på «standard» 7 200 RPM, mangler ERC/TLER og har en enkelt prosessor. Stasjonens cache varierer mellom 16 MB, 32 MB og 64 MB avhengig av den spesifikke modellen. Blue-stasjoner er rettet mot tradisjonell skrivebordsbruk – som enkeltstasjoner med moderate hastighetsegenskaper, ikke godt egnet for server- eller RAID-bruk. Blue-stasjoner er det man «forventer» å finne i ferdigbygde stasjonære datamaskiner. Blue-stasjoner har i stor grad mistet popularitet og er ofte ikke tilgjengelige i større størrelser. Black- og Green-stasjoner har i stor grad erstattet bruken av Blue-stasjoner, i det minste i scenarier med større kapasitet.

Black: WD Black-stasjoner er en liten oppgradering av Blue-stasjonene, og endrer ingenting annet enn å oppgradere fra én til to prosessorer for å forbedre ytelsen litt, uten å være helt like kostnadseffektive. Som Blue-stasjonene mangler de ERC/TLER og spinner på 7 200 RPM. Alle Black-stasjoner har 64 MB cache. Som med Blue-stasjonene er Black-stasjoner mest egnet for tradisjonelle stasjonærapplikasjoner der stasjoner er frittstående.

Green: WD Green-stasjoner er, som navnet antyder, designet for applikasjoner med lavt strømforbruk. De ligner mest på Blue-stasjoner, men spinner på langsommere 5 400 RPM, noe som krever mindre strøm og genererer mindre varme. Green-stasjoner, som Blue og Black, er primært designet for frittstående bruk i stasjonære datamaskiner som trenger mindre stasjonytelse enn det som forventes i en gjennomsnittlig stasjonær. Green-stasjoner har vist seg å være svært populære på grunn av lave anskaffelses- og driftskostnader. Det antas også at Green-stasjoner er mer pålitelige enn sine raskere roterende motstykker på grunn av lavere slitasje fra de tregere spindlene, selv om jeg ikke er klar over noen studie som bekrefter dette.

Red: WD Red-stasjoner er unike i det «fargekodede» WD-sortimentet ved at de tilbyr ERC/TLER og er designet for bruk i små «hjemmebruk» server-RAID-arrayer og lagringsenheter (som NAS og SAN.) Under overflaten er WD Red-stasjonene WD Green-stasjoner; alle spesifikasjoner er de samme, inkludert spindelhastigheten på 5 400 RPM, men med TLER aktivert i fastvaren. Fysisk er de de samme stasjonene. WD anbefaler offisielt Red-stasjoner kun for forbrukerprogrammer, men Red-stasjoner har, på grunn av lavt strømforbruk og TLER, vist seg å være ekstremt populære i store RAID-arrayer, spesielt når de brukes til arkivering. Red-stasjoner, med URE 10^14, er farlige å bruke i paritet-RAID-arrayer, men er utmerkede for speilede RAID-arrayer og virkelig utmerker seg til arkiverings- og lignende lagringsbehov der stor kapasitet og lave driftskostnader er nøkkelen, og lagringsytelse ikke er særlig viktig.

Utenfor de fargekodede stasjonene har WD tre SATA-stasjonsfamilier som alle anses som enterprise. Det disse stasjonene har til felles er at URE-raten er mye høyere enn den for de «forbruker»-fargekodede stasjonene. Fra URE 10^15 til 10^16 avhengig av modell. Det viktigste resultatet av denne URE-raten er at disse stasjonene er langt mer anvendbare i paritet-RAID-arrayer (f.eks. RAID 6.)

SE: SE-stasjoner er WDs entry-level enterprise-SATA-stasjoner med URE 10^15 rater og spindelhastigheter på 7 200 RPM. De har doble prosessorer og 64 MB cache. Viktigst av alt er at SE-stasjoner har ERC/TLER aktivert. SE-stasjoner er ideelle for enterprise-RAID-arrayer, både speilede og paritet.

RE: RE-stasjoner er WDs avanserte standard enterprise-SATA-stasjoner, med alle spesifikasjoner identiske med SE-stasjonene, men med den enda bedre URE 10^16-raten. RE-stasjoner er stjernespillerne i WDs RAID-stasjonsstrategi, og er perfekte for ekstremt store kapasitetsarrayer selv ved bruk i paritet-arrayer. RE-stasjoner er tilgjengelige i både SATA- og SAS-konfigurasjoner, men med samme stasjonmekanikk.

Velociraptor: WDs Velociraptor er et litt merkelig medlem av SATA-kategorien. Med URE 10^16 og spindelhastighet på 10 000 RPM er Velociraptor både svært pålitelig og veldig rask for en SATA-stasjon, og konkurrerer med vanlige, ordinære SAS-stasjoner. Overraskende nok har Velociraptor kun en enkelt prosessor, og enda mer overraskende mangler den ERC/TLER, noe som gjør den tvilsom for bruk i RAID-arrayer. Uten ERC kan bruk i RAID vurderes fra implementasjon til implementasjon avhengig av hvordan RAID-systemet samhandler med stasjonens timing. Med den utmerkede URE-ratingen ville Velociraptor være et utmerket valg for store, høyytelsesparitet-RAID-arrayer, men kun hvis arrayen håndterer feiltimingen på en elegant måte; ellers er risikoen for at arrayen markerer stasjonen som defekt uakseptabelt høy for en array som dette ville koste. Det bør nevnes at Velociraptor-stasjoner ikke kommer i kapasiteter som er sammenlignbare med de andre SATA-stasjonene – de er mye mindre.

Den endelige sammenligningen man må gjøre er selvfølgelig prismessig. Når man vurderer stasjonskjøp, spesielt der store RAID-arrayer er involvert eller til andre bulklagringsbehov, er kostnaden per stasjon ofte en stor, om ikke den avgjørende, faktoren. Bruk av tregere, mindre pålitelige stasjoner i et mer pålitelig RAID-nivå (som Red-stasjoner i RAID 10) versus raskere, mer pålitelige stasjoner i et mindre pålitelig RAID-nivå (som RE-stasjoner i RAID 6) gir ofte en bedre blanding av pålitelighet, ytelse, kapasitet og kostnad. Virkelige stasjonspriser spiller en viktig rolle i disse beslutningene. Disse prisene, i motsetning til stasjonsspesifikasjonene, kan svinge fra dag til dag og påvirke planleggingsbeslutninger i ulike retninger, men har generelt en tendens til å forbli relativt stabile i forhold til hverandre.

På tidspunktet for denne artikkelen, mot slutten av 2013, gir en rask undersøkelse av priser på 3 TB-stasjoner fra WD disse omtrentlige tallene:

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

Som man kan se, kommer prisspranget primært mellom forbruker- eller stasjonærklasse-stasjoner og enterprise-stasjonene med deres bedre URE-rater, med Red- og RE-stasjoner – begge med ERC/TLER – i et prisforhold på nesten nøyaktig 2:1, noe som gjør det, for lik kapasitet, gunstig å velge mange flere Red-stasjoner i RAID 10 fremfor færre RE-stasjoner i RAID 6, som et eksempel. Å sammenligne en rekke faktorer, sammen med aktuelle virkelige priser, er derfor avgjørende for mange kjøpsbeslutninger.

Nyere stasjoner, som nettopp er lansert, begynner å se reduksjoner i innebygd stasjonscache av nøyaktig de grunnene vi nevnte ovenfor: stasjoner designet for RAID-bruk har lite eller ingen hensikt med innebygd cache, ettersom den må deaktiveres av hensyn til dataintegriteten.

Stasjonsprodusenter tilbyr i dag et bredt utvalg av tradisjonelle spindelbaserte stasjonalternativer for å passe mange ulike behov. Å forstå disse kan føre til bedre pålitelighet og mer kostnadseffektive innkjøp, og vil forlenge nytten av tradisjonelle stasjonsteknologier inn i de kommende årene.