Обзор линейки жёстких дисков SATA от Western Digital (2014)

Я выбрал линейку SATA-дисков Western Digital для классификации по нескольким причинам. Во-первых, WD является нынешним лидером рынка традиционных жёстких дисков, что делает эту классификацию наиболее полезной для наибольшего числа пользователей. «Цветовая» линейка, по неофициальным данным, является самым популярным семейством дисков на рынке малого бизнеса, где понимание характеристик особенно важно, а SATA-диски сохраняют наибольшее разнообразие возможностей и параметров, что делает их детальное изучение необходимым. Хотя технически единственное различие между дисками SAS (SCSI) и SATA (ATA) или даже Fibre Channel (FC) заключается лишь в используемом протоколе передачи данных, на практике диски SAS и FC выпускаются только в определённых высоконадёжных конфигурациях и не требуют той же степени тщательного изучения и не несут таких же рисков, как SATA-диски. Понимание предложений SATA-дисков важнее для практических, реальных нужд хранения данных.

WD особенно упростила понимание своей линейки SATA-дисков, добавив цветовые обозначения к большинству своих SATA-предложений — тех, что считаются «потребительскими» дисками, и обозначение «E» для своих корпоративных SATA-дисков, а также один нестандартный вариант — высокопроизводительные диски Velociraptor, стремящиеся конкурировать с обычными SAS-дисками для SATA-контроллеров. В совокупности у них семь семейств SATA-дисков, охватывающих весь спектр характеристик. Хотя эта классификация будет применяться к простой для понимания линейке WD, сравнение характеристик с предложениями других производителей дисков позволит определить сценарии использования и их дисков.

При рассмотрении SATA-дисков выделяются три ключевых фактора, наиболее важных для рассмотрения (помимо цены, конечно).

Частота URE: URE, или ошибка чтения без возможности восстановления (Unrecoverable Read Error), — это событие, которое происходит с определённой регулярностью в электромеханических дисковых носителях, когда один сектор не может быть считан. На отдельном диске это происходит время от времени, но обычно затрагивает лишь один файл, и пользователи, как правило, замечают это как потерю файла (часто того, на который они не обращают внимания) или, возможно, как повреждение файловой системы, которое может или не может быть легко исправлено. В исправных RAID-массивах (кроме RAID 0) система RAID обеспечивает зеркалирование и/или чётность, которые могут покрыть этот сбой сектора и восстановить данные, защищая нас от проблем URE. Когда RAID-массив находится в деградированном состоянии, URE снова становятся потенциальным риском. В худшем случае URE на деградированном массиве с чётностью может, в некоторых случаях, вызвать полную потерю массива (все данные будут утеряны). Поэтому при покупке дисков крайне важно учитывать URE и их последствия — это главный движущий фактор разницы в стоимости дисков разных типов. URE варьируется от низкого значения 10^14 до высокого 10^16. Числа настолько велики, что всегда записываются в научной нотации. Я не буду здесь подробно объяснять частоты URE, их последствия и стратегии смягчения, но понимание URE критически важно для принятия решений о покупке дисков, особенно в пространстве SATA-дисков большой ёмкости с более низкой надёжностью.

Скорость вращения шпинделя: Это один из наиболее значимых факторов для большинства пользователей — скорость шпинделя напрямую коррелирует с IOPS и пропускной способностью. Хотя измерения скорости диска динамичны в лучшем случае, скорость шпинделя является наилучшим общим способом сравнения двух идентичных дисков при одинаковой нагрузке. Диск на 15 000 RPM обеспечит примерно вдвое больше IOPS и пропускной способности, чем диск на 7 200 RPM, например. SATA-диски обычно выпускаются со скоростями 5 400 RPM и 7 200 RPM, с редкими высокопроизводительными дисками на 10 000 RPM.

Контроль восстановления после ошибок (ERC): Также известный как TLER (Time Limited Error Recovery) в терминологии WD, ERC — это функция прошивки диска, которая позволяет настраивать временные ограничения для ошибок чтения или записи. Это важно, когда жёсткий диск используется в RAID-массиве, поскольку часто восстановление после ошибок должно обрабатываться на уровне массива, а не диска. Без ERC диск с большей вероятностью будет ошибочно помечен как неисправный, когда он таковым не является. Это наиболее опасно в аппаратных RAID-массивах с чётностью и имеет различную степень эффективности в зависимости от параметров конкретного RAID-контроллера. Это важная функция для дисков, предназначенных для использования в RAID-массивах.

Помимо этих ключевых факторов, WD перечисляет многие другие для своих дисков, такие как размер кэша, количество процессоров, среднее время наработки на отказ и т.д. Они, как правило, гораздо менее важны, особенно MTBF и другие показатели надёжности, так как они могут быть искажены или неверно интерпретированы и редко дают такое представление о надёжности диска, которое мы ожидаем или надеемся получить. Размер кэша не очень важен для RAID-массивов, поскольку его необходимо отключать из соображений целостности данных. Таким образом, за пределами сценариев использования настольных компьютеров размер кэша жёсткого диска в целом считается несущественным. Количество процессоров также может вводить в заблуждение, поскольку один процессор может быть мощнее, чем два, если процессоры не идентичны и эффективность второго процессора неизвестна. Но WD представляет это как заметную функцию некоторых дисков, и предполагается, что второй процессор даёт измеримый прирост производительности, скорее всего, за счёт снижения задержки. Тем не менее я продолжаю считать это второстепенным фактором, полезным скорее как интересный факт, а не как фактор принятия решения.
Перечень дисков.

Все диски с цветовой маркировкой (Blue, Green, Red и Black) имеют один общий параметр — рейтинг URE «потребительского» класса 10^14. «Потребительский» — не очень точное описание, но оно, более или менее, является отраслевым стандартом. Лучше описать это как «настольный класс» или подходящий для RAID-массивов без чётности. Единственное по-настоящему неудачное применение дисков с URE 10^14 — в RAID-массивах с чётностью, и даже там они могут занять своё место при правильном понимании.

Blue: Диски WD Blue — это эффективная базовая модель линейки SATA. Они вращаются на «стандартных» 7 200 RPM, не имеют ERC/TLER и оснащены одним процессором. Кэш диска варьируется между 16 МБ, 32 МБ и 64 МБ в зависимости от конкретной модели. Диски Blue ориентированы на традиционное настольное использование — как отдельные диски с умеренными скоростными характеристиками, не слишком подходящие для серверов или RAID. Диски Blue — это то, что «ожидается» в готовых настольных компьютерах. Диски Blue в значительной мере утратили популярность и часто недоступны в больших объёмах. Диски Black и Green в основном вытеснили использование дисков Blue, по крайней мере в сценариях большой ёмкости.

Black: Диски WD Black представляют собой небольшое улучшение по сравнению с дисками Blue: единственное изменение — переход с одного на два процессора для незначительного улучшения производительности, хотя они не столь экономически эффективны. Как и диски Blue, они не имеют ERC/TLER и вращаются на 7 200 RPM. Все диски Black имеют кэш 64 МБ. Как и диски Blue, диски Black наиболее подходят для традиционных настольных приложений, где диски используются автономно.

Green: Диски WD Green, как следует из их названия, предназначены для приложений с низким энергопотреблением. Они наиболее похожи на диски Blue, но вращаются на более медленных 5 400 RPM, что требует меньше энергии и выделяет меньше тепла. Диски Green, как и Blue и Black, предназначены прежде всего для автономного использования в настольных компьютерах, которым нужна меньшая производительность диска, чем ожидается в среднем настольном компьютере. Диски Green оказались очень популярными благодаря низкой стоимости приобретения и эксплуатации. Предполагается также, что диски Green более надёжны, чем их аналоги с более высокой скоростью вращения, благодаря меньшему износу более медленных шпинделей, хотя мне не известно ни одного исследования на эту тему.

Red: Диски WD Red уникальны в «цветовой» линейке WD тем, что они предлагают ERC/TLER и предназначены для использования в небольших «домашних» серверных RAID-массивах и устройствах хранения данных (таких как NAS и SAN). Под капотом диски WD Red — это диски WD Green, все характеристики которых идентичны, включая скорость шпинделя 5 400 RPM, но с включённым в прошивку TLER. Физически это одни и те же диски. WD официально рекомендует диски Red только для потребительских приложений, но диски Red, благодаря меньшему энергопотреблению и TLER, оказались чрезвычайно популярными в больших RAID-массивах, особенно при использовании для архивирования. Диски Red с URE 10^14 опасны для использования в RAID-массивах с чётностью, но отлично подходят для зеркальных RAID-массивов и действительно хороши для архивного и аналогичного хранения данных, где большая ёмкость и низкие эксплуатационные расходы являются ключевыми, а производительность хранения не очень важна.

Помимо дисков с цветовой маркировкой, WD имеет три семейства SATA-дисков, которые все считаются корпоративными. Что объединяет эти диски, так это то, что их рейтинг URE значительно выше, чем у «потребительских» дисков с цветовой маркировкой. В диапазоне от URE 10^15 до 10^16 в зависимости от модели. Наиболее важным следствием этого рейтинга URE является то, что эти диски гораздо лучше подходят для использования в RAID-массивах с чётностью (например, RAID 6).

SE: Диски SE — это корпоративные SATA-диски начального уровня WD с рейтингом URE 10^15 и скоростью шпинделя 7 200 RPM. Они имеют два процессора и кэш 64 МБ. Самое главное, в дисках SE включён ERC/TLER. Диски SE идеально подходят для корпоративных RAID-массивов — как зеркальных, так и с чётностью.

RE: Диски RE — это высококлассные стандартные корпоративные SATA-диски WD со всеми характеристиками, идентичными дискам SE, но с ещё лучшим рейтингом URE 10^16. Диски RE являются ключевыми игроками в стратегии RAID-дисков WD, идеально подходя для массивов сверхбольшой ёмкости даже при использовании в массивах с чётностью. Диски RE доступны как в конфигурациях SATA, так и SAS, но с одинаковой механикой диска.

Velociraptor: WD Velociraptor является несколько необычным членом категории SATA. С URE 10^16 и скоростью шпинделя 10 000 RPM Velociraptor является как высоконадёжным, так и очень быстрым SATA-диском, конкурирующим с обычными магистральными SAS-дисками. Удивительно, но Velociraptor имеет только один процессор и, что ещё более удивительно, не имеет ERC/TLER, что делает его применение в RAID-массивах спорным. При отсутствии ERC использование в RAID можно рассматривать в каждом конкретном случае в зависимости от того, как система RAID взаимодействует с таймингом диска. Учитывая отличный рейтинг URE, Velociraptor был бы отличным выбором для больших, высокопроизводительных RAID-массивов с чётностью, но только если массив обрабатывает тайминги ошибок корректно, иначе риск того, что массив пометит диск как неисправный, неприемлемо высок для такого дорогостоящего массива. Следует отметить, что диски Velociraptor не выпускаются в ёмкостях, сопоставимых с другими предложениями SATA-дисков, — они значительно меньше.

Конечно, последнее сравнение, которое необходимо провести, — это цена. При рассмотрении покупок дисков, особенно там, где речь идёт о больших RAID-массивах или других потребностях в массовом хранении, стоимость одного диска часто является основным, если не главным, фактором. Использование более медленных, менее надёжных дисков в более надёжном уровне RAID (например, дисков Red в RAID 10) по сравнению с более быстрыми, более надёжными дисками в менее надёжном уровне RAID (например, дисков RE в RAID 6) часто обеспечивает лучшее сочетание надёжности, производительности, ёмкости и стоимости. Реальные цены на диски играют значительную роль в этих решениях. Эти цены, в отличие от технических характеристик дисков, могут меняться день ото дня и разворачивать плановые решения в разные стороны, но в целом остаются относительно стабильными по отношению друг к другу.

На момент написания этой статьи, в конце 2013 года, быстрый обзор цен на 3 ТБ диски от WD даёт следующую приблизительную разбивку:

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

Как видно, скачок в цене происходит прежде всего между потребительскими или настольными дисками и корпоративными дисками с лучшими рейтингами URE. При этом диски Red и RE, оба с ERC/TLER, находятся в ценовом соотношении почти ровно 2:1, что делает выгодным при равной ёмкости выбор большего количества дисков Red в RAID 10, чем меньшего количества дисков RE в RAID 6, например. Таким образом, сравнение ряда факторов вместе с текущими реальными ценами имеет решающее значение для многих решений о покупке.

Новые диски, только выходящие на рынок, начинают демонстрировать уменьшение встроенного кэша диска именно по причинам, указанным выше: диски, разработанные для использования в RAID, имеют мало или вообще не имеют смысла во встроенном кэше, поскольку его необходимо отключать из соображений целостности данных.

Сегодня производители дисков предлагают широкий выбор традиционных дисков на шпиндельной основе для удовлетворения многих различных потребностей. Понимание этих вариантов может привести к повышению надёжности и более экономически эффективным покупкам и продлит полезность традиционных технологий хранения данных на предстоящие годы.