Почему жесткий диск, несмотря на все свои врожденные недостатки, благополучно дожил до наших дней? И не просто дожил, но и не имеет конкурентов в целом ряде областей, таких, как системы хранения данных серверного назначения. Потому, что он обеспечивает высокое быстродействие и достаточно хорошую надежность при сравнительно невысокой стоимости производства. Да, у него имеются движущиеся механические части, которые шумят, нагреваются, быстро изнашиваются. Но именно движение обеспечивает винчестеру его быстродействие.
Круглые пластины, вращаясь на оси шпиндельного двигателя, организуют "доставку" огромного количества данных в кэш-буфер винчестера за счет энергии своего движения. Считывающая головка перемещается только по одной оси – вдоль радиуса пластин, остальную работу выполняют сами пластины. Пожалуй, более всего именно от пластин – скорости их вращения и плотности записи (объема данных на каждой дорожке) – зависит быстродействие винчестера. С самого начала разработчики этого типа устройств памяти стремились любыми способами повысить обороты пластин. Максимальный результат, которого им удалось достичь на сегодняшний день, составляет 15 тыс. об/мин., или 250 об/сек. Винчестеры-"пятнадцатитысячники" сегодня применяются на самых ответственных участках работы – в рабочих станциях, серверах, сетевых устройствах хранения данных (NAS, SAN).
Повышение оборотов шпинделя неизбежно приводит к ухудшению всех характеристик винчестера, кроме быстродействия. И прежде всего – надежности, а это очень важно для серверных систем. Поэтому производителю приходится использовать компоненты более высокого качества, проводить тщательный отбор готовых винчестеров, что сказывается на стоимости. А емкость таких моделей намного ниже, так как по целому ряду причин в них применяются пластины уменьшенной площади. Поэтому винчестеры с оборотами 15000 в настольных системах не используются – невыгодно: стоимость в несколько раз выше, а объем, наоборот, ниже.
В нашем обзоре мы рассмотрим один из популярных жестких дисков для серверных систем, выпускающийся в широком диапазоне емкостей и интерфейсов. Hitachi Ultrastar 15K300 появился на рынке в начале 2007 года, то есть более года назад, но и по сей день является весьма конкурентоспособным продуктом.
Модель Ultrastar 15K300 относится к самой дорогостоящей и производительной серии жестких дисков японского производителя.
Что интересно, в этих винчестерах не применяется популярная ныне технология перпендикулярной записи (PMR). Приняв во внимание риск потерять в качестве из-за не до конца отработанной технологии, разработчики приняли решение использовать прежнюю технологию продольной записи. В результате плотность записи отказалась не самой высокой – всего 113 Гбит/кв.дюйм (у новых настольных моделей она выше 200), а максимальный объем не превышает 300 Гб.
Сегодня Hitachi предлагает более емкие винчестеры для серверов в рамках серии Ultrastar 15K450. В них уже применяется технология PMR, за счет чего и удалось повысить емкость в полтора раза. Однако далеко не все заказчики готовы платить за такой большой объем. Тем более что в серверных задачах жесткие диски обычно объединяются в RAID-массивы, где емкость конкретного диска имеет не первостепенное значение.
В рамках серии Ultrastar 15K300 предлагаются модели в трех базовых емкостях – 73, 146 и 300 Гб. Первая модель – самая экономичная и производительная, содержит всего одну пластину. У последней – четыре пластины, она работает несколько медленнее, больше шумит и потребляет энергии. Что касается интерфейса, то у Hitachi есть модели с любым их трех используемых в серверной среде – старым Ultra320 SCSI, новым Serial Attached SCSI 3 Gb/s и по-прежнему самым скоростным FC-AL 4 Gb/s. Следует заметить, что в новых семействах винчестеров обычно не применяют традиционный SCSI. Модели Hitachi – приятное исключение, их можно использовать для модернизации старых серверов и рабочих станций.
Немного о технологиях, которые Hitachi использовала в жестких дисках серии 15K300. Во-первых, это парковка головок на рампе, а не на поверхности пластин – именно Hitachi первой начала применять этот метод во всех разновидностях винчестеров. Во-вторых, это тепловая коррекция размеров головки (TFC), что гарантирует строго фиксированное расстояние между головкой и поверхностью. В-третьих, использование головок TMR (туннельная магниторезистивность), наиболее совершенных на сегодняшний день. И конечно, фирменная технология RVS, корректирующая поведение механизма позиционирования с учетом повторяющихся внешних воздействий (в частности, вибрации соседних дисков).
Сравним актуальные на данный момент (лето 2008 года) линейки серверных винчестеров с оборотами 15000:
Жесткие диски семейства Ultrastar 15K300 по большинству характеристик не уступают своим конкурентам. Собственно, конкурентов набралось всего два – это серии Cheetah 15K.5 у Seagate и MBA3xxx у Fujitsu. Важно, что по скорости позиционирования модели Hitachi немного выигрывают, а это очень важно для серверной среды. Единственный параметр, по которому Ultrastar 15K300 проигрывает – это по устойчивости к ударам, но для серверов это не всегда критично, так как собираются они квалифицированными людьми и впоследствии работают в благоприятных условиях, без доступа посторонних.
К сожалению, пока мы не можем предложить вашему вниманию сравнительные тесты серверных жестких дисков того же класса, к которому принадлежит герой этого обзора. К этой теме мы вернемся в последующих обзорах, а пока сопоставим два жестких диска с противоположных сторон серверной линейки Hitachi.
C одной стороны у нас будет Ultrastar 15K300, один из самых скоростных дисков этого производителя. Мы выбрали среднюю модель в линейке, объемом 147 Гб, как наиболее востребованную для всевозможных ответственных задач (базы данных, веб-серверы, системы принятия бизнес-решений и пр.). Интерфейс данной модели – двухпортовый SAS, наиболее современный и востребованный. Мы подключали жесткий диск к 8-канальному контроллеру Intel SRCSASRB, включая единственный диск в RAID-массив уровня 0.
SAS-контроллер Intel с интерфейсом PCI Express x4
Все оптимизации, которые предлагает контроллер, а это отложенная запись, полное кэширование чтения и предупреждающее чтение, в целях чистоты эксперимента были отключены.
С другой стороны – винчестер Hitachi из самой "младшей" серии линейки Ultrastar, A7K1000. Это модель максимальной емкости (1 Тб), но минимальной производительности (всего 7200 RPM). Подключалась она к контроллеру Serial ATA моста Intel ICH9R, встроенного в материнскую плату. Конечно, эти два винчестера ни в коем случае не конкуренты, это решения совершенно разного уровня. Однако они помогут нам ощутить разницу в характеристиках между жесткими дисками серверного класса.
Пропускная способность интерфейса в нашем случае будет одинаковой – так как Serial ATA и SAS не только делят общий физический и электрический протокол, но и являются частично совместимыми (контроллер SAS поддерживает винчестеры SATA).
Тест HDTach подтвердил это.
Задержки произвольного доступа у винчестера с 15 тыс. оборотов почти вдвое выше даже по заявленным характеристикам.
По данным того же HDTach, его преимущество даже больше: всего 5.7 мс против 12,6 мс у Hitachi A7K1000. Тут сказывается и меньший диаметр пластин у 15K300, и более мощный электромагнитный привод головок, и вдвое более высокая скорость вращения пластин.
Последний параметр оказывает существенное влияние и на скорость последовательного доступа.
У Hitachi 15K300 средняя скорость чтения и записи достигает отметки 100 Мб/с, а максимальная устоявшаяся (не пиковая) находится у отметки 120 Мб/с. И пусть это не рекорд на сегодня, но винчестеры младшего серверного класса он обходит почти на 45%.
Перейдем к тесту, имитирующую нагрузку на винчестер в условиях серверной среды – IOMeter. Мы выбрали три шаблона, составленные компанией Intel для тестирования серверов – File Server (80% чтения, 20% записи, основной блок – 4 Кб), Web Server (только чтения, блоки различного размера) и Workstation (80% чтения, 20% записи, блоки 8 Кб). Дополнительно изменялась длина очереди запросов на доступ к винчестеру.
Во всех тестах результаты винчестера старшего класса выше более чем в два раза, чем у винчестера младшего класса. Особенно хорошо проявил себя Hitachi Ultrastar 15K300 в шаблоне рабочей станции – его преимущество доходит до 3.5х. Результат вполне предсказуемый, учитывая двукратное превосходство этого жесткого диска по скорости произвольного доступа.
Пусть и не самый передовой с точки зрения примененных технологий, винчестер Hitachi 15K300 демонстрирует высокие скоростные показатели, превосходя модели младшего класса минимум вдвое. Объединение нескольких таких винчестеров в RAID-массив позволит существенно увеличить производительность, надежность или и то, и другое сразу – в зависимости от типа массива (и предъявляемых требований). Немаловажным является и тот факт, что эти винчестеры доступны с любым из трех интерфейсов. К сожалению, максимальный объем данной серии ограничен скромной цифрой 300 Гб, однако у Hitachi уже доступна новинка на 450 Гб, хотя и другой, более дорогостоящей серии. Тем не менее, и серия 15K300 не потеряла своей актуальности: по характеристикам она на высоком уровне, а по стоимости даже несколько дешевле некоторых аналогов, прежде всего Seagate.
Автор: Макс Курмаз
Благодарим ЗАО "АСБИС" за предоставленный жесткий диск Hitachi и другое оборудование
