Жёсткие диски SAS на 15 000 об/мин: переход с 3,5″ на 2,5″ на примере Hitachi – THG.RU

Введение

Сегодня твёрдотельные накопители находятся в центре внимания, но не следует думать, что технология жёстких дисков уже умерла. Конечно, можно с уверенностью сказать, что накопители на основе флэш-памяти заменят high-end жёсткие диски в ближайшие годы или даже месяцы. И одной из жертв станет 3,5″ форм-фактор в корпоративной сфере. В частности, 3,5″ жёсткие диски SAS на 10 000 и 15 000 об/мин уступят место 2,5″ накопителям. Мы сравнили оба форм-фактора, взяв винчестеры со скоростью вращения шпинделя 15 000 об/мин.

Нажмите на картинку для увеличения.

Если 3,5″ настольные и 2,5″ мобильные жёсткие диски различаются многими параметрами за исключением плотности записи, у 2,5″ и 3,5″ жёстких дисков корпоративного класса сходств намного больше. Скорость вращения шпинделя и ёмкость пластин у них одинаковы – и на то есть свои причины. Внутри 2,5″ и 3,5″ жёсткие диски корпоративного класса используют пластины одного и того же диаметра. Но сами пластины здесь всё же другие, поскольку высокая скорость вращения требует более прочных материалов.

Основное отличие между двумя форм-факторами кроется в итоговой ёмкости. 3,5″ форм-фактор позволяет установить в корпус высотой 26 мм больше пластин. Например, 3,5″ жёсткие диски SAS на 600 Гбайт и 15 000 об/мин вмещают четыре пластины, а сравнимые 2,5″ модели – только две. 2,5″ жёсткие диски корпоративного класса на 10 000 об/мин обычно используют три пластины.

Меньшее число пластин приводит и к меньшему энергопотреблению, поскольку требуется вращать меньшую массу. Но как соотносится производительность скоростных 2,5″ жёстких дисков с их 3,5″ аналогами? Мы взяли несколько винчестеров корпоративного класса Hitachi и провели несколько тестов.

3,5″ тестовые жёсткие диски: Hitachi Ultrastar 15K450, 15K600

Hitachi Ultrastar 15K450

Нажмите на картинку для увеличения.

Ultrastar 15K450 уже не является последней моделью Hitachi, поскольку несколько месяцев назад на замену вышла линейка Ultrastar 15K600. Но мы решили всё же добавить эту модель в тесты, поскольку 450-Гбайт поколение довольно широко представлено на рынке всеми производителями жёстких дисков, да и данная модель ближе всего по плотности записи к 147-Гбайт 2,5″ жёсткому диску на 15 000 об/мин, который мы использовали для тестов.

Hitachi предлагает модели с ёмкостью 300 и 450 Гбайт, интерфейсом SAS на 3 Гбит/с и кэш-памятью 16 Мбайт. 450-Гбайт топовая модель построена на четырёх пластинах; для достижения ёмкости 300 Гбайт требуются только три пластины. Меньшие ёмкости не представлены. Энергопотребление в режиме бездействия у 15K450 меньше, чем у 15K600, но чуть выше под нагрузкой. 450-Гбайт жёсткий диск также оказался самым горячим из тройки, наглядно демонстрируя, что разница между двумя поколениями продуктов может быть весьма существенной. Но давайте перейдём к новейшему 600-Гбайт жёсткому диску.

Нажмите на картинку для увеличения.

Нажмите на картинку для увеличения.

Hitachi Ultrastar 15K600

Нажмите на картинку для увеличения.

Ultrastar 15K600 – топовая модель Hitachi, доступная в ёмкостях 300, 450 и 600 Гбайт. Она, опять же, использует четыре пластины для достижения топовой ёмкости, а две другие модели оснащаются двумя и тремя пластинами. Для наших тестов мы взяли 600-Гбайт жёсткий диск.

Hitachi в четыре раза увеличила ёмкость кэша с 16 до 64 Мбайт, а также обновила интерфейс SAS с 3 Гбит/с до 6 Гбит/с. Впрочем, это не повлияло напрямую на производительность, поскольку пропускная способность ввода/вывода у пластин физически ограничена максимумом 195 Мбайт/с. Но интерфейс SAS 6 Гбит/с обеспечивает большую пиковую производительность при чтении или записи в кэш-память, да и он даёт более высокую скорость при подключении различных оснасток к host-адаптерам.

Накопитель требует больше энергии в режиме бездействия, чем 450-Гбайт предшественник, но под нагрузкой энергопотребление оказалось меньше. Поскольку производительность по сравнению с Ultrastar 15K450 увеличилась довольно значительно, эффективность энергопотребления по производительности ввода/вывода на ватт и по пропускной способности на ватт впечатляюще возросла. Впрочем, у 2,5″ винчестера эффективность всё равно намного лучше.

Нажмите на картинку для увеличения.

Нажмите на картинку для увеличения.

2,5″ тестовый жёсткий диск: Hitachi Ultrastar C15K147

Нажмите на картинку для увеличения.

Наконец, мы протестировали Hitachi Ultrastar C15K147 – представителя 2,5″ высокопроизводительной линейки жёстких дисков корпоративного класса с ёмкостью до 147 Гбайт. Это, конечно, немного по современным меркам, но всё равно больше, чем у большинства SSD корпоративного класса. Кроме того, через несколько месяцев выйдет следующее поколение жёстких дисков Hitachi с ёмкостью до 300 Гбайт.

Этот накопитель обладает теми же характеристиками, что и 3,5″ винчестер: кэш 64 Мбайт и интерфейс SAS 6 Гбит/с. Hitachi для данного продукта использовала две пластины, в результате энергопотребление оказалось весьма низким для продукта на 15 000 об/мин. Мы получили 4,7 Вт в режиме бездействия и 7,3 Вт под пиковой нагрузкой – примерно половину от энергопотребления большинства 3,5″ накопителей корпоративного класса. C15K147 нагревается тоже довольно сильно – мы замерили 59°C против 61°C и 64°C у 3,5″ винчестеров.

По производительности C15K147 не может достичь пропускной способности 195 Мбайт/с уровня Ultrastar 15K600, но он записывает и считывает данные практически с той же скоростью, что и Ultrastar 15K450. По производительности приложений 2,5″ винчестер немного обходит 15K450, а производительность ввода/вывода всё же лучше у 3,5″ жёстких дисков. Однако у 2,5″ накопителей всё же есть существенное преимущество по сравнению с 3,5″ винчестерами по плотности хранения данных в стоечных окружениях. При том же пространстве и уровне энергопотребления/тепловыделения 1U, которые требуются для работы четырёх 3,5″ винчестеров, можно установить до десяти 2,5″ жёстких дисков. Не так давно мы уже опубликовали статью, рассказывающую о переходе с 3,5″ на 2,5″ форм-фактор в серверных окружениях.

Нажмите на картинку для увеличения.

Нажмите на картинку для увеличения.

Тестовая конфигурация

Результаты тестов

Диаграммы пропускной способности

Пропускная способность и производительность интерфейса

Последовательная пропускная способность передачи данных от 115 до 196 Мбайт/с действительно впечатляет. 2,5″ Ultrastar C15K147 показывает себя лучше, чем предыдущее 3,5″ поколение Ultrastar на 450 Гбайт. Хотя SSD дают более высокие пиковые и средние значения пропускной способности, жёсткие диски по-прежнему являются более стабильным по обеспечению требуемого минимального уровня производительности.

Наш тест потокового чтения Iometer подтверждает, что 2,5″ жёсткие диски на 15 000 об/мин являются такими же быстрыми, что и предыдущее поколение 3,5″ винчестеров.

Производительность интерфейса отражает пиковую пропускную способность, которую можно получить при чтении или записи в кэш-память накопителя.

Производительность ввода/вывода

Разница по производительности ввода/вывода в сценарии базы данных не такая существенная, но всё равно заметная. 2,5″ винчестер показал себя здесь весьма неплохо.

Производительность в сценарии файлового сервера не является сильной стороной жёсткого диска Ultrastar C15K147. Два 3,5″ винчестера дают чуть более высокие результаты в этом тесте.

Тест web-сервера даёт схожие результаты.

Наконец, сценарий ввода/вывода рабочей станции подтверждает, что 3,5″ винчестеры дают превосходную производительность ввода/вывода при работе накопителей поодиночке. Однако экономия по пространству и энергопотреблению позволяет администраторам устанавливать в два раза больше 2,5″ винчестеров вместо 3,5″ моделей. В подобных конфигурациях массив из 2,5″ винчестеров будет всегда обгонять сборки на 3,5″ жёстких дисках по производительности, ёмкости и эффективности. Цена, конечно, может стать проблемой, но всегда можно найти решение с оптимальным сочетанием цены, ёмкости и производительности.

Время доступа

Время доступа у 2,5″ винчестера чуть больше, чем у 3,5″.

Производительность приложений PCMark

Как обычно, мы хотели бы отметить, что тест PCMark Vantage не относится к тестам серверов и рабочих станций, поэтому он не отражает типичных сценариев использования рассмотренных жёстких дисков. Однако этот тест всё равно полезен для оценки сравнительной производительности накопителей.

Новый Ultrastar 15K600 побеждает во всех категориях. Старый Ultrastar 15K450 и 2,5″ C15K147 идут “голова в голову” в некоторых тестах, хотя в других производительность различается.

Температура, энергопотребление и эффективность

Температура корпуса оказалось самой низкой у нового 600-Гбайт 3,5″ жёсткого диска, поскольку он смог наиболее эффективно рассеивать тепло по всей поверхности. У предшественника температура в наших тестах самая высокая, а 2,5″ жёсткий диск находится посередине. Все накопители требуют активного охлаждения.

2,5″ жёсткий диск потребовал всего треть энергии от уровня 3,5″ винчестеров в режиме бездействия. Это очень важно для серверных окружений, где могут использоваться сотни жёстких дисков для максимальной производительности, ёмкости и избыточности.

Чтение фиксированного потока HD-видео не очень сильно сказалось на энергопотреблении 3,5″ винчестеров. Оно по-прежнему находилось на высоком уровне. 2,5″ жёсткий диск потребовал для этой задачи меньше половины энергии 3,5″ винчестеров.

Эффективность энергопотребления оказалась самой высокой у 2,5″ винчестера, поскольку он сочетает высокую скорость (пусть и не рекордную) с энергопотреблением, составляющим меньше половины от уровня 3,5″ жёстких дисков.

Наконец, давайте взглянем на эффективность в сценарии ввода/вывода рабочей станции. 2,5″ винчестер показал себя в данном тесте ещё лучше, поскольку энергия, которую он потребляет для достижения пиковой производительности ввода/вывода, существенно меньше, чем у 3,5″ жёстких дисков.

Заключение

Нажмите на картинку для увеличения.

Вполне очевидно, что даже последний 2,5″ Ultrastar C15K147 не имеет никаких шансов выстоять против 3,5″ Ultrastar 15K600 по производительности. Всё же 3,5″ модель отличается большей плотностью хранения данных и более агрессивной производительностью. Но 2,5″ жёсткий диск выигрывает по энергопотреблению – ему требуется половина или даже меньше энергии по сравнению с 3,5″ винчестером, хотя разница в производительности никогда не приближается к 50%. Как правило, 2,5″ жёсткий диск SAS на 15 000 об/мин обеспечивает на 25% меньшую производительность по сравнению с 3,5″ винчестерами последнего поколения, в итоге эффективность возрастает более чем в два раза. Наши результаты в статье относятся к жёстким дискам Hitachi, но можно ожидать схожих результатов от винчестеров Fujitsu или Seagate, хотя абсолютные значения производительности будут отличаться.

Разницу в производительности 2,5″ винчестеров можно скомпенсировать путём увеличения их количества. Два 2,5″ жёстких диска SAS в массиве RAID обойдут один скоростной 3,5″ винчестер SAS во всех тестах. В то же время, энергопотребление не будет выше, а ёмкость может соответствовать одному 3,5″ винчестеру.

Если перейти ещё на ступеньку выше, то простой массив RAID на четыре 3,5″ жёстких диска можно заменить шестью-десятью 2,5″ винчестерами. Они не будут потреблять больше энергии, чем 3,5″ модели, но обеспечат прирост производительности от 50% до 2,5x выше, в зависимости от конфигурации. Между тем энергопотребление будет ниже массива из 3,5″ винчестеров.

Остаётся вопрос цены, и здесь следует быть осторожным. Можно собрать производительное хранилище на небольшом количестве SSD, но если вам требуется приличная ёмкость, то флэш-память быстро станет слишком дорогой. И в таком случае хорошим вариантом станет массив из накопителей на 15 000 об/мин. Если нужно наилучшее соотношение цены и ёмкости, то подойдут и 3,5″ винчестеры на 7200 об/мин, при условии, что они соответствуют требуемому уровню производительности. Если же нужна и ёмкость, и производительность при оптимальном энергопотреблении, то хорошим выбором станут 2,5″ жёсткие диски.