Сравнение четырёх поколений жёстких дисков корпоративного класса на примере Hitachi – THG.RU

Введение

“Никогда не трогай работающую систему” – такого правила придерживаются администраторы ИТ. Это особенно верно для корпоративного окружения, где серверные и клиентские конфигурации должны оставаться неизменными продолжительный период. Каждый компонент специально валидируется для той или иной конфигурации. Если требуется замена, то используются аналогичные комплектующие, пусть даже на рынке могут присутствовать и более мощные решения. Один из немногих компонентов, который можно заменить другой моделью – это жёсткий диск. И многие новые жёсткие диски можно использовать в качестве замены старым.

Нажмите на картинку для увеличения.

В этой статье мы не будем обсуждать различия между жёсткими дисками и твёрдотельными накопителями. SSD рано или поздно заменят всевозможные механические жёсткие диски в производительном сегменте из-за их невероятной производительности ввода/вывода и эффективности энергопотребления. Однако с надёжностью SSD ещё не всё окончательно ясно, поскольку твёрдотельные накопители относительно недавно вышли на рынок, опыта работы с ними не так много. Но со временем ситуация будет меняться. Впрочем, жёсткие диски в обозримом будущем всё равно не уйдут со сцены, поскольку их ёмкости останутся недостижимыми для SSD.

Сегодня SSD потребительского класса ограничены 256 Гбайт. Накопители, такие как Intel X25-M, в ближайшие месяцы смогут дать ёмкость до 320 Гбайт. В корпоративном секторе SSD по-прежнему существенно более дорогие, да и ёмкости у них ограничены, поскольку только память SLC соответствует своим обещаниям по производительности.

Но достаточно разговоров о SSD. В данной статье мы рассмотрим 3,5″ винчестеры корпоративного уровня. И хотя на рынке явно прослеживается тенденция перехода с 3,5″ на 2,5″ форм-фактор, 3,5″ HDD всё ещё составляют фундамент производительных систем хранения данных в корпоративном секторе. Мы решили рассмотреть четыре последних поколения жёстких дисков, начиная с ёмкости 147 Гбайт и заканчивая 600 Гбайт. Мы сравним производительность и эффективность энергопотребления.

2005: Ultrastar 15K147 (147GB)

Нажмите на картинку для увеличения.

Hitachi Ultrastar 15K147 – один из первых жёстких дисков с интерфейсом SAS 3 Гбит/с, появившихся в 2005 году, хотя скорость вращения шпинделя 15 000 об/мин была представлена на несколько лет раньше. Мы получили образец с датой изготовления июнь 2005. Пиковая ёмкость этой линейки составляла 147 Гбайт, но Hitachi также предлагала модели на 36 и 73 Гбайт. Кроме полученного нами образца с интерфейсом SAS 3 Гбит/с, в линейку входили модели с интерфейсами Ultra320 SCSI и 2/4 Гбит/с Fibre Channel. Накопитель оснащён 16 Мбайт кэша, при этом он может работать при температурах от 5° до 55°C. Температурный диапазон не изменился даже в последних поколениях Hitachi, хотя на рынке представлены конкурирующие жёсткие диски, работающие в более широком диапазоне температур.

Все последующие линейки Ultrastar 15K используют до четырёх вращающихся пластин для достижения максимальной ёмкости, хотя Ultrastar 15K147 использовал пять пластин для ёмкости 147 Гбайт. Модель на 73 Гбайт использовала три пластины, а 36-Гбайт винчестер работал на двух пластинах.

Этот 147-Гбайт накопитель даёт пропускную способность чтения до 91 Мбайт/с, что примерно соответствует обычному современному настольному жёсткому диску на 5400 об/мин. Впрочем, среднее время доступа 6,2 мс пока недостижимо для настольных накопителей, и только самые быстрые жёсткие диски на 15 000 об/мин могут дать лучший результат. Единственный способ существенно снизить время доступа и повысить производительность ввода/вывода сегодня – перейти на SSD.

Нажмите на картинку для увеличения.

Нажмите на картинку для увеличения.

2007: Ultrastar 15K300 (300GB)

Нажмите на картинку для увеличения.

Второй жёсткий диск имеет возраст около трёх лет. Он принадлежит к поколению продуктов, вышедшему на замену Ultrastar 15K147, причём максимальная ёмкость увеличилась до 300 Гбайт. Ultrastar 15K300 работает всего на четырёх пластинах, а не на пяти, и оснащён по-прежнему 16 Мбайт кэш-памяти. Но время доступа немного улучшилось.

Модели с интерфейсом 2 Гбит/с Fibre Channel канули в лету, остались только варианты на 4 Гбит/с, а из жёстких дисков с поддержкой Ultra320 SCSI были сохранены только варианты с 80-контактными разъёмами, что снизило ассортимент. Hitachi представила винчестеры с ёмкостью 73, 147 и 300 Гбайт; от 36-Гбайт моделей на этот раз отказались, что явно демонстрирует приоритет ёмкости даже в корпоративной сфере. 32-Гбайт SSD вряд ли был бы успешен на корпоративном рынке из-за мизерной ёмкости. Исключением, конечно, являются ситуации, где требуется экстремально высокая производительность.

По сравнению с жёстким диском Ultrastar 15K147, винчестер Ultrastar 15K300 работает чуть более горячо, но при этом намного быстрее. Он достигает максимальной последовательной скорости чтения 121 Мбайт/с. Минимальная поддерживаемая пропускная способность увеличилась с 60 до 70 Мбайт/с. Как и производительность приложений в PCMark Vantage. Однако производительность ввода/вывода возросла не так сильно, поскольку в данном случае влияют физические ограничения. Энергопотребление в режиме бездействия и под нагрузкой даже выросло, несмотря на переход с пяти пластин на четыре. Впрочем, это не помешало данному винчестеру обойти своего предшественника по производительности на ватт.

Нажмите на картинку для увеличения.

Нажмите на картинку для увеличения.

2008: Ultrastar 15K450 (450GB)

Нажмите на картинку для увеличения.

Один из последних жёстких дисков Hitachi корпоративного класса – это Ultrastar 15K450. Впервые новое поколение не удвоило ёмкость предыдущей линейки. Вместо этого мы получили увеличение объёма на 50 процентов. Модель Ultrastar 15K450 по-прежнему имела скорость вращения 15 000 об/мин и кэш-память 16 Мбайт, как и максимум из четырёх вращающихся пластин. Hitachi ещё сильнее сократила свой ассортимент, предложив при этом два варианта ёмкости: 300 и 450 Гбайт с интерфейсом SAS 3 Гбит/с или Fibre Channel 4 Гбит/с.

И вновь производительность немного увеличилась. Время доступа, в среднем, снизилось до 5,9 мс. Последовательная пропускная способность возросла до 157 Мбайт/с с минимальной скоростью почти 100 Мбайт/с. То есть по минимальной пропускной способности жёсткий диск превышает возможности SSD начального уровня. Что касается показателей производительности записи, которые важнее результатов чтения, то они аналогичны на Ultrastar 15K450. Производительность ввода/вывода данного накопителя осталась такой же по сравнению с Ultrastar 15K300, а производительность приложений в PCMark Vantage получила крайне небольшой прирост. Энергопотребление в режиме бездействия и под нагрузкой немного снизилось, но так и не достигло уровня Ultrastar 15K147.

Нажмите на картинку для увеличения.

Нажмите на картинку для увеличения.

2009: Ultrastar 15K600 (600GB)

Нажмите на картинку для увеличения.

Наконец, перед нами накопитель Ultrastar 15K600. Это новейший жёсткий диск корпоративного класса Hitachi, вероятно он станет и последним 3,5″ продуктом SAS. Будущие поколения будут базироваться либо на флэш-памяти (2,5″ SSD) для рынка с требованиями высокой производительности, либо на 3,5″ жёстких дисках со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин для рынка с требованиями высокой ёмкости. На последний рынок уже нацелены линейки настольных жёстких дисков “корпоративного уровня”, которые были несколько модифицированы и валидированы для лучшей надёжности и гибкости, что необходимо в бизнес-окружениях.

Ultrastar 15K600 даёт впечатляющую пропускную способность 195 Мбайт/с. Только последний Seagate Cheetah 15K.7 на самом деле чуть быстрее, он обеспечивает больше 200 Мбайт/с. Пропускная способность записи осталось такой же, а минимальная скорость увеличилась до 116 Мбайт/с. Если вы будете использовать два таких жёстких диска в массиве RAID 0, то сможете обойти любой SSD по последовательной скорости записи, а также и по суммарной цене, если выбирать модели HDD с меньшей ёмкостью.

Все другие характеристики производительности, такие как время доступа, производительность приложений и производительность ввода/вывода довольно существенно улучшились. Энергопотребление в режиме бездействия не снизилось, но было оптимизировано под некоторыми рабочими нагрузками. В итоге данный жёсткий диск даёт существенно более высокую производительность на ватт при интенсивной активности ввода/вывода, да и заметно улучшенную производительность на ватт в сценарии потоковой нагрузки.

Нажмите на картинку для увеличения.

Нажмите на картинку для увеличения.

Тестовая конфигурация

Сравнительная таблица

Результаты производительности

Время доступа

Время доступа существенно улучшалось от одного поколения продукта к другому.

Производительность ввода/вывода

Производительность ввода/вывода тоже улучшалась, но из-за природы жёстких дисков всё же довольно трудно получить заметный прирост. Поэтому мы наблюдаем небольшое увеличение производительности ввода/вывода при переходе от одного поколения к другому.

Пропускная способность и потоковые операции

Мы наблюдаем улучшение по пропускной способности, причём оно впечатляет сильнее других тестов: между 2005 и 2009 годом произошло фактически удвоение пропускной способности. Хотя один Ultrastar 15K600 и не может обойти по уровню пропускной способности быстрые SSD, часто дешевле получить многие сотни мегабайт в секунду через объединение нескольких накопителей корпоративного класса, таких как Ultrastar 15K600, в массив RAID.

Диаграммы пропускной способности

Комбинированная диаграмма позволяет наглядно сравнить все четыре поколения жёстких дисков.
<page

Температура и энергопотребление

Температура поверхности вряд ли представляет проблему для жёстких дисков корпоративного класса – они всё равно принудительно охлаждаются. Следовательно, мы не видим, что Hitachi была особо озабочена температурой при интенсивной нагрузке.

Что интересно, энергопотребление жёсткого диска в режиме бездействия не снизилось, хотя многие настольные жёсткие диски в последние годы демонстрируют уменьшение потребления энергии.

Мы наблюдаем экономию энергии у последнего поколения HDD при максимальной потоковой нагрузке (чтение), хотя самый старый жёсткий диск в этом тесте показал минимальное энергопотребление.

Энергопотребление при ограниченной нагрузке (чтение HD-фильма) в среднем тоже не уменьшилось.

Мы наблюдаем небольшое снижение энергопотребления при интенсивной нагрузке ввода/вывода при смене поколений, но вряд ли это было сделано Hitachi преднамеренно.

Эффективность

Четыре наших поколения жёстких дисков демонстрируют удвоение эффективности при нагрузке последовательной пропускной способности. Это, в основном, связано с намного увеличившейся производительностью, поскольку уровень энергопотребления изменился мало. Но можно отметить, что для высокопроизводительных жёстких дисков энергопотребление – не такая и серьёзная проблема.

Эффективность при нагрузке ввода/вывода рабочей станции улучшилась, но не так сильно, как в случае потоковых операций, что связано с незначительным снижением энергопотребления и небольшим ростом производительности ввода/вывода.

Индекс производительности

Наш индекс производительности для корпоративных жёстких дисков базируется на пропускной способности и производительности ввода/вывода. Производительность приложений влияет незначительно. Как можно видеть, данную диаграмму можно считать вполне надёжным показателем прогресса, сделанного жёсткими дисками при смене поколений.

Заключение

Четыре жёстких диска Hitachi почти идентичны по своим габаритам и спецификациям, но по характеристикам они отличаются весьма сильно. Мы обнаружили эволюционные изменения производительности при переходе с одного поколения на другое. Хотя уровень энергопотребления у жёстких дисков корпоративного класса не особо снижается, мы всё равно обнаружили успешный рост эффективности. Последние 3,5″ SAS-винчестеры для корпоративного сектора дают существенно более высокую ёмкость, существенно более высокую производительность и немного улучшенную эффективность.

Ёмкость и производительность – ключевые факторы для серверов, но нужно принимать во внимание и другие особенности. В реальных условиях важны совместимость и общая стабильность платформы. Жёсткие диски корпоративного уровня – это одни из немногих комплектующих в серверной системе, которые иногда меняют. Как видим, валидация нового поколения жёстких дисков для существующих серверов, если вы планируете установить десятки или сотни таких винчестеров, оправдывает себя.