Методика тестирования накопителей образца 2018 года

Вот и еще один год прошел, а практического внедрения технологии термомагнитной записи (HAMR) в массовые модели жестких дисков мы так и не увидели. Вообще же Seagate над ней работает с конца 90-х, первые прогнозы обещали массовое применение в 2010-2013 годах, но воз и ныне там. Как и с придуманной позднее микроволновой магнитной записи (MAMR) — на фоне пробуксовки HAMR предполагалось, что ее старт будет более быстрым, так что первые продукты обещаны были на 2019 год. Но не появились. Будем надеяться, что вторая попытка окажется успешной — Toshiba свои 20 ТБ на базе MAMR обещает официально анонсировать в первом квартале наступившего года и, не слишком задерживаясь, начать их коммерческие поставки. В принципе, Seagate в 2020 год условно уложился — о начале поставок 20 ТБ, но на HAMR было объявлено в начале декабря. Но понятно, что это сродни открытию новых линий и станций московского метрополитена 30-31 декабря — когда все ограничивается торжественным разрезанием ленточки, а пассажиров пускают несколькими месяцами позже в следующем году.

Впрочем, главное — чтоб вообще пустили. Какая из технологий окажется более удачной — покажет время. Но если вообще будет из чего выбирать — уже отлично. А если опять получится фальстарт, да еще и двойной — плохо. Проблема в том, что последним интенсивным нововведением являлась технология перпендикулярной магнитной записи в конце прошлого десятилетия — благодаря которой за прошедшее время удалось повысить емкость магнитных пластин примерно на порядок. Заполнение корпуса гелием вместо воздуха и переход к «тонким» пластинам позволило увеличить их количество раза так в полтора-два — тоже немало. Еще немножко «выжали» при помощи TDMR: в первом приближении — когда головка читает сразу несколько дорожек, а потом «рассортировывает» данные при помощи интеллектуального контроллера. Процентов 20 дополнительно можно получить при использовании «черепичной записи» (SMR) — однако эта технология плохо влияет на скоростные характеристики, так что подходит далеко не для всех сегментов. Но и все — все запасы модернизации существующих технологий выбраны без остатка. Причем каждый шаг дается дороже предыдущего, так что весь набор технологий можно применять исключительно в топовых дорогостоящих моделях. За исключением, разве что, SMR — условно бесплатной. Но за нее приходится «платить» скоростными показателями. Тупик.

HAMR и MAMR как раз обещают выход из этого тупика. Первое время, конечно, они будут достаточно дорогими в использовании — однако позволят увеличить плотность записи. В перспективе — возможно, что и еще на порядок, т. е. через несколько лет (если все пойдет хорошо) реальностью станут жесткие диски на 100, а то и 200 ТБ. В условиях постоянно растущих объемов информации — это необходимо. Особенно если учесть, что флэш-память пока еще дороже, несмотря на все усилия производителей последней. Но цены NAND последние десять лет снижаются все-таки быстрее, чем удается жестким дискам — поэтому изначальная 30-кратная разница сократилась уже до раз так четырех. Стало быть, если тренд не переломить, еще через несколько лет твердотельные и «механические» накопители сойдутся в одной точке — и вот тут уже вторым придется несладко, поскольку стоимость хранения информации — последнее, что у них осталось. При этом снижать абсолютные цены неограниченно невозможно — винчестер обязан стоить не менее 50 долларов, чтобы его вообще имело смысл «собирать» на заводе. А чтобы хватало на новые разработки — цены должны быть еще выше. В итоге, по сути, развивается лишь nearline-сегмент максимальной емкости — спрос есть, цены составляют несколько сотен долларов (т. е. такие жесткие диски «обходятся дешево» лишь сравнительно с аналогичными по емкости SSD), есть и пространство для маневра. Однако само по себе это направление слишком уж далеко ушло от нужд обычных «персональных» пользователей, которым как раз выгоднее не связываться с новыми моделями, а ограничиваться простыми «воздушными» винчестерами на 4-10 ТБ. При необходимости — увеличивая количество таковых, благо обычно резервы есть. «Внутри» десктопов — навалом, да и цены NAS на четыре отсека давно уже на фоне аналогичных двухдисковых моделей не шокируют. А бо́льшие количества накопителей полезны и сами по себе. Емкость же каждого приходится увеличивать там, где количественные резервы уже выбраны, а нужной емкости какой-нибудь дисковой полки набрать все еще не удалось. И тут уже не до жиру — приходится покупать, что есть.

А «есть» с каждым годом немного больше — +2 ТБ. Четыре года назад массово доступны были лишь гелиевые «десятки» — и появление в конце 2017 года подобных моделей, но на 12 ТБ было серьезным «двадцатипроцентным» шагом вперед. Сейчас же на вершине смена 16 ТБ на 18 ТБ — и это в относительном исчислении уже в полтора раза более короткий шажок. Потому-то все и ждут HAMR, MAMR или хоть чего-то, что позволит каждый год хотя бы те самые +20% получать. И не настолько героическими усилиями, как нынешние +2 ТБ.

Seagate Exos X18 ST18000NM000J 18 ТБ

Но хорошо хоть, что они получаются — в частности, наш сегодняшний герой имеет емкость 18 ТБ, хотя еще год назад достижение таковой на базе «классических» технологий казалось невозможным. А вот и получилось — в Seagate довели емкость пластины уже до 2 ТБ, а пакет из девяти «блинов» освоили на предыдущем шаге, откуда и взялась такая емкость. В старшем Exos X18 — на самом деле в линейке две базовых модели (и куча производных — различающихся интерфейсом и прочим): девятидисковая на 18 ТБ и восьмидисковая на 16 ТБ. Вторая призвана заменить прошлогодний топовый Exos X16 — экономия целой одной пластины того стоит. Лет 10 назад «перетряхнули» бы всю линейку — сейчас же получается, что, например, 14 ТБ можно продолжать делать на старых более дешевых пластинах (внедрение новых не окупится), а «воздушные» 12 ТБ разрабатывать и вовсе не интересно. Хотя это стало возможно и кому-то, да пригодилось бы — но дешевле остаться на восьми старых пластинах еще безо всякого TDMR, чем «экономить» на гелии и их количестве, но с внедрением новых технологий.

В общем, такие вот точечные локальные оптимизации. На деле же топовые модели последних лет очень похожи — в таблице собрана тройка устройств одинакового назначения, которые мы в основном и будем сравнивать друг с другом. Но по физическим параметрам — сравнивать почти и нечего. С другой стороны, когда увеличение емкости достигалось «впихиванием» дополнительного блина — скоростные характеристики тоже оставались на месте. А вот увеличение плотности записи должно их немного, да улучшить. Не то чтоб это сейчас имело принципиальное значение (скорости давно уже ищут в других сегментах), но Алиса считает, что книжка без картинок, или хотя бы без разговоров — книжка неинтересная. Вот «картинки» нам тесты и обеспечат, а «разговоры» традиционно будут происходить в комментариях :)

Тестирование

Методика тестирования

Методика подробно описана в отдельной статье. Там можно познакомиться с используемым аппаратным и программным обеспечением.

Производительность в приложениях

В принципе, как уже тоже не раз было сказано, для моделей высокой емкости такие сценарии являются чистой синтетикой — бюджетные компьютеры с винчестером «для всего» все еще существуют, но этот сегмент потребляет исключительно бюджетные же «маломерки» на 1-2 ТБ, а модели высокой емкости если в ПК сейчас и встречаются, то в комплекте с SSD (а то и не одним). Но, с другой стороны, редкий пример комплексных нагрузок — причем чуждых для всей тройки, так что предполагать наличие какой-то оптимизации под эти программы сложно.

С другой стороны, и интересного ничего — никаких чудес, никаких разочарований. Х18 заметно быстрее Х16 не стал. Заметно медленнее — тоже. Примерно одного и того же уровня, сохраняющегося у винчестеров Seagate (в т. ч. и данной серии) уже давно. Toshiba MG08 помедленнее, но этот результат уже, как сказано, существенного практического значения не имеет — только академическое.

Последовательные операции

Как и следовало ожидать, небольшое увеличение плотности записи привело к столь же небольшому увеличению скорости последовательных операций. Приятный, но побочный эффект — борьба-то шла за емкость в первую очередь. Но особенности устройства этого типа накопителей таковы, что вместе с ней улучшаются и другие потребительские характеристики.

Упреждающее чтение традиционно работает — причем и скорость его удалось увеличить тоже. Но не сильно. На примере Toshiba MG08 хорошо видно — зачем в «многотерабайтных» винчестерах увеличивать емкость кэш-памяти. Но сделали это только Toshiba и Western Digital — Seagate и на новой отметке сохранил все те же привычные 256 МБ. С другой стороны... Так дешевле, а принципиально скорость изменить все равно не получится — хоть гигабайт DRAM туда ставь.

С записью, естественно, «фокус» не проходит. Но ее скорость тоже увеличилась. Причем в многопоточном режиме — сильнее, что похоже на исправление каких-то найденных недоработок прошивок.

Время доступа

По чтению двое из ларца одинаковы с лица: тут практически все зависит от чистой «механики», а она у всей тройки примерно одинаковая. А вот по записи новинка немного «отзывчивее» — что в первую очередь нужно списать на кэширование и т. п., поскольку тут-то оптимизации возможны.

Впрочем, при длине очереди более единицы они и при чтении возможны. И у Seagate присутствуют практически во всех линейках, а не только Exos. Что делает производительность на такого рода операциях высокой — но по меркам класса, разумеется.

В очередной раз повод посетовать, что Seagate емкость кэш-памяти не увеличивает — вкупе с принятыми в Exos оптимизациями записи с произвольным доступом это дало бы хороший эффект. С другой стороны, производительность Х18 даже несмотря на это оказалась более высокой, чем у Х16. Повод для радости у тех, кому приходится до сих пор держать на массивах жестких дисков базы данных и т. п.

Работа с большими файлами

Тест на Exos X18 мы проводили не только на пустом диске, но и на последних 100 ГБ — где производительность ниже. Однако оказалась она там ровно такой, какая и ожидалась, так что ограничимся для экономии места одним случаем.

Примечательно, что при формально одинаковых пластинах Exos X16 немного отставал от Toshiba MG08 — и лишь улучшение показателей позволило ему выйти на тот же уровень производительности при таких нагрузках. Однако разница была и есть невелика. «Выжиманием соков» из классических технологий такой эффект получить можно, а вот что-то существенно изменить — нет. Для этого нужны действительно новые технологии.

С записью ровно то же самое. Предсказуемо — для CMR такие сценарии симметричны, так что никаких нюансов не бывает. Вот как будут вести себя HAMR или MAMR — нужно будет посмотреть.

С самыми тяжелыми для жестких дисков сценариями продукты Seagate и ранее справлялись неплохо (лучше некоторых конкурирующих разработок во всяком случае) — а теперь скорость удалось еще немного повысить. Но тоже немного — что принципиально положение дел не меняет.

Рейтинги

Стало чуть-чуть быстрее. Как уже было сказано выше, это эффект побочный. Но все равно полезный. Но ни на что принципиально не влияющий — для этого производительность должна была бы принципиально измениться, а это при сохранении той же конструкции невозможно.

Обобщенный рейтинг при всей своей на текущий момент абстракции интересен тем, что позволяет быстро сравнить все протестированные по текущей методике винчестеры. И очень хорошо видна группа гелиевых моделей Seagate емкостью 10+ ТБ со скоростью вращения 7200 об/мин (другой конкретно в ней и не бывает). А также то, насколько идеально в нее вписывается новый Exos X18.

Итого

Изучая в прошлом году винчестеры на 16 ТБ, мы думали, что это последний «скучный» шаг, а новые вершины будут брать уже новые технологии. Увы, приход новых технологий состоится никак не раньше 2021 года. С другой стороны, 2020-й принес нам некоторое повышение емкости топовых моделей, хотя и столь же скромное, как предыдущие годы. На переднем крае технологии продолжают «шлифоваться», однако в более доступные модели винчестеров они проникают с трудом: дешевле продолжать использовать старые, чем вносить какие-то изменения. Впрочем, появление «нового» варианта на 16 ТБ с восемью пластинами вместо девяти — это серьезное упрощение, ради которого стоит побороться. Или может получиться так, как в прошлом году у Toshiba: оказалось выгодно осовременить новыми пластинами и головами от MG08 совсем уж «лохматые» MG04 и MG05.

Но в целом, повторимся, производителям экономически более выгодно продолжать производить модели низкой емкости на старой элементной базе. Разве что можно перевести часть таковых на SMR — вот это гарантированно окупается (правда, потом случаются скандальчики, интрижки, расследованьица — но возмущает, если это делается втихую, а не сам факт). Большинству же покупателей (и речь не только о частных пользователях) экономически более выгодно покупать как раз «старые» модели, не оплачивая технологический прогресс. Конечно, если надо кровь из носу впихнуть в 12 отсеков 200 ТБ «сырой» емкости, то винчестеры (да и SSD) менее чем на 16 ТБ каждый не подойдут. Но если есть возможность поставить еще одну полку, то даже с учетом ее цены и стоимости места диски на 8-10 ТБ могут оказаться более дешевым решением.

Вот и выходит, что последние годы прогресс в «винчестеростроении» идет — но идет перпендикулярно чаяниям основной массы потребителей. Да и не слишком быстро: как уже было не раз сказано, в основном все сводится к «+2 ТБ» каждый год с небольшим увеличением скорости работы на некоторых шагах. Понятно, что ничего хорошего рынку такая тенденция в перспективе не сулит. И именно поэтому столько сил и средств вкладывается в действительно новые технологии записи, которые хотя бы теоретически способны «перетряхнуть» весь рынок, а не только его «верхушку». Остается надеяться, что в наступившем году мы эти технологии наконец-то хоть в каком-то виде «пощупаем». Пока же просто констатируем очередную победу человеческого разума над техническими ограничениями.