Методика тестирования накопителей образца 2018 года

Накопители на базе жестких магнитных дисков («винчестеры») продолжают неплохо продаваться и активно использоваться индустрией, но вот «горячей» для обсуждений темой перестали быть уже давно. Не потому, что стали хуже, чем раньше — просто раньше альтернатив им не было, но за последние годы твердотельные накопители развились уже настолько, что в ряде ниш стали господствующим типом устройств. Чему поспособствовало и изменение самих по себе последних: лет 25 назад основным видом компьютерной техники были настольные ПК, в каждый из которых спокойно помещался один (или несколько) накопителей любых разумных габаритов, затем на первое место вышли ноутбуки, а сейчас... Сейчас уже больше половины потребляемого интернет-трафика приходится вовсе не на компьютеры в традиционном понимании, а на смартфоны. Попытки адаптировать винчестеры к габаритам карманной электроники были, однако давно прекратились — просто уменьшение размеров механики радикально «портило» все потребительские характеристики: от емкости до скорости. NAND-флэш от таких проблем не страдает, так что в этом сегменте в первую очередь и победил.

Рост же емкости чипов памяти и снижение их стоимости быстро начало сказываться и на других рынках — вплоть до систем хранения данных, которые когда-то казались незыблемой твердыней «механики». И причина не только и даже не столько в производительности (хотя иногда и последняя оказывается очень важна — недаром производители СХД уже предлагают массивы из NVMe-накопителей), а в плотности хранения данных на единицу объема и их общей емкости. Одиночные SSD не всегда имеют высокую емкость, но 1-2 ТБ с легкостью помещаются даже на плату M.2 2280, которых может быть много. Если же габариты одиночного устройства не слишком важны, то можно вспомнить, что Seagate уже пару лет как предлагает накопители с «традиционным» SAS-интерфейсом и в «традиционных» корпусах 3,5″, но с нетрадиционной емкостью 60 ТБ — винчестеры данного форм-фактора имеют намного меньшую.

Почему же они продолжают неплохо чувствовать себя в данной нише (в отличие от многих других)? Проблема, как водится, в цене. Несмотря на то, что последняя постоянно снижается, все равно на данный момент для TLC-памяти удалось в лучшем случае добиться 25-30 центов за гигабайт. QLC сразу «стартует» с ~20 центов — но даже это приводит нас к весомым $2000 (а то и больше) для накопителя, емкостью 10 ТБ, и пропорционально бо́льшим при ее дальнейшем увеличении. Винчестеры же подобной емкости существуют, и стоят пусть не дешево — но речь идет, во всяком случае, о сотнях, а не о тысячах долларов.

Однако для сохранения сложившегося баланса, стоимость хранения информации на винчестерах должна хоть немного снижаться, а их емкость при этом расти — иначе и в этом сегменте конкуренция с твердотельными накопителями будет все более и более сложной. Одно дело, когда цены отличаются на порядок, совсем другое — если удастся даже не добиться паритета, а сократить разброс цен раз так до 2-3 — тут уже «начнут играть» и технические преимущества (та же производительность или плотность упаковки). А вот с этим процессом дела давно уже обстоят не слишком гладко — что и приводит к тому, что винчестеры редко становятся темой для обсуждений.

Когда-то было не так — технологии производства что магнитных голов, что пластин совершенствовались ударными темпами, причем регулярно происходили революционные изменения. Последним таковым было внедрение перпендикулярной записи (PMR), но произошло оно достаточно давно — и запас модернизации по большей части уже выработан. «Новая революция» же в виде внедрения термомагнитной записи (HAMR) ведет себя подобно горизонту — постоянно отодвигаясь вдаль. 10-12 лет назад ожидалось ее внедрение не позднее 2013 года, причем с достижением емкости в 35-50 ТБ для одного накопителя форм-фактора 3,5″ — на дворе уже вторая половина 2018 года, а коммерческих образцов продукции все еще нет (причем, как сказано выше, такая емкость-то достигнута — но совсем другими устройствами). Поэтому остаются эволюционные изменения — такие, как технология «черепичной записи» (SMR) и/или заполнение корпуса винчестера гелием. И то, и другое на рынке представлено не первый год, так что практика показала наличие у обоих подходов как достоинств, так и недостатков.

«Черепица» работает на принципе наложения дорожек — ширина таковых при чтении данных может быть меньше, чем без специальных ухищрений достижимо для записывающей головки. В итоге плотность хранения данных повышается, но параллельно с этим снижается скорость записи информации — мы не можем писать только на одну дорожку, не затрагивая соседних, так что приходится перезаписывать весь пакет соседних дорожек, предварительно считав с него информацию. Соответственно, широкое внедрение SMR нежелательно — производители применяют ее там, где другими методами обойтись вообще нельзя. Естественно, в комплексе с технологиями, позволяющими хоть немного нейтрализовать отрицательные эффекты (для чего обычно применяется многоуровневое кэширование — DRAM, флэш, выделенные области пластины с «традиционным» PMR).

Гелий — экстенсивный метод развития, позволяющий при той же высоте корпуса винчестера собрать большее количество пластин в один пакет: благодаря свойствам этого газа, головки «летают» ниже, чем в воздухе, что делает механику более компактной. Разумеется, этот способ не увеличивает производительность, но на базе тех же пластин позволяет получить более высокую емкость конечного устройства, снизив заодно энергопотребление. Но дороже, чем могло бы — из-за более сложных технологических процессов, использования других корпусов и т. д.

Впрочем, альтернативы гелию в современных условиях пока нет. Иногда же эти технологии применяются одновременно — как в HGST Ultrastar Hs14, ставшим первым анонсированным винчестером на 14 ТБ, что было достигнуто использованием семи SMR-пластин. Ближе к концу прошлого года «отстрелялась» Toshiba с моделью MGA070ACA, где такая емкость достигнута на «классических» PMR-пластинах, но вот в корпус пришлось «научиться» устанавливать девять таковых. Однако оба накопителя относятся к устройствам корпоративного класса, что немудрено — SMR (как уже сказано) на массовый рынок производители стараются не выпускать без жесткой необходимости, а пакет из девяти пластин требует тех еще ухищрений при производстве, делающих его и не массовым, и не дешевым даже на фоне других «не массовых и не дешевых».

Компания Seagate анонсировала «свои» 14 ТБ формально последней, причем тоже в корпоративном сегменте (для начала), но Exos X14 заметно отличается от обоих упомянутых конкурентов. Во-первых, он использует (относительно) недорогой и хорошо отлаженный восьмидисковый дизайн, который компания применяет не только в корпоративном секторе — с IronWolf емкостью 12 ТБ мы знакомились еще в конце прошлого года. Во-вторых, обходится без «черепицы». Правда, и «классическим» PMR-решением его сложно назвать — по имеющейся информации (компанией, впрочем, официально не подтверждаемой) для увеличения плотности хранения информации используется технология двухмерной магнитной записи (TDMR). Суть ее в том, что пишущие головки здесь тоже «узкие», так что большое количество дорожек помещается на магнитный «блин» без перекрытия. Возникающая же проблема взаимной интерференции сигналов с разных дорожек при чтении решается использованием сразу двух «считывателей» в головке чтения, смещенных относительно друг друга, с последующим анализом полученных данных. Это делает чуть более сложной электронику, но последняя-то в настоящее время относительно недорога :) Зато побочным (относительно увеличения емкости пластины на 10%-15%) эффектом TDMR является потенциальное увеличение скорости чтения данных: если, например, мы считали данные сразу с двух дорожек (цилиндров) и «рассортировали» их в кэш-памяти, а потом оказалось, что это один большой массив данных, последовательно на них и расположенный... на этом можно и остановиться, вместо обычного «последовательного» чтения дорожки за дорожкой. Понятно, что такие идеальные случаи будут возникать далеко не всегда, а при чтении небольших файлов — и вовсе никогда, но иногда такой эффект получить тоже можно будет и на практике.

Впрочем, Exos X14 — тоже продукт корпоративного класса с соответствующими каналами поставок и ценой. Равно как и анонсированный чуть позже Western Digital Ultrastar DC HC530 — в котором компания «отказалась» от SMR в пользу TDMR, так что эти винчестеры очень похожи. Что неудивительно — скорость внедрения новых технологий в топовые продукты на устоявшемся рынке для всех «выживших» его участников примерно одинаковой быть и должна. А вот подход к продвижению этих самых продуктов на разные сегменты рынка может быть и разным. В частности, Seagate всегда быстрее прочих делает новые технологии доступными и в массовых продуктах. В частности, первым «гелиевым» диском, официально предназначенным для персональных компьютеров, была BarraCuda Pro 10 ТБ, причем одновременно с ней на рынке появились и аналогичные IronWolf / IronWolf Pro для NAS разного уровня. Пару лет назад всю эту линейку компания, вводя новую систему наименований, собрала в особое семейство «Стражи данных», которое в конце прошлого года пополнила моделями на 12 ТБ — как только они появились.

Сегодня на этом пути сделан очередной шаг — в семействе официально появились и модели, емкостью 14 ТБ. Наиболее важным является то, что само по себе это семейство включает в себя представителей линеек для розничного рынка — т. е. устройства, которые может свободно приобрести любой покупатель в обычном магазине. Если, конечно, его устроит цена: понятно, что топовые винчестеры — удовольствие не дешевое. Более того — сама по себе стоимость хранения гигабайта информации в последнее время почти не снижается. Она позволяет без особых проблем конкурировать с твердотельными накопителями, но не заставляет срочно бежать менять «старые» винчестеры на 6-8 ТБ на новые модели без насущной необходимости. Так что таковые продолжают сохранять актуальность, а в бюджетном сегменте вольготно себя чувствуют и накопители всего на 1-4 ТБ: благо дешевые и, зачастую, достаточные. Но не всегда достаточные, что верно и для тех же 6-8 ТБ. А накопители на 14 ТБ позволяют, к примеру, в один и тот же NAS (не обязательно домашний) вместить на 40% больше данных, чем обеспечивает 10 ТБ (что лишь год назад было максимумом для потребительских решений). С учетом того, что их количество постоянно растет, причем не только у корпоративных потребителей, иногда это очень важно. И, в любом случае, всегда интересно посмотреть — как такие устройства вообще работают. Тем более, что, как уже сказано, в последнее время винчестеры редко становятся гостями тестовых лабораторий, но сегодня у нас есть веская причина нарушить эту практику.

Seagate IronWolf Pro ST14000NE0008 14 ТБ

Нам достался представитель линейки IronWolf Pro — предназначенной для NAS, хотя и включающей в себя (традиционно для Seagate) винчестеры скоростью вращения 7200 об/мин. Впрочем, «младшая» линейка для NAS по ТТХ аналогична: отличается в основном чуть меньшим гарантийным сроком (три года вместо пяти) и отсутствием бесплатной двухлетней подписки на Rescue Data Recovery Services (фирменный сервис восстановления данных) — для IronWolf такую приобрести тоже можно, но за дополнительные деньги. Равно как и для позиционируемого в ПК BarraCuda Pro, но у последнего срок гарантии пять лет. Причем с недавнего времени для ее реализации (в случае чего) не обязательно полагаться только на магазин — компания «запустила» процедуру гарантийного возврата и замены продукции непосредственно в России. Особенно важно это как раз для розничных продуктов, поскольку позволяет покупателю не задумываться о «здоровье» розничного магазина (а 3-5 лет не такой и малый срок — случиться может всякое).

В целом же, независимо от позиционирования, модели одинаковой емкости в разных линейках (BarraCuda Pro, IronWolf, IronWolf Pro или не упомянутая выше серия SkyHawk для систем видеонаблюдения) очень похожи, причем и по скоростным характеристикам, в чем мы ранее убеждались. Увеличение емкости с 10 до 12, а теперь и до 14 ТБ эту политику не меняет. Поэтому для оценки нам подойдет любой представитель семейства. IronWolf Pro — просто самый «серьезный» по условиям. Ну и, в принципе, такая емкость именно для него в итоге как раз наиболее актуальна.

Образцы для сравнения

Правда, сравнивать его особо не с кем — в ассортименте других производителей, как уж сказано выше, ничего подобного нет. Есть винчестеры корпоративного сегмента, но там свои особенности. Поэтому мы ограничимся двумя моделями, причем только производства Seagate. Во-первых, ранее изученный IronWolf на 12 ТБ: как уже сказано, винчестеры механически очень похожи, но головки и пластины здесь немного разные. Во-вторых, мы некоторое время назад протестировали «историческую» Barracuda XT — одну из первых моделей на 3 ТБ, причем одну из последних, где еще не использовались «длинные» секторы. В те годы, когда она появилась, позиции винчестеров в области хранения данных еще казались абсолютно незыблемыми. Сейчас не все так однозначно :) Но, главное, это тоже своего рода топовое устройство — просто относительно старое. Новые модели той же емкости и сейчас продаются, причем далеко не во всех сценариях работают быстрее — мы же можем просто оценить прогресс за несколько лет. Что иногда очень полезно.

Технические характеристики

Тестирование

Методика тестирования

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

Производительность в приложениях

Нельзя сказать, что за прошедшие годы производительность винчестеров совсем не увеличивалась — на деле она «подросла» и в рамках текущего десятилетия. Правда совсем не пропорционально емкости — в одном случае речь идет о процентах, а в другом уже о разах. Но основная проблема даже не в этом, а в доступности накопителей, демонстрирующих совсем иной уровень быстродействия — даже с учетом ограничений со стороны остальных компонентов компьютера и/или программного обеспечения. Если же их снять, т. е. говорить о потенциально возможной производительности, то разница увеличивается еще заметнее. В чем нет ничего нового — и, естественно, увеличение емкости новых моделей, достигающееся уже в основном экстенсивными методами, ничего изменить не может. Поэтому-то винчестеры все еще применяются в качестве «основных» и единственных накопителей в бюджетных ПК, покупатели которых не могут (или не хотят) платить за емкий SSD и/или пару устройств разного типа, но в этом случае речь идет о совсем иных моделях — минимальной стоимости и емкости (благо последняя уже давно достаточна, а то и избыточна в этом классе). Ниша «многотерабайтников» — хранение больших объемов «холодных» данных. И эта ситуация только усугубляется с каждым годом. А производительность в тестах высокого уровня мы измеряем более как дань традиции. И для того, чтобы в очередной раз убедиться в стабильности положения, конечно.

Последовательные операции

Производительность в подобных сценариях долгое время была одним из основных параметров, на который обращали внимание многие пользователи. Некоторые по-привычке делают это и с твердотельными накопителями, хотя и тут расклад тоже радикально разный: одним уже давно в принципе «тесно» в рамках интерфейса SATA, другие даже на внешних дорожках все еще не могут «упереться» в ограничения SATA300, появившегося в чипсетах 2004-2005 годов. SATA600, кстати, этим летом тоже уже «стукнуло» 10 лет, но для винчестеров он все еще остается «перспективным», хотя его поддерживали и «пожилые» Barracuda XT. С другой стороны, им, фактически, не мог пригодиться и SATA300 — теперь же к его порогу пропускной способности подошли уже вплотную. И, что самое парадоксальное, с учетом нынешнего положения винчестеров в мире, для них эти нагрузки стали чуть более актуальными, чем 10 лет назад. Точнее, актуальность остальных уменьшилась :)

CrystalDiskMark (все-таки не слишком ориентированный на тестирование винчестеров, но в бытовых условиях часто применяемый и для этого) демонстрирует нам интересные результаты в многопоточном режиме, который в новых моделях оказывается существенно быстрее однопоточного, а вот в «исторических» такой разницы не наблюдалось. Причина — существенное увеличение емкости кэш-памяти, куда попадают не только затребованные «прямо сейчас» данные, но и расположенные поблизости от них. В рамках данного теста — способные пригодиться на следующем шаге, который и выполняется в итоге очень быстро: достаточно передать информацию по интерфейсу.

А вот при записи данных сильно «сэкономить» путем кэширования не получается, зато приходится активно двигать головками, так что производительность, как и ранее, только снижается. И еще один момент, на который стоит обратить внимание — модель на 12 ТБ медленнее, чем 14 ТБ в однопоточном режиме (как и должно быть из-за немного меньшей плотности записи), зато быстрее в многопоточном: запись и чтение ведут себя одинаково. Поведение же в паре 10 и 12 ТБ так не различалось, благо и отличались эти винчестеры в основном числом пластин. А вот очередной шаг на пути прогресса сделан с существенным изменением конструкции — и это заметно.

Время доступа

Хотя, глядя на эти результаты (тоже являющееся наследием как раз «эпохи винчестеров), можно было бы ожидать обратного. Впрочем, несложно заметить, что в них существенных изменений нет вообще давно. И понятно почему — сильно уменьшить время доступа к данным можно уменьшением физических размеров пластин и/или увеличением частоты вращения. Но ни того, ни другого в этом классе не происходит уже более 15 лет — со времен появления первых винчестеров на пластинах диаметром 3,5″ и частотой вращения 7200 об/мин (настольных моделей — в серверных это произошло еще раньше). Емкость с тех пор выросла в 100 раз, до неузнаваемости изменились интерфейсы и вообще вся электроника, но вот механическая составляющая почти не эволюционировала.

Работа с большими файлами

Как и ожидалось, без существенных изменений. Разве что по сравнению с «историческими» моделями все скорости выросли, что объясняется ростом плотности записи — но вот емкость при этом растет быстрее, так что в относительном исчислении можно даже считать, что скорости снижаются. Действительно, чтобы прочитать (допустим, последовательно) «весь винчестер» когда-то и часа было достаточно, а сейчас — это в принципе невозможно, поскольку емкость выросла в нашем примере в четыре раза, а скорость лишь в полтора. Но, в общем-то, начался этот процесс далеко не вчера — 10 лет назад мы отмечали ровно те же тенденции. Так что без изменений.

И, что характерно, если говорить о новом IronWolf Pro, то их нет и в другом смысле. В частности, операции чтения и записи практически симметричны по скорости — чего, например, в случае использования SMR-пластин добиться не удается. Т. е. это такой же привычный винчестер, как и прочие — только очень большой. И если где-то работала старая Barracuda — туда же «встанет» и новинка. Просто будет чуть быстрее и намного больше, но никаких подводных камней не появится.

Рейтинги

Некоторые операции записи низкого уровня на IronWolf Pro все-таки выполняются немного медленнее, чем ранее, так что и суммарный рейтинг у нового диска чуть ниже. Но ниже он не принципиально, это все тот же старый добрый винчестер: быстрее «совсем старых» винчестеров того же класса, но принципиально медленнее твердотельных накопителей. Зато он очень большой и относительно недорогой, так что по занимаемому пространству может «заменить» пяток предшественников, а по деньгам — SSD на пару терабайт (в лучшем случае — SSD на 4 ТБ, а тут все 14 ТБ).

Тесты высокого уровня, как уже не раз было сказано, для этого класса накопителей не слишком интересны: покупать «многотерабайтник» «для всего» (т. е. и программ, и данных) в единственном числе никто все равно не станет. Обычно устанавливают либо один бюджетный винчестер, либо пару накопителей разного типа. Но все равно хорошо видно, что по сравнению с предыдущим поколением и тут почти ничего не изменилось: «старые» настольные винчестеры медленнее все в те же полтора раза, а ноутбучные — просто медленнее, любые, даже гибридные.

Итого

Принципиальных изменений на винчестерном рынке в последнее время нет — только обычная эволюция. Когда Seagate удалось в один корпус установить восемь пластин, а не семь — получилось 12 ТБ вместо 10 ТБ. Как только доработкой пластин и головок удалось увеличить их емкость — 12 ТБ превратилось в 14 ТБ. Отметим, кстати, что, имея SMR-пластины на 2 ТБ и восьмидисковый дизайн, компания могла бы освоить и емкость в 16 ТБ, причем первой на рынке. Но этого, к счастью, в Seagate решили не делать, поскольку «черепичная запись» имеет свои особенности. А в текущем виде — никаких нюансов. Просто, во-первых, теперь у компании есть накопители и на 14 ТБ, а во-вторых (что, пожалуй, еще важнее), продавать она их готова каждому желающему — в обычной рознице. Таким образом, очередной шаг в развитии накопителей данного типа сделан, но шаг это не революционный, а эволюционный.