Первые винчестеры появились более полувека назад, да и первый накопитель на 100 МБ был выпущен еще в 1970 году, однако ограничение на габаритные размеры в эпоху персональных компьютеров заставили их повторять все этапы пути, начиная с «исторических» 5 МБ (таким был как самый первый IBM 350 в 1956 году, так и первый «персональный» ST-506 в 1980-м, только вот их размеры и масса различались на порядки). Впрочем, сделано это было достаточно быстро — еще в 1991 году накопители «покорили» отметку в 1 ГБ (причем в уже привычном 3,5″ форм-факторе), к концу того десятилетия покупателей перестали удивлять значения в 20-25 ГБ, а дальше емкость устройств начала увеличиваться по-настоящему бурными темпами, так что в 2007 году на рынок вышел первый терабайтник. При сохранении тех же темпов на прилавках уже лежали бы устройства и на 100 ТБ, при их снижении до уровня 90-х — все равно не менее 25 ТБ, но... Но на деле даже второе значение остается лишь планами на будущее, а о первом все еще не приходится даже мечтать. Не потому, что в таких устройствах нет необходимости — просто чем дальше, тем сложнее оттачивать технологии. Последним революционным нововведением оказалась технология перпендикулярной записи, но внедрять ее как раз начали в 2007 году — и «запасы» возможностей модернизации, уже, в общем-то, исчерпаны. Так что, если когда-то нормальным было удвоение емкости каждые полтора года, то с 8 до 16 ТБ (текущий максимум) индустрия шла все четыре года. При этом цены «эксклюзивов» максимальной емкости давно стабилизировались на одном уровне, так что и какого-то заметного снижения стоимости хранения данных нет. Да и вообще — минимальную стоимость хранения гигабайта информации обеспечивают модели «средней» емкости, а то и «ниже средней», что тоже радикально отличает ситуацию от привычной для «поживших» в нулевые. Но объясняется это очень просто — современные технологии стоят все дороже и дороже, так что применяются только в тех продуктах, где без них обойтись вообще нельзя. Почему они так дороги? Потому, что развитие перестало быть интенсивным и стало экстенсивным. В первую очередь — направленным на увеличение емкости одиночного устройства, что необходимо ввиду постоянного увеличения количества информации — но заметно это только в соответствующих областях. Там приходится увеличивать количество пластин в пакете (для чего активно используется заполнение корпусов винчестеров гелием) или «выжимание» все большего количества битиков из тех же физических пластин и головок («черепичная запись» и TDMR) — но за дополнительные деньги. А винчестеры малой и средней емкости появились почти десять лет назад и с тех пор практически не изменились — просто оттачивание процессов производства позволило им стать более дешевыми. При том, что бюджетные ПК по-прежнему спокойно обходятся одним винчестером на 1-2 ТБ, а для NAS все еще актуальны объемы в 4 ТБ (что в изрядно подешевевших четырехдисковых моделях все равно позволяет хранить 10 ТБ данных и даже более того), это все и позволяет им неплохо себя чувствовать.

Но иногда такой емкости уже мало — и приходится обращать внимание на модели высокой емкости. Не топовые — они все равно слишком дороги (и в относительном, и в абсолютном исчислении), а вот 10 ТБ, появившиеся в ассортименте всех производителей два-три года назад, уже (относительно) доступны потребителям. Кроме того, это своеобразная психологическая граница — когда счет начинает идти уже на десятки терабайт. Впрочем, как уже показано выше, в современных условиях, когда винчестеры уже в большинстве случаев можно использовать группами, а не поодиночке, достичь ее можно и при помощи более «мелких» моделей — но сам факт :) Тем более, за прошедшее время мы уже протестировали четыре таких накопителя, так что решили собрать их результаты воедино. «Не хватало» только какого-нибудь винчестера от WD, но на 7200 об/мин, однако... Однако тут как раз компания решила окончательно навести порядок в собственном ассортименте путем полной интеграции наследия HGST, так что вопрос, что именно взять в качестве примера такового мгновенно решился — разумеется, Western Digital Ultrastar DC HC510. В итоге у нас собралось пять в чем-то сходных, в чем-то различных винчестеров на 10 ТБ от всех оставшихся на рынке производителей. Сейчас же поговорим о них более подробно — а также и о некоторых других регулярно возникающих у читателей вопросах :)

Участники тестирования

Seagate IronWolf ST10000VN0004 10 ТБ

Seagate SkyHawk ST10000VX0004 10 ТБ

Toshiba Surveillance S300 HDWT31AUZSVA 10 TB

WD Red WD100EFAX 10 ТБ

WD Ultrastar DC HC510 HUH721010ALE604 10 ТБ

Технические характеристики

Отметим, что новым продуктом можно считать разве что S300 на 10 ТБ — такие модели появились в ассортименте Toshiba лишь в прошлом году. «Десятки» Seagate концептуально восходят к вообще первой «гелиевой» модели компании, а именно Enterprise Capacity 2016 года. НС510 же формально еще старше — семейство HGST He10 было анонсировано еще в конце 2015 года и стало первым в мире с моделями на 10 ТБ и без «черепичной записи». WD Red построен на той же платформе HelioSeal, но вышел в 2017 году. Технически от прочих он отличается сразу — сниженной скоростью вращения, что столь же сразу демонстрирует и разницу подходов производителей. Seagate в сегменте 10+ предлагает только модели с гелием и только на 7200, WD — только с гелием, но и на 7200, и на 5400, а Toshiba… Toshiba использует гелий лишь начиная с 12 ТБ — «десятка» еще «воздушная». Как компании удается поместить в тот же корпус те же семь пластин, если в воздухе головки вынуждены летать выше? А сами пластины тоньше. Благодаря этому, на данный момент времени Toshiba и опережает остальных производителей как в области максимальной емкости вообще, так и в максимальной емкости «без гелия». Но у каждого подхода есть свои плюсы и свои минусы, так что интереснее свести их все воедино — и сравнить результаты. Кроме того, есть у нас тут модели с разным позиционированием — и, соответственно, немного разными прошивками. Степень влияния последних на производительность в универсальных сценариях, в общем-то, тоже интересна.

Тестирование

Методика тестирования

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

Производительность в приложениях

Как уже не раз было сказано, «системные» нагрузки несколько синтетичны для винчестеров высокой емкости: их покупатели могут себе позволить и SSD «приличного размера», куда поместятся и программы, и основные рабочие данные. С другой стороны, некоторые сценарии, моделируемые в PCMark, все равно применимы и к «дополнительному» накопителю: например, база фотографий или, тем более, медиатека с большой вероятностью будет храниться именно на винчестере при его наличии — некоторые именно для этих целей как раз и приобретают те же «десятки» и устанавливают их именно в ПК, а не в NAS. Кроме того, других «тяжелых» и комплексных нагрузок на типовом ПК обычно и вовсе не бывает, а низкоуровневые тесты работают с принципиально синтетическими — поэтому игнорировать данные тестовые пакеты не стоит. Собственно, никто этого и не делает — а не только мы :)

Отметим, что это как раз один из тех случаев, когда на результаты могут заметно влиять не только ТТХ самой механики, но и прошивки — точнее, их оптимизация или отсутствие таковой. Но «железо» все-таки первично — просто в настоящее время следует учитывать все в комплексе, а не только скорость вращения и плотность записи (как когда-то). И ориентация большинства производителей на заполнение гермоблока гелием, как видим, оправдана. С другой стороны, «воздушные» диски проще и дешевле — поэтому и их емкость постоянно растет: в частности, даже такие 10 ТБ уже появились благодаря инженерам Toshiba. Но это более медленный вариант: S300 отстал даже от «низкооборотистого» Red. А тот, в свою очередь, медленнее, чем DC HC510 — между этими винчестерами много общего, но вот скорость вращения у них разная. Лидерство же винчестеров Seagate можно списать как раз на оптимизацию firmware: в отличие от прочих участников рынка, компания активно продвигает «многотерабайтники» и в ПК, а не только в NAS или на корпоративный рынок, но определенные бонусы от существования BarraCuda получают и модели, позиционируемые для этих сегментов рынка.

У WD же подход диаметрально-противоположный: формально для персональных компьютеров предлагаются только «воздушные» Black и Blue до 6 ТБ включительно. И все. Хотите установить в ПК больше «одним куском»? Придется игнорировать официальное позиционирование моделей, и покупать тот же Red или и вовсе DC Ultrastar. Так что, по сути, разные подходы приводят к одинаковым результатам — Seagate и Toshiba выпускают диски на 10 ТБ для разных сегментов рынка, но они взаимозаменяемы, а Western Digital особого выбора не предлагает. И, кстати, выше 10 ТБ выбор вообще кончается — есть, разве что, WD121PURZ для систем видеонаблюдения, но это ближайший родственник «упраздненных» Gold и, следовательно, и DC Ultrastar.

Последовательные операции

А вот типичные «винчестерные» тесты, напротив, только к пластинам и привязываются. Их у всех испытуемых одинаковое количество и одинаковой емкости — так что «выделиться» можно только частотой вращения. Вот Red и «выделился» заметно — он тут единственный на 5400.

Но стоит обратить внимание на то, что какая-то полная однозначность есть только у максимальной скорости на самых внешних дорожках. Ближе к центру она закономерным образом снижается, но может делать это с немного разной скоростью даже у винчестеров на идентичных платформах, не говоря уже о «просто» одинаковых ТТХ. Впрочем, мы не удивимся, если это в той или иной степени сегодня свойственно и вовсе разным экземплярам одной и той же линейки, но чуть разного времени производства: слишком дорого стоят пластины высокой емкости, чтобы не пытаться их использовать по-максимуму — «подстроив» работу с разными зонами. Собственно, потому самыми «экономически выгодными» давно уже являются «воздушники» низкой емкости и на «старых» пластинах, что является одной из причин указанного в начале изменения рынка — 20 лет назад внедрение новых технологий снижало себестоимость, почему и было быстрым и массовым, сейчас же оно позволяет решать другие проблемы... Но не снижать стоимость хранения данных.

В данном случае все результаты получены в самой быстрой области, причем на ограниченной ее части, но интересны тем, что позволяют немного оценить различия в подходе к прошивкам. В частности, хорошо заметно, что современные модели Seagate и WD очень агрессивно используют предвыборку данных, в результате чего в многопоточном режиме скорость чтения существенно превосходит физические возможности самих пластин — данные могут оказаться в буфере заранее, вместе с предыдущими запрошенными. А вот программисты Toshiba используют абсолютно другой подход. Во всяком случае, в моделях для видеонаблюдения. В принципе, как мы уже писали, в расширение протокола ATA Streaming Command Set входят и специальные команды для работы без упреждающего чтения, так что необходимости в таком подходе нет. Но в компании решили перестраховаться, что в принципе тоже может сказаться и на других нагрузках.

Время доступа

Что интересно, и время доступа, измеренное «по-винчестерски» тоже начинает все меньше и меньше коррелировать как с результатами тестов высокого уровня, так и с ТТХ. Примеры? Пожалуйста — Seagate в обеих вариантах умудряется иногда даже проигрывать Red, имеющему более низкую скорость вращения пластин, хотя в остальных тестах, хоть как-то зависящих от задержек при доступе к данным (в том числе, и низкоуровневых), и IronWolf, и SkyHawk ведут себя не хуже прочих, а то и лучше. В принципе, это ничего существенно не меняет — просто является еще одним аргументом против попыток делать какие-то выводы о быстродействии на основании результатов того же HD Tune, не говоря уже о формальных ТТХ.

Работа с большими файлами

Что касается скорости в однопоточном режиме, то она очень хорошо коррелирует с результатами низкоуровневых тестов и (с учетом примерной одинаковости пластин) скоростью вращения пакета дисков. С заявленными же характеристиками все сложнее – напомним, что для всех IronWolf Seagate «обещает» лишь 210 МБ/с, что ниже как ожидаемого, так и демонстрируемого тестами (в кои веки эти вещи совпадают). 210 МБ/с на внешних дорожках при такой плотности записи должны демонстрировать винчестеры со скоростью вращения 5400 об/мин — и WD Red именно так себя и ведет. Словом, такой сценарий только подтверждает жизненный опыт и прочую «житейскую мудрость».

Совсем иначе ведет себя многопоточное чтение. Что суммарная скорость оказывается ниже, чем в однопоточном режиме, традиционно для винчестеров. А вот размер снижения в относительном исчислении разный: все винчестеры Seagate и WD «падают» до сопоставимых результатов, несмотря на разную скорость вращения. По сути, такой режим работы в наибольшей степени требователен к «скорости механики». И хуже всех оказывается «воздушная» Toshiba.

Запись данных еще интереснее. Чисто последовательный режим, впрочем, практически повторяет аналогичный сценарий при чтении данных — диски без использования технологии SMR так и должны себя вести. Многопоточный же режим при больших объемах записываемых данных «вырождается» в соревнование механики и алгоритмов «внутреннего» кэширования (влияние дисковых кэшей ОС отсутствует — в первую очередь как раз для этого мы и используем 32 ГБ). В итоге у обоих винчестеров Seagate производительность снижается в полтора раза, а у обеих моделей WD – в два. Для S300 же такие нагрузки просто противопоказаны.

Но вот если работать с одним потоком чтения и одним записи, то здесь как раз винчестеры WD ведут себя немного лучше, чем Seagate. И все вместе — заметно лучше, чем Toshiba. В очередной раз приходим к тому, что немного выходящие за рамки совсем уж простых нагрузки быстро делают сравнение ТТХ бессмысленными. В «золотые времена винчестеростроения» все было не так – увеличение скорости вращения (довольно монотонное — с ≈3000 об/мин массовые модели постепенно доросли до 7200 об/мин) и плотности пластин быстро увеличивало и производительность в любых сценариях. При этом поколения дисков быстро сменялись «естественным путем», так что до более сложных материй дело за время их жизни не доходило: буквально через год-два на рынке появлялись куда более быстрые и емкие накопители. Нынешний же застой и одновременное существование на рынке технологически разных (но не радикально разных) платформ приводит к тому, что как раз подобные нюансы могут оказаться и более значимыми, чем привычные базовые характеристики. С другой стороны, и значимость производительности жестких дисков значительно уменьшилась: основной их задачей стало хранение (а не обработка) «холодных» данных, благо сложные комплексные нагрузки стало возможным «переложить» на принципиально более быстрые типы накопителей. Везде, за исключением части бюджетного сегмента, потребности которого (к сожалению – но по понятным причинам) обслуживаются индустрией в последнюю очередь.

Рейтинги

Новым для нас сегодня является разве что Western Digital Ultrastar DC HC510, но он как раз ведет себя «как положено» — на уровне аналогов от Seagate. Немного проигрывает на операциях чтения, немного выигрывает при записи — с примерно равным общим итогом. Toshiba S300 же демонстрирует предсказуемые результаты на операциях чтения, но существенно «проваливается» при записи, причем (как мы уже отмечали) основные проблемы возникают при операциях с (псевдо)случайным доступом — там, где может сказываться скорость механики и оптимизации встроенного ПО.

Понятно, что добавление тестов высокого уровня (где нагрузки как раз комплексные) картину особо не меняет. Но здесь интереснее взглянуть на нее в целом — благо на диаграмме представлены все протестированные нами по данной версии методики винчестеры. И хорошо видно, что «житейская мудрость» в современных условиях пасует. Когда-то как было? «Десктопный» винчестер всегда быстрее, чем «ноутбучный» с той же скоростью вращения пластин, более новый — быстрее более старого, а 7200 — всегда лучше, чем 5400. Сейчас же от этого осталось только первое — да и то с определенными оговорками. Выше — бывает всякое. Например, WD Red на 10 ТБ быстрее, чем его менее емкий собрат: скорость вращения пластин одинаковая, но у «десятки» они плотнее, кэш-памяти больше, да еще и гелий сказывается. Вроде бы все, как и должно быть. Равно как и то, что и «маленький медленный» Red быстрее некогда топовой Barracuda XT сопоставимой емкости, несмотря на проигрыш по скорости вращения. А вот то, что он обгонит не только BarraCuda на 4 ТБ (с более плотными пластинами и чуть более высокой скоростью вращения), но и Toshiba S300 (где «всего больше» — и вообще класс другой по сути) до непосредственного тестирования предсказать было невозможно.

Не только лишь производительность...

Итак, как видим, несмотря на то, что в сегодняшних условиях любые винчестеры в общем-то можно считать устройствами низкой производительности, ее измерение может привести к неожиданным априори результатам. С другой стороны, уже не всегда важным — поскольку все равно низкой. И тут, казалось бы, на ведущие позиции должны выйти другие характеристики — надежность, энергопотребление, шум и т. п. На что справедливо намекают многие читатели в комментариях к любому обзору. Впрочем, даже и к такому, где какие-то попытки оценить перечисленные факторы сделаны: кто-то не согласен с результатами, а кто-то — и вовсе с подходами :)

На самом деле, это только кажется странным, но вполне объяснимо. С надежностью вообще все просто — ее практически невозможно протестировать за разумное время и на достаточном количестве испытуемых. Остается только статистика. Собрать которую (в репрезентативном виде, конечно) тоже невозможно во-первых и... бесполезно во-вторых: к моменту подведения итогов по любой модели окажется, что она все равно давно не продается. Может быть есть что-то с таким названием и похожее по характеристикам — но тоже другое. Так что сбор информации можно начинать сначала. С тем же результатом. Можно, конечно, попробовать делать более общие прогнозы «надежности производителя», но с тем же успехом можно бросать монетку. И точность, пожалуй, будет выше, а то, что на рынке осталось лишь три поставщика, только упрощает подход. На момент выхода линейки MPG, помнится, репутация Fujitsu была безукоризненной ;)

Прочие параметры, казалось бы, поддаются измерению ничуть не хуже, чем производительность. Измерять мы их пробовали — в том числе, и в статьях такая информация использовалась. Потом прекратили — когда выяснилось, что энергопотребление практически всех моделей стабилизировалось на уровне 3-5 Вт в простое и 6-9 Вт при самых «тяжелых» нагрузках. Мало того, что 10-15 лет назад было чуть больше — просто сами по себе абсолютные значения таковы, что на них можно не обращать внимания. Если только из принципа, но сравнение ради сравнения не слишком интересно.

Во всяком случае, это верно для персональных компьютеров — на данный момент накопители являются одними из самых низкопотребляющих компонентов, причем топовые модели SSD высокой емкости могут оказаться еще и более «прожорливыми», нежели «низкооборотистые» 3,5″. Казалось бы, в NAS другой расклад — они включены постоянно, да и используют экономичные платформы. Однако тут нужно измерять «мальчика» в целом — иначе возможны сюрпризы. В частности, наши тесты показали, что, например, энергопотребление Synology DS918+ под нагрузкой составляет 31,4 Вт, в том же режиме QNAP D4 Pro потребляет 27,9 Вт, а вот QSAN XCubeNAS XN5004T требует уже... 55,5 Вт. Все эти модели «четырехдисковые» и тестировались совместно с одним и тем же набором из четырех WD Red 2 ТБ. Более «прожорливые» винчестеры, конечно, увеличат потребление всего устройства, но, если этот вопрос волнует — начинать выбор надо с него самого. Для типичных бытовых моделей вся разница эквивалентна одной-двум светодиодным лампам в доме, т. е. не принципиальна. Другое дело — дата-центры с сотнями и тысячами винчестеров, что уже дает вполне весомые киловатты. Но именно поэтому данный сегмент постоянно и требует от индустрии наращивать емкость одиночных накопителей: модели высокой емкости обычно потребляют на ≈30% больше энергии, чем «маломерки», а вот нужно их для хранения того же количества информации в 5-10 раз меньше.

С другой стороны, основная проблема высокого энергопотребления — вся электрическая энергия превращается в тепловую, а ее надо как-то отводить. Такой вопрос волнует не только владельцев серверов (в этих случаях побочные затраты энергии на обеспечение охлаждения в крупном ДЦ способны «прокормить» мелкий ДЦ целиком), но и в NAS или, даже, в десктопе. Поэтому и там, и там, они решаются — причем с избытком. А вот температуры винчестеров оказываются разными. Например, в упомянутой тройки NAS мы получили следующие значения под нагрузкой: Synology DS918+ — 28-31 °C (в зависимости от конкретного отсека), в QNAP D4 Pro максимальная температура может составлять уже 42 °C, а в QSAN XCubeNAS XN5004T — от 40 до 46 °C. Такое сравнение совершенно корректно, поскольку используются, повторимся, одни и те же винчестеры. Но и в этом случае, как видим, температура зависит не только от конкретного устройства, но даже и от конкретного отсека в нем. Сравнивать же по показаниям температурного датчика разные модели винчестеров вообще нельзя — хотя бы потому, что датчики у них нередко в разных местах. Так что понятно, что приводить рабочую температуру в обзорах винчестеров (как некоторые просят) вообще нет смысла. Получится как в анекдоте: «Приборы? — Двести! — Чего двести? — А какие приборы?»

Кстати, тоже самое касается шума — измерить его можно, но главный вопрос: в каких условиях? Понятно, что от конкретного корпуса шум зависеть будет, причем с разными дисками по-разному. И от их количества тоже зависеть будет, и от соседей тоже. Но даже в простых и однозначных, вроде бы, условиях не все так однозначно.

Пример — мы решили измерить шум работы Seagate IronWolf и WD Red на 4 и 10 ТБ в одном и том же NAS Synology DS218play. Для начала оказалось, что в NAS необходимо полностью отключить вентилятор — его шум сопоставим с парой винчестеров! Фактически, на этом этапе тесты можно было просто прекращать — понятно, что в таких условиях что-то «услышать» могут разве что любители полностью пассивных решений, причем настольных. А NAS сам по себе и без дисков, и с дисками шумит одинаково — вот пусть это где-нибудь в шкафу и делает :)

Но тесты мы все-таки провели. Два — в простое и при случайной записи, генерируемой IOMeter, причем для IronWolf эту нагрузку держали сутки с измерениями в начале и в конце испытаний. Измерения стандартные — в 50 см от передней панели, микрофон направлен на NAS. Собственно, вопрос, который интересовал — существует ли в реальности процесс «притирки» винчестеров к NAS, благо Seagate и Synology давно кооперируются в процессе разработки прошивок своих устройств, а датчиков вибрации для сбора статистики в современных продуктах достаточно. Ну а WD Red нам тут для сравнения были нужны — тем более, что у них скорость вращения ниже, так что «житейская мудрость» подсказывает, что и шуметь должны меньше.

Сначала так и было — точнее, IronWolf шумели сильнее при работе, причем оба. Модель на 4 ТБ — лишь немногим, в паре «десяток» разница увеличилась. Казалось бы, так и должно быть — в первом случае 5900 об/мин против 5400 об/мин, а во втором уже пара 7200/5400. Только вот в покое (когда диски тоже вращаются, но головами двигать не надо) какой-то разницы не наблюдалось, т. е. фиксировали мы только шум механики. А спустя сутки непрерывных издевательств оба «волчары» (точнее, все четыре экземпляра, поскольку парами в режиме RAID1 мы каждую модель и тестировали) сбросили от 2 до 5 дБА, причем в покое тоже.

Выводы? Да, собственно, два — во-первых, желая получить тихий NAS и нужно выбирать для начала тихий NAS, а не тихие винчестеры: один вентилятор на 92 мм легко может «задавить» любые, а если их несколько, то тем более. Во-вторых, самый простой способ получить тихий NAS — поставить его в шкаф :) Хотя в принципе 30 дБА допустимо и ночью в спальне, тем более, никто не заставляет располагать устройство в 50 см от подушки — но так надежнее. А шум от разных моделей винчестеров и со временем меняться может, причем в разных условиях будет разным — так что измерять сферического коня в вакууме не имеет смысла. Производительность хотя бы обеспечивает повторяемость результатов, другие (потенциально важные и интересные) характеристики больше зависят от окружающих условий, нежели от самих накопителей. Такие дела...

Благодарим компанию «Позитроника» за предоставленный для тестирования
жесткий диск Seagate SkyHawk ST10000VX0004 10 ТБ