...
...

Жесткий диск объемом в полтора терабайта

Практически в каждой отрасли промышленности имеет место соревнование между производителями. Выпуск самого выдающегося продукта (самого быстрого, самого большого, самого экономичного и т.п.) — хороший повод для укола конкурентов, привлечения внимания прессы и покупателей и подъема престижа марки. Может быть, этот "самый" продукт и не принесет компании много прибыли, но для формирования имиджа самого передового производителя он нужен обязательно.

Есть свое соревнование и у производителей жестких дисков. Например, в последнее время они спорят между собой за право называться поставщиком самых экономичных (и экологичных) винчестеров, поскольку проблема снижения затрат на электроэнергию и повышения энергоэффективности серверов сегодня волнует всех без исключения. Вместе с тем, не прекращается соревнование и по такому ключевому параметру жесткого диска, как объем. Данный параметр является самым важным, так как он определяет назначение винчестера — хранение информации. Выпустить жесткий диск объемом свыше 1 Тб мог каждый из производителей. Однако компания Seagate смогла опередить всех своих конкурентов: в продажу поступили первые в мире винчестеры объемом 1,5 Тб, выпущенные в рамках серии Barracuda 7200.11. Тем самым предыдущий рекорд был превзойден сразу в полтора раза. В нашем обзоре мы рассмотрим единственную в мире модель жесткого диска такого объема, сравнив ее с предыдущим рекордсменом — винчестером объемом 1 Тб.

Объем винчестера

Прежде чем приступать к изучению нового достижения "винчестеростроения", кратко рассмотрим теоретические основы организации жестких дисков и методы наращивания их объема. Как известно, жесткий диск, а точнее, накопитель на жестких дисках (HDD), представляет собой устройство хранения данных, использующее магнитный принцип записи информации на вращающихся несменных дисках. На поверхность алюминиевого или (чаще) стеклянного диска с двух сторон наносятся несколько слоев различных веществ включая слой, чувствительный к воздействию магнитного поля. При форматировании поверхность носителя, будучи до этого однородной, делится на мельчайшие магнитные домены, каждый из которых может находиться в одном из двух состояний, определяемых направлением магнитных полюсов. Сегодня используется принцип перпендикулярной записи, когда полюса доменов ориентированы перпендикулярно плоскости диска, за счет чего обеспечивается более компактная их "упаковка". Осталось добавить, что запись информации выполняется с помощью индуктивного элемента (катушка с несимметричным разорванным сердечником), чтение — с помощью магниторезистивного элемента, использующего эффект туннельной проводимости двух слоев ферромагнетиков (TMR).

Увеличить объем жесткого диска можно двумя способами. Первый способ — конструктивный, предполагающий увеличение числа пластин в пакете. С точки зрения затрат на разработку он самый простой, но при этом не самый выгодный с точки зрения себестоимости производства. Основная проблема связана с увеличением массы пакета пластин: это негативно отражается на работе шпиндельного двигателя (особенно при раскрутке), снижает жесткость крепления, приводит к повышению вибрации, шума и нагрева. Нужен новый коммутатор головок, более сложная сервосистема, более мощный привод головок и т.д. На определенном этапе возникают трудности с допустимой толщиной устройства, предписанной форм-фактором. Поэтому у многих производителей нет моделей с количеством пластин более трех, а модели с 5 пластинами сегодня предлагает только Hitachi. Второй способ заключается в увеличении объема каждой пластины. Разработчики технологий магнитной записи постоянно работают над новыми перспективными методами, позволяющими уплотнять магнитные домены на дисках. Как и в любой технической задаче, здесь имеется противоречие. С одной стороны, при уменьшении размеров магнитных ячеек нужно уменьшать и силу воздействия на них при записи, чтобы не затрагивать соседние ячейки. С другой стороны, чем меньше воздействие, тем меньшую магнитную энергию накапливает ячейка и тем выше должна быть чувствительность элемента чтения. К этому добавляется и весьма неприятный суперпарамагнетический эффект, когда ячейки при достаточно плотном расположении под воздействием соседей могут спонтанно менять свое состояние на противоположное. И разработчики уже ограничены не размерами головки чтения-записи, а структурными особенностями носителей информации. Сегодня применяются традиционные методы решения этой задачи — более устойчивые ферромагнитные материалы, более чувствительные элементы чтения, более точные методы фокусировки магнитного поля. А в ближайшем будущем найдут применение более радикальные методы — изоляция ячеек друг от друга и подогрев лазером во время записи. Если, конечно, флэш-память или ее преемница — память PCM — окончательно не вытеснят винчестеры с рынка. В жестком диске объемом 1.5 Тб использованы новые, более емкие, пластины, выполненные с применением существующих технологий. Ранее некоторые специалисты скептически оценивали возможность реализации такой плотности записи, ссылаясь на непреодолимость суперпарамагнетического барьера, однако жизнь опровергла эти прогнозы.


Производитель и модельSeagate 
Barracuda 11 
(новая серия)
Seagate 
Barracuda 11 
(старая серия)
МаркировкаST31500341ASST31000340AS
Диапазон емкостей, Гб15001000
Скорость вращения шпинделя, об/мин72007200
Кол-во головок 88
Кол-во пластин44
Плотность записи, Гбит/кв.дюйм277164
Внутр. скорость чтения (max), Мбит/с17091287
Скорость позиционирования, мс:
- средняя (чтение)8.58.5
- средняя (запись)10.09.5
- с трека на трек0.8/1.00.8/1.0
- полный радиусн/дн/д
Объем кэш-буфера, Мб3232
ИнтерфейсSATA/300SATA/300
Удароустойчивость (рабочая), G7063
Потребляемая мощность, Ватт:
- чтение/запись10.811.2
- активное ожидание8.38.0
Шум (ожидание), дБ26 - 2829 - 31
Шум (позиционирование), дБ30 - 3232 - 33


Новая линейка Seagate Barracuda

Винчестер рекордного объема пополнил хорошо известную линейку настольных жестких дисков Barracuda 7200.11. Но речь не идет о механическом увеличении количества моделей. На самом деле изменения, произошедшие с настольными винчестерами Seagate, более глобальные — вся линейка, а не только "топовая" модель, была переведена на новую технологию. Итак, новая линейка Barracuda по-прежнему имеет порядковый номер 11, хотя ее состав изменен полностью (сохранена лишь модель объемом 1 Тб). Никаких официальных данных о том, какие технические новшества были реализованы в новых винчестерах, в документации не приводится. Мы знаем только, что это классические жесткие диски с перпендикулярной записью и методом кодирования EPRML, оснащенные головками с элементами чтения TMR. Интерфейс — Serial ATA с поддержкой режима 3 Гб/с, объем буфера составляет от 8 Мб у младшей модели до 32 Гб у старших. Совершенно точно известно, что в новой серии пластины емкостью 250 Гб были заменены на новые емкостью 320 Гб. И теперь в линейку Barracuda 7200.11 входят:

1) две модели с одной пластиной уменьшенной высоты (так называемые slim-винчестеры) объемом 160 и 320 Гб;
2) модель с двумя пластинами объемом 640 Гб;
3) модель с тремя пластинами объемом 1 Тб, сменившая модель с четырьмя пластинами того же объема;
4) новый рекордсмен — модель с четырьмя пластинами, объем которой составляет 1,5 Тб.

Следует заметить, что для героя нашего обзора потребовались пластины чуть большей емкости — около 375 Гб. Они изготавливаются по той же технологии, что и пластины 320 Гб, но путем более тщательного тестирования отбираются те экземпляры, что имеют наилучшие параметры. Далее выполняется форматирование под более высокую емкость, благо структура носителя однородная и физических границ ячеек не имеет. Заметим также, что емкость пластин в пакете не должна быть идентичной, требуется лишь подобрать их по сумме. Теперь о характеристиках винчестеров обновленной серии Barracuda. Увеличенная емкость пластины автоматически приводит к росту мгновенной скорости чтения и записи, а также скорости последовательного доступа. Наилучшим по этим важным параметрам будет, конечно, винчестер объемом 1,5 Тб — у него емкость пластин наивысшая в серии. Так, мгновенная скорость чтения "сырых" данных (без учета служебных бит) заявлена на уровне 1,7 Гбит/с, а устоявшаяся скорость чтения — около 135 Мб/с. Это примерно на 17% выше, чем у других винчестеров той же серии, и на 33% — чем у предыдущей серии "барракуд". Вместе с тем, рост плотности записи приводит к снижению скорости случайного доступа, особенно при выполнении записи (из-за уплотнения дорожек и увеличения величины ошибки позиционирования). У новой серии Barracuda 11 по документам ухудшилась средняя задержка записи, но лишь на 0,5 мс. Так ли это на самом деле, проверим. К незначительным можно отнести улучшения уровня шума, энергопотребления и устойчивости к ударам. В целом обновленная серия настольных винчестеров Seagate обладает той же суммой потребительских характеристик, что и предыдущие.

Тестирование

Наш тестовый экземпляр винчестера объемом 1,5 Тб по конструкции корпуса и внешнему виду ничем не отличался от других жестких дисков Seagate. Разве что конфигурационная перемычка, отвечающая за ограничение скорости интерфейса до 1,5 Гбит/с, по умолчанию отсутствовала. Версия прошивки — SD17. Тестовый стенд имел следующую конфигурацию:
. процессор Intel Core 2 Duo E8300, частота 2,83 ГГц;
. материнская плата Gigabyte EP35C-DS3R (чипсет Intel P35 с южным мостом ICH9R);
. память GOODRAM PRO DDR2-900 объемом 2 Гб;
. блок питания FSP Everest 1010 1 КВт.

Тесты выполнялись в среде Windows XP2 SP2, также была использована ОС Windows Vista SP1 для прогона теста PCMark Vantage. Режим AHCI, поддерживаемый мостом ICH9R, был включен, благодаря чему винчестер получил возможность использовать функции NCQ и Hot plug. Для сравнения мы приводим данные винчестера, конструктивно идентичного рассматриваемому — Barracuda 7200.11 из предыдущей серии, имеющего объем 1 Тб. По данным нашего предыдущего теста, он оказался самым быстродействующим среди аналогов-"тяжеловесов".


PCMark 2005 HDDSeagate 
Barracuda 11 (1 TB)
Seagate 
Barracuda 11 (1.5 TB)
Запуск WinXP10.712.4
Загрузка программ8.49.6
Общая работа8.29.59
Сканирование на вирусы129.2134.7
Копирование файлов103.3123
PCMark Vantage HDDSeagate 
Barracuda 11 (1 TB)
Seagate 
Barracuda 11 (1.5 TB)
Defender20.823.9
Игра15.515.3
Photo Gallery47.648.7
Запуск Vista1719.8
Movie Maker38.445.7
Media Center80127.9
Media Player9.111.4
Загрузка программ5.96.5


Скорость случайного доступа у новой "барракуды" действительно снизилась. Средняя задержка доступа составляет целых 15 мс, откуда можно вывести скорость позиционирования 10,8 мс, но никак не заявленные 8,5 мс. В то же время у старой "барракуды" этот параметр соответствует заявленному. Вполне возможно, что это результат работы алгоритмов оптимизации позиционирования с целью снижения уровня шума, но может быть и временная проблема, связанная с недостаточно отработанной технологией. С помощью IOMeter мы исследовали зависимость скорости случайного доступа от объема запроса и получили интересную зависимость. Скорость чтения в принципе от этого параметра не зависит, а вот скорость записи резко (в 3 раза!) возрастает при объеме запроса выше 4 Кб. Скорее всего, налицо механизм отложенной записи, оптимизированный под запросы большого объема. Но почему он не так эффективен для блоков менее 8 Кб, непонятно. С другой стороны, скорость последовательного доступа реально увеличилась, но не на 33%, а на 20-25%. Обещанные 135 Мб/с мы не увидели — в первой зоне получилось около 126 Мб/с (хотя если считать 1 Мб = 1 млн байт, то как раз 135 и выходит). Но и при таком результате новая "барракуда" оказывается одним из самых скоростных настольных винчестеров. Кстати, форма графиков линейного чтения и записи в точности повторяет таковую у Barracuda предыдущего поколения с той же сильной "зубчатостью", указывающей на неравнозначность параметров каждой из пластин в пакете. С помощью того же IOMeter мы измерили зависимость скоростей чтения и записи от размера запроса. Полученные результаты вполне стандартны: для запросов размером от 32 Кб наблюдается существенное повышение производительности, связанное с применением алгоритма упреждающего чтения, запросы меньшего объема отрабатываются намного менее эффективно (видимо, они не "опознаются" как запросы последовательного доступа).


МодельПропускная 
способность 
интерфейса, Мб/с
Barracuda 11 (1 TB)233
Barracuda 11 (1.5 TB)241
HDTach
Barracuda 11 (1 TB)12.6
Barracuda 11 (1.5 TB)15
чтение, Мб/c
Barracuda 11 (1 TB)88.1
Barracuda 11 (1.5 TB)105.5
запись, Мб/c
Barracuda 11 (1 TB)86.9
Barracuda 11 (1.5 TB)106


В тесте Workstation пакета IOMeter имитируется режим доступа к диску при выполнении типичной работы на ПК (блок 8 Кб, соответствующий кластеру, 80% операций чтения, 80% операций случайных). И новый винчестер проигрывает старому примерно 15%, что связано с возросшей задержкой случайного доступа. Вместе с тем, следует отметить, что при сравнении с другими винчестерами объемом 1 Тб проигрыша может и не быть. Тест PCMark 2005 также измеряет скорость работы винчестера в нескольких типичных задачах, но более "честным" способом — путем воспроизведения "трассы" доступа к диску. По его данным получается наоборот — Seagate объемом 1,5 Тб выигрывает до 19% у старой модели. Тест PCMark Vantage, ориентированный на Windows Vista, также высказывается в пользу новой модели (хотя и не во всех шаблонах). Доверять PCMark мы не очень склонны, но в целом картина ясна: пониженная скорость случайного доступа в ряде случаев будет компенсироваться возросшей скоростью чтения/записи.


Глубина 
очереди 
запросов
Seagate 
Barracuda 11 (1 TB)
Seagate 
Barracuda 11 (1.5 TB)
190.8681.75
2105.4590.92
4120.07104.55
8135.60117.64
16150.66129.36
32153.74135.72


Проблемы

Просматривая информацию по первому винчестеру объемом в 1,5 Тб, мы наткнулись на многочисленные сообщения о проблемах, возникающих у тех, кто успел приобрести эту модель. Судя по обсуждениям на различных форумах включая официальный форум техподдержки Seagate, симптомы у всех одни и те же: при длительном выполнении однотипных операций доступа (как правило, с низкой скоростью) винчестер начинает на несколько секунд "подвисать", становясь недоступным. Если в это время происходит воспроизведение видеофильма, то повторяющиеся паузы сильно портят впечатления от просмотра. А если винчестер входит в состав RAID-массива, то "подвисание" чаще всего приводит к тому, что ему присваивается статус сбойного, и он исключается из массива. Обычно ошибка возникает при повторяющихся операциях записи. В ходе наших тестов заметить подобную проблему не представляется возможным. Однако аномалия на графике случайной записи имеется, и она наверняка имеет отношение к ошибкам в алгоритмах кэширования записи.

Мы обратились к Seagate за официальными комментариями и получили ответ следующего содержания. Описанная проблема действительно возникает у жестких дисков первых партий (прошивки версий SD15-SD18), но она проявляется не всегда, а лишь в мультидисковых конфигурациях и в операционных средах Unix/Linux и MacOS. Пользователи, столкнувшиеся с проблемой, должны написать в службу технической поддержки пользователей продукции Seagate (discsupport@seagate.com) с подробным описанием условий возникновения ошибок для получения файла прошивки и инструкций по его применению. Выкладывать прошивку в открытый доступ Seagate не будет, и это правильно — ведь не все проблемы могут быть исправлены новой прошивкой, и пользователь сначала должен проконсультироваться со специалистами и лишь потом заниматься перепрошивкой винчестера. Новые партии винчестеров поставляются уже с новой прошивкой, не имеющей описанных выше проблем.

Выводы

У Seagate в очередной раз получилась удачная модель, которая сочетает в себе рекордную емкость (на 50% выше максимума, доступного моделям предыдущего поколения) и прекрасные скоростные характеристики. При этом жесткий диск отличается невысоким уровнем шума, а температура за время тестирования не превысила 40 градусов (по данным SMART; корпус был все время закрыт). Конечно, данная модель пока является сравнительно свежей, и некоторые "детские болезни", к сожалению, проявились. Однако технология производства совершенствуется, новые прошивки выпускаются, проблемы устраняются. Поэтому Barracuda 7200.11 1.5 TB можно рекомендовать для файл- и медиасерверов, рабочих станций видеомонтажа, внешних жестких дисков и устройств типа NAS. Стоимость жесткого диска Seagate Barracuda 7200.11 объемом 1,5 Тб составляет $240-$250.

Макс Курмаз, max@gigamark.com

© Компьютерная газета

полезные ссылки
Корпусные камеры видеонаблюдения