Hitachi Ultrastar 15K300 — проверенные временем технологии для серверных задач
Почему жесткий диск, несмотря на все свои врожденные недостатки, благополучно дожил до наших дней? И не просто дожил, но и не имеет конкурентов в целом ряде областей, таких, как системы хранения данных серверного назначения? Потому что он обеспечивает высокое быстродействие и достаточно хорошую надежность при сравнительно невысокой стоимости производства. Да, у него имеются движущиеся механические части, которые шумят, нагреваются, быстро изнашиваются. Но именно движение обеспечивает винчестеру его быстродействие.
Круглые пластины, вращаясь на оси шпиндельного двигателя, организуют "доставку" огромного количества данных в кэш-буфер винчестера за счет энергии своего движения. Считывающая головка перемещается только по одной оси — вдоль радиуса пластин, остальную работу выполняют сами пластины. Пожалуй, именно от пластин — скорости их вращения и плотности записи (объема данных на каждой дорожке) — более всего зависит быстродействие винчестера. С самого начала разработчики этого типа устройств памяти стремились любыми способами повысить обороты пластин. Максимальный результат, которого им удалось достичь на сегодняшний день, составляет 15 тыс. об/мин, или 250 об/с. Винчестеры-"пятнадцатитысячники" сегодня применяются на самых ответственных участках работы — в рабочих станциях, серверах, сетевых устройствах хранения данных (NAS, SAN).
Повышение оборотов шпинделя неизбежно приводит к ухудшению всех характеристик винчестера, кроме быстродействия. И прежде всего — надежности, а это очень важно для серверных систем. Поэтому производителю приходится использовать компоненты более высокого качества, проводить тщательный отбор готовых винчестеров, что сказывается на стоимости. А емкость таких моделей намного ниже, так как по целому ряду причин в них применяются пластины уменьшенной площади. Поэтому винчестеры с оборотами 15 000 в настольных системах не используются — невыгодно: стоимость в несколько раз выше, а объем, наоборот, ниже.
В нашем обзоре мы рассмотрим один из популярных жестких дисков для серверных систем, выпускающийся в широком диапазоне емкостей и интерфейсов. Hitachi Ultrastar 15K300 появился на рынке в начале 2007 года, то есть более года назад, но и по сей день является весьма конкурентоспособным продуктом.
Характеристики
Модель Ultrastar 15K300 относится к самой дорогостоящей и производительной серии жестких дисков японского производителя. Что интересно, в этих винчестерах не применяется популярная ныне технология перпендикулярной записи (PMR). Приняв во внимание риск потерять в качестве из-за не до конца отработанной технологии, разработчики приняли решение использовать прежнюю технологию продольной записи. В результате плотность записи оказалась не самой высокой — всего 113 Гбит/кв.дюйм (у новых настольных моделей она выше 200), а максимальный объем не превышает 300 Гб. Сегодня Hitachi предлагает более емкие винчестеры для серверов в рамках серии Ultrastar 15K450. В них уже применяется технология PMR, за счет чего и удалось повысить емкость в полтора раза. Однако далеко не все заказчики готовы платить за такой большой объем. Тем более что в серверных задачах жесткие диски обычно объединяются в RAID-массивы, где емкость конкретного диска имеет не первостепенное значение. В рамках серии Ultrastar 15K300 предлагаются модели в трех базовых емкостях — 73, 146 и 300 Гб.
Первая модель — самая экономичная и производительная, содержит всего одну пластину. У последней — четыре пластины, она работает несколько медленнее, больше шумит и потребляет больше энергии. Что касается интерфейса, то у Hitachi есть модели с любым их трех используемых в серверной среде — старым Ultra320 SCSI, новым Serial Attached SCSI 3 Гбит/с и по-прежнему самым скоростным FC-AL 4 Гбит/с. Следует заметить, что в новых семействах винчестеров обычно не применяют традиционный SCSI. Модели Hitachi — приятное исключение, их можно использовать для модернизации старых серверов и рабочих станций. Немного о технологиях, которые Hitachi использовала в жестких дисках серии 15K300. Во-первых, это парковка головок на рампе, а не на поверхности пластин, — именно Hitachi первой начала применять этот метод во всех разновидностях винчестеров. Во-вторых, это тепловая коррекция размеров головки (TFC), что гарантирует строго фиксированное расстояние между головкой и поверхностью. В-третьих, использование головок TMR (туннельная магниторезистивность), наиболее совершенных на сегодняшний день. И конечно, фирменная технология RVS, корректирующая поведение механизма позиционирования с учетом повторяющихся внешних воздействий (в частности вибрации соседних дисков).
Жесткие диски семейства Ultrastar 15K300 по большинству характеристик не уступают своим конкурентам. Собственно, конкурентов набралось всего два — это серии Cheetah 15K.5 у Seagate и MBA3xxx у Fujitsu. Важно, что по скорости позиционирования модели Hitachi немного выигрывают, а это очень важно для серверной среды. Единственный параметр, по которому Ultrastar 15K300 несколько отстает, — это по устойчивости к ударам, но для серверов это не всегда критично, так как собираются они квалифицированными людьми и впоследствии работают в благоприятных условиях, без доступа посторонних.
Тестирование
К сожалению, пока мы не можем предложить вашему вниманию сравнительные тесты серверных жестких дисков того же класса, к которому принадлежит герой этого обзора. К этой теме мы вернемся в последующих обзорах, а пока сопоставим два жестких диска с противоположных сторон серверной линейки Hitachi. C одной стороны у нас будет Ultrastar 15K300 — один из самых скоростных дисков этого производителя. Мы выбрали среднюю модель в линейке, объемом 147 Гб, как наиболее востребованную для всевозможных ответственных задач (базы данных, веб-серверы, системы принятия бизнес-решений и пр.). Интерфейс данной модели — двухпортовый SAS, наиболее современный и востребованный. Мы подключали жесткий диск к 8-канальному контроллеру Intel SRCSASRB, включая единственный диск в RAID-массив уровня 0. Все оптимизации, которые предлагает контроллер — а это отложенная запись, полное кэширование чтения и предупреждающее чтение, — в целях чистоты эксперимента были отключены.
С другой стороны — винчестер Hitachi из самой "младшей" серии линейки Ultrastar, A7K1000. Это модель максимальной емкости (1 Тб), но минимальной производительности (всего 7200 RPM). Подключалась она к контроллеру Serial ATA моста Intel ICH9R, встроенного в материнскую плату. Конечно, эти два винчестера ни в коем случае не конкуренты, это решения совершенно разного уровня. Однако они помогут нам ощутить разницу в характеристиках между жесткими дисками серверного класса.
Пропускная способность интерфейса в нашем случае будет одинаковой, так как Serial ATA и SAS не только делят общий физический и электрический протокол, но и являются частично совместимыми (контроллер SAS поддерживает винчестеры SATA). Тест HDTach подтвердил это. Задержки произвольного доступа у винчестера с 15 тыс. оборотов почти вдвое выше даже по заявленным характеристикам. По данным того же HDTach, его преимущество даже больше: всего 5,7 мс против 12,6 мс у Hitachi A7K1000. Тут сказывается и меньший диаметр пластин у 15K300, и более мощный электромагнитный привод головок, и вдвое более высокая скорость вращения пластин.
Последний параметр оказывает существенное влияние и на скорость последовательного доступа. У Hitachi 15K300 средняя скорость чтения и записи достигает отметки 100 Мб/с, а максимальная устоявшаяся (не пиковая) находится у отметки 120 Мб/с. И пусть это не рекорд на сегодня, но винчестеры младшего серверного класса он обходит почти на 45%.
Перейдем к тесту, имитирующему нагрузку на винчестер в условиях серверной среды — IOMeter. Мы выбрали три шаблона, составленные компанией Intel для тестирования серверов: File Server (80% чтения, 20% записи, основной блок — 4 Кб), Web Server (только чтения, блоки различного размера) и Workstation (80% чтения, 20% записи, блоки 8 Кб). Дополнительно изменялась длина очереди запросов на доступ к винчестеру. Во всех тестах результаты винчестера старшего класса выше более чем в два раза, чем у винчестера младшего класса. Особенно хорошо проявил себя Hitachi Ultrastar 15K300 в шаблоне рабочей станции — его преимущество доходит до 3.5х. Результат вполне предсказуемый, учитывая двукратное превосходство этого жесткого диска по скорости произвольного доступа.
Заключение
Пусть и не самый передовой с точки зрения примененных технологий, винчестер Hitachi 15K300 демонстрирует высокие скоростные показатели, превосходя модели младшего класса минимум вдвое. Объединение нескольких таких винчестеров в RAID-массив позволит существенно увеличить производительность, надежность или и то и другое сразу — в зависимости от типа массива (и предъявляемых требований). Немаловажным является и тот факт, что эти винчестеры доступны с любым из трех интерфейсов. К сожалению, максимальный объем данной серии ограничен скромной цифрой 300 Гб, однако у Hitachi уже доступна новинка на 450 Гб, хотя и другой, более дорогостоящей серии. Тем не менее и серия 15K300 не потеряла своей актуальности: по характеристикам она на высоком уровне, а по стоимости даже несколько дешевле некоторых аналогов, прежде всего Seagate.
Макс Курмаз, max@gigamark.com
Круглые пластины, вращаясь на оси шпиндельного двигателя, организуют "доставку" огромного количества данных в кэш-буфер винчестера за счет энергии своего движения. Считывающая головка перемещается только по одной оси — вдоль радиуса пластин, остальную работу выполняют сами пластины. Пожалуй, именно от пластин — скорости их вращения и плотности записи (объема данных на каждой дорожке) — более всего зависит быстродействие винчестера. С самого начала разработчики этого типа устройств памяти стремились любыми способами повысить обороты пластин. Максимальный результат, которого им удалось достичь на сегодняшний день, составляет 15 тыс. об/мин, или 250 об/с. Винчестеры-"пятнадцатитысячники" сегодня применяются на самых ответственных участках работы — в рабочих станциях, серверах, сетевых устройствах хранения данных (NAS, SAN).
Повышение оборотов шпинделя неизбежно приводит к ухудшению всех характеристик винчестера, кроме быстродействия. И прежде всего — надежности, а это очень важно для серверных систем. Поэтому производителю приходится использовать компоненты более высокого качества, проводить тщательный отбор готовых винчестеров, что сказывается на стоимости. А емкость таких моделей намного ниже, так как по целому ряду причин в них применяются пластины уменьшенной площади. Поэтому винчестеры с оборотами 15 000 в настольных системах не используются — невыгодно: стоимость в несколько раз выше, а объем, наоборот, ниже.
В нашем обзоре мы рассмотрим один из популярных жестких дисков для серверных систем, выпускающийся в широком диапазоне емкостей и интерфейсов. Hitachi Ultrastar 15K300 появился на рынке в начале 2007 года, то есть более года назад, но и по сей день является весьма конкурентоспособным продуктом.
Характеристики
Модель Ultrastar 15K300 относится к самой дорогостоящей и производительной серии жестких дисков японского производителя. Что интересно, в этих винчестерах не применяется популярная ныне технология перпендикулярной записи (PMR). Приняв во внимание риск потерять в качестве из-за не до конца отработанной технологии, разработчики приняли решение использовать прежнюю технологию продольной записи. В результате плотность записи оказалась не самой высокой — всего 113 Гбит/кв.дюйм (у новых настольных моделей она выше 200), а максимальный объем не превышает 300 Гб. Сегодня Hitachi предлагает более емкие винчестеры для серверов в рамках серии Ultrastar 15K450. В них уже применяется технология PMR, за счет чего и удалось повысить емкость в полтора раза. Однако далеко не все заказчики готовы платить за такой большой объем. Тем более что в серверных задачах жесткие диски обычно объединяются в RAID-массивы, где емкость конкретного диска имеет не первостепенное значение. В рамках серии Ultrastar 15K300 предлагаются модели в трех базовых емкостях — 73, 146 и 300 Гб.
Первая модель — самая экономичная и производительная, содержит всего одну пластину. У последней — четыре пластины, она работает несколько медленнее, больше шумит и потребляет больше энергии. Что касается интерфейса, то у Hitachi есть модели с любым их трех используемых в серверной среде — старым Ultra320 SCSI, новым Serial Attached SCSI 3 Гбит/с и по-прежнему самым скоростным FC-AL 4 Гбит/с. Следует заметить, что в новых семействах винчестеров обычно не применяют традиционный SCSI. Модели Hitachi — приятное исключение, их можно использовать для модернизации старых серверов и рабочих станций. Немного о технологиях, которые Hitachi использовала в жестких дисках серии 15K300. Во-первых, это парковка головок на рампе, а не на поверхности пластин, — именно Hitachi первой начала применять этот метод во всех разновидностях винчестеров. Во-вторых, это тепловая коррекция размеров головки (TFC), что гарантирует строго фиксированное расстояние между головкой и поверхностью. В-третьих, использование головок TMR (туннельная магниторезистивность), наиболее совершенных на сегодняшний день. И конечно, фирменная технология RVS, корректирующая поведение механизма позиционирования с учетом повторяющихся внешних воздействий (в частности вибрации соседних дисков).
Жесткие диски семейства Ultrastar 15K300 по большинству характеристик не уступают своим конкурентам. Собственно, конкурентов набралось всего два — это серии Cheetah 15K.5 у Seagate и MBA3xxx у Fujitsu. Важно, что по скорости позиционирования модели Hitachi немного выигрывают, а это очень важно для серверной среды. Единственный параметр, по которому Ultrastar 15K300 несколько отстает, — это по устойчивости к ударам, но для серверов это не всегда критично, так как собираются они квалифицированными людьми и впоследствии работают в благоприятных условиях, без доступа посторонних.
| Производитель | Hitachi GST | Seagate | Fujitsu |
| Серия | Ultrastar 15K300 | Cheetah 15K.5 | MBA3xxx |
| Диапазон емкостей, Гб | 300, 147, 73 | 300, 146, 73 | 300, 147, 73 |
| Скорость вращения шпинделя, об/мин | 15000 | 15000 | 15000 |
| Кол-во головок | 8, 4, 2 | 8, 4, 2 | 8, 4, 2 |
| Кол-во пластин | 4, 2, 1 | 4, 2, 1 | 4, 2, 1 |
| Плотность записи, Гбит/кв.дюйм | 113 | 110 | 112.8 |
| Внутренняя скорость чтения (max), Мбит/с | 1441 | 1607 | 1432 |
| Скорость позиционирования, мс: | |||
| - средняя (чтение) | 3,6 - 3,4 | 3.5 | 3.4 |
| - средняя (запись) | 4,1 - 3,8 | 4.0 | 3.9 |
| - с трека на трек | н/д | 0,2/0,4 | 0,2/0,4 |
| - полный радиус | 6,6 - 7,1 | 6,8 - 7,5 | 8,0 - 9,0 |
| Объем кэш-буфера, Мб | 16 | 16 | 16 |
| Интерфейс | SAS/300, Ultra320 SCSI, FC/AL 4Gb/s | SAS/300, Ultra320 SCSI, FC/AL 4Gb/s | SAS/300, Ultra320 SCSI, FC/AL 4Gb/s |
| Удароустойчивость (рабочая), G | 30 | 60 | 65 |
| Потребляемая мощность, Ватт: | |||
| - чтение/запись | 18,5 - 13,7 | 17,4 - 13,7 | н/д |
| - активное ожидание | 13,6 - 8,6 | 13,2 - 8,4 | 12.8 |
| Шум (ожидание), дБ | 35 | 36 | 36 |
| Шум (позиционирование), дБ | 43 | н/д | н/д |
Тестирование
К сожалению, пока мы не можем предложить вашему вниманию сравнительные тесты серверных жестких дисков того же класса, к которому принадлежит герой этого обзора. К этой теме мы вернемся в последующих обзорах, а пока сопоставим два жестких диска с противоположных сторон серверной линейки Hitachi. C одной стороны у нас будет Ultrastar 15K300 — один из самых скоростных дисков этого производителя. Мы выбрали среднюю модель в линейке, объемом 147 Гб, как наиболее востребованную для всевозможных ответственных задач (базы данных, веб-серверы, системы принятия бизнес-решений и пр.). Интерфейс данной модели — двухпортовый SAS, наиболее современный и востребованный. Мы подключали жесткий диск к 8-канальному контроллеру Intel SRCSASRB, включая единственный диск в RAID-массив уровня 0. Все оптимизации, которые предлагает контроллер — а это отложенная запись, полное кэширование чтения и предупреждающее чтение, — в целях чистоты эксперимента были отключены.
С другой стороны — винчестер Hitachi из самой "младшей" серии линейки Ultrastar, A7K1000. Это модель максимальной емкости (1 Тб), но минимальной производительности (всего 7200 RPM). Подключалась она к контроллеру Serial ATA моста Intel ICH9R, встроенного в материнскую плату. Конечно, эти два винчестера ни в коем случае не конкуренты, это решения совершенно разного уровня. Однако они помогут нам ощутить разницу в характеристиках между жесткими дисками серверного класса.
Пропускная способность интерфейса в нашем случае будет одинаковой, так как Serial ATA и SAS не только делят общий физический и электрический протокол, но и являются частично совместимыми (контроллер SAS поддерживает винчестеры SATA). Тест HDTach подтвердил это. Задержки произвольного доступа у винчестера с 15 тыс. оборотов почти вдвое выше даже по заявленным характеристикам. По данным того же HDTach, его преимущество даже больше: всего 5,7 мс против 12,6 мс у Hitachi A7K1000. Тут сказывается и меньший диаметр пластин у 15K300, и более мощный электромагнитный привод головок, и вдвое более высокая скорость вращения пластин.
Последний параметр оказывает существенное влияние и на скорость последовательного доступа. У Hitachi 15K300 средняя скорость чтения и записи достигает отметки 100 Мб/с, а максимальная устоявшаяся (не пиковая) находится у отметки 120 Мб/с. И пусть это не рекорд на сегодня, но винчестеры младшего серверного класса он обходит почти на 45%.
Перейдем к тесту, имитирующему нагрузку на винчестер в условиях серверной среды — IOMeter. Мы выбрали три шаблона, составленные компанией Intel для тестирования серверов: File Server (80% чтения, 20% записи, основной блок — 4 Кб), Web Server (только чтения, блоки различного размера) и Workstation (80% чтения, 20% записи, блоки 8 Кб). Дополнительно изменялась длина очереди запросов на доступ к винчестеру. Во всех тестах результаты винчестера старшего класса выше более чем в два раза, чем у винчестера младшего класса. Особенно хорошо проявил себя Hitachi Ultrastar 15K300 в шаблоне рабочей станции — его преимущество доходит до 3.5х. Результат вполне предсказуемый, учитывая двукратное превосходство этого жесткого диска по скорости произвольного доступа.
| Производитель | Hitachi GST | |
| Серия | Ultrastar 15K300 | Ultrastar A7K1000 |
| Пропускная способность интерфейса, Мб/с | 282.8 | 264.5 |
| Средняя скорость чтения, Мб/с | 99.9 | 69.4 |
| Средняя скорость записи Мб/с | 99.7 | 75.3 |
| Скорость произвольного доступа, мс | 5.7 | 12.6 |
| IOMeter, шаблон Workstation: | ||
| - без очереди | 188.2 | 93.7 |
| - очередь 2 запроса | 237.9 | 94.4 |
| - очередь 4 запроса | 317.1 | 99.0 |
| - очередь 8 запросов | 360.6 | 105.8 |
| - очередь 16 запросов | 365.2 | 112.9 |
| IOMeter, шаблон File Server: | ||
| - без очереди | 168.6 | 79.4 |
| - очередь 2 запроса | 189.9 | 79.9 |
| - очередь 4 запроса | 227.8 | 89.9 |
| - очередь 8 запросов | 267.5 | 99.2 |
| - очередь 16 запросов | 310.7 | 107.8 |
| IOMeter, шаблон Web Server: | ||
| - без очереди | 166.1 | 73.4 |
| - очередь 2 запроса | 192.2 | 68.7 |
| - очередь 4 запроса | 223.1 | 86.4 |
| - очередь 8 запросов | 257.3 | 97.6 |
| - очередь 16 запросов | 300.9 | 111.5 |
Заключение
Пусть и не самый передовой с точки зрения примененных технологий, винчестер Hitachi 15K300 демонстрирует высокие скоростные показатели, превосходя модели младшего класса минимум вдвое. Объединение нескольких таких винчестеров в RAID-массив позволит существенно увеличить производительность, надежность или и то и другое сразу — в зависимости от типа массива (и предъявляемых требований). Немаловажным является и тот факт, что эти винчестеры доступны с любым из трех интерфейсов. К сожалению, максимальный объем данной серии ограничен скромной цифрой 300 Гб, однако у Hitachi уже доступна новинка на 450 Гб, хотя и другой, более дорогостоящей серии. Тем не менее и серия 15K300 не потеряла своей актуальности: по характеристикам она на высоком уровне, а по стоимости даже несколько дешевле некоторых аналогов, прежде всего Seagate.
Макс Курмаз, max@gigamark.com
Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 25 за 2008 год в рубрике hard
