В тот момент, когда твердотельные накопители развили достаточно высокой уровень быстродействия и отказоустойчивости, место в высоконагруженных серверах и верхних эшелонах сетевых хранилищ для жестких дисков оказалось безвозвратно потеряно. Тем не менее, HDD со скоростью вращения шпинделя 10 тыс об/мин по-прежнему широко используются в системах, не столь требовательных к производительности ПЗУ, и обеспечивают более низкую в сравнении с SSD стоимость единицы объема. Что касается 15-тысячников, то этот класс жестких дисков действительно доживает свои последние годы, т.к. разница в скорости между моделями 10К и 15К уже не оправдывает более высокой цены и меньшего объема последних в рамках тех задач, где по каким-либо причинам не применяются SSD.

Пусть в долговременной перспективе судьба высокопроизводительных жестких дисков предрешена, технологии магнитной записи продолжают развиваться, и довольно стремительно. Рост плотности записи (а значит, объемов и быстродействия), который столь хорошо заметен на примере HDD форм-фактора 3,5 дюйма, не обошел стороной и накопители класса SFF (2,5 дюйма в корпусах высотой 15 мм). Кроме того, в конструкции серверных жестких дисков начали использовать Flash-память. В качестве загрузочных дисков для десктопных и мобильных ПК «гибридные» HDD себя не оправдали — в потребительской сфере оказался возможен полный переход на SSD без промежуточных стадий. В профессиональной, напротив, небольшой объем твердотельной энергонезависимой памяти способен обеспечить предсказуемый рост быстродействия, практически бесплатно в масштабе стоимости сервера или СХД, а также обеспечить дополнительную страховку данных.

Без малого три года тому назад мы провели групповое тестирование жестких дисков со скоростью вращения шпинделя 10–15 тыс об/мин, а сегодня в наших руках SFF-накопители последнего поколения от Seagate. Посмотрим, как за это время изменились быстрейшие из магнитных накопителей.

Технические характеристики, цены

Масштабный ребрендинг продукции, который Segateначала с потребительских моделей, добрался до корпоративных накопителей этой марки. Серии Seagate Exos 10E2400 и Exos 15E900, два представителя которых мы протестировали для этого обзора, — есть ничто иное, как EnterprisePerformance 10K HDD v9 и Enterprise Performance 15K HDD v6. А теперь, когда мы разобрались с непривычными наименованиями, изучим технические спецификации устройств.

Диски Exos 10E2400 и Exos 15E900 оснащены интерфейсом SAS 12 Гбит/с (каждая модель имеет второй порт для подключения резервного хост-контроллера) и характеризуются скоростью вращения шпинделя 10 и 15 тыс об/мин соответственно. Максимальный объем накопителя составляет 2,4 Тбайт для 10-тысячников и 900 Гбайт — для моделей 15K. К сведению, столь же большой объем жесткого диска в классе SFF, помимо Seagate, представила только Toshiba. Аналогичные продукты HGST остановились на уровне предыдущего поколения (10К объемом 1,8 Тбайт и 15К объемом 600 Гбайт), а Western Digital полностью прекратила выпуск SFF-дисков под собственной маркой.

Как видим, разница в объеме между современным и предшествующим поколениями быстрых HDD составляет 33%. Поскольку конфигурация пластин осталась прежней (вплоть до 4 пластин в моделях 10К и трех в 15К), прирост обеспечен повышенной плотностью записи, а значит, от новых моделей мы вправе ожидать столь же существенного изменения скорости последовательного чтения/записи. Любопытно, что в обеих сериях Saegateпредлагает модели с размером сектора 4 Кбайт и одновременно — аналоги с «устаревшей» 512-байтовой разметкой. При этом все диски первой категории администратор может переключить из режима эмуляции 512-байтовых секторов на прямой доступ к 4К-форматированию и обратно.

Благодаря высокой плотности записи и скорости вращения шпинделя Exos 10E2400 и Exos 15E900 достигают устойчивой скорости передачи данных в 279 и 315 Мбайт/с соответственно. Но, разумеется, в SFF-дисках ценится не столько линейный, сколько произвольный доступ к данным. В этом отношении повышенная плотность записи дает не так уж много, поэтому Seagateстремится компенсировать дефицит операций в секунду, свойственный механическим накопителям, за счет небольшого массива Flash-памяти.

Твердотельный буфер 16 объемом Гбайт здесь используется для кеширования операций чтения по тем адресам, которые наиболее часто запрашиваются хост-контроллером, но этой функцией (TurboBoost, в терминологии Seagate) уже обладали диски Seagateпрошлого поколения (Enterprise Performance 10K HDD v8 и Enterprise Performance 15K HDD v5). В новых моделях добавили развитый механизм кеширования операций записи, который снижает время отклика и одновременно обеспечивает сохранность данных при аварийном отключении диска (AWC — Advanced Write Caching). В рамках AWC операции записи группируются в буфере DRAM, как происходит в любом другом жестком диске, однако буфер сохраняет копию данных после того, как они записаны на пластину. Таким образом, данные в «зеркальном» буфере могут быть немедленно считаны хост-контроллером с высокой скоростью, а при аварийном отключении питания инерции шпинделя достаточно для того, чтобы отправить данные в энергонезависимую Flash-память. Кроме того, операции произвольной записи ускоряются за счет Media Cache — системы кеширующих зон на поверхности пластин, куда данные из DRAM записываются в последовательном порядке.

Seagate Exos 10E2400 2,4 Гбайт

Seagate Exos 15E900 900 Гбайт

Методика тестирования

Изолированные тесты производительности

Выполняются с помощью Iometer 1.1.0. Объем и скорость передачи данных указывается в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт). Границы блоков выровнены относительно разметки по 4 Кбайт.

1. Последовательное чтение/запись данныхблоков размером 128 Кбайт с глубиной очереди запросов 256.

2. Произвольное чтение/запись блоков от 512 байт до 2 Мбайт с глубиной очереди запросов 256.

3. Смешанное чтение/записьблоков размером 128 Кбайт с глубиной очереди запросов 256. Доля операций чтения и записи варьирует от 0 до 100% с шагом 10%.

4. Зависимость пропускной способности от глубины очереди запросов. Выполняется чтение блоков размером 4 Кбайт, глубина очереди запросов варьирует от 1 до 256 с шагом степени двойки. Аналогичный тест на запись блоков не проводится, т.к. по этому параметру жесткие диски не различаются.

5. Устоявшееся время отклика. Выполняется произвольное чтение/запись блоков размером 512 байт с глубиной очереди запросов 1. Тест продолжается в течение 10 мин.

6. Постоянство времени отклика. Выполняется произвольное чтение/запись блоков размером 4 Кбайт с глубиной очереди запросов 256. Для каждого отрезка теста продолжительностью 1 с записывается среднее и максимальное значение времени отклика, на основании которых вычисляются: а). средние значения обоих показателей; б). стандартное отклонение среднего времени отклика.

7. Многопоточное чтение/запись. Создаются четыре потока, выполняющие последовательное чтение/запись блоков размером 64 Кбайт с глубиной очереди запросов 1. Потоки имеют доступ к непересекающимся адресным пространствам объемом 100 Гбайт, которые расположены в объеме диска вплотную друг к другу, начиная с нулевого сектора. Измеряется совокупная пропускная способность всех потоков, а также каждого из них в отдельности.

Тесты с эмулированной нагрузкой

1. В Iometer 1.1.0. Объем и скорость передачи данных указывается в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт). Границы блоков выровнены относительно разметки по 4 Кбайт. Глубина очереди команд – 256.

Тестовый стенд

Тестируемый накопитель подключается к контроллеру LSI MegaRAID 9211-4i.

Участники тестирования

• HGST Ultrastar C10K1800 1,8 Тбайт(HUC101818CS4200);
• HGST Ultrastar C15K600 600 Гбайт(HUC156060CSS200);
• Seagate Savvio 10K.6 900 Гбайт(ST900MP0006);
• Seagate Enterprise Performance 10K HDD v7 1,2 Тбайт(ST1200MM0007);
• Seagate Enterprise Performance 15K HDD v5 600 Гбайт(ST600MP0035);
• Segate Exos 10E2400 2,4 Тбайт (ST2400MM0129);
• Segate Exos 15E900 900 Гбайт (ST900MP0146);
• Toshiba AL13SEB 900 Гбайт (AL13SEB900);
• Toshiba AL13SXB 600 Гбайт (AL13SXB600N).

Производительность, основные тесты

Последовательное чтение/запись

Как и следовало ожидать, современные SFF-диски Seagate продемонстрировали чрезвычайно высокие скорости последовательного доступа по сравнению с моделями предыдущего поколения (Enterprise Performance 10K HDD v7, который участвовал в нашем давнишнем групповом тестировании, в данном случае является полным аналогом дисков серии v8, т.к. плотность записи у них одинакова). Фактически, новый диск со скоростью вращения шпинделя 10 тыс об/мин обеспечивает такие же показатели, как лучшие из старых 15-тысячников, а новый диск 15К — еще более высокие.

Произвольное чтение/запись

При тестировании произвольного чтения с помощью iometerнакопителям не помогают какие-либо технологии кеширования, поэтому результаты дисков в каждом классе (10К либо 15К) здесь примерно одинаковы. Новые модели Seagateздесь не выделяются ни в худшую, ни в лучшую сторону по сравнению с массой соперников.

При записи, напротив, наличие Media Cache помогло Seagate Exos 15E900 выйти на один уровень с конкурентом от HGST, у которого есть аналогичная технология. Exos 10E2400, с другой стороны, как будто совсем не использует свой Media Cache и сливается с массой 10-тысячников, не оснащенных кеширующими зонами.

Производительность, расширенный анализ

Устоявшееся время отклика

В данном тесте продолжительность нагрузки позволяет минимизировать влияние Media Cache на результаты. Как следствие, новые модели Seagate продемонстрировали типичное время отклика для жестких дисков класса 10K и 15К.

Зависимость пропускной способности от длины очереди команд

По воздействию длины очереди команд на скорость произвольного чтения участвующие в тестировании накопители практически не различаются в пределах группы моделей, обладающих одинаковой скоростью вращения шпинделя, и современные диски Seagate Exos не стали исключением.

Смешанное чтение/запись

В очередной раз обе модели Seagate Exos получили совершенно средний результат, с поправкой на скорость вращения шпинделя каждой из моделей. Кроме того, по графикам можно заметить, что быстродействие обеих моделей страдает в той зоне, где доминируют операции записи (в отличие от чистой записи или преимущественно чтения).

Многопоточное чтение/запись

Seagate Exos 10E2400 отличился чрезвычайно высоким результатом в тесте чтения. Ни один другой из участвующих в тесте накопителей не может столь эффективно выстраивать единую очередь из нескольких независимых потоков команд. Удивительно, что Exos 15E900 не обладает такой способностью.

В тесте на чтение Exos 10E2400 и Exos 15E900 заняли лидерские места в своих группах.

Постоянство времени отклика

Пиковые значения времени отклика у Exos 10E2400 и Exos 15E900 вполне типичны для соответствующей скорости вращения шпинделя при чтении данных. При записи, напротив, обе модели продемонстрировали пусть не лучший, но близкий к таковому результат.

При записи данных оба диска Seagate характеризуются посредственной стабильностью времени отклика по сравнению с соперниками. При чтении эта оценка относится только к Exos 10E2400. Exos 15E900, напротив, выбился в лидеры. Впрочем, не будем забывать, что при столь низких абсолютных значениях пропускной способности, которыми обладают механические накопители, практическое значение подобных тонкостей, как постоянство времени отклика, невелико.

Производительность, эмулированная нагрузка

Exos 15E900 существенно улучшил позиции 15-тысячников компании Seagate в тестах, эмулирующих два из наиболее важных корпоративных сервисов — базу данных и файловый сервер. Тем не менее, Exos 15E900 выглядит бледно на фоне лидеров группового тестирования (HGST Ultrastar C15K600 и Toshiba AL13SXB) во всех задачах за исключением эмуляции веб-сервера. Что касается Exos 10E2400, то этот диск уступает любому другому накопителю класса 10К среди протестированных устройств (включая Seagate Enterprise Performance 10K HDD позапрошлого, седьмого поколения!).

Выводы

2,5-дюймовые серверные диски Seagate последнего поколения произвели на нас неоднозначное впечатление. HDD из серий Exos 10E2400 и Exos 15E900 имеют ряд неоспоримых достоинств. Во-первых, за счет высокой плотности записи в этих устройствах был достигнут максимальный объем для современных жестких дисков со скоростью вращения шпинделя 10 и 15 тыс оборотов соответственно. Одно это обстоятельство в ряде случаев оправдывает замену менее емких накопителей прошлого поколения на новые модели Seagate. Во-вторых, повышенная плотность записи обеспечивает совершенно иной уровень быстродействия в определенных задачах (с преобладанием линейного чтения/записи либо операций с крупными блоками). В-третьих, использование встроенного буфера Flash-памяти для ускорения как операций записи, так и операций чтения, в теории эквивалентно дополнительному уровню СХД на базе SSD небольшого объема и при этом не требует вмешательства в архитектуру системы. Наконец, модели Exos 10E2400 и Exos 15E900 с 4-килобайтным форматированием позволяют переключаться между эмуляцией 512-байтовой разметки и нативным доступом к секторам.

Однако на практике новинки оказались не столь хороши, как сулят их технические характеристики. В изолированных тестах производительности наши тестовые образцы Exos 10E2400 и Exos 15E900 (модели объемом 2,4 и 0,9 Тбайт соответственно с эмуляцией 512-байтовой разметки) получили предсказуемо высокой результат. В то же время, тесты iometer, эмулирующие распространенные серверные приложения, поставили Exos 15E900 на ступень ниже совсем не новых 15-тысячников HGSTи Toshiba, а среди 10-тысячников даже Seagate Enterprise Performance 10K HDD v7 (диск на два поколения старше) оказался быстрее, чем Exos 10E2400. По изолированным тестам отдельных аспектов производительности сложно сказать, в чем заключается проблема двух новинок, так что остается списать поражение именно на сложные алгоритмы кеширования, которыми гордится Seagate. Есть вероятность, они дают сбой только в данной тестовой среде, но в противном случае покупателям Exos 10E2400 и Exos 15E900 стоит изучить вопрос того, как эти диски сочетаются с их конкретными рабочими приложениями.