HDD 新藍海,4大 NAS 硬碟評測

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雲端不脫離企業本色

硬碟廠商有志一同發現新藍海,或許可視為固態硬碟來襲之後,難得一見的春燕。其訴求除了兼具雲端、RAID、NAS應用環境,必要的功能性設計之外,重點是價格介於近線儲存與桌上型機種之間。

差異在功能設計多寡

Seagate Enterprise Value HDD(推出當時稱為Constellation CS)與WD Se,都歸屬在企業級產品線,適合中小型企業NAS、大量資料儲存設備(如雲端服務)、備份儲存設備(如異地備援)等應用環境。具備全天候運作(24 x 7全年無休)能力,是這類型應用的基本要求,MTBF亦比桌上型機種高。

其特點簡單彙整來說,針對企業多磁碟環境強化抗震設計,適用於6~8Bay或更多數量的儲存設備主機、NAS上。因應RAID應用需求,基本上都內建錯誤復原機制,甚至是強化損壞區塊管理機制功能,以提高運作妥善率。其餘附加重點,像是具備進階電源管理功能,有利於降低企業電費與散熱成本。

至於Seagate NAS HDD與WD Red,WD將Red歸納在獨立的NAS系列之中,Seagate官網可見到亦將NAS HDD和企業級產品擺在一塊。姑且不論這微妙差異,雙方都是迎合小型或家用NAS、備份等用途設計,合適的應用範疇工作量,較前述企業級產品低。因此只具備基本抗震能力,適合5Bay以內儲存設備使用,其價格也只比桌上型機種略貴些。

轉速非效能絕對保證

從個人使用者角度來看這4款產品,筆者猜想大多數人目光焦點,會先落在主軸馬達轉速上。Enterprise Value HDD與Se,終究是以企業應用為導向,因此採用主流的7200RPM轉速設定。而再往下低一個檔次,對於NAS HDD與Red,雙方都採行降低轉速策略。NAS HDD設定為5900RPM,Red雖然標示IntelliPower,普遍認知實為5400RPM。

雲端與NAS儲存應用,給人的想像是工作負載遠超過桌上型硬碟,NAS HDD和Red轉速設定卻比桌上型主流7200RPM低,可能讓人一時間無法理解。事實上在這類應用環境中,最終呈現出來的效能,還會受到網路頻寬、儲存設備性能等因素影響,因此轉速並不是絕對。

節能等於省電費

現代企業機房的資訊設備,相當講究節能省電,硬碟廠商免不了得跟進這訴求。至於硬碟該如何做到省電,不外乎是精進電源管理機制,例如閒置時讓磁頭旋臂停止運作。此外碟片磁錄密度的提升,得以較少碟片組合出大容量機種,主軸馬達負載降低了,耗電量自然獲得改善。

舉個不科學的比較範例,Seagate Constellation ES.3標示閒置耗電量6.73W,Enterprise Value HDD為5.53W,至於NAS HDD是最低的4.8W。雖然每個等級產品之間落差區區不到2W,但試想當數量成百上千,以100顆為計算基礎即相差73W以上。整個月連續運作下來,至少能節省52度電費,全年電費差距約莫2,000元。

低溫相對容易伺候

當為數眾多的硬碟進入機房上架服務,直接營運成本還包括散熱,也就是冷氣空調費用。硬碟是個活生生發熱體,隨著裝配數量增加得加強散熱處理,無論是加大冷氣空調送風量或降低溫度,都會讓電費扶搖直上。不過這項數據難以量化,硬碟廠商也普遍沒有提供相關資訊,一般只會標示運作與停機時,可容忍的溫度數值。

Enterprise Value HDD與Se和多數7200RPM硬碟一樣,建議工作溫度介於5~60度之間,NAS HDD與Red得利於低轉速,設計規格都開到5~70度。就以往測試經驗來說,在具有空調的開放環境,7200RPM機種運作溫度普遍達40~50度,低轉速機種則是能低於40度。可想而知,冷卻硬碟所需代價不同,卻又不得不重視。

MTBF存在變數影響

另外吸引人好奇的是MTBF(Mean Time Between Failure,平均故障間隔時間),現在硬碟廠商甚少為桌上型硬碟提供這資訊,一般來說是不超過60萬小時,企業級機種隨等級的不同,可達120~140萬小時以上。至於這次4位主角,定位較高的Enterprise Value HDD與Se同為80萬小時,反觀NAS HDD和Red卻達到100萬小時。

廠商解釋道,Enterprise Value HDD和Se是針對雲端環境設計,其存取工作量(Workload,如同固態硬碟有設計資料寫入量之別)遠高過SOHO定位NAS環境。再者雲端機房流行採用自然風散熱設計,不像一般企業機房有強力冷氣空調伺候,嚴苛考驗著硬碟的環境承受能力。反觀NAS HDD和Red這等級產品,雖然同樣全年無休開機應用,卻因存取量低而經常處於閒置狀態,硬碟損耗程度完全無法相比。

AFR更具參考價值

MTBF這項實驗室參考數值,與現實中有段落差,並不適合當絕對參考依據。業界普遍是採用POH(Power on Hours,開機時數)/MTBF計算公式,以求得AFR(Annual Failure Rate,年故障率)值,做為設計可靠度參考。關於POH,這4款產品全為24 x 7(每年8760小時)設計規格,一般桌上型產品則是以8 x 5(每年約2080小時)為標準。

簡單試舉,Se帶入公式計算為8760H/800000H=0.01095=1.095%,NAS HDD則是8760H/1000000H=0.00876=0.876%,Barracuda 7200.14約為2080H/600000H=0.00346=0.346%。有趣吧,桌上型硬碟的年故障率理論值最低,完全顛覆大家的刻板印象。

名稱有別但都是ERC

除了前述差別,這些標榜針對雲端、NAS應用最佳化設計的硬碟,重點訴求還有抗震能力與ERC(Error Recovery Control,錯誤復原控制)功能。在過去的特別報導中,我們曾經介紹過這些兩三事,和MTBF一樣具有驗證上的執行難度。但是2項功能設計,在多磁碟、RAID應用環境具有相當重要性,更是桌上型硬碟所不具備的功能。

Seagate在Enterprise Value HDD注記具備Logical Block Management(邏輯區塊管理)機能,NAS系列則是直接寫明支援錯誤復原控制,只不過是和其他功能整合成NASWork技術一詞。WD企業級機種大多以TLER(Time Limited Error Recovery,限時錯誤校正功能)稱呼,Red同樣支援這機能,但也是以NASWare名稱來包裝。

HDD 新藍海,4大 NAS 硬碟評測

▲過去曾介紹HDAT2這工具軟體,可以看到硬碟韌體層相當完整的功能資訊。Seagate此次介紹的2款產品,其ERC時間都設定在10秒,WD的是一律為7秒。

ERC能降低誤判機率

這些產品標示功能作用一致,都是值基於SMART標準控制指令設計而來。其必要性是因為當硬碟掃描偵測到有問題的資料區塊,能自動將資料轉移至空白安全區塊內,之後再將有問題的區塊標記為不可用。這項作業所需時間從數秒到數分鐘不等,期間還會暫停回應磁碟控制器送出的指令,成為不適用於特定RAID環境的關鍵。

因為商用等級RAID控制器,對於系統運作的掌握度比較高,藉以確保資料完整性。當硬碟進行前述作業並且停止回應指令時,RAID控制器可能會將它標記為損壞、離線狀態,進而導致RAID組態崩潰。當前業界是透過SMART SCT(SMART Command Transport),設定強制硬碟在7~15秒左右時間內,回應RAID控制器的指令要求,以降低誤判帶來的不便。

震動會影響存取性能

在商用多磁碟環境,還會格外注意硬碟本身旋轉震動量,甚至是機殼共震帶來的影響。因為各種內、外在因素產生的震動量,會干擾磁頭在資料軌道上的定位精準度,進而對資料存取速度產生影響。廠商大多將之區分為旋轉震動量(Rotational Vibration Tolerance)與線性隨機震動(Linear Random Vibration)之別,藉由附加在電路板上的震動感應裝置,搭配韌體進行修正補償。

簡單來講,NAS HDD和Red產品設計,是以特別挑選過的主軸馬達來組成。其抗震能力和桌上型產品相較,只算是略好一些而已,因此廠商建議使用在5Bay及其以內數量環境。至於Enterprise Value HDD和Se,除了主軸馬達的挑選,更加上主動式解決方案,因此得以適用於8Bay或更多碟的中型儲存設備上。

HDD 新藍海,4大 NAS 硬碟評測

▲圖例為Enterprise Value HDD電路板,可發現左右兩側上角配置的震動感應器,這類結構設計到目前,仍然只會配備在企業級機種上。

HDD 新藍海,4大 NAS 硬碟評測

▲圖例為Red電路板,不像企業級機種有旋轉與線性震動感應器,其所謂抗震能力設計,只是使用經過特別挑選過的主軸馬達。

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