F53fe97115314ec1c52e4bb7cad01845 據IDC 2014年的研究、分析報告指出,在2013年,全世界的資料量有4.4 ZB(1 ZB=1024 EB、1 EB=1024 PB、1 PB=1024 TB、1 TB=1024 GB),但到了2020年時,資料量將成長10倍,達到44 ZB之多。

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟
面對資料量如此巨幅成長的趨勢,儘管近年來SSD固態硬碟的曝光度遠高於傳統的機械式硬碟,但兩者之間並沒有誰取代誰的競爭關係,因為,不管是在儲存成本還是可靠性上,傳統的機械式硬碟仍在儲存應用市場中佔有一席之地,特別是在一般的資料中心、雲端服務廠商,以及大規模橫向擴展(Massive Scale Out , MSO)的高密度資料中心業者…等企業應用場合。

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟▲據IDC 的一份分析報告指出,全球在2020年時,資料量將自2014年的4.4 ZB大幅成長到44 ZB之多。

不過,以現今機械式硬碟普遍採用的「垂直式磁記錄(Perpendicular Magnetic Recording , PMR)」來說,過往廠商們不是透過增加內部碟片的數量,就是透過提升單一碟片的資料儲存密度,來因應不斷成長的資料儲存需求,但是,在硬碟有26.1 mm高度限制,以及單一碟片的資料儲存容量發展到1 TB已經面臨其物理極限下,近年來,廠商們莫不在「疊瓦式磁記錄(Shingled Magnetic Recording , SMR)」、「氦氣(Helium)」,以及「熱輔助磁記錄技術(Heat-Assisted Magnetic Recording , HAMR)」三種新興的儲存技術中,來研發、推出更能因應資料儲存需求的機械式硬碟產品。

HGST(前身為日立環球儲存科技,現為WD子公司)自2013年起陸續推出自家Helioseal氦氣封裝技術的Ultrastar He6系列硬碟、Ultrastar He8系列硬碟以來,一直是這方面的領先者。隔年更在Helioseal技術上,進一步導入疊瓦式磁記錄技術來提升資料儲存密度,一舉推出將儲存容量推升到10 TB的Ultrastar Ha10系列硬碟。

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟▲HGST在2013年首次推出自家Helioseal氦氣封裝技術的Ultrastar He6系列硬碟時就已指出,未來硬碟的技術發展將根基於氦氣封裝的基礎上。

因此,HGST旗下Helioseal氦氣封裝技術的硬碟分別有:採用垂直式磁記錄(PMR)的Ultrastar He系列硬碟,以及採用疊瓦式磁記錄(SMR)的Ultrastar Ha系列硬碟兩大產品線。

而這兩大產品線由於所採用的磁記錄技術的不同,在應用場合上也略有不同,採用疊瓦式磁記錄(SMR)的Ultrastar Ha系列硬碟適用在不需重覆抹寫資料、循序存取的歸檔類型應用,像是Netflix這類影音內容、串流媒體的數位媒體資產儲存場合,但是,對於必須重複抹寫資料,具有隨機存取需求的一般應用,像是近來很夯的大數據平台所採用的Hadoop分散式運算儲存架構,以及Ceph分散式物件儲存架構,採用垂直式磁記錄(PMR)的Ultrastar He系列硬碟更能發揮其潛在的功能優勢。

第三代Helioseal技術產品現身

而在Helioseal技術歷經Ultrastar He6 / He8系列,這兩代硬碟產品在市場的應用考驗後,HGST新推出的Ultrastar He10系列硬碟,不但是Helioseal技術的第三代產品,更是全球首款採用垂直式磁記錄(PMR)的10 TB硬碟。

藉由氦氣的密度只有空氣的七分之一,能夠減少空氣阻力和密度,並大幅降低讀寫時的磁頭摩擦,使得機械式硬碟在運行時更加平穩的特性下,HGST透過自家日益精進的Helioseal氦氣封裝技術,在Ultrastar He10系列硬碟裡塞入7張厚度只有1英寸的碟片,平均單一碟片的儲存容量為1.4 TB、儲存密度為每平方英吋830 GB,來達到採用垂直式磁記錄(PMR)的硬碟既能在外觀高度的限制下,又能擁有更大的儲存容量。

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟▲透過Helioseal氦氣封裝技術,HGST可以在Ultrastar He10系列硬碟裡塞入7張厚度只有1 英寸的碟片。

至於在規格方面,Ultrastar He10系列硬碟除了分別有SATA 6 Gbps和SAS 12 Gbps兩種連接介面、10 / 8 TB兩種儲存容量的不同規格外,兩款產品的硬碟轉速、資料緩衝記憶體都是相同的7200 RPM和256 MB,而以這次介紹的Ultrastar He10 10TB硬碟來看,官方發佈的存取效能依據先進格式分類,分別以4Kn格式型號規格可最高可達 249 MB/s,而512e格式型號規格則可高達237MB/s。

另外,Ultrastar He10系列硬碟也支援512e(512 emulation,模擬512 Byte/Sector)和4Kn(4K native,原生4K)兩種先進格式的規格,前者可以讓Ultrastar He10系列硬碟提高在舊有BIOS、作業系統和應用程式平台上的應用相容性,後者則可以讓Ultrastar He10系列硬碟在新世代的UEFI、作業系統平台上提供最佳化的儲存效能。

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟▲Ultrastar He10系列硬碟規格表

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟
▲筆者手上的Ultrastar He10 10TB硬碟是由泰國2016年3月製造的產品,支援512e先進格式的規格。

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟
▲該硬碟的連接介面是SATA 6 Gbps,轉速則為7200 RPM。

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟
▲卸下電路板後,可以看到硬碟只有馬達控制接點、硬碟控制接點兩個訊號接點。

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟
▲而在卸下的電路板上,可以看到控制晶片、電路元件以及訊號接點都集中在同一面。

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟
▲從電路板上可以看到Ultrastar He10 10TB硬碟採用了Avago主控晶片,而在主控晶片旁邊則是內建一顆型號為NT5CC128M16IP-DI,南亞科技的DDR3L-1600記憶體顆粒,容量為256MB。

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟
▲除了Avago主控晶片外,電路板上還有搭載一顆SMOOTH運轉馬達控制晶片。

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟
▲另外,從電路板上可以看到Ultrastar He10 10TB硬碟分別在南亞科技記憶體顆粒、SMOOTH運轉馬達控制晶片旁邊均搭載一顆白色的旋轉震動感應器(Rotational Vibration),有助於將系統震動的影響減至最低,讓硬碟能夠更穩定運作。

HGST Ultrastar He10 10TB硬碟效能實測

筆者以手上現有的WD BLUE系列2 TB硬碟做對照組,在底下列表的同一個測試平台上,分別以AJA System Test、Anvil's Storage Utilities、ATTO Disk Benchmark、CrystalDiskMark、HD Tune Pro,以及TxBENCH這六套硬碟效能測試工具進行測試,來對照Ultrastar He10系列10 TB SATA介面硬碟的讀寫效能測試成績。


全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟▲測試平台規格表


全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟▲使用CrystalDiskInfo分別檢視Ultrastar He10 10TB硬碟(左)和WD BLUE系列2 TB硬碟(右)的規格資訊。


全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟▲在以模擬存取影音檔案的AJA System Test測試工具中,Ultrastar He10 10TB硬碟(上)的讀取速度為230 MB/s、寫入速度為225 MB/s,而WD BLUE系列2 TB硬碟(下)的讀取速度為148 MB/s、寫入速度為133 MB/s。

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟▲使用Anvil's Storage Utilities測試工具,以1 GB大小的檔案進行Compression 100%(資料壓縮率100%)讀寫測試後,Ultrastar He10 10TB硬碟(上)的讀取速度為271.67 MB/s、寫入速度為240.19 MB/s,整體的讀寫效能成績則為511.86,而WD BLUE系列2 TB硬碟(下)的讀取速度為187.82 MB/s、寫入速度為90.69 MB/s,整體的讀寫效能成績則為278.51。


全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟▲使用Anvil's Storage Utilities測試工具,以1 GB大小的檔案進行Compression 0-Fill (資料壓縮率0%)讀寫測試後,Ultrastar He10 10TB硬碟(上)的讀取速度為274.64 MB/s、寫入速度為235.59 MB/s,整體的讀寫效能成績則為510.23,而WD BLUE系列2 TB硬碟(下)的讀取速度為188.72 MB/s、寫入速度為120.52 MB/s,整體的讀寫效能成績則為309.24。


全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟▲在ATTO Disk Benchmark測試工具中,Ultrastar He10 10TB硬碟(左)於64MB的 Transfer Rate最高讀取、寫入速率分別為234.441 MB/s、240.749 MB/s,是WD BLUE系列2 TB硬碟(右)最高讀取速率163.68 MB/s、寫入速率159.151 MB/s近1.5倍之高。

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟▲使用CrystalDiskMark測試工具,以1 GB大小的檔案進行「隨機亂數模式」讀寫測試後,Ultrastar He10 10TB硬碟(左)的最高讀取、寫入速率分別為240.6 MB/s、239.4 MB/s,而WD BLUE系列2 TB硬碟(右)的最高讀取、寫入速率分別為162.3 MB/s、157.3 MB/s。


全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟▲使用CrystalDiskMark測試工具,以1 GB大小的檔案進行「0 Fill循序測試模式」讀寫測試後,Ultrastar He10 10TB硬碟(左)的最高讀取、寫入速率分別為238.8 MB/s、235.3 MB/s,而WD BLUE系列2 TB硬碟(右)的最高讀取、寫入速率分別為162.9 MB/s、155.4 MB/s。

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟
▲在HD Tune Pro測試工具的效能測試項目中,Ultrastar He10 10TB硬碟(上)的平均讀取速率為189.7 MB/s,而WD BLUE系列2 TB硬碟(下)的平均讀取速率為119.7 MB/s。

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟
▲在HD Tune Pro測試工具的效能測試項目中,Ultrastar He10 10TB硬碟(上)的平均寫入速率為181.9 MB/s,而WD BLUE系列2 TB硬碟(下)的平均寫入速率為116.4 MB/s。

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟
▲在HD Tune Pro測試工具的隨機存取測試項目中,Ultrastar He10 10TB硬碟(上)的隨機傳輸大小作業讀取速率為77 IOPS,而WD BLUE系列2 TB硬碟(下)的隨機作業讀取速率為47 IOPS。

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟

▲在HD Tune Pro測試工具的隨機存取測試項目中,Ultrastar He10 10TB硬碟(上)的512 byte傳輸大小作業寫入速率更高達7684 IOPS,而WD BLUE系列2 TB硬碟(下)的512 byte傳輸大小作業寫入速率則為57 IOPS。

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟▲使用TxBENCH測試工具,在Basic Benchmark測試項目中,Ultrastar He10 10TB硬碟(上)的最高讀取、寫入速率分別為239.562 MB/s、246.678 MB/s,而WD BLUE系列2 TB硬碟(下)的最高讀取、寫入速率分別為158.682 MB/s、159.055 MB/s。

能耗更低、空間更大效能更優

全球首款垂直式磁記錄(PMR)的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟

在數位化的時代中,我們每天無時無刻都在不斷的產生資料,因此,也一直都有擴充儲存空間的需求。

Ultrastar He10系列硬碟除了在前面各項效能測試中,擁有相當亮眼的效能成績外,跟前一代Ultrastar He8系列硬碟相比,儲存容量不僅增加了25%,在電源功耗方面,SATA介面硬碟在運作狀態為6.8W、閒置狀態為5W,SAS介面硬碟在運作狀態為9.5W、閒置狀態為5.8W,整體來說更是大幅降低了56%。

因此,對建置有高密度資料中心的企業來說,存取效能、儲存容量、電源功耗三者兼具的Ultrastar He10系列硬碟,更能為企業帶來總整體擁有成本(Total Cost of Ownership , TCO)的競爭優勢。

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