что такое гелиевый жесткий диск
Western Digital заменит воздух в жестком диске на гелий для повышения производительности
Большинство современных жестких дисков внутри корпуса содержат воздух, который ограничивает возможности работы системы. Воздух создает определенное сопротивление движущимся элементам, в результате чего скорость чтения/записи ограничены. Компания Western Digital собирается заменить воздух внутри жесткого диска на гелий, что, по мнению разработчиков, увеличит цену производительность жесткого диска.
Все дело в том, что плотность гелия раз в семь ниже, чем плотность обычного воздуха. И замена воздуха на гелий позволяет весьма значительно увеличить производительность диска. Понятно, что в данном случае корпус винчестера будет герметичен. Вот некоторые выгоды от такой замены:
— диски пакета винчестера будут тоньше. Это означает увеличение количества пластин, а это, в свою очередь, повысит емкость диска примерно на 26%. При этом вес «гелиевого» жесткого диска с семью пластинами будет равен весу жесткого диска с воздухом внутри и пятью пластинами;
— легкие диски пакета винчестера позволят экономить энергию на обеспечение работы системы. Так, специалисты оценивают экономию примерно в 23%. При бездействии обычный диск с пятью пластинами потребляет около 7 Ватт. Такой же жесткий диск с гелием и семью пластинами будет потреблять всего пять Ватт;
— «гелиевые» диски будут стоить дешевле обычных винчестеров;
Как видите, на выходе мы будем иметь новые жесткие диски, которые быстрее, дешевле, легче, производительнее старых жестких дисков. При этом компания заявляет, что работает над «гелиевыми» жесткими дисками последние десять лет. И выпуск первых таких моделей состоится уже в следующем году. Вначале такие диски будут предназначены для дата-центров и «облачных» систем. Но планируется и выпуск таких дисков для обычных пользователей.
Seagate выпустила гелиевые HDD емкостью в 10 ТБ
Такие HDD, в первую очередь, предназначены для корпораций, а именно — для использования в дата-центрах. По словам представителей компании, новые 3.5-дюймовые Enterprise Capacity лучше всего покажут себя в дата-центрах, обеспечивающих работу облачных сервисов. В новом HDD — 7 пластин и 14 головок. Корпус диска герметичен, а внутрь закачан гелий для снижения турбулентности, что повышает общую производительность работы диска.
Используя гелий, Seagate смогла увеличить плотность диска на 25%, по сравнению с HDD, заполненными воздухом. Такие устройства потребляют меньше энергии, а масса их меньше, чем у «воздушных» аналогов.
«Облачные» дата-центры обычно сталкиваются с такой проблемой, как эффективное хранение больших массивов неструктурированных цифровых данных», — говорит вице-президент компании Джон Риднинг (John Rydning).
Компания Seagate не первая, кто начал использовать гелий для наполнения корпусов жестких дисков. Ранее о выпуске 10 ТБ HDD с гелием внутри заявило HGST, подразделение Western Digital. Эта компания выпустила свои гелиевые диски еще в декабре прошлого года.
Так выглядят внутренности 10 ТБ жесткого диска от HGST
В прошлом году компания Seagate представила 8-терабайтные HDD, заполненные обычным воздухом. В этих дисках компания использует технологию SMR (shingled magnetic recording) для повышения плотности записи.
Запись данных здесь производится на диск очень близко друг к другу, между дорожками практически нет интервала, как это делается при записи обычным методом.
гелиевый жесткий диск (HDD)
Описание изображения: Western Digital Ultrastar DC HC530 14 ТБ
Гелий повышает эффективность
По сравнению с воздухом гелий составляет одну седьмую плотность. В традиционных приводах воздух внутри обычно создает некоторое сопротивление на пластинах, требуя больше энергии для вращения. Замена воздуха гелием уменьшает количество энергии, необходимое для вращения пластин. По некоторым оценкам, гелиевые жесткие диски могут быть на 20 процентов более эффективными, чем заполненные воздухом накопители. Кроме того, гелиевые накопители обеспечивают более высокую скорость последовательной передачи данных в результате общей увеличенной плотности записи.
Хранение гелия в дата-центре
По мере развития технологии накопителей с гелиевым наполнением увеличивается и емкость накопителей. Фактически, Western Digital объявила ( сентябрь 2019 г. ) о 20-ТБ накопителе, заполненном гелием, с девятью пластинами, каждый емкостью около 2,22 ТБ и средним временем работы до отказа (MTBF) 2,5 млн. Часов, с функцией SATA или SAS. интерфейс.
Гелиевые диски в домашних условиях
В настоящее время накопители с гелиевым наполнением, ориентированные на потребительский рынок, ограничены. Стандартные накопители представляют собой 3,5-дюймовые накопители, в которых используются пластинки с перпендикулярной магнитной записью (PMR) в корпусе с гелиевым заполнением и емкостью от 10 ТБ. Эти накопители совместимы с определенными линиями настольных ПК и корпусов хранения с прямым подключением начального уровня.
Гелий Драйв История
Первый жесткий диск с гелиевым заполнением (емкостью 6 ТБ) был выпущен в продажу компанией HGST, дочерней компанией Western Digital, в ноябре 2013 года. Сегодня несколько производителей жестких дисков, включая Western Digital, Seagate и Toshiba, предлагают гелиевые жесткие диски.
Зачем винчестерам гелий?
Компания HGST (Hitachi Global Storage Technologies), ранее принадлежавшая Hitachi, а ныне входящая в состав Western Digital, объявила о проведении работ по созданию жёстких дисков с гелиевым наполнителем. Данные устройства более экономно расходуют электроэнергию и позволяют создавать накопители повышенной ёмкости.
Как известно, конструкция винчестеров не является герметичной. Она предусматривает наличие специальных канальцев, позволяющих поддерживать баланс давления внутри устройства и за его пределами. Присутствующий в корпусе HDD воздух вызывает эффект турбулентности в момент вращения магнитных пластин на скорости, зачастую превышающей 7000 оборотов в минуту. Для решения данной проблемы инженеры GHST предлагают использовать герметичный корпус, заполненный гелием. По заявлению компании, нововведение позволит добиться не только повышения энергоэффективности на 23%, но и возможности добавлять в состав HDD форм-фактора 3.5” ещё 2 магнитных диска, вследствие чего ёмкость накопителя может достичь порядка 6 ТБ. Вместе с тем даже 4 ТБ HDD сегодня не так-то просто найти.
Однако создание подобного рода устройства вызывает определённые сложности. Специальные канальцы в конструкции обычных HDD, как отмечалось выше, позволяют компенсировать перепад давления внутри и снаружи корпуса. Отказ от таких канальцев в случае с заполненным гелием герметичным корпусом означает необходимость применения крепежной рамки усиленной конструкции, препятствующей изменению внутреннего давления в зависимости от внешнего. Кроме того, необходимость доработки конструкции корпуса также объясняется получившей печальную известность повышенной диффузионной активностью этого газа.
И последний момент, имеющий, скорее, умозрительный характер: реализация всех упомянутых моментов должна осуществляться в пределах, обеспечивающих конкурентоспособность готового продукта. Разумеется, с учётом непревзойдённой ёмкости новинок о конкуренции особо говорить не приходится, по крайней мере, имея в ввиду однодисковые конфигурации. Однако любой RAID-массив на основе более доступных по цене HDD может сохранить гораздо больше 6 Тб, причём готовая конфигурация может обойтись значительно дешевле. Итак, непревзойдённым преимуществом 6-Тб винчестеров, помимо большей энергоэффективности и более комфортных температурных режимов, является возможность хранить огромный массив данных на одном HDD.
«Гелиевый диск» от Western Digital. 8 Терабайт.
Доброго времени суток, уважаемые читатели!
Полки магазинов наполнились моделями 8 ТБ. Ёмкость в 6 ТБ, которую долгое время считали непреодолимой, сейчас считается промежуточным звеном. Прирост ёмкости теперь составляет 25 процентов на каждый SATA-разъём благодаря применению гелия в качестве внутренней среды диска. В корзинном эквиваленте цифра, и без того внушительная, выглядит весьма перспективно при использовании в сетевых хранилищах, медиасерверах и в ЦОДах. В данном обзоре речь пойдёт об HDD WD RED 8 TB с классом производительности
5400 RPM, поэтому на такой «восьмёрке» получится собрать NAS только начального уровня. Различные балансировщики вроде RAFF, 3D Balance и прочего в микропрограмму и в архитектуру заложены, но также с начальным подходом. От этого страдает диапазон использования HDD. Диск подходит для 8-дисковых систем (8 дисков по 8 ТБ = 64 ТБ — вместо предыдущего максимального порога в 48 ТБ: казалось бы, на ровном месте образовался дополнительный объем).
Немного о последних достижениях производителя
• WD вышел на финишную прямую по приобретению компании SanDisk, и, по предварительным прогнозам, сделка завершится уже в текущем году, что позволит американскому производителю занять не начальную позицию догоняющего в производстве твердотельных накопителей, а полноценное место в числе лидер ов. На данный момент SSD под маркой WD так и оставались в стадии разработки и анонса. Но это не значит, что популярная марка SanDisk уйдёт с рынка и сменится символами WD, она также будет присутствовать на полках магазинов в силу юридических особенностей, подобно HGST.
• Вторым немаловажным достижением является появление новой линейки WD Gold, которая объединит серверные диски.
• Разработан первый диск 10 ТБ от Western Digital. Им стал WD Gold 10 TB, наполненный гелием. Модель основана на 7 пластинах с плотностью записи по 1,2 ТБ на каждую. В продажу диск еще не поступил, примерная стоимость неизвестна.
Технические характеристики
Тип — магнитный накопитель.
Область применения — для систем хранения данных.
Форм-фактор — 3,5 дюйма.
Ёмкость — теперь в красной серии доступны накопители объёмом от 1 до 8 ТБ (я рассматриваю накопитель объёмом 8 ТБ).
Интерфейс — SATA-3, 6 Гбит/c.
Количество неисправимых ошибок чтения на число прочитанных битов — меньше 1 на 10 в 14 степени.
MTBF (ч) — 1 млн ч.
Ударостойкость при работе — 65 G.
Ударостойкость при хранении — 250 G.
Скорость вращения шпинделя (технология intellipower Red Pro) — 7200 об/мин.
Буферная память — 128 МБ.
Количество пластин — 7.
Количество головок — 12.
Режим работы — 24/7.
Уровень шума (dBA):
— поиск (в среднем) — 29.
Количество операций парковки — 600 тыс.
Средняя потребляемая мощность:
— режим чтение-запись — 6,4 Вт;
— холостой ход — 5,2 Вт;
— ожидание или сон — 0,7 Вт.
Габариты (длина х ширина х высота) — 147×101,6×26,1 мм.
Допустимая рабочая температура — от 0 до 65°С.
Вес — 650 г (особенность: легче предыдущей модели 6 ТБ на 100 г).
Гарантия от производителя — 3 года (Red Pro — 5 лет).
Есть поддержка NCQ (аппаратная установка очередности команд). Подходит для систем от 1 до 8 дисков (Red Pro от 8 до 16). Поддержка Advanced Format. Соответствует нормам RoHS.
WD — производитель Western Digital.
60 — формат 00 используется для обозначения общего объёма после 1 ТБ, то есть «60» = 6 ТБ.
E — форм-фактор 3,5, единицы измерения ТБ.
F — для сетевых хранилищ (домашних NAS), серии Red, Red Pro.
Z — размер буферной памяти равен 128 МБ.
X — взаимодействие жёсткого диска с материнской платой происходит при помощи интерфейса подключения SATA 3 Gb/s, 6 Gb/s (коннектор 22-pin SATA).
Упаковка
Этот диск, как и любой накопитель, приобретаемый в единичном экземпляре в РФ, достаётся конечному пользователю в антистатическом пакете с силикагелем внутри. У пакета есть линия отрыва. Физической защиты, даже для диска такого объёма, нет, поэтому требуется тщательно проверять товар на кассе в присутствии продавца.
Внешний вид
Корпус отличается от стандартного (от версий до 6 ТБ) — он больше похож на корпус модели HGST. Является полностью герметичным. Отверстия для бокового крепления смещены к низу гермоблока (сказывается большое количество пишущих пластин внутри). С левой стороны присутствуют неизвестные отшлифованные метки, видимо для заводского оборудования. Технологическое отверстие, для выравнивания давления внутри корпуса, отсутствует (так как внутри HDD находится гелий). На лицевой стороне присутствует сплошная наклейка (болтов крепления под ней нет), и эта наклейка является защитной пломбой. В случае её повреждения пользователь лишается гарантийного обслуживания. Количество полезной информации на наклейке не изменилось. С платы управления наконец-то убрали разъёмы для переключения соединительных устройств между контактами (перемычек). Габариты стандартные, вес облегчённый.
Элементы платы управления
Плата управления крепится к гермоблоку семью болтами, два из которых длиннее остальных в три раза (выкрашены в золотой цвет).
Поролон под платой управления предназначен для отделения платы от гермоблока и защищает элементы платы от статического заряда.
Производители жёстких дисков всячески пытаются бороться с окислением контактов основных элементов передачи информации.
Для этого классический плоский разъём для управления головками чтения-записи был изменён и теперь представляет собой вилку с розеткой. Решение интересное — в связи с этим производителю пришлось убрать контакты перемычек, так как свободного места на плате уже нет. Контактная площадка электродвигателя диска не изменилась.
• Контроллер диска — LSI 710 1B TNN9VN3921. Накрыт двухслойной термоподкладкой хорошего качества (не рассыпается в руках).
• Объём буферной памяти EtronTech EM6GC16EWXD-12H — 128 МБ.
• Элемент SMOOTH l72229 отвечает за работу шпинделя.
Микропрограмма WD Red — NasWare 3.0.
Направлена на использование в RAID-массивах благодаря технологии TLER (Time Limited Error Recovery).
Технология TLER — в других источниках её называют SCT ERC (SMART Command Transport Error Recovery Control) — позволяет сократить случаи отказа RAID-массива из-за временных сложностей с чтением одного из дисков.
То есть работа диска, при наличии RAID-контроллера, будет определяться алгоритмом.
Десктопный диск в случае возникновения ошибки записи может надолго «погрузиться в себя», дабы перезаписать и исправить проблемный сектор.
Так как NAS — это устройства с высокой производительностью, они работают по принципу «семеро одного не ждут»: в случае возникновения ошибки записи диску будет отведён короткий промежуток времени (обычно это до 8 сек), и если диск не успеет исправить сектор самостоятельно, контроллер продолжит работу без исправления (вернётся к исправлению, когда нагрузка на NAS сбавится и появится «свободная минутка»).
Если сложить случай «десктопный диск + NAS», получится простой алгоритм:
1 — возникла ошибка записи.
2 — диск пытается исправить её самостоятельно.
3 — всё тщетно, 8 сек прошли.
4 — контроллер NAS дает команду диску пропустить проблемный сектор и «пойти дальше».
5 — здесь и возникает «НО». Десктопный накопитель не ведёт диалога с RAID- контроллером NAS, он даже не определяет, что подключен к NAS, а не в обычный ПК.
6 — диск «погрузился в себя» на более чем 8 сек (8 сек — среднее время, не обозначенное производителями).
7 — RAID-контроллер решает, что диск неисправен, и выбрасывает его из массива.
В случае с Red-диском будет налажен диалог «накопитель + NAS».
1 — возникла ошибка записи.
2 — диск пытается исправить её самостоятельно.
3 — всё тщетно, 8 сек прошли (8 сек — заранее заданное время, которое даёт RAID-контроллер контроллеру диска на исправление ошибки).
4 — RAID-контроллер дает команду диску пропустить проблемный сектор и «пойти дальше» (ошибка записи будет восстановлена позднее, когда нагрузка на RAID-массив уменьшится).
Гелий внутри
Вес современной модели 8 ТБ на 100 г меньше веса предыдущего WD60EFRX. Гелий в качестве внутренней среды позволяет использовать тонкие пластины (сказываются вязкость и теплопроводность), благодаря чему их количество можно увеличить, а занимаемое пространство — сократить. Как следствие, увеличивается ёмкость устройства в целом.
Гелий — в 7 раз более разрежен, чем воздух, и менее теплопроводный. Поэтому, если пространство между пластинами наполнено гелием, будет меньше нагрев, меньше завихрения (а значит, вибрации), то есть можно:
а) использовать более легкие пластины,
б) уменьшить зазор между пластинами.
И в итоге мы можем поместить внутрь диска 7 пластин вместо 5. При той же плотности записи 1,2 ТБ на пластину это даст нам 8 ТБ против 6 ТБ. Плюс гелий позволяет увеличить плотность записи на пластине и получить диски 10 ТБ и более. При этом диск в целом будет работать быстрее, нагреваться на 4–5 градусов меньше (то есть можно экономить на охлаждении и надежность повышается, она прямо зависит от рабочей температуры) и тратить на 23% меньше энергии (6,9 Вт для 5 пластин на воздухе против 5,3 Вт для диска с 7 пластинами на гелии).
Корпус герметичен, мало кто в домашних условиях использует погружные водные системы охлаждения («ПК внутри аквариума»), но в случае с гелиевыми дисками такой способ борьбы с температурой им не страшен.
Режим работы 24 на 7
Многие определяют надёжность накопителя параметром «количество включений-отключений» либо числом парковок. Производителем заявлено количество операций парковок — 600 тыс. раз. Это в 2 раза больше, чем у серии Green от WD. Кроме того, гарантия 3 года (у Pro-версии — 5 лет) позволяет надолго забыть о состоянии диска (при своевременном бэкапе). Производители пришли к общему выводу, что диски с гелием внутри более надёжные по сравнению с их «воздушными» копиями.
Вибрации
Технология 3D Active Balance, известная большинству читателей, применяется в накопителях от WD уже не первый год (все «блины» надёжно фиксируются не только сверху и снизу, но и каждый с каждым). В дополнение к этому в серии Red предусмотрена технология RAFF (Rotary Accelerometer Feed Forward) для борьбы с угловой вибрацией. Используются 2 датчика внутри гермоблока, расположенные по разным углам накопителя. При больших вибрациях, головки считывания информации могут «промахиваться» мимо нужного сектора на «блине» и им приходится задержаться до следующего круга в одном положении (это не означает, что на втором круге также не произойдёт «промаха»). Поэтому RAFF предусмотрена для предугадывания положения головки считывания в зависимости от угловых вибраций.
Шум и небольшое энергопотребление
Невысокое энергопотребление достигается благодаря низким оборотам — класс производительности = 5400 об/мин. Так как внутрь диска закачан гелий, это позволяет использовать легкие тонкие пластины записи, что, в свою очередь, обеспечивает энергоэффективность системы. Так, специалисты оценивают экономию примерно в 23%. При бездействии обычный диск с 5 пластинами потребляет около 7 Вт. Такой же жесткий диск с гелием и 7 пластинами будет потреблять всего 5 Вт.
Температурный режим
Самым горячим местом у накопителей является плата управления. На самой плате управления самой горячей точкой будет, само собой, процессор. Датчик температуры установлен внутри гермоблока, поэтому он контролирует внутреннее состояние среды.
Максимально, за 4 часа нагрузки без дополнительного активного и пассивного охлаждения, накопитель удалось разогреть до 50°С. Выше температура уже не поднимется, не позволит микропрограмма диска.
Инициализация, тестирование
После инициализации накопителя в системе пользователю доступно 7630 ГБ свободного дискового пространства.
При указании емкости средств хранения данных один мегабайт (МБ) = один миллион байт, один гигабайт (ГБ) = один миллиард байт, а один терабайт (ТБ) = один триллион байт. Общая полезная емкость накопителя зависит от используемой операционной системы. При указании емкости кэш-памяти один мегабайт (МБ) = 1 048 576 байт. При указании скорости передачи данных один мегабайт в секунду (МБ/с) = один миллион байт в секунду, а один гигабит в секунду (Гб/с) = один миллиард бит в секунду. Максимальная эффективная скорость передачи данных для интерфейса SATA 6 Гб/с рассчитана в соответствии со спецификацией Serial ATA, опубликованной организацией SATA-IO.
CrystalDiskInfo с общей информацией
CrystalDiskMark
Утилита позволяет «прогнать» тесты и сравнить скорость работы различных устройств. Данная программа рекомендуется к проверке ваших накопителей, так как показывает актуальные результаты тестирования.
Seq — последовательные чтение/запись.
512К — случайные чтение/запись блоков 512 КБ.
4К — случайные чтение/запись блоков 4 КБ (глубина очереди = 1).
4КQD32 — случайные чтение/запись блоков 4 КБ (глубина очереди = 32).
AIDA64 Disk Mark
Пиковая скорость при линейном чтении достигает 196,5 МБ/с, что является высоким показателем скорости работы диска, и такой показатель даёт понять, что скорость работы больше не определяется скоростью вращения шпинделя. Плотность записи положительно сказывается на скорости работы диска. У WD80EFZX эта плотность достигает отметки в 1,2 ТБ на 1 пластину записи. Метод записи — перпендикулярный.
Минимальная скорость была зафиксирована на отметке в 116,1 МБ/с, так как я остановил тест на 130-й минуте (полный тест длится 760 минут). В силу особенностей HDD, скорость будет падать, так как при заполняемости диска его дорожки становятся всё короче и область для записи постепенно смещается к центру «блинов». По завалу графика можно предположить, что минимальная скорость опустится ниже отметки в 130 МБ/с.
При случайном чтении весь график получился неравномерным и «пилообразным», перепады графика достигают отметок в 100 МБ/с, так как сказывается ещё одна особенность жёстких дисков — это позиционирование головок чтения-записи. То есть появляется ещё один параметр — «время доступа» (вот именно для этого параметра критичны значения скорости вращения шпинделя: чем он выше, тем равномернее получится график). Максимальная скорость — 180,2 МБ/с, минимальная — 89,2 МБ/с.
Показатели чтения буферной памяти. Быстрая память отрабатывает отлично, максимальная скорость остановилась на отметке 471,4 МБ/с. Буферная память служит для быстрого доступа в наиболее часто используемые участки дорожек, то есть, если пользователь много раз обращается к одному и тому же участку информации, контроллер диска запомнит порядок действий и будет знать наперёд, какие именно дорожки информации пользователь запросит дальше.
Среднее время доступа. В этом графике чем ниже будет значение, тем более высокую производительность покажет диск. Минимальное значение — 14,17 мс. Среднее время доступа — 15,49 мс. Результат получился средним, всё же диск относится к классу «пятитысячников».
HD Tune Pro (основные тесты, случайный тест, дополнительные тесты)
Программа для диагностики жёсткого диска позволяет проводить различные тесты (низкоуровневый тест производительности, чтение/запись, проверка на ошибки).
HD Tune Pro выступает как быстрое подтверждение результатов AIDA64 Disk Mark плюс появляется возможность проверить диск на параметр «запись».
— максимальное значение — 190,9 МБ/с;
— минимальное значение — 88,5 МБ/с;
— время доступа — 16,0 мс.
Результаты получились очень достойными.
ATTO Disk Benchmark
Утилита определяет скорость передачи данных при чтении и записи блоков разной длины в файл заданного размера, она позволяет установить уровень производительности накопителей любого типа.
Контрольный тест AnvilPro (использовались только пакеты размером 1 ГБ и 32 ГБ)
Результат — 480,81 балла. Высокий показатель производительности.
Результат — 401,43 балла. Высокий показатель производительности.
Плюсы:
— трёхлетний гарантийный срок;
— достаточная ёмкость для любых задач;
— оптимальные параметры электропитания;
— низкий уровень шума и высокая скорость работы;
— низкая рабочая температура;
— низкая стоимость с перерасчётом «рубль за гигабайт».
Минусы:
— неизвестное поведения гелия в будущей эксплуатации.
Заключение
WD80EFZX — высокопроизводительный диск, с задачами случайного доступа справляется без каких-либо трудностей. С выходом новой модели не только увеличилась ёмкость устройства, но и удвоилась кэш-память. Теоретически это положительно скажется на загрузке приложений, работе с популярными файлами системы, а также при скачивании торрент-файлов. «Гелиевые» диски потребляют меньше энергии, для домашнего использования этот параметр не особо важен, но для корпоративных клиентов это станет огромным плюсом. Низкие обороты, большой объём кэш-памяти, высокая плотность записи позволяют по производительности приблизиться к «воздушным» копиям на 7200 RPM. Таким образом, накопители на жёстких дисках, заполненные гелием, обещают повышение эффективности эксплуатации практически во всех аспектах — в части емкости, потребляемой электроэнергии, необходимой мощности охлаждения и плотности хранения. Единственная причина не рассматривать вариант покупки этого диска — это отсутствие необходимости в таких объёмах памяти.