Ab 2012 begannen Festplattenhersteller ernsthaft mit der Herstellung anwendungsspezifischer Festplatten. Da das Wachstum der NAS-, Überwachungs- und Cloud-basierten Kategorien gut mit der massiven Datenexplosion einhergeht, ist die kosteneffiziente Speicherung großer Datenmengen für jeden, von Privatpersonen bis hin zu großen Unternehmen, zu einer echten Herausforderung geworden. Daher überrascht es nicht, dass Festplattenhersteller diesen Trend aufgegriffen haben, indem sie NAS-spezifische Festplatten auf den Markt gebracht haben. Was ist eine NAS-Festplatte und was macht sie besonders? Wir tauchen hier tiefer in die Technik ein, um die Technologie zu entmystifizieren und die Vorteile von NAS-Laufwerken sowie die Risiken der Verwendung herkömmlicher Desktop-Festplatten in einer NAS-Umgebung hervorzuheben.
Es ist etwas ironisch, dass wir beim Schutz unserer Daten manchmal kostenbasierte Entscheidungen treffen, anstatt das richtige Produkt für die jeweilige Aufgabe auszuwählen. Dies ist insbesondere in der Kategorie der kleinen NAS (8 oder weniger Einschübe) der Fall, wo einige beliebte NAS-Anbieter auch heute noch die kostengünstigsten Festplatten in ihre Systeme einbauen. Daten führender NAS-Anbieter deuten darauf hin, dass die überwiegende Mehrheit der kleinen NAS-Systeme komplett verkauft wird. Bei weit über der Hälfte der vorhandenen Systeme entscheidet jedoch der Endbenutzer oder sein Berater über die Festplatten, die eingebaut werden sollen. Basierend auf Daten, die wir von Synology, QNAP und anderen erhalten haben, werden viele schlechte Entscheidungen getroffen.
Viele Endbenutzer vereinfachen das Problem zu sehr, indem sie bei der Wahl des Laufwerks nur die Kosten berücksichtigen, und viele Anbieter haben keine zusätzlichen Informationen bereitgestellt, die über die Marketingsprache hinausgehen. Es wurde von spezieller Firmware gesprochen und von „NAS-Tuning“ bei den Laufwerken angedeutet, technische Details wurden jedoch weitgehend verschleiert. Außerdem herrscht bei manchen Verbrauchern ein gewisses Misstrauen darüber, ob die NAS-Festplatte wirklich besser ist als die günstigere Kategorie der umweltfreundlichen Laufwerke. Um all das zu überwinden, haben wir mit Seagate zusammengearbeitet, um über das Datenblatt hinauszugehen und den Kern dessen zu ergründen, was ein NAS-Laufwerk so besonders macht und warum es die einzig richtige Antwort auf die Frage ist, welche Festplatten in einem NAS untergebracht werden sollten .
Zunächst ist es interessant festzustellen, dass die Garantieanspruchsraten vergleichsweise nicht sehr hoch sind. Aktuelle Daten der Warranty Week deuten darauf hin, dass Festplatten, zumindest von Seagate und WD, einen geringeren Prozentsatz der Reklamationskosten verursachen als Apple-Produkte. Für jeden, der ein Laufwerk verloren hat, ist das nicht besonders beruhigend, aber Tatsache bleibt, dass Festplatten zu diesem Zeitpunkt eine ziemlich etablierte Technologie sind und nicht allzu oft ausfallen. Allerdings wäre Synology beispielsweise der Erste, der Ihnen mitteilt, dass sich eine große Anzahl ihrer Supportanrufe mit Situationen befassen, in denen Desktop-Festplatten in ihrem Produkt verwendet wurden, obwohl sie sich nach besten Kräften um Aufklärung zu diesem Thema bemüht haben. Während Verbraucher und Systemintegratoren möglicherweise nicht viel über RV-Sensoren, Scheibenklemmen und die strukturelle Steifigkeit der Grundplatte wissen oder sich nicht besonders darum kümmern, sollten sie es wissen und hier erfahren Sie, warum.
Jede Festplatte besteht je nach Laufwerksgröße aus etwa 30 Komponenten. Diese Komponenten arbeiten zusammen, um ein großartiges Benutzererlebnis zu bieten, das normalerweise über die Garantiezeit des Laufwerks hinaus anhält. Die Art und Weise, wie diese Komponenten zusammengebaut werden, und die Spezifität, für die sie ausgewählt werden, bestimmen jedoch die Leistungsfähigkeit des Laufwerks. In diesem Artikel betrachten wir Desktop-, NAS- und Enterprise-NAS-Produktlinien, um die Unterschiede zwischen den einzelnen Produktlinien besser zu veranschaulichen und hervorzuheben, wo der Umstieg auf Enterprise-NAS-Laufwerke sinnvoll ist.
| Desktop-Festplatte | NAS-HDD | Enterprise-NAS-Festplatte | |
|---|---|---|---|
| Zuverlässigkeit | 750 Stunden MTBF | 1 Mio. Stunden MTBF | 1.2 Mio. Stunden MTBF |
| Arbeitslastbewertung* | 55TB | 180TB | 300TB |
| Anwendungsbereich | 8 x 5 | 24 x 7 | 24 x 7 |
| Nutzung nach Formfaktor | 1-2 Laufwerke | 1–8 Laufwerke/Schächte | 1–16 Laufwerke/Schächte |
| Motor | Unten angebracht | Unten angebracht | Oben und unten befestigt |
| Rotationsvibration** | 5 | 5 | 12.5 |
| Balance-Steuerung | Grundlegende Disc./Motor-Balance | Dual-Plane-Balance | NA |
| Schwingungskontrolle | NA | NA | RVFF-Sensoren |
| RPM | 5900 | 5900 | 7200 |
| Base Plate | Standard | Standard | Strukturelle Steifigkeit |
| Obere Abdeckung angebracht | Nein | Nein | Ja |
| Schwingspulenmagnete | Standard | Standard | Hohe Flussdichte |
| Seagate Acu_trac | Nicht-Standard | Ja | Ja, fortgeschritten |
| Scheibenklemmen | +Gewichtet | +Gewichtet | Oben und unten befestigt |
| Heads | Standard | Leistung | Leistung |
| Disks | Standard | Leistung | Leistung |
| Feuchtesensoren | Nein | Nein | Ja |
| Adaptive Fly Height-Technologie. | Ja | Ja | Ja |
| Firmware | Einfacher Desktop | NAS-optimiert | NAS-optimiert |
*Die durchschnittliche jährliche Workload-Rate-Grenze wird in TB pro Jahr oder TB pro 8760 Betriebsstunden angegeben. Grenzwert der Arbeitslastrate = übertragene TB x (8760/aufgezeichnete Betriebsstunden).
**Rotationsvibration RV 1500 Rad/Sek^2
Die obige Tabelle zeigt deutlich einige wichtige Unterschiede zwischen Standard-Desktop-Laufwerken, NAS-Laufwerken und Enterprise-NAS-Laufwerken. Allein die Daten zeigen ein ziemlich überzeugendes Argument, wenn man sich einfach die MTBF, die Arbeitsbelastungsbewertung und die erwarteten Arbeitszykluszeiten für jedes Produkt ansieht. Was jedoch manchmal etwas schwieriger zu verstehen ist, sind die restlichen Spezifikationen. Zu diesem Zweck haben wir eines von jeder Laufwerksklasse zerlegt, um nach Möglichkeit fotografische Beweise zu finden, die die Unterschiede zwischen den Laufwerken zeigen.
Motor-/Spindel-/Gehäusedesign
Sowohl Desktop- als auch NAS-Laufwerke verwenden ein unten angebrachtes Motordesign. Die Enterprise-NAS-Laufwerke verfügen jedoch über ein duales Design, das oben und unten angebracht ist. Dadurch ergeben sich für die Enterprise-Laufwerke einige Vorteile. Die Spindel wird am unteren Ende durch einen direkten Presssitz im Sockel stabiler gehalten, am oberen Ende durch eine Schraube in der oberen Abdeckung. Im Bild unten befindet sich links das Desktop-Laufwerk und rechts ein Enterprise-Laufwerk. Beachten Sie die zusätzliche Schraube im Deckel rechts. Dies ist die obere Befestigung, die zur Stabilität des Laufwerks beiträgt.
Durch die Abstützung der Spindelwelle an beiden Enden wird die radiale Reaktion des Lamellenpakets im Vergleich zu einem Cantilever-Motor, der nur am unteren Ende abgestützt ist, um 50 % reduziert. Ein Laufwerk mit einem an der oberen Abdeckung befestigten Motor bietet in einer Umgebung mit starken Vibrationen, wie z. B. Rackmount-NAS-Arrays, einen erheblichen Vorteil. Daher wird empfohlen, das Enterprise NAS im Vergleich zu Standard-NAS-Laufwerken in größeren Systemen zu verwenden. Erwähnenswert sind auch die Scheibenwechselplatten im Enterprise-Laufwerk, die Luftstörungen zwischen den Platten reduzieren und so für eine höhere Zuverlässigkeit sorgen.
Die Lagersysteme der Motoren sind sehr robust geworden. Da die Motorgeometrie immer komplexer wird, wurden den Lagern zusätzliche Funktionen hinzugefügt, um sie toleranter gegenüber Herstellungsabweichungen zu machen. Die Lager in den Motoren der Enterprise-Antriebe sind „selbstspülend“, was bedeutet, dass Blasen ausgestoßen werden, wenn sie sich bilden. Sie umfassen in der Regel auch Fliehkraftdichtungen, die große Ölreservoirs unterstützen, was ihnen in Umgebungen mit hohen Temperaturen einen Vorteil verschafft. Schließlich können die Enterprise NAS-Laufwerke sehr hohe Packlasten unterstützen. Dies ist auf die im Vergleich zu Cantilever-Motoren relativ hohe strukturelle Steifigkeit zurückzuführen.
Rotationsvibrationssensoren (RV).
RV-Sensoren sind Beschleunigungsmesser, die eine Ausgabe proportional zur Beschleunigung, Vibration und Erschütterung liefern. Wird auf der HDD-PCBA montiert, um externe Vibrationen zu messen, denen das Laufwerk ausgesetzt ist, z. B. Lüfter, akustische Unterbrechungen und Rackvibrationen. Erstens handelt es sich um die Platine einer Desktop-Festplatte, die ein ziemlich normales Platinendesign aufweist.
Vergleichen Sie nun mit einer Enterprise-NAS-Platine, die die rot eingekreisten RV-Sensoren enthält. Die Sensoren sind in der Lage, äußere Kräfte dynamisch zu messen und dem Antrieb Daten zu liefern, die zur Korrektur und Kompensation von Umgebungsveränderungen genutzt werden können. Dies hilft dem Laufwerk, den Antriebswandler (Schreiber/Lesegerät) über der gewünschten Position/Spur zu halten. Der Nettovorteil dieser genaueren Positionierung bedeutet, dass weniger zusätzliche Wiederherstellungsschritte erforderlich sind und die Durchsatzleistung erhalten bleibt. Dies ist von entscheidender Bedeutung für Enterprise-NAS-Laufwerke, die über eine höhere Spindelgeschwindigkeit verfügen und in geschäftskritischeren Szenarien eingesetzt werden.
Schwingspulenmagnete (VCM)
Das VCM ist der elektromechanische Aktuator, der das primäre Mittel zum Bewegen des Schreib-/Leseelements über die sich drehende Plattenoberfläche (von einem zufälligen LBA zu einem anderen) sowie zum Steuern des Schreib-/Lesegeräts über eine gewünschte Stelle (Datenspur) darstellt. . Das Design der Spulenwicklungen und die Wahl der Magnetstärke bestimmen die Beschleunigungsfähigkeit des Schwingspulenmotors und definieren wiederum die schnellste Bewegungszeit. Ein stärkeres VCM-Design (mit spezifischer Spulenstärke/-windungen und Stärke der verwendeten Magnete) hat das Potenzial, eine höhere Beschleunigung und schnellere Bewegungszeiten und damit eine höhere Leistung (zufällige IOPS) zu ermöglichen. Die Desktop- und NAS-Laufwerke verwenden einen Standard-VCM-Aufbau, während die Enterprise-NAS-Laufwerke einen viel größeren Magneten verwenden, wie unten dargestellt. Das Desktop-Laufwerk befindet sich links, das Enterprise-Laufwerk rechts. Beachten Sie auch die kräftigeren VCM-Platten im Enterprise-Laufwerk sowie die größeren Armdämpferplatten, die die Köpfe tragen.
Seagate Acu_Trac
Der Mikroaktuator ist ein sekundärer Aktuator, der zusammen mit dem VCM eine noch höhere Tracking-Leistung bietet, um das Schreib-/Leseelement stabil an einer sehr präzisen Position zu halten. Die Mikroaktuierung bei Festplatten wird typischerweise durch einen piezoelektrischen Motor erreicht Dadurch kann das Schreib-/Leseelement schnell (höhere Bandbreite) über einen begrenzten Hub (Distanz) bewegt werden. Der Großteil der Bewegung wird vom VCM ausgeführt, während die feineren Fehler vom Mikroaktuator verfolgt werden, wodurch Datenspuren noch näher beieinander platziert werden können, um eine höhere Flächendichte zu erreichen. Ein solches System, bei dem zwei Aktuatoren zusammenarbeiten, wird als zweistufiger Aktuator bezeichnet und bietet die Vorteile einer höheren Verfolgungsgenauigkeit, verbesserter Bewegungszeiten (bessere Einschwingleistung) und bietet größere Bandbreiten für die Störungsunterdrückung.
Hochleistungsköpfe
Sowohl die NAS- als auch die Enterprise-NAS-Laufwerke verwenden Hochleistungsköpfe im Vergleich zu einem Standardkopf im Desktop-Laufwerk. Hochleistungsköpfe sind Köpfe mit kleineren Abmessungen und einem höheren Signal-Rausch-Verhältnis. Dies kommt dem Kunden zugute, da der Spielraum für schwerwiegende Fehler im Langzeitbetrieb höher ist als bei Komponenten mit geringeren Spielräumen. Dieser größere Spielraum kann genutzt werden, um die Robustheit gegenüber mehreren Belastungen wie hohen Betriebstemperaturen, Umgebungen mit starken Vibrationen und hohen/konstanten Arbeitsbelastungen zu erhöhen. Diese drei Punkte sind für NAS-Laufwerke von entscheidender Bedeutung, und die Qualität des Kopfes beeinflusst die Zuverlässigkeit des NAS-Laufwerks (MTBF, Arbeitslastbewertung, Nutzung aus der obigen Tabelle) erheblich. Dadurch, dass ein Betrieb mit größerem „ungenutztem“ Raum zwischen den Spuren möglich ist und die Nutzungsdauer des Laufwerks mit viel weniger der Fehlerbeseitigungsfähigkeit in der Antriebselektronik und im Code beginnt, hätte ein solches Laufwerk ohnehin eine längere Nutzungsdauer und eine höhere Leistung weniger auf Fehlerbeseitigung angewiesen. Die Datenrate bleibt dauerhaft auf einem höheren Niveau, da die Laufwerke durch den zusätzlichen Abstand zwischen den Spuren externe Ereignisse viel effektiver absorbieren können.
Fazit
Bei der Auswahl eines NAS müssen Benutzer alle möglichen Anbieter und Modelle jedes Anbieters durchgehen, um das NAS auszuwählen, das ihren Anforderungen am besten entspricht. Nachdem die Benutzer sich die Mühe gemacht haben, das richtige Gerät mit den richtigen Funktionen auszuwählen, müssen sie dann die richtigen Laufwerke auswählen. Während Desktop-Laufwerke tendenziell günstiger sind, gibt es bei der Verwendung in einem NAS mehrere Nachteile. Die Laufwerke selbst sind nicht für den Dauergebrauch ausgelegt. Sobald eine Desktop-Festplatte in das NAS eingebaut ist, altert sie viel schneller und nutzt sich viel schneller ab als in einem Computer. NAS-spezifische Festplatten haben höhere Toleranzen, was für ein Laufwerk, das möglicherweise ständig neben mehreren anderen Laufwerken läuft, ein Muss ist. Auch die mit den Laufwerken gelieferte Firmware unterscheidet sich: Desktop ist für die Desktop-Nutzung optimiert und NAS ist für die ständige Zugriffsnutzung optimiert. Die Firmware des NAS-Laufwerks ist auch auf RAID- und Wiederherstellungszeiten abgestimmt, sodass Benutzer mit einem NAS-Laufwerk wesentlich schnellere Wiederherstellungen erleben. Und schließlich stammen die Platten selbst aus verschiedenen Klassen und mit unterschiedlichen Laufwerkstypen. Ein NAS-Laufwerk (insbesondere ein Enterprise-NAS-Laufwerk) hat eine viel höhere Arbeitslast und benötigt daher einen ganz anderen Plattentyp.
Letztendlich ist die Entscheidung über den Laufwerkstyp, der in allen Anwendungsfällen, vom kleinen 2-Bay-NAS bis hin zu Rackscale-Anwendungsfällen, verwendet werden soll, für den Datenschutz und die Datenintegrität von entscheidender Bedeutung. Bei kleinen NAS-Bereitstellungen bietet das Standard-NAS-Laufwerk dem Endbenutzer offensichtlich so viele Vorteile, dass der Preisunterschied im Vergleich zu den Gesamtbetriebskosten im Vergleich zu einem Desktop-Laufwerk gering ist. In kleinen und mittleren Unternehmen oder Unternehmen, in denen ein Rackmount-NAS im Einsatz ist, sind die Unterschiede noch deutlicher, da die Verwendung kostengünstiger Laufwerke praktisch garantiert Probleme verursacht. Letztendlich leisten die Festplattenhersteller gute Arbeit und bieten uns Optionen basierend auf der beabsichtigten Arbeitslast. Tun Sie das Richtige für Ihre Daten und kaufen Sie das richtige Laufwerk für die Aufgabe.
NAS-Festplatten bei Amazon
Amazon