Począwszy od 2012 roku producenci dysków twardych poważnie zajęli się produkcją dysków twardych przeznaczonych do konkretnych zastosowań. Wraz z rozwojem kategorii NAS, monitoringu i rozwiązań chmurowych, co zbiegło się z gwałtownym wzrostem ilości danych, trudności związane z przechowywaniem dużej ilości danych w opłacalny sposób stały się realne dla wszystkich, od osób prywatnych po duże przedsiębiorstwa. Nic więc dziwnego, że producenci dysków twardych wykorzystali ten trend, wprowadzając na rynek dyski twarde przeznaczone do systemów NAS. Czym jednak jest dysk twardy NAS i co go wyróżnia? Przyjrzymy się bliżej technologii, aby wyjaśnić zalety dysków NAS i ryzyko związane z używaniem tradycyjnych dysków twardych do komputerów stacjonarnych w środowisku NAS.
To nieco ironiczne, że w kwestii ochrony naszych danych, czasami podejmujemy decyzje na podstawie kosztów, zamiast wybrać odpowiedni produkt. Dzieje się tak zwłaszcza w przypadku małych systemów NAS (8 lub mniej zatok), gdzie nawet dziś niektórzy popularni dostawcy systemów NAS montują w swoich systemach najtańsze dyski twarde. Dane od wiodących dostawców systemów NAS wskazują, że zdecydowana większość małych systemów NAS jest sprzedawana bez podzespołów. W związku z tym, w przypadku ponad połowy systemów, to użytkownik końcowy lub jego doradca decyduje, jakie dyski twarde umieścić w obudowie. Dane od firm Synology, QNAP i innych wskazują, że podejmowanych jest wiele błędnych decyzji.
Wielu użytkowników końcowych upraszcza problem, opierając wybór dysku wyłącznie na cenie, a wielu dostawców nie udostępnia dodatkowych informacji poza marketingowym żargonem. Mówią o specjalnym oprogramowaniu układowym i nawiązują do „strojenia NAS” w dyskach, ale szczegóły techniczne są w dużej mierze pomijane. Wśród niektórych konsumentów panuje również pewna nieufność co do tego, czy dysk twardy NAS jest rzeczywiście lepszy od tańszej, ekologicznej kategorii dysków. Aby to wszystko wyjaśnić, współpracowaliśmy z firmą Seagate, aby wyjść poza specyfikację techniczną i dotrzeć do sedna tego, co czyni dysk NAS wyjątkowym i dlaczego jest to jedyna słuszna odpowiedź na pytanie, jakie dyski twarde powinny znaleźć się w systemie NAS.
Na początek warto zauważyć, że odsetek roszczeń gwarancyjnych nie jest stosunkowo wysoki. Najnowsze dane z Warranty Week sugerują, że dyski twarde, przynajmniej Seagate i WD, generują niższy odsetek kosztów roszczeń niż produkty Apple. Dla każdego, kto stracił dysk, nie jest to szczególnie pocieszające, ale faktem pozostaje, że dyski twarde są obecnie dość dobrze znaną technologią i nie psują się zbyt często. Mimo to, Synology, na przykład, jako pierwszy poinformowałby, że znaczna liczba zgłoszeń do pomocy technicznej dotyczy sytuacji, w których w ich produktach zastosowano dyski twarde do komputerów stacjonarnych, pomimo wszelkich starań firmy w zakresie edukacji w tym zakresie. Chociaż konsumenci i integratorzy systemów mogą nie wiedzieć lub nie przejmować się zbytnio czujnikami RV, zaciskami dysków i sztywnością konstrukcji płyty bazowej, powinni, i oto dlaczego.
Każdy dysk twardy składa się z około 30 komponentów, w zależności od jego rozmiaru. Komponenty te współpracują ze sobą, zapewniając użytkownikom doskonałe wrażenia, które zazwyczaj trwają dłużej niż okres gwarancji dysku. Sposób montażu tych komponentów i specyfika ich doboru decydują o możliwościach dysku. W tym artykule analizujemy linie produktów NAS: stacjonarne, NAS i korporacyjne, aby lepiej zobrazować różnice między nimi i wskazać, gdzie warto zainwestować w korporacyjne dyski NAS.
| Dysk twardy do komputera stacjonarnego | Dysk twardy NAS | Dysk twardy NAS Enterprise | |
|---|---|---|---|
| Niezawodność | 750 tys. godzin MTBF | 1 miliona godzin MTBF | 1.2 miliona godzin MTBF |
| Ocena obciążenia pracą* | 55TB | 180TB | 300TB |
| Stosowanie | X 8 5 | X 24 7 | X 24 7 |
| Użycie według współczynnika kształtu | 1-2 napędy | 1-8 napędów/zatoczek | 1-16 napędów/zatoczek |
| Silnik | Dolny przymocowany | Dolny przymocowany | Góra i dół przymocowane |
| Wibracje rotacyjne** | 5 | 5 | 12.5 |
| Kontrola równowagi | Podstawowa równowaga dyskowo-motoryczna | Dwupłaszczyznowa równowaga | NA |
| Kontrola wibracji | NA | NA | Czujniki RVFF |
| RPM | 5900 | 5900 | 7200 |
| Płyta bazowa | Standardowe | Standardowe | Sztywność strukturalna |
| Zamontowano górną pokrywę | Nie | Nie | Tak |
| Magnesy cewki drgającej | Standardowe | Standardowe | Wysoka gęstość strumienia |
| Seagate Acu_trac | Niestandardowe | Tak | Tak, zaawansowany |
| Zaciski dyskowe | +Ważony | +Ważony | Góra i dół przymocowane |
| głowice | Standardowe | Wydajność | Wydajność |
| Tarcze | Standardowe | Wydajność | Wydajność |
| Czujniki wilgotności | Nie | Nie | Tak |
| Technologia adaptacyjnej wysokości lotu. | Tak | Tak | Tak |
| firmware | Podstawowy pulpit | Zoptymalizowany pod kątem NAS | Zoptymalizowany pod kątem NAS |
*Średni roczny limit obciążenia pracą jest wyrażony w TB na rok lub TB na 8760 godzin pracy. Limit obciążenia pracą = przesłana liczba TB x (8760/zarejestrowana liczba godzin pracy).
**Wibracje obrotowe RV 1500 radianów/sek^2
Powyższa tabela wyraźnie uwypukla kluczowe różnice między standardowymi dyskami do komputerów stacjonarnych, dyskami NAS i dyskami NAS klasy korporacyjnej. Dane same w sobie stanowią dość przekonujący argument, biorąc pod uwagę jedynie MTBF, obciążenie i oczekiwany czas cyklu pracy dla każdego produktu. Czasami jednak trudniej jest zrozumieć resztę specyfikacji. W tym celu rozmontowaliśmy po jednym dysku każdej klasy, aby znaleźć fotograficzne dowody pokazujące różnice między dyskami, tam gdzie to możliwe.
Konstrukcja silnika/wrzeciona/obudowy
Zarówno dyski stacjonarne, jak i NAS wykorzystują konstrukcję z silnikiem montowanym od dołu. Natomiast dyski NAS klasy Enterprise wykorzystują konstrukcję z podwójnym mocowaniem od góry i od dołu. W rezultacie dyski klasy Enterprise zyskują kilka zalet. Wrzeciono jest solidniej zamocowane u dołu dzięki bezpośredniemu wciskaniu w podstawę, a u góry za pomocą śruby w górnej pokrywie. Na poniższym zdjęciu dysk do komputerów stacjonarnych znajduje się po lewej stronie, a dysk klasy Enterprise po prawej. Zwróć uwagę na dodatkową śrubę w pokrywie po prawej stronie – to górne mocowanie, które zwiększa stabilność dysku.
Dzięki podparciu wału wrzeciona z obu stron, promieniowa reakcja pakietu dysków jest zmniejszona o 50% w porównaniu z silnikiem typu cantilever, który jest podparty tylko od dołu. Napęd z silnikiem zamontowanym na górnej pokrywie będzie miał znaczną przewagę w środowiskach o wysokim poziomie drgań, takich jak macierze NAS montowane w szafach rack, stąd zaleca się stosowanie NAS klasy Enterprise w większych systemach w porównaniu ze standardowymi dyskami NAS. Na uwagę zasługują również płyty nośne dysku w napędzie klasy Enterprise, które redukują zakłócenia powietrza między talerzami, zapewniając większą niezawodność.
Systemy łożysk w silnikach ewoluowały, stając się coraz bardziej wytrzymałe. Wraz ze wzrostem złożoności geometrii silników, do łożysk dodano dodatkowe funkcje, aby zwiększyć ich tolerancję na odchylenia produkcyjne. Łożyska w silnikach napędów Enterprise są samooczyszczające, co oznacza, że jeśli utworzą się pęcherzyki powietrza, są one usuwane. Zazwyczaj są one również wyposażone w uszczelnienia odśrodkowe, które wspierają duże zbiorniki oleju, co daje im przewagę w środowiskach o wysokiej temperaturze. Wreszcie, napędy Enterprise NAS mogą obsługiwać bardzo duże obciążenia. Wynika to ze stosunkowo wysokiej sztywności konstrukcyjnej w porównaniu z silnikami typu cantilever.
Czujniki drgań obrotowych (RV)
Czujniki RV to akcelerometry, które generują sygnał wyjściowy proporcjonalny do przyspieszenia, wibracji i wstrząsów. Montowane na płytce PCBA dysku twardego w celu pomiaru zewnętrznych wibracji, na które narażony jest dysk, takich jak wentylatory, zakłócenia akustyczne i wibracje w szafie. Pierwszym przykładem jest płytka PCB z dysku twardego komputera stacjonarnego, która ma dość standardową konstrukcję.
Porównajmy teraz z płytką drukowaną Enterprise NAS, która zawiera czujniki RV zaznaczone na czerwono. Czujniki te dynamicznie mierzą siły zewnętrzne, dostarczając dane do dysku, które można wykorzystać do korygowania i kompensowania zmian w otoczeniu. Pomaga to napędowi utrzymać przetwornik napędu (urządzenie zapisujące/odczytujące) w żądanej lokalizacji/ścieżce. Korzyścią netto z dokładniejszego pozycjonowania jest mniejsza potrzeba dodatkowych kroków odzyskiwania, co pozwala utrzymać wydajność przepustowości. Jest to kluczowe dla dysków Enterprise NAS, które charakteryzują się większą prędkością obrotową wrzeciona i są wdrażane w bardziej krytycznych scenariuszach biznesowych.
Magnesy cewki drgającej (VCM)
VCM to siłownik elektromechaniczny, który jest głównym sposobem przemieszczania elementu zapisu/odczytu po wirującej powierzchni dysku (z jednego losowego adresu LBA do drugiego), a także sterowania zapisem/odczytem w żądanym miejscu (ścieżce danych). Konstrukcja uzwojeń cewki i dobór siły magnesu decydują o zdolności przyspieszania silnika cewki drgającej, a tym samym definiują najszybszy czas ruchu. Mocniejsza konstrukcja VCM (obejmująca konkretny rozmiar cewki/zwoje i siłę użytych magnesów) ma potencjał zapewnienia większego przyspieszenia i krótszego czasu ruchu, a tym samym zwiększonej wydajności (losowe IOPS). Dyski Desktop i NAS wykorzystują standardową konstrukcję VCM, podczas gdy dyski Enterprise NAS wykorzystują znacznie większy magnes, jak pokazano poniżej. Dysk Desktop znajduje się po lewej stronie, dysk Enterprise po prawej. Zwróć również uwagę na bardziej wytrzymałe płyty VCM w dysku Enterprise, wraz z większymi płytami tłumiącymi ramię, które podtrzymują głowice.
Seagate Acu_Trac
Mikrosiłownik to dodatkowy siłownik współpracujący z VCM, zapewniający jeszcze wyższą wydajność śledzenia i solidne utrzymanie elementu zapisu/odczytu w bardzo precyzyjnym położeniu. Mikroaktywacja w dyskach twardych (HDD) była zazwyczaj realizowana za pomocą silnika piezoelektrycznego, który może szybko przesuwać element zapisu/odczytu (większa przepustowość) na ograniczonym odcinku (odległość). Większość ruchu jest wykonywana przez VCM, a drobne błędy są śledzone przez mikrosiłownik, co pozwala na jeszcze bliższe umieszczenie ścieżek danych, co pozwala na uzyskanie większej gęstości powierzchniowej. Taki system, składający się z dwóch siłowników współpracujących ze sobą, nazywany jest siłownikiem dwustopniowym i zapewnia korzyści w postaci wyższej dokładności śledzenia, skróconego czasu ruchu (lepszej wydajności stabilizacji) oraz większej przepustowości dla tłumienia zakłóceń.
Głowice o wysokiej wydajności
Zarówno dyski NAS, jak i Enterprise NAS wykorzystują głowice o wysokiej wydajności, w porównaniu ze standardową głowicą w dysku do komputerów stacjonarnych. Głowice o wysokiej wydajności charakteryzują się węższymi wymiarami fizycznymi i wyższym stosunkiem sygnału do szumu. Zapewnia to klientowi większy margines bezpieczeństwa w przypadku błędów twardych w długotrwałej eksploatacji niż w przypadku komponentów o niższej marży. Ten zwiększony margines bezpieczeństwa pozwala na zwiększenie odporności na różnorodne obciążenia, takie jak wysokie temperatury pracy, silne wibracje i wysokie/stałe obciążenia. Te trzy czynniki są kluczowe dla dysków NAS, a jakość głowicy znacząco wpływa na niezawodność dysku NAS (średni czas bezawaryjnej pracy, obciążenie, wykorzystanie z powyższej tabeli). Umożliwienie pracy z większą „niewykorzystaną” przestrzenią między ścieżkami oraz rozpoczęcie okresu użytkowania dysku przy znacznie mniejszym wykorzystaniu możliwości odzyskiwania błędów wbudowanych w elektronikę i kod dysku, zapewniłoby dłuższy okres użytkowania i wyższą wydajność, ponieważ dysk byłby mniej zależny od odzyskiwania po błędach. Utrzymywana prędkość transmisji danych utrzymuje się na wyższym poziomie, ponieważ dyski mogą znacznie efektywniej absorbować zdarzenia zewnętrzne dzięki większej przestrzeni między ścieżkami.
Wniosek
Wybierając serwer NAS, użytkownicy muszą przejrzeć oferty wszystkich możliwych dostawców i modeli, aby wybrać serwer NAS idealnie dopasowany do ich potrzeb. Po przejściu przez cały proces wyboru odpowiedniego urządzenia o odpowiednich funkcjach, użytkownicy muszą następnie wybrać odpowiednie dyski. Chociaż dyski stacjonarne są zazwyczaj tańsze, ich używanie w serwerach NAS wiąże się z kilkoma wadami. Same dyski nie są przeznaczone do ciągłego użytkowania. Po umieszczeniu w serwerze NAS, dysk stacjonarny starzeje się i zużywa znacznie szybciej niż dysk w komputerze stacjonarnym. Dyski twarde przeznaczone do serwerów NAS charakteryzują się wyższą tolerancją, co jest niezbędne w przypadku dysków, które potencjalnie mogą pracować stale, obok kilku innych dysków. Oprogramowanie sprzętowe dostarczane z dyskami również się różni – dyski stacjonarne są zoptymalizowane pod kątem użytkowania stacjonarnego, a dyski NAS pod kątem ciągłego dostępu. Oprogramowanie sprzętowe dysków NAS jest również dostosowane do RAID i czasu odbudowy, dzięki czemu użytkownicy dysków NAS zauważą znacznie szybszą odbudowę. Wreszcie, same talerze należą do różnych klas w różnych typach dysków. Dysk NAS (szczególnie dysk NAS klasy korporacyjnej) będzie miał znacznie wyższy współczynnik obciążenia pracą i w związku z tym będzie wymagał zupełnie innego rodzaju talerza.
Ostatecznie decyzja o rodzaju dysku, który ma zostać użyty w dowolnym urządzeniu NAS, od małego, dwukieszeniowego NAS-a, po zastosowania w szafie rack, jest absolutnie kluczowa dla ochrony i integralności danych. W przypadku małych wdrożeń NAS standardowy dysk NAS zapewnia użytkownikowi końcowemu wystarczające korzyści, a różnica w cenie jest niewielka w porównaniu z całkowitym kosztem posiadania (TCO) w porównaniu z dyskiem do komputera stacjonarnego. W małych i średnich firmach (MŚP) lub przedsiębiorstwach, gdzie wykorzystywany jest NAS w szafie rack, różnice są jeszcze wyraźniejsze – korzystanie z tanich dysków praktycznie na pewno spowoduje problemy. Ostatecznie producenci dysków twardych dobrze sobie radzą, oferując nam opcje dostosowane do planowanego obciążenia. Wybierz właściwy sposób postępowania dla swoich danych i kup odpowiedni dysk.
Dyski twarde NAS w Amazon
Amazon