从 2012 年开始，硬盘供应商开始认真生产专用硬盘。 随着 NAS、监控和基于云的类别的增长与海量数据爆炸保持一致，以具有成本效益的方式存储大量数据的痛苦对于从个人到大型企业的每个人来说都变得真实。 毫不奇怪，硬盘供应商在发布 NAS 专用硬盘时顺应了这一趋势。 什么是 NAS 硬盘驱动器，它有什么特别之处？ 我们在这里进行更深入的技术研究，揭开这项技术的神秘面纱，强调 NAS 驱动器的优势以及在 NAS 环境中使用传统台式机硬盘驱动器的风险。
具有讽刺意味的是，当谈到保护我们的数据时，我们有时会做出基于成本的决定，而不是为工作选择合适的产品。 特别是在小型 NAS 类别（8 个或更少托架）中，即使在今天，一些流行的 NAS 供应商也会在他们的系统中放置成本最低的 HDD。 来自领先 NAS 供应商的数据表明，绝大多数小型 NAS 系统都是裸售的。 在这种情况下，对于超过一半的现有系统，最终用户或他们的顾问正在选择要放入其中的硬盘驱动器。 根据我们从 Synology、QNAP 和其他公司看到的数据，做出了很多错误的决定。
许多最终用户通过仅考虑成本来选择驱动器而将问题过分简单化，并且许多供应商没有提供营销术语之外的其他信息。 他们谈到了特殊固件并暗示了驱动器中的“NAS 调整”，但技术细节在很大程度上被混淆了。 对于 NAS 硬盘驱动器是否真的比成本更低的环保驱动器类别更好，一些消费者也存在一定的不信任。 为了克服这一切，我们与 Seagate 合作，超越规格表，深入了解 NAS 驱动器的特殊之处以及为什么它们是解决 NAS 中应该安装哪些 HDD 问题的唯一正确答案.
开始时，有趣的是保修索赔率相对来说不是很高。 保修周的最新数据表明，至少来自希捷和西部数据的 HDD 的索赔成本百分比低于 Apple 产品。 对于丢失驱动器的任何人来说，这并不是一件令人欣慰的事情，但事实是，硬盘驱动器在这一点上是相当成熟的技术，并且不会经常死机。 就是说，例如 Synology，他们会第一个告诉您他们的大量支持电话处理的是在他们的产品中使用台式机硬盘驱动器的情况，尽管他们在该主题的教育方面尽了最大努力。 虽然消费者和系统集成商可能不太了解或不太关心 RV 传感器、圆盘夹和底板的结构刚度，但他们应该了解或不太关心，原因如下。
每个硬盘驱动器由大约 30 个组件组成，具体取决于驱动器的大小。 这些组件协同工作，提供出色的用户体验，这种体验通常会持续到硬盘的保修期之外。 这些组件的组装方式和选择它们的特殊性决定了驱动器的功能。 出于本文的目的，我们正在研究台式机、NAS 和企业 NAS 产品线，以更好地说明它们之间的差异，并强调升级到企业 NAS 驱动器的意义所在。
| 桌面硬盘 | 网络硬盘 | 企业级NAS硬盘 | |
|---|---|---|---|
| 可靠性 | 750 万小时 MTBF | 1 万小时 MTBF | 1.2 万小时 MTBF |
| 额定工作负荷* | 55TB | 180TB | 300TB |
| 用法 | 8 x 5 | 24 x 7 | 24 x 7 |
| 按外形使用 | 1-2 个驱动器 | 1-8 个驱动器/托架 | 1-16 个驱动器/托架 |
| 电机 | 附底 | 附底 | 顶部和底部连接 |
| 旋转振动** | 5 | 5 | 12.5 |
| 平衡控制 | 基本盘/马达平衡 | 双平面平衡 | NA |
| 振动控制 | NA | NA | RVFF 传感器 |
| RPM | 5900 | 5900 | 7200 |
| 座板 | 标准版 | 标准版 | 结构刚度 |
| 附上顶盖 | 没有 | 没有 | 是 |
| 音圈磁铁 | 标准版 | 标准版 | 高通量密度 |
| 希捷 Acu_trac | 非标 | 是 | 是的，高级 |
| 圆盘夹 | +加权 | +加权 | 顶部和底部连接 |
| 箱头 | 标准版 | 性能 | 性能 |
| 磁盘 | 标准版 | 性能 | 性能 |
| 湿度传感器 | 没有 | 没有 | 是 |
| 自适应飞行高度技术。 | 是 | 是 | 是 |
| 固件 | 基本桌面 | NAS 优化 | NAS 优化 |
*平均年化工作负载速率限制以每年 TB 为单位，或每 8760 个开机小时数为 TB。 工作负载速率限制 = 传输的 TB x（8760/记录的开机小时数）。
**旋转振动 RV 1500 弧度/秒^2
显然，上表强调了标准台式机硬盘、NAS 硬盘和企业 NAS 硬盘之间的一些主要区别。 数据本身就显示了一个非常有说服力的论点，只需查看每种产品的 MTBF、工作负载等级和预期占空比时间即可。 有时更难理解的是其余规格。 为此，我们拆解了每个驱动器类别中的一个，以找到尽可能显示驱动器之间差异的照片证据。
电机/主轴/外壳设计
台式机和 NAS 驱动器均采用底部连接电机设计。 然而，企业 NAS 驱动器采用双顶部和底部连接设计。 企业驱动器因此获得了一些优势。 由于直接压入底座，主轴在底端固定得更牢固，而在顶端则通过顶盖中的螺钉固定。 在下图中，桌面驱动器在左侧，企业驱动器在右侧。 请注意右侧盖子上的额外螺丝，这是增加驱动器稳定性的顶部附件。
通过在两端支撑主轴，与仅在底端支撑的悬臂式电机相比，圆盘组的径向响应减少了 50%。 带有顶盖连接电机的驱动器在高振动环境（如机架式 NAS 阵列）中具有显着优势，因此与标准 NAS 驱动器相比，建议将企业 NAS 用于更大的系统。 还值得注意的是企业驱动器中的磁盘风阻板，它减少了盘片之间的空气扰动以提高可靠性。
电机中的轴承系统已经发展得非常坚固。 随着电机几何结构变得越来越复杂，轴承中增加了额外的功能，以使其更能容忍制造差异。 Enterprise 驱动器电机中的轴承是“自清洗”的，这意味着如果形成气泡，它们就会被排出。 它们通常还包括支撑大型油藏的离心密封件，使其在高温环境中具有优势。 最后，企业 NAS 驱动器可以支持非常高的包负载。 这是由于与悬臂式电机相比具有相对较高的结构刚度。
旋转振动 (RV) 传感器
RV 传感器是加速度计，可提供与加速度、振动和冲击成比例的输出。 安装在 HDD PCBA 上以测量驱动器受到的外部振动，例如风扇、声音中断和机架振动。 首先是桌面硬盘驱动器的 PCB，这是一个非常标准的电路板设计。
现在与包含以红色圈出的 RV 传感器的企业 NAS PCB 进行比较。 传感器能够动态测量外力，为驱动器提供数据，用于纠正和补偿环境变化。 这有助于驱动器将驱动传感器（写入器/读取器）保持在所需位置/轨道上。 这种更准确定位的净收益意味着减少对额外恢复步骤的需求，从而保持吞吐量性能。 这对于主轴速度更快且部署在更关键业务场景中的企业级 NAS 驱动器至关重要。
音圈磁铁 (VCM)
VCM 是一种机电致动器，它是在旋转磁盘表面上移动写/读元件（从一个随机 LBA 到另一个）以及在所需位置（数据轨道）上控制写入器/读取器的主要方式. 线圈绕组的设计和磁铁强度的选择决定了音圈电机的加速能力，进而决定了最快的移动时间能力。 更强大的 VCM 设计（涉及特定的线圈规格/圈数和所用磁铁的强度）有可能提供更高的加速度和更快的移动时间，从而提高性能（随机 IOPS）。 台式机和 NAS 驱动器使用标准 VCM 构建，而企业 NAS 驱动器使用更大的磁铁，如下图所示。 桌面驱动器在左侧，企业驱动器在右侧。 还要注意企业驱动器中更坚固的 VCM 板，以及承载磁头的更大的臂阻尼板。
希捷 Acu_Trac
微型驱动器是与 VCM 协同工作的辅助驱动器，可提供更高水平的跟踪性能，以稳健地将写入/读取元件保持在非常精确的位置。HDD 中的微型驱动通常通过压电电机实现可以在有限的行程（距离）内快速移动写入/读取元件（更高的带宽）。 大部分运动由 VCM 执行，而更细微的错误由微执行器跟踪，从而允许将数据轨道放置得更近，以实现更高的面密度。 这种包含 2 个致动器一起工作的系统被称为双级致动器，并提供更高的跟踪精度、改进的移动时间（更好的稳定性能）和提供更大的干扰抑制带宽等优势。
高性能磁头
与台式机驱动器中的标准磁头相比，NAS 和企业 NAS 驱动器都使用高性能磁头。 高性能磁头是具有更窄物理尺寸和更高信噪比的磁头。 通过允许长期操作中的硬错误裕度高于低裕度组件，这使客户受益。 这种增加的余量可用于提高对多种应力的稳健性，例如高工作温度、高振动环境和高/恒定工作负载。 这三点对于 NAS 驱动器至关重要，磁头质量极大地改变了 NAS 驱动器在可靠性方面的能力（MTBF、工作负载等级、上表中的使用情况）。 通过允许在轨道之间使用更大的“未使用”空间进行操作以及使用驱动器电子设备和代码中固有的更少的错误恢复能力来启动驱动器使用寿命，这样的驱动器将具有更长的使用寿命和更高的性能，因为它是较少依赖错误恢复。 由于磁道之间有额外空间，驱动器可以更有效地吸收外部事件，因此持续数据速率保持在较高水平。
结语
在选择 NAS 时，用户必须浏览所有可能的供应商和每个供应商中的型号，以选择适合他们需求的 NAS。 在经历了选择具有适当功能的适当设备的所有麻烦之后，用户必须选择适当的驱动器。 虽然桌面驱动器往往更便宜，但在 NAS 中使用它们有几个缺点。 驱动器本身不是为经常使用而制造的。 一旦放入 NAS 中，台式机硬盘的老化速度和磨损速度将比放在计算机内部的速度快得多。 特定于 NAS 的 HDD 具有更高的容差，这对于可能一直在运行且同时运行的其他几个驱动器旁边的驱动器来说是必须的。 驱动器附带的固件也不同，桌面针对桌面使用进行了优化，而 NAS 针对持续访问使用进行了优化。 NAS 驱动器固件也针对 RAID 和重建时间进行了调整，使用 NAS 驱动器的用户将看到更快的重建。 最后，盘片本身来自不同驱动器类型的不同类别。 NAS 驱动器（尤其是企业 NAS 驱动器）将具有更高的额定工作负载，因此需要完全不同类型的盘片。
归根结底，决定在从小型 2 盘位 NAS 到机架级用例的任何应用中使用哪种驱动器对于数据保护和完整性来说绝对是至关重要的。 对于小型 NAS 部署，标准版 NAS 驱动器显然为最终用户提供了足够的好处，与桌面驱动器相比，与总拥有成本相比，价格差异很小。 在使用机架式 NAS 的 SMB 或企业中，差异更加明显，使用低成本驱动器几乎肯定会导致问题。 归根结底，硬盘供应商在根据预期工作负载为我们提供选择方面做得很好。 为您的数据做正确的事，并为工作购买合适的驱动器。
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