從 2012 年開始，硬盤供應商開始認真生產專用硬盤。 隨著 NAS、監控和基於雲的類別的增長與海量數據爆炸保持一致，以具有成本效益的方式存儲大量數據的痛苦對於從個人到大型企業的每個人來說都變得真實。 毫不奇怪，硬盤供應商在發布 NAS 專用硬盤時順應了這一趨勢。 什麼是 NAS 硬盤驅動器，它有什麼特別之處？ 我們在這裡進行更深入的技術研究，揭開這項技術的神秘面紗，強調 NAS 驅動器的優勢以及在 NAS 環境中使用傳統台式機硬盤驅動器的風險。
具有諷刺意味的是，當談到保護我們的數據時，我們有時會做出基於成本的決定，而不是為工作選擇合適的產品。 特別是在小型 NAS 類別（8 個或更少托架）中，即使在今天，一些流行的 NAS 供應商也會在他們的系統中放置成本最低的 HDD。 來自領先 NAS 供應商的數據表明，絕大多數小型 NAS 系統都是裸售的。 在這種情況下，對於超過一半的現有系統，最終用戶或他們的顧問正在選擇要放入其中的硬盤驅動器。 根據我們從 Synology、QNAP 和其他公司看到的數據，做出了很多錯誤的決定。
許多最終用戶通過僅考慮成本來選擇驅動器而將問題過分簡單化，並且許多供應商沒有提供營銷術語之外的其他信息。 他們談到了特殊固件並暗示了驅動器中的“NAS 調整”，但技術細節在很大程度上被混淆了。 對於 NAS 硬盤驅動器是否真的比成本更低的環保驅動器類別更好，一些消費者也存在一定的不信任。 為了克服這一切，我們與 Seagate 合作，超越規格表，深入了解 NAS 驅動器的特殊之處以及為什麼它們是解決 NAS 中應該安裝哪些 HDD 問題的唯一正確答案.
開始時，有趣的是保修索賠率相對來說不是很高。 保修週的最新數據表明，至少來自希捷和西部數據的 HDD 的索賠成本百分比低於 Apple 產品。 對於丟失驅動器的任何人來說，這並不是一件令人欣慰的事情，但事實是，硬盤驅動器在這一點上是相當成熟的技術，並且不會經常死機。 就是說，例如 Synology，他們會第一個告訴您他們的大量支持電話處理的是在他們的產品中使用台式機硬盤驅動器的情況，儘管他們在該主題的教育方面盡了最大努力。 雖然消費者和系統集成商可能不太了解或不太關心 RV 傳感器、圓盤夾和底板的結構剛度，但他們應該了解或不太關心，原因如下。
每個硬盤驅動器由大約 30 個組件組成，具體取決於驅動器的大小。 這些組件協同工作，提供出色的用戶體驗，這種體驗通常會持續到硬盤的保修期之外。 這些組件的組裝方式和選擇它們的特殊性決定了驅動器的功能。 出於本文的目的，我們正在研究台式機、NAS 和企業 NAS 產品線，以更好地說明它們之間的差異，並強調升級到企業 NAS 驅動器的意義所在。
| 桌面硬盤 | 網絡硬盤 | 企業級NAS硬盤 | |
|---|---|---|---|
| 可靠性 | 750 萬小時 MTBF | 1 萬小時 MTBF | 1.2 萬小時 MTBF |
| 額定工作負荷* | 55TB | 180TB | 300TB |
| 使用 | 8 5點¯x | 24 7點¯x | 24 7點¯x |
| 按外形使用 | 1-2 個驅動器 | 1-8 個驅動器/托架 | 1-16 個驅動器/托架 |
| 發動機 | 附底 | 附底 | 頂部和底部連接 |
| 旋轉振動** | 5 | 5 | 12.5 |
| 平衡控制 | 基本盤/馬達平衡 | 雙平面平衡 | NA |
| 震動控制 | NA | NA | RVFF 傳感器 |
| RPM | 5900 | 5900 | 7200 |
| 座板 | 標準版 | 標準版 | 結構剛度 |
| 附上頂蓋 | 沒有 | 沒有 | 可以 |
| 音圈磁鐵 | 標準版 | 標準版 | 高通量密度 |
| 希捷 Acu_trac | 非標 | 可以 | 是的，高級 |
| 圓盤夾 | +加權 | +加權 | 頂部和底部連接 |
| 頭 | 標準版 | 性能 | 性能 |
| 磁盤 | 標準版 | 性能 | 性能 |
| 濕度傳感器 | 沒有 | 沒有 | 可以 |
| 自適應飛行高度技術。 | 可以 | 可以 | 可以 |
| Firmware / 硬體 | 基本桌面 | NAS 優化 | NAS 優化 |
*平均年化工作負載速率限制以每年 TB 為單位，或每 8760 個開機小時數為 TB。 工作負載速率限制 = 傳輸的 TB x（8760/記錄的開機小時數）。
**旋轉振動 RV 1500 弧度/秒^2
顯然，上表強調了標準台式機硬盤、NAS 硬盤和企業 NAS 硬盤之間的一些主要區別。 數據本身就顯示了一個非常有說服力的論點，只需查看每種產品的 MTBF、工作負載等級和預期佔空比時間即可。 有時更難理解的是其餘規格。 為此，我們拆解了每個驅動器類別中的一個，以找到盡可能顯示驅動器之間差異的照片證據。
電機/主軸/外殼設計
台式機和 NAS 驅動器均採用底部連接電機設計。 然而，企業 NAS 驅動器採用雙頂部和底部連接設計。 企業驅動器因此獲得了一些優勢。 由於直接壓入底座，主軸在底端固定得更牢固，而在頂端則通過頂蓋中的螺釘固定。 在下圖中，桌面驅動器在左側，企業驅動器在右側。 請注意右側蓋子上的額外螺絲，這是增加驅動器穩定性的頂部附件。
通過在兩端支撐主軸，與僅在底端支撐的懸臂式電機相比，圓盤組的徑向響應減少了 50%。 帶有頂蓋連接電機的驅動器在高振動環境（如機架式 NAS 陣列）中具有顯著優勢，因此與標準 NAS 驅動器相比，建議將企業 NAS 用於更大的系統。 還值得注意的是企業驅動器中的磁盤風阻板，它減少了盤片之間的空氣擾動以提高可靠性。
電機中的軸承系統已經發展得非常堅固。 隨著電機幾何結構變得越來越複雜，軸承中增加了額外的功能，以使其更能容忍製造差異。 Enterprise 驅動器電機中的軸承是“自清洗”的，這意味著如果形成氣泡，它們就會被排出。 它們通常還包括支撐大型油藏的離心密封件，使其在高溫環境中具有優勢。 最後，企業 NAS 驅動器可以支持非常高的包負載。 這是由於與懸臂式電機相比具有相對較高的結構剛度。
旋轉振動 (RV) 傳感器
RV 傳感器是加速度計，可提供與加速度、振動和衝擊成比例的輸出。 安裝在 HDD PCBA 上以測量驅動器受到的外部振動，例如風扇、聲音中斷和機架振動。 首先是桌面硬盤驅動器的 PCB，這是一個非常標準的電路板設計。
現在與包含以紅色圈出的 RV 傳感器的企業 NAS PCB 進行比較。 傳感器能夠動態測量外力，為驅動器提供數據，用於糾正和補償環境變化。 這有助於驅動器將驅動傳感器（寫入器/讀取器）保持在所需位置/軌道上。 這種更準確定位的淨收益意味著減少對額外恢復步驟的需求，從而保持吞吐量性能。 這對於主軸速度更快且部署在更關鍵業務場景中的企業級 NAS 驅動器至關重要。
音圈磁鐵 (VCM)
VCM 是一種機電致動器，它是在旋轉磁盤表面上移動寫/讀元件（從一個隨機 LBA 到另一個）以及在所需位置（數據軌道）上控制寫入器/讀取器的主要方式. 線圈繞組的設計和磁鐵強度的選擇決定了音圈電機的加速能力，進而決定了最快的移動時間能力。 更強大的 VCM 設計（涉及特定的線圈規格/匝數和所用磁鐵的強度）有可能提供更高的加速度和更快的移動時間，從而提高性能（隨機 IOPS）。 台式機和 NAS 驅動器使用標準 VCM 構建，而企業 NAS 驅動器使用更大的磁鐵，如下圖所示。 桌面驅動器在左側，企業驅動器在右側。 還要注意企業驅動器中更堅固的 VCM 板，以及承載磁頭的更大的臂阻尼板。
希捷 Acu_Trac
微型驅動器是與 VCM 協同工作的輔助驅動器，可提供更高水平的跟踪性能，以穩健地將寫入/讀取元件保持在非常精確的位置。HDD 中的微型驅動通常通過壓電電機實現可以在有限的行程（距離）內快速移動寫入/讀取元件（更高的帶寬）。 大部分運動由 VCM 執行，而更細微的錯誤由微執行器跟踪，從而允許將數據軌道放置得更近，以實現更高的面密度。 這種包含 2 個致動器一起工作的系統被稱為雙級致動器，並提供更高的跟踪精度、改進的移動時間（更好的穩定性能）和提供更大的干擾抑制帶寬等優勢。
高性能磁頭
與台式機驅動器中的標準磁頭相比，NAS 和企業 NAS 驅動器都使用高性能磁頭。 高性能磁頭是具有更窄物理尺寸和更高信噪比的磁頭。 通過允許長期操作中的硬錯誤裕度高於低裕度組件，這使客戶受益。 這種增加的餘量可用於提高對多種應力的穩健性，例如高工作溫度、高振動環境和高/恆定工作負載。 這三點對於 NAS 驅動器至關重要，磁頭質量極大地改變了 NAS 驅動器在可靠性方面的能力（MTBF、工作負載等級、上表中的使用情況）。 通過允許在軌道之間使用更大的“未使用”空間進行操作以及使用驅動器電子設備和代碼中固有的更少的錯誤恢復能力來啟動驅動器使用壽命，這樣的驅動器將具有更長的使用壽命和更高的性能，因為它是較少依賴錯誤恢復。 由於磁道之間有額外空間，驅動器可以更有效地吸收外部事件，因此持續數據速率保持在較高水平。
結語
在選擇 NAS 時，用戶必須瀏覽所有可能的供應商和每個供應商中的型號，以選擇適合他們需求的 NAS。 在經歷了選擇具有適當功能的適當設備的所有麻煩之後，用戶必須選擇適當的驅動器。 雖然桌面驅動器往往更便宜，但在 NAS 中使用它們有幾個缺點。 驅動器本身不是為經常使用而製造的。 一旦放入 NAS 中，台式機硬盤的老化速度和磨損速度將比放在計算機內部的速度快得多。 特定於 NAS 的 HDD 具有更高的容差，這對於一個可能一直在運行的驅動器來說是必須的，而其他幾個驅動器也在運行。 驅動器附帶的固件也不同，桌面針對桌面使用進行了優化，而 NAS 針對持續訪問使用進行了優化。 NAS 驅動器固件也針對 RAID 和重建時間進行了調整，使用 NAS 驅動器的用戶將看到更快的重建。 最後，盤片本身來自不同驅動器類型的不同類別。 NAS 驅動器（尤其是企業 NAS 驅動器）將具有更高的額定工作負載，因此需要完全不同類型的盤片。
歸根結底，決定在從小型 2 盤位 NAS 到機架級用例的任何應用中使用哪種驅動器對於數據保護和完整性來說絕對是至關重要的。 對於小型 NAS 部署，標準版 NAS 驅動器顯然為最終用戶提供了足夠的好處，與桌面驅動器相比，與總擁有成本相比，價格增量很小。 在使用機架式 NAS 的 SMB 或企業中，差異更加明顯，使用低成本驅動器幾乎肯定會導致問題。 歸根結底，硬盤供應商在根據預期工作負載為我們提供選擇方面做得很好。 為您的數據做正確的事，並為工作購買合適的驅動器。
亞馬遜的 NAS 硬盤
Amazon