Comprendre la gamme de disques SATA de Western Digital (2014)

J’ai choisi de catégoriser la gamme de disques SATA de Western Digital pour plusieurs raisons. La première est que WD est actuellement le leader du marché des disques durs à plateaux, ce qui rend cette catégorisation utile au plus grand nombre ; la gamme “à code couleur” est, selon des observations empiriques, de loin la famille de disques privilégiée du marché des petites entreprises, là où le diagnostic est le plus important, et les disques SATA conservent la plus grande disparité de caractéristiques et de facteurs, ce qui rend d’autant plus nécessaire de bien les comprendre. Bien que, techniquement, la seule différence entre un disque SAS (SCSI) et un disque SATA (ATA), voire un disque Fibre Channel (FC), ne soit rien d’autre que le protocole de communication utilisé pour dialoguer avec eux, en pratique les disques SAS et FC ne sont fabriqués que dans certaines configurations à haute fiabilité et ne nécessitent pas le même degré d’examen et ne présentent pas les mêmes risques extrêmes que les disques SATA. Comprendre l’offre de disques SATA est donc plus important pour les besoins de stockage pratiques et réels.

WD a rendu la compréhension de sa gamme de disques SATA particulièrement facile en ajoutant des codes couleur à la majorité de son offre SATA – ceux considérés comme des disques “grand public” – ainsi qu’une désignation “E” sur ses disques SATA d’entreprise, et un cas à part, les disques Velociraptor à hautes performances qui cherchent à rivaliser avec les performances SAS courantes pour les contrôleurs SATA. Au total, il y a sept familles de disques SATA à considérer, couvrant l’ensemble des facteurs propres aux disques. Bien que ce diagnostic s’applique à la gamme WD facile à comprendre, en comparant ici ces facteurs avec l’offre des autres fabricants de disques, on peut également déterminer les cas d’usage de leurs disques.

Lorsqu’on examine les disques SATA, trois facteurs réellement essentiels se distinguent comme les plus cruciaux à prendre en compte (en dehors du prix, bien entendu).

Taux d’URE : l’URE, ou erreur de lecture irrécupérable (Unrecoverable Read Error), est un événement qui survient avec une certaine régularité sur les supports de stockage électromécaniques, où un secteur ne peut pas être lu. Sur un disque isolé, cela se produit de temps à autre, mais n’affecte généralement qu’un seul fichier, et les utilisateurs constatent typiquement cela comme un fichier perdu (souvent sans même le remarquer) ou éventuellement comme un système de fichiers corrompu qui peut, ou non, être facilement réparé. Dans des grappes RAID saines (autres que le RAID 0), le système RAID assure une mise en miroir et/ou une parité qui peut compenser cette défaillance de secteur et recréer les données, nous protégeant ainsi des problèmes d’URE. Lorsqu’une grappe RAID est en état dégradé, les URE redeviennent un risque potentiel. Dans le pire des cas, une URE sur une grappe à parité dégradée peut, dans certains cas, entraîner la perte totale de la grappe (toutes les données sont perdues). Il est donc extrêmement important de prendre en compte les URE et leurs implications dans tout achat de disque ; c’est le principal facteur de différence de coût entre les disques de différents types. L’URE varie de 10^14 en bas de gamme à 10^16 en haut de gamme. Les nombres sont si grands qu’ils sont toujours exprimés en notation scientifique. Je n’entrerai pas ici dans une explication détaillée des taux d’URE, de leurs conséquences et des stratégies d’atténuation, mais comprendre l’URE est essentiel pour la prise de décision relative à l’achat de disques, en particulier dans le domaine des disques SATA de grande capacité et de fiabilité moindre.

Vitesse de rotation : c’est l’un des facteurs les plus importants pour la plupart des utilisateurs ; la vitesse de rotation est directement corrélée aux IOPS et au débit. Bien que les mesures de la vitesse d’un disque soient, au mieux, dynamiques, la vitesse de rotation reste le meilleur moyen global de comparer deux disques par ailleurs identiques sous une charge identique. Un disque à 15 000 tr/min délivrera, par exemple, presque exactement le double des IOPS et du débit d’un disque à 7 200 tr/min. Les disques SATA existent couramment en versions à 5 400 tr/min et à 7 200 tr/min, avec de rares disques hautes performances disponibles à 10 000 tr/min.

Contrôle de la récupération d’erreur (ERC) : également connu sous le nom de TLER (Time Limited Error Recovery) dans la terminologie WD, l’ERC est une fonction du micrologiciel d’un disque qui permet de définir des limites de temps configurables pour les erreurs de lecture ou d’écriture, ce qui peut être important lorsqu’un disque dur est utilisé dans une grappe RAID, car la récupération d’erreur doit souvent être gérée au niveau de la grappe plutôt qu’au niveau du disque. Sans ERC, un disque risque davantage d’être incorrectement marqué comme défaillant alors qu’il ne l’est pas. Cela est le plus dangereux dans les grappes RAID à parité matérielle et présente différents niveaux d’efficacité selon les paramètres propres à chaque contrôleur RAID. C’est une fonction importante pour les disques destinés à être utilisés dans des grappes RAID.

Outre ces facteurs clés, WD indique de nombreuses autres caractéristiques pour ses disques, telles que la taille du cache, le nombre de processeurs, le temps moyen entre pannes, etc. Ces éléments tendent à être bien moins importants, en particulier le MTBF et autres chiffres de fiabilité, car ils peuvent facilement être faussés ou mal interprétés et offrent rarement l’éclairage sur la fiabilité du disque que l’on attend ou espère. La taille du cache n’est pas très significative pour les grappes RAID, car il doit être désactivé pour des raisons d’intégrité des données. Ainsi, en dehors des scénarios d’usage bureautique, la taille du cache d’un disque dur est généralement considérée comme sans importance. Le nombre de processeurs peut lui aussi être trompeur, car un processeur unique peut être plus puissant que deux processeurs si ceux-ci ne sont pas identiques et si l’efficacité du second processeur est inconnue. Mais WD présente cela comme une caractéristique mise en avant pour certains disques, et l’on suppose qu’il existe un gain de performance mesurable, très probablement en réduction de latence, grâce à l’ajout du second processeur. Je continue toutefois à traiter cela comme un facteur négligeable, surtout utile comme simple point d’intérêt plutôt que comme critère de décision.
Les disques.

Tous les disques à code couleur (Blue, Green, Red et Black) partagent un facteur commun : ils possèdent la note d’URE “grand public” de 10^14. “Grand public” est ici une description peu satisfaisante, mais c’est plus ou moins la norme du secteur. Une meilleure description serait “classe desktop” ou adaptée aux usages RAID sans parité. La seule application réellement inadaptée des disques à URE 10^14 concerne les grappes RAID à parité, et même là, ils peuvent avoir leur place s’ils sont correctement compris.

Blue : les disques WD Blue constituent le modèle de référence de la gamme SATA. Ils tournent à la vitesse “par défaut” de 7 200 tr/min, ne disposent pas d’ERC/TLER et possèdent un seul processeur. Le cache du disque varie entre 16 Mo, 32 Mo et 64 Mo selon le modèle précis. Les disques Blue ciblent l’usage bureautique traditionnel – en tant que disques uniques aux caractéristiques de vitesse modérées, peu adaptés à un usage serveur ou RAID. Les disques Blue sont ceux que l’on “s’attend” à trouver dans les ordinateurs de bureau du commerce. Les disques Blue ont largement perdu en popularité et ne sont souvent pas disponibles dans les capacités plus élevées. Les disques Black et Green ont en grande partie remplacé l’usage des disques Blue, du moins dans les scénarios de grande capacité.

Black : les disques WD Black constituent une légère amélioration des disques Blue, ne changeant rien si ce n’est le passage d’un à deux processeurs pour améliorer légèrement les performances, tout en étant un peu moins rentables. Comme les disques Blue, ils ne disposent pas d’ERC/TLER et tournent à 7 200 tr/min. Tous les disques Black possèdent un cache de 64 Mo. Comme les disques Blue, les disques Black conviennent surtout aux applications bureautiques traditionnelles où les disques sont autonomes.

Green : les disques WD Green, comme leur nom le laisse nominalement entendre, sont conçus pour les applications à faible consommation d’énergie. Ils sont très proches des disques Blue mais tournent à une vitesse inférieure de 5 400 tr/min, ce qui requiert moins d’énergie et génère moins de chaleur. Les disques Green, comme les Blue et les Black, sont conçus pour un usage autonome, principalement dans des ordinateurs de bureau nécessitant des performances de disque moindres que celles attendues d’un poste de travail moyen. Les disques Green se sont révélés très populaires en raison de leur faible coût d’acquisition et d’exploitation. On suppose également que les disques Green sont plus fiables que leurs homologues à rotation plus rapide en raison de l’usure moindre des plateaux plus lents, bien que je n’aie connaissance d’aucune étude en ce sens.

Red : les disques WD Red sont uniques dans la gamme “à code couleur” de WD en ce qu’ils offrent l’ERC/TLER et sont conçus pour être utilisés dans de petites grappes RAID de serveurs “à usage domestique” et dans des dispositifs de stockage (tels que les NAS et les SAN). Sous le capot, les disques WD Red sont des disques WD Green : toutes les spécifications sont identiques, y compris la vitesse de rotation de 5 400 tr/min, mais avec le TLER activé dans le micrologiciel. Physiquement, ce sont les mêmes disques. WD recommande officiellement les disques Red uniquement pour des applications grand public, mais les disques Red, en raison de leur faible consommation d’énergie et de leur TLER, se sont révélés extrêmement populaires dans les grandes grappes RAID, en particulier lorsqu’ils sont utilisés pour l’archivage. Les disques Red, ayant une URE de 10^14, sont dangereux à utiliser dans les grappes RAID à parité, mais sont excellents pour les grappes RAID en miroir et brillent véritablement dans l’archivage et les besoins de stockage similaires, où la grande capacité et les faibles coûts d’exploitation sont essentiels et où les performances de stockage importent peu.

En dehors des disques à code couleur, WD propose trois familles de disques SATA qui sont toutes considérées comme d’entreprise. Ce que ces disques ont en commun, c’est que leur taux d’URE est bien plus élevé que celui des disques “grand public” à code couleur, allant d’une URE de 10^15 à 10^16 selon le modèle. Le résultat le plus important de ce taux d’URE est que ces disques sont bien plus adaptés à un usage dans des grappes RAID à parité (par exemple le RAID 6).

SE : les disques SE sont les disques SATA d’entreprise d’entrée de gamme de WD, avec des taux d’URE de 10^15 et des vitesses de rotation de 7 200 tr/min. Ils possèdent deux processeurs et un cache de 64 Mo. Plus important encore, les disques SE disposent de l’ERC/TLER activé. Les disques SE sont idéaux pour les grappes RAID d’entreprise, qu’elles soient en miroir ou à parité.

RE : les disques RE sont les disques SATA d’entreprise haut de gamme standard de WD, toutes les spécifications étant identiques à celles des disques SE, mais avec le taux d’URE encore meilleur de 10^16. Les disques RE sont les vedettes de la stratégie de disques RAID de WD, étant parfaits pour les grappes de très grande capacité, même lorsqu’ils sont utilisés dans des grappes à parité. Les disques RE sont disponibles en configurations SATA et SAS, mais avec la même mécanique de disque.

Velociraptor : le Velociraptor de WD est un membre quelque peu atypique de la catégorie SATA. Avec une URE de 10^16 et une vitesse de rotation de 10 000 tr/min, le Velociraptor est à la fois très fiable et très rapide pour un disque SATA, rivalisant avec les disques SAS courants et grand public. Étonnamment, le Velociraptor ne possède qu’un seul processeur et, plus surprenant encore, il ne dispose pas d’ERC/TLER, ce qui rend son usage en grappe RAID discutable. En l’absence d’ERC, son utilisation en RAID peut être envisagée au cas par cas selon la manière dont le système RAID interagit avec la temporisation du disque. Avec son excellente note d’URE, le Velociraptor serait un excellent choix pour de grandes grappes RAID à parité à hautes performances, mais uniquement si la grappe gère la temporisation des erreurs de manière élégante ; sinon, le risque que la grappe marque le disque comme défaillant est inacceptablement élevé pour une grappe aussi coûteuse que celle-ci le serait. Il convient de noter que les disques Velociraptor n’existent pas dans des capacités comparables aux autres offres de disques SATA – ils sont bien plus petits.

Bien entendu, la dernière comparaison que l’on doit faire porte sur le prix. Lorsqu’on envisage l’achat de disques, en particulier lorsqu’il s’agit de grandes grappes RAID ou d’autres besoins de stockage en masse, le coût par disque est souvent un facteur majeur, sinon déterminant. L’utilisation de disques plus lents et moins fiables dans un niveau de RAID plus fiable (comme des disques Red en RAID 10) plutôt que de disques plus rapides et plus fiables dans un niveau de RAID moins fiable (comme des disques RE en RAID 6) offre souvent un meilleur équilibre entre fiabilité, performances, capacité et coût. Les prix réels des disques jouent un rôle significatif dans ces décisions. Ces prix, contrairement aux spécifications des disques, peuvent fluctuer d’un jour à l’autre et faire pencher les décisions de planification dans différentes directions, mais, dans l’ensemble, ils tendent à rester relativement stables les uns par rapport aux autres.

Au moment de la rédaction de cet article, fin 2013, un rapide relevé des prix des disques de 3 To de WD donne cette répartition approximative :

Green 120 $
Red 135 $
Black 155 $
SE 204 $
RE 265 $

Comme on peut le constater, le bond de prix se situe principalement entre les disques de classe grand public ou desktop et les disques d’entreprise aux meilleurs taux d’URE, les disques Red et RE, tous deux dotés d’ERC/TLER, présentant un rapport de prix d’environ exactement 2:1, ce qui rend, à capacité égale, plus avantageux de choisir un plus grand nombre de disques Red en RAID 10 plutôt qu’un plus petit nombre de disques RE en RAID 6, par exemple. Comparer un certain nombre de facteurs, ainsi que les prix réels du moment, est donc crucial pour de nombreuses décisions d’achat.

Les disques plus récents, qui viennent tout juste d’être commercialisés, commencent à voir des réductions de leur cache embarqué, précisément pour les raisons que nous avons évoquées ci-dessus : les disques conçus autour d’un usage RAID n’ont guère ou pas d’intérêt à disposer d’un cache embarqué, puisqu’il doit être désactivé pour des raisons d’intégrité des données.

Les fabricants de disques proposent aujourd’hui une grande variété d’options de disques traditionnels à plateaux pour répondre à de nombreux besoins différents. Les comprendre peut conduire à une meilleure fiabilité et à des achats plus rentables, et prolongera l’utilité des technologies de disques traditionnelles dans les années à venir.