Comprendere la gamma di unità SATA di Western Digital (2014)

Scelgo di categorizzare la gamma di unità SATA di Western Digital per diversi motivi. Uno è che WD è l’attuale leader di mercato nei dischi rigidi a piatti rotanti, il che rende questa categorizzazione utile al maggior numero di persone; la linea “a codice colore” è, sulla base di evidenze aneddotiche, di gran lunga la famiglia di unità prescelta nel mercato delle piccole imprese, dove la corretta scelta è più importante e le unità SATA conservano la maggiore disparità di caratteristiche e fattori, rendendole molto più necessarie da comprendere a fondo. Sebbene tecnicamente l’unica differenza tra un’unità SAS (SCSI) e una SATA (ATA), o persino un’unità Fibre Channel (FC), non sia altro che il protocollo di comunicazione utilizzato per dialogare con esse, in termini pratici le unità SAS e FC sono prodotte solo in determinate configurazioni ad alta affidabilità e non richiedono lo stesso grado di attenzione né comportano gli stessi rischi estremi delle unità SATA. Comprendere l’offerta di unità SATA è quindi più importante per le esigenze di archiviazione pratiche e reali.

WD ha reso particolarmente facile comprendere la propria gamma di unità SATA aggiungendo codici colore alla maggior parte delle sue offerte SATA – quelle considerate unità “consumer” – e una designazione “E” sulle proprie unità SATA enterprise, oltre a un caso a sé, le unità Velociraptor ad alte prestazioni che cercano di competere con le comuni prestazioni SAS pur essendo su controller SATA. Complessivamente vi sono sette famiglie di unità SATA da considerare, che coprono l’intera gamma di fattori delle unità. Sebbene questa analisi si applichi alla gamma WD, facile da comprendere, confrontando i fattori qui descritti con le offerte di altri produttori di unità è possibile determinare anche i casi d’uso delle loro unità.

Nel considerare le unità SATA, tre fattori davvero fondamentali spiccano come i più cruciali da valutare (oltre al prezzo, ovviamente).

Tasso di URE: URE, ovvero Unrecoverable Read Error (errore di lettura irrecuperabile), è un evento che si verifica, con una certa regolarità, nei supporti di archiviazione su disco elettromeccanico, in cui un singolo settore non può essere recuperato. In un’unità autonoma questo accade di tanto in tanto, ma in genere interessa solo un singolo file e gli utenti lo percepiscono tipicamente come un file perso (spesso uno di cui non si accorgono) o eventualmente come un filesystem corrotto, che può essere o meno facilmente corretto. In array RAID integri (diversi dal RAID 0), il sistema RAID fornisce mirroring e/o parità che possono compensare questo guasto di settore e ricreare i dati, proteggendoci dai problemi di URE. Quando un array RAID si trova in stato degradato, gli URE diventano nuovamente un rischio potenziale. Nel caso peggiore, un URE su un array a parità degradato può, in alcuni casi, causare la perdita totale di un array (tutti i dati vengono persi). Considerare gli URE e le loro implicazioni in qualsiasi acquisto di unità è quindi estremamente importante ed è il principale fattore di differenziazione dei costi tra unità di tipologie diverse. L’URE varia dal valore più basso di 10^14 al valore più alto di 10^16. I numeri sono così grandi che vengono sempre scritti in notazione scientifica. Non entrerò qui in una spiegazione approfondita dei tassi di URE, delle loro conseguenze e delle strategie di mitigazione, ma comprendere l’URE è fondamentale per le decisioni relative all’acquisto di unità, specialmente nello spazio delle unità SATA ad alta capacità e minore affidabilità.

Velocità di rotazione: Questo è uno dei fattori più rilevanti per la maggior parte degli utenti; la velocità di rotazione è direttamente correlata agli IOPS e al throughput. Sebbene le misurazioni della velocità delle unità siano, nella migliore delle ipotesi, dinamiche, la velocità di rotazione è il modo migliore in assoluto per confrontare due unità per il resto identiche sotto carico identico. Un’unità a 15.000 RPM fornirà, ad esempio, quasi esattamente il doppio degli IOPS e del throughput di un’unità a 7.200 RPM. Le unità SATA sono comunemente disponibili nelle varianti a 5.400 RPM e 7.200 RPM, con rare unità ad alte prestazioni disponibili a 10.000 RPM.

Error Recovery Control (ERC): Noto anche come TLER (Time Limited Error Recovery) nella terminologia WD, l’ERC è una funzione del firmware di un’unità che consente limiti di tempo configurabili per gli errori di lettura o scrittura, aspetto che può essere importante quando un disco rigido viene utilizzato in un array RAID, poiché spesso il recupero degli errori deve essere gestito a livello dell’array, anziché dell’unità. Senza ERC, è più probabile che un’unità venga erroneamente contrassegnata come guasta quando non lo è. Ciò è particolarmente pericoloso negli array RAID a parità basati su hardware e presenta diversi livelli di efficacia a seconda dei singoli parametri del controller RAID. È una funzione importante per le unità destinate all’uso in array RAID.

Oltre a questi fattori chiave, WD elenca molti altri parametri per le proprie unità, come la dimensione della cache, il numero di processori, il tempo medio tra i guasti, ecc. Questi tendono a essere molto meno importanti, in particolare l’MTBF e altri valori di affidabilità, poiché possono essere facilmente distorti o male interpretati e raramente offrono sull’affidabilità dell’unità le indicazioni che ci aspettiamo o speriamo. La dimensione della cache non è molto significativa per gli array RAID, poiché deve essere disabilitata per ragioni di integrità dei dati. Pertanto, al di fuori degli scenari d’uso desktop, la dimensione della cache di un disco rigido è generalmente considerata irrilevante. Anche il numero di CPU potrebbe essere fuorviante, poiché una singola CPU può essere più potente di due CPU se queste non sono identiche e l’efficacia della seconda CPU è sconosciuta. Tuttavia WD elenca questo come una caratteristica di rilievo di alcune unità e si presume che vi sia un guadagno prestazionale misurabile, molto probabilmente in termini di riduzione della latenza, grazie all’aggiunta della seconda CPU. Continuo, tuttavia, a trattare questo come un fattore trascurabile e per lo più utile solo come elemento di interesse anziché come fattore decisionale
Le unità.

Tutte le unità a codice colore (Blue, Green, Red e Black) condividono un fattore comune – hanno la classificazione URE “consumer” di 10^14. “Consumer” è una descrizione poco felice in questo caso, ma è, più o meno, uno standard del settore. Una descrizione migliore è “classe desktop” o adatte a usi RAID senza parità. L’unica applicazione davvero inadeguata delle unità con URE 10^14 è negli array RAID a parità, e anche lì possono avere un loro posto se opportunamente comprese.

Blue: Le unità WD Blue rappresentano di fatto il modello di base della gamma SATA. Ruotano alla velocità “predefinita” di 7.200 RPM, sono prive di ERC/TLER e hanno un singolo processore. La cache dell’unità varia tra 16 MB, 32 MB e 64 MB a seconda del modello specifico. Le unità Blue sono destinate all’uso desktop tradizionale – come singole unità con caratteristiche di velocità moderate, non adatte all’uso su server o in RAID. Le unità Blue sono ciò che ci si “aspetta” di trovare nei desktop pronti all’uso. Le unità Blue hanno ampiamente perso popolarità e spesso non sono disponibili nelle capacità maggiori. Le unità Black e Green hanno in gran parte sostituito l’uso delle unità Blue, almeno negli scenari ad alta capacità.

Black: Le unità WD Black sono un piccolo miglioramento rispetto alle unità Blue, non cambiando nulla se non il passaggio da uno a due processori per migliorare leggermente le prestazioni, pur non essendo altrettanto convenienti. Come le unità Blue, sono prive di ERC/TLER e ruotano a 7.200 RPM. Tutte le unità Black hanno la cache da 64 MB. Come le unità Blue, le unità Black sono più adatte alle applicazioni desktop tradizionali in cui le unità sono autonome.

Green: Le unità WD Green, come il nome nominalmente suggerisce, sono progettate per applicazioni a basso consumo energetico. Sono molto simili alle unità Blue ma ruotano a una velocità inferiore di 5.400 RPM, che richiede meno energia e genera meno calore. Le unità Green, come le Blue e le Black, sono progettate per l’uso autonomo principalmente in desktop che necessitano di prestazioni inferiori rispetto a quanto previsto in un desktop medio. Le unità Green si sono rivelate molto popolari grazie al loro basso costo di acquisto e di esercizio. Si presume inoltre che le unità Green siano più affidabili delle loro controparti a rotazione più rapida, a causa della minore usura dei piatti più lenti, sebbene non sia a conoscenza di alcuno studio in tal senso.

Red: Le unità WD Red sono uniche nella gamma di unità WD “a codice colore” in quanto offrono ERC/TLER e sono progettate per l’uso in piccoli array RAID e dispositivi di archiviazione per server “a uso domestico” (come NAS e SAN). Sotto la scocca le unità WD Red sono unità WD Green: tutte le specifiche sono identiche, inclusa la velocità di rotazione di 5.400 RPM, ma con TLER abilitato nel firmware. Fisicamente sono le stesse unità. WD raccomanda ufficialmente le unità Red solo per applicazioni consumer, ma le unità Red, grazie al loro basso consumo energetico e al TLER, si sono rivelate estremamente popolari nei grandi array RAID, specialmente quando utilizzate per l’archiviazione. Le unità Red, avendo URE 10^14, sono pericolose da usare negli array RAID a parità ma sono eccellenti per gli array RAID con mirroring e danno il meglio di sé nell’archiviazione e in esigenze di storage simili, dove sono fondamentali grande capacità e bassi costi operativi e dove le prestazioni di archiviazione non sono molto importanti.

Al di fuori delle unità a codice colore, WD dispone di tre famiglie di unità SATA tutte considerate enterprise. Ciò che queste unità hanno in comune è che il loro tasso di URE è molto più elevato rispetto a quello delle unità “consumer” a codice colore, variando da URE 10^15 a 10^16 a seconda del modello. Il risultato più importante di questo tasso di URE è che queste unità sono molto più adatte all’uso negli array RAID a parità (ad esempio RAID 6).

SE: Le unità SE sono le unità SATA enterprise di fascia d’ingresso di WD, con tassi URE 10^15 e velocità di rotazione di 7.200 RPM. Hanno doppi processori e una cache da 64 MB. Soprattutto, le unità SE hanno l’ERC/TLER abilitato. Le unità SE sono ideali per gli array RAID enterprise, sia con mirroring sia a parità.

RE: Le unità RE sono le unità SATA enterprise standard di fascia alta di WD, con tutte le specifiche identiche alle unità SE ma con il tasso URE ancora migliore di 10^16. Le unità RE sono le protagoniste della strategia di unità RAID di WD, essendo perfette per array a capacità estremamente elevata anche quando utilizzate in array a parità. Le unità RE sono disponibili sia in configurazione SATA sia SAS, ma con la stessa meccanica dell’unità.

Velociraptor: Il Velociraptor di WD è un membro un po’ particolare della categoria SATA. Con URE 10^16 e una velocità di rotazione di 10.000 RPM, il Velociraptor è al contempo altamente affidabile e molto veloce per un’unità SATA, competendo con le comuni unità SAS di fascia principale. Sorprendentemente, il Velociraptor ha un solo processore e, cosa ancora più sorprendente, è privo di ERC/TLER, il che ne rende discutibile l’uso negli array RAID. In assenza di ERC, l’uso in RAID può essere valutato caso per caso, a seconda di come il sistema RAID interagisce con la temporizzazione dell’unità. Con l’eccellente classificazione URE, il Velociraptor sarebbe una scelta eccellente per grandi array RAID a parità ad alte prestazioni, ma solo se l’array gestisce la temporizzazione degli errori in modo elegante; altrimenti il rischio che l’array contrassegni l’unità come guasta è inaccettabilmente alto per un array tanto costoso quanto questo sarebbe. Va notato che le unità Velociraptor non sono disponibili in capacità paragonabili alle altre offerte di unità SATA – sono molto più piccole.

Naturalmente il confronto finale che occorre fare è sul prezzo. Quando si considerano gli acquisti di unità, specialmente quando sono coinvolti grandi array RAID o per altre esigenze di archiviazione di massa, il costo per unità è spesso un fattore importante, se non addirittura determinante. L’uso di unità più lente e meno affidabili in un livello RAID più affidabile (come le unità Red in RAID 10) rispetto a unità più veloci e più affidabili in un livello RAID meno affidabile (come le unità RE in RAID 6) offre spesso un miglior equilibrio tra affidabilità, prestazioni, capacità e costo. I prezzi reali delle unità giocano un ruolo significativo in queste decisioni. Questi prezzi, a differenza delle specifiche delle unità, possono fluttuare di giorno in giorno e orientare le decisioni di pianificazione in direzioni diverse ma, nel complesso, tendono a rimanere relativamente stabili gli uni rispetto agli altri.

Al momento della stesura di questo articolo, alla fine del 2013, una rapida indagine sui prezzi delle unità da 3 TB di WD fornisce questa ripartizione approssimativa:

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

Come si può notare, il salto di prezzo avviene principalmente tra le unità consumer o di classe desktop e le unità enterprise con i loro migliori tassi di URE, con le unità Red e RE, entrambe dotate di ERC/TLER, in un rapporto di prezzo di quasi esattamente 2:1, il che rende, a parità di capacità, conveniente scegliere molte più unità Red in RAID 10 piuttosto che meno unità RE in RAID 6, ad esempio. Quindi confrontare una serie di fattori, insieme ai prezzi reali attuali, è cruciale per molte decisioni d’acquisto.

Le unità più recenti, appena immesse sul mercato, iniziano a registrare riduzioni della cache integrata proprio per i motivi che abbiamo indicato sopra: le unità progettate per l’uso in RAID hanno poco o nessun motivo di avere una cache integrata, poiché questa deve essere disabilitata per ragioni di integrità dei dati.

I produttori di unità offrono oggi un’ampia varietà di opzioni di unità tradizionali basate su piatti rotanti, adatte a molte esigenze diverse. Comprenderle può portare a una migliore affidabilità e ad acquisti più convenienti, ed estenderà l’utilità delle tecnologie di unità tradizionali negli anni a venire.