Att förstå Western Digitals SATA-diskutbud (2014)

Jag väljer att kategorisera Western Digitals’ SATA-diskutbud av flera skäl. Ett är att WD i nuläget är marknadsledande inom roterande hårddiskar, vilket gör kategoriseringen mest användbar för flest människor; den “färgkodade” serien är, baserat på anekdotiska belägg, den i särklass mest valda diskfamiljen på småföretagsmarknaden där bedömningen är som viktigast, och SATA-diskar uppvisar störst spridning i fråga om egenskaper och faktorer, vilket gör dem betydligt nödvändigare att förstå väl. Även om den enda tekniska skillnaden mellan en SAS-disk (SCSI) och en SATA-disk (ATA), eller till och med en Fibre Channel-disk (FC), egentligen bara är det kommunikationsprotokoll som används för att kommunicera med dem, så tillverkas SAS- och FC-diskar i praktiken endast i vissa konfigurationer med hög tillförlitlighet och kräver inte samma grad av granskning och bär inte på samma extrema risker som SATA-diskar. Att förstå SATA-diskutbudet är det viktigaste för praktiska, verkliga lagringsbehov.

WD har gjort det särskilt enkelt att förstå deras SATA-diskserie genom att lägga till färgkoder på merparten av sina SATA-diskar – de som anses vara “konsumentdiskar” – och en beteckning “E” på sina SATA-diskar för företag, samt en avvikare, de högpresterande Velociraptor-diskarna som strävar efter att konkurrera med vanlig SAS-prestanda för SATA-styrenheter. Sammanlagt har de sju SATA-diskfamiljer att överväga, vilka täcker hela spannet av diskfaktorer. Även om denna bedömning gäller för WD:s lättförståeliga serie, kan användningsområdena för andra disktillverkares produkter också fastställas genom att jämföra faktorerna här med deras utbud.

När man överväger SATA-diskar framträder tre verkligt centrala faktorer som de mest avgörande att beakta (utöver pris, förstås).

URE-frekvens: URE, eller Unrecoverable Read Error (oåterkalleligt läsfel), är en händelse som med viss regelbundenhet inträffar på elektromekaniska disklagringsmedier, där en enskild sektor inte kan läsas. På en fristående disk inträffar detta då och då, men påverkar i allmänhet bara en enstaka fil, och användare upplever vanligtvis detta som en förlorad fil (ofta en de inte ens lägger märke till) eller möjligen ett korrupt filsystem som kanske eller kanske inte enkelt kan åtgärdas. I friska RAID-arrayer (förutom RAID 0) tillhandahåller RAID-systemet speglning och/eller paritet som kan kompensera för detta sektorfel och återskapa datan, vilket skyddar oss mot URE-problem. När en RAID-array befinner sig i ett degraderat tillstånd utgör UREer återigen en potentiell risk. I värsta fall kan en URE på en degraderad paritetsarray i vissa fall orsaka total förlust av en array (all data går förlorad). Att beakta UREer och deras konsekvenser vid alla diskinköp är därför oerhört viktigt och är den främsta drivkraften bakom kostnadsskillnaden mellan diskar av olika slag. URE varierar från den nedre änden vid 10^14 till den övre änden vid 10^16. Talen är så stora att de alltid skrivs i vetenskaplig notation. Jag kommer inte att ge en djupgående förklaring av URE-frekvenser, konsekvenser och strategier för att begränsa dem här, men att förstå URE är avgörande för beslutsfattandet kring diskinköp, särskilt i SATA-diskarnas utrymme med stor kapacitet och lägre tillförlitlighet.

Spindelhastighet: Detta är en av de största faktorerna för de flesta användare; spindelhastigheten korrelerar direkt med IOPS och genomströmning. Även om mätningar av diskhastighet i bästa fall är dynamiska, är spindelhastigheten det bästa övergripande sättet att jämföra två i övrigt identiska diskar under identisk belastning. En disk på 15 000 varv/min levererar till exempel nästan exakt dubbelt så hög IOPS och genomströmning som en disk på 7 200 varv/min. SATA-diskar förekommer vanligen i varianter på 5 400 varv/min och 7 200 varv/min, med sällsynta högpresterande diskar tillgängliga vid 10 000 varv/min.

Error Recovery Control (ERC): Även känt som TLER (Time Limited Error Recovery) i WD:s terminologi, är ERC en funktion i en disks fasta programvara som möjliggör konfigurerbara tidsgränser för läs- eller skrivfel. Detta kan vara viktigt när en hårddisk används i en RAID-array, eftersom felhantering ofta behöver skötas på arraynivå snarare än på disknivå. Utan ERC är det mer sannolikt att en disk felaktigt markeras som trasig när den i själva verket inte är det. Detta är som farligast i hårdvarubaserade paritets-RAID-arrayer och har olika grad av effektivitet beroende på den enskilda RAID-styrenhetens parametrar. Det är en viktig funktion för diskar som är avsedda att användas i RAID-arrayer.

Utöver dessa centrala faktorer anger WD många andra för sina diskar, såsom cachestorlek, antal processorer, medeltid mellan fel och så vidare. Dessa tenderar att vara långt mindre viktiga, särskilt MTBF och andra tillförlitlighetssiffror, eftersom dessa lätt kan snedvridas eller misstolkas och sällan ger den insikt i diskens tillförlitlighet som vi förväntar oss eller hoppas på. Cachestorlek är inte särskilt betydelsefull för RAID-arrayer eftersom den måste inaktiveras av dataintegritetsskäl. Så utöver scenarier med skrivbordsanvändning anses storleken på en hårddisks cache i allmänhet vara irrelevant. Antalet processorer kan också vara missvisande, eftersom enkla processorer kan vara kraftfullare än dubbla om processorerna inte är identiska och effektiviteten hos den andra processorn är okänd. Men WD anger detta som en framträdande egenskap hos vissa diskar, och det antas att det finns en mätbar prestandavinst, troligen i form av minskad latens, genom tillägget av den andra processorn. Jag fortsätter dock att behandla detta som en triviell faktor och betraktar det mest som en intressant detalj snarare än som en beslutsfaktor.
Diskarna.

Alla färgkodade diskar (Blue, Green, Red och Black) delar en gemensam faktor – de har “konsumentklassningen” URE 10^14. “Konsument” är en dålig beskrivning här, men är mer eller mindre branschstandard. En bättre beskrivning är “skrivbordsklass” eller lämplig för RAID-användning utan paritet. Den enda verkligt olämpliga tillämpningen av diskar med URE 10^14 är i paritets-RAID-arrayer, och även där kan de ha sin plats om de förstås rätt.

Blue: WD Blue-diskar utgör den faktiska basmodellen i SATA-serien. De roterar i “standardhastigheten” 7 200 varv/min, saknar ERC/TLER och har en enkel processor. Diskcachen varierar mellan 16 MB, 32 MB och 64 MB beroende på den specifika modellen. Blue-diskar är inriktade på traditionell skrivbordsanvändning – som enskilda diskar med måttliga hastighetsegenskaper, inte särskilt lämpade för server- eller RAID-användning. Blue-diskar är vad man “förväntar sig” att finna i färdigköpta skrivbordsdatorer. Blue-diskar har till stor del förlorat i popularitet och finns ofta inte tillgängliga i större storlekar. Black- och Green-diskar har till största delen ersatt användningen av Blue-diskar, åtminstone i scenarier med större kapacitet.

Black: WD Black-diskar är en liten uppgradering av Blue-diskarna och ändrar inget annat än att gå från en till två processorer för att något förbättra prestandan, samtidigt som de inte är fullt lika kostnadseffektiva. Liksom Blue-diskarna saknar de ERC/TLER och roterar i 7 200 varv/min. Alla Black-diskar har 64 MB cache. Precis som Blue-diskarna är Black-diskar mest lämpade för traditionella skrivbordstillämpningar där diskarna är fristående.

Green: WD Green-diskar är, som namnet antyder, utformade för tillämpningar med låg strömförbrukning. De liknar mest Blue-diskarna men roterar i en långsammare hastighet på 5 400 varv/min, vilket kräver mindre ström och genererar mindre värme. Green-diskar är, liksom Blue och Black, utformade för fristående användning, främst i skrivbordsdatorer som behöver lägre diskprestanda än vad som förväntas i en genomsnittlig skrivbordsdator. Green-diskar har visat sig vara mycket populära tack vare sin låga inköps- och driftkostnad. Det antas också att Green-diskar är mer tillförlitliga än sina snabbare roterande motsvarigheter på grund av det lägre slitaget från de långsammare spindlarna, även om jag inte känner till någon studie i denna riktning.

Red: WD Red-diskar är unika i WD:s “färgkodade” diskserie genom att de erbjuder ERC/TLER och är utformade för användning i små RAID-arrayer och lagringsenheter för “hemmabruk” (såsom NAS och SAN). Under skalet är WD Red-diskarna WD Green-diskar; alla specifikationer är desamma, inklusive spindelhastigheten på 5 400 varv/min, men med TLER aktiverat i den fasta programvaran. Fysiskt är det samma diskar. WD rekommenderar officiellt Red-diskar endast för konsumenttillämpningar, men Red-diskar har, tack vare sin lägre strömförbrukning och TLER, visat sig vara mycket populära i stora RAID-arrayer, särskilt vid arkivering. Red-diskar, med URE 10^14, är farliga att använda i paritets-RAID-arrayer men är utmärkta för speglade RAID-arrayer och kommer verkligen till sin rätt vid arkivering och liknande lagringsbehov där stor kapacitet och låga driftkostnader är centrala och lagringsprestanda inte är särskilt viktig.

Utöver de färgkodade diskarna har WD tre SATA-diskfamiljer som alla räknas som företagsdiskar. Vad dessa diskar har gemensamt är att deras URE-frekvens är betydligt högre än för de färgkodade “konsumentdiskarna”. Den varierar från URE 10^15 till 10^16 beroende på modell. Det viktigaste resultatet av denna URE-frekvens är att dessa diskar är långt mer lämpade för användning i paritets-RAID-arrayer (t.ex. RAID 6).

SE: SE-diskar är WD:s instegsdiskar för företag bland SATA-diskarna, med URE 10^15-frekvens och spindelhastigheter på 7 200 varv/min. De har dubbla processorer och 64 MB cache. Allra viktigast är att SE-diskar har ERC/TLER aktiverat. SE-diskar är idealiska för företags-RAID-arrayer, både speglade och med paritet.

RE: RE-diskar är WD:s högklassiga standarddiskar för företag bland SATA-diskarna, med samtliga specifikationer identiska med SE-diskarna men med den ännu bättre URE 10^16-frekvensen. RE-diskar är stjärnspelarna i WD:s RAID-diskstrategi och är perfekta för arrayer med extremt stor kapacitet, även när de används i paritetsarrayer. RE-diskar finns tillgängliga i både SATA- och SAS-konfigurationer, men med samma diskmekanik.

Velociraptor: WD:s Velociraptor är en något udda medlem i SATA-kategorin. Med URE 10^16 och en spindelhastighet på 10 000 varv/min är Velociraptor både mycket tillförlitlig och mycket snabb för en SATA-disk, och konkurrerar med vanliga SAS-diskar i huvudfåran. Förvånande nog har Velociraptor endast en enkel processor och, ännu mer förvånande, saknar den ERC/TLER, vilket gör den tveksam att använda i RAID-arrayer. Eftersom ERC saknas måste användning i RAID övervägas från fall till fall, beroende på hur RAID-systemet samspelar med diskens timing. Med den utmärkta URE-klassningen vore Velociraptor ett utmärkt val för stora paritets-RAID-arrayer med högre prestanda, men endast om arrayen hanterar feltimingen på ett smidigt sätt; annars är risken att arrayen markerar disken som trasig oacceptabelt hög för en array som denna, som skulle vara så kostsam. Det bör noteras att Velociraptor-diskar inte finns i kapaciteter jämförbara med övriga SATA-diskar – de är mycket mindre.

Den sista jämförelsen man måste göra är förstås priset. När man överväger diskinköp, särskilt när det gäller stora RAID-arrayer eller andra behov av masslagring, är kostnaden per disk ofta en betydande, om inte den avgörande, faktorn. Att använda långsammare, mindre tillförlitliga diskar i en mer tillförlitlig RAID-nivå (såsom Red-diskar i RAID 10) jämfört med snabbare, mer tillförlitliga diskar i en mindre tillförlitlig RAID-nivå (såsom RE-diskar i RAID 6) ger ofta en bättre balans mellan tillförlitlighet, prestanda, kapacitet och kostnad. Verkliga diskpriser spelar en betydande roll i dessa beslut. Dessa priser kan, till skillnad från diskspecifikationerna, fluktuera från dag till dag och få planeringsbeslut att svänga åt olika håll, men tenderar överlag att förbli relativt stabila i förhållande till varandra.

Vid tiden för denna artikel, i slutet av 2013, ger en snabb prisöversikt av WD:s 3 TB-diskar denna ungefärliga fördelning:

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

Som synes kommer prishoppet främst mellan konsument- eller skrivbordsklassdiskarna och företagsdiskarna med deras bättre URE-frekvenser, där Red- och RE-diskar, båda med ERC/TLER, ligger i ett prisförhållande på nästan exakt 2:1. Detta gör att det vid lika kapacitet är fördelaktigt att välja många fler Red-diskar i RAID 10 än färre RE-diskar i RAID 6, som ett exempel. Att jämföra ett antal faktorer, tillsammans med aktuella verkliga priser, är därför avgörande för många inköpsbeslut.

Nyare diskar som just lanseras börjar uppvisa minskningar i den inbyggda diskcachen av precis de skäl vi angav ovan: diskar utformade för RAID-användning har litet eller inget behov av inbyggd cache, eftersom den måste inaktiveras av dataintegritetsskäl.

Disktillverkare erbjuder idag ett brett utbud av traditionella spindelbaserade diskalternativ för att passa många olika behov. Att förstå dessa kan leda till bättre tillförlitlighet och mer kostnadseffektiva inköp och kommer att förlänga nyttan av traditionell diskteknik in i de kommande åren.