了解 Western Digital SATA 硬盘产品线（2014）

我之所以选择对 Western Digital’s SATA 硬盘产品线进行分类，原因有几点。其一，WD 是当前机械硬盘市场的领导者，因此这种分类对最广泛的人群最为有用；根据经验性的观察，其“颜色编码”产品线是远远占据首选地位的硬盘系列，尤其是在小型企业市场中，而对于该市场而言这种判断最为重要，并且 SATA 硬盘在功能与各项要素上仍保留着最大的差异，因此更有必要深入理解。从技术上讲，SAS（SCSI）硬盘与 SATA（ATA）硬盘，乃至光纤通道（FC）硬盘之间唯一的区别，无非是与它们通信所使用的通信协议；但就实际而言，SAS 与 FC 硬盘只以某些特定的高可靠性配置生产，不需要同等程度的审慎考量，也不像 SATA 硬盘那样承载着同样极端的风险。对于实际的、真实世界中的存储需求而言，理解 SATA 硬盘的产品供应更为重要。

WD 让人们格外容易地理解其 SATA 硬盘产品线：它为大多数 SATA 硬盘产品——那些被认定为“消费级”的硬盘——添加了颜色编码，在其企业级 SATA 硬盘上添加了“E”标识，此外还有一个异类，即高性能的 Velociraptor 硬盘，它力图在 SATA 控制器上达到常见 SAS 的性能水平。总而言之，他们共有七个 SATA 硬盘系列可供考量，涵盖了各类硬盘要素的全部范围。虽然这种判断适用于易于理解的 WD 产品线，但通过将此处的各项要素与其他硬盘厂商的产品进行比较，也可以确定它们硬盘的适用场景。

在考量 SATA 硬盘时，有三个真正关键的要素最为重要、最值得考虑（当然，价格除外）。

URE 比率：URE，即不可恢复读取错误（Unrecoverable Read Error），是一种以一定规律发生在机电式磁盘存储介质上的事件，表现为某个扇区无法被读取。在单块独立硬盘中，这种情况时有发生，但通常只影响单个文件，用户一般会将其视为某个文件丢失（往往是他们没有注意到的文件），或者可能表现为文件系统损坏（这种损坏未必容易修复）。在健康的 RAID 阵列中（RAID 0 除外），RAID 系统提供镜像和/或校验，能够弥补此类扇区故障并重建数据，从而保护我们免受 URE 问题的影响。当 RAID 阵列处于降级状态时，URE 又会成为潜在风险。在最坏的情况下，降级的校验阵列上发生的 URE 在某些情形下会导致整个阵列彻底失效（所有数据丢失）。因此，在任何硬盘采购中，考量 URE 及其影响都极为重要，它也是不同类型硬盘成本差异的主要驱动因素。URE 的取值从低端的 10^14 到高端的 10^16 不等。这些数字大到总是用科学计数法书写。我不会在此深入解释 URE 比率、其影响以及缓解策略，但理解 URE 对于围绕硬盘采购的决策至关重要，尤其是在大容量、低可靠性的 SATA 硬盘领域。

主轴转速：这是对大多数用户而言最重要的要素之一，主轴转速与 IOPS 和吞吐量直接相关。虽然硬盘速度的测量充其量只是动态的，但主轴转速是在相同负载下比较两块在其他方面完全相同的硬盘的最佳整体方法。例如，一块 15,000 RPM 的硬盘所提供的 IOPS 和吞吐量几乎正好是一块 7,200 RPM 硬盘的两倍。SATA 硬盘通常有 5,400 RPM 和 7,200 RPM 两种规格，少数高性能硬盘可达 10,000 RPM。

错误恢复控制（ERC）：在 WD 的术语中也称为 TLER（Time Limited Error Recovery，时间限制错误恢复），ERC 是硬盘固件的一项功能，它允许为读取或写入错误配置时间限制。当硬盘用于 RAID 阵列时，这一点可能很重要，因为错误恢复往往需要在阵列层面而非硬盘层面处理。如果没有 ERC，硬盘在并未发生故障时被错误地标记为故障的可能性更大。这在基于硬件的校验 RAID 阵列中最为危险，并且其有效程度因各个 RAID 控制器的参数而异。对于预期用于 RAID 阵列的硬盘而言，这是一项重要功能。

除了这些关键要素之外，WD 还为其硬盘列出了许多其他参数，例如缓存大小、处理器数量、平均无故障时间等。这些往往远不那么重要，尤其是 MTBF 和其他可靠性数字，因为它们很容易被扭曲或误读，而且很少能提供我们所期望或希望的关于硬盘可靠性的洞见。缓存大小对于 RAID 阵列而言意义不大，因为出于数据完整性的考虑，它们需要被禁用。因此，在桌面使用场景之外，硬盘缓存的大小通常被认为无关紧要。CPU 数量也可能产生误导，因为如果 CPU 并不相同，单 CPU 可能比双 CPU 更强大，而第二颗 CPU 的实际效用也无从得知。但 WD 将此作为某些硬盘的突出特性加以列出，因此可以假定通过增加第二颗 CPU 能带来可测量的性能提升，最有可能体现在延迟的降低上。然而，我仍然将其视为一个无关紧要的要素，多数情况下只作为一个值得关注的点，而非决策依据。
下面来看各款硬盘。

所有颜色编码硬盘（蓝盘、绿盘、红盘和黑盘）都有一个共同点——它们都具有“消费级”的 10^14 URE 评级。在这里，“消费级”并不是一个恰当的描述，但它或多或少是行业标准。更恰当的描述应该是“桌面级”，或适用于非校验 RAID 用途。10^14 URE 硬盘唯一真正不适合的应用是校验 RAID 阵列，而即便在那里，只要正确理解，它们也能有自己的用武之地。

蓝盘：WD 蓝盘实际上是 SATA 产品线的基准型号。它们以“默认”的 7,200 RPM 转速运转，不具备 ERC/TLER，并采用单处理器。硬盘缓存因具体型号而异，有 16MB、32MB 和 64MB 之分。蓝盘面向传统桌面用途——作为具有中等速度特性的单块硬盘，并不适合服务器或 RAID 用途。蓝盘是人们“预期”在现成桌面电脑中会见到的硬盘。蓝盘的人气已大幅下降，而且往往没有更大容量的型号。至少在大容量场景中，黑盘和绿盘已大体取代了蓝盘的用途。

黑盘：WD 黑盘是对蓝盘的小幅升级，除了将处理器从单颗升级为双颗以略微提升性能之外没有任何变化，同时其性价比也略逊一筹。与蓝盘一样，它们不具备 ERC/TLER，转速为 7,200 RPM。所有黑盘都配备 64MB 缓存。与蓝盘一样，黑盘最适合硬盘单独使用的传统桌面应用。

绿盘：WD 绿盘正如其名义上所暗示的，专为低功耗应用而设计。它们与蓝盘最为相似，但以较慢的 5,400 RPM 转速运转，因而功耗更低、发热更少。绿盘与蓝盘、黑盘一样，主要面向桌面单独使用，适用于对硬盘性能要求低于普通桌面预期的场景。由于其购置和运行成本低廉，绿盘已被证明非常受欢迎。此外，人们还假定绿盘由于主轴转速较慢、磨损较小而比转速更快的同类产品更可靠，尽管我并不知道有任何相关研究证实这一点。

红盘：WD 红盘在 WD“颜色编码”硬盘产品线中独树一帜，因为它们提供 ERC/TLER，并且专为用于小型“家用”服务器 RAID 阵列和存储设备（如 NAS 和 SAN）而设计。从内在来看，WD 红盘其实就是 WD 绿盘，所有规格都相同，包括 5,400 RPM 的主轴转速，只是在固件中启用了 TLER。在物理上它们是完全相同的硬盘。WD 官方仅推荐将红盘用于消费级应用，但红盘由于其较低的功耗和 TLER，已被证明在大型 RAID 阵列中极受欢迎，尤其是在用于归档时。红盘的 URE 为 10^14，用于校验 RAID 阵列时存在风险，但非常适合镜像 RAID 阵列，并且在大容量、低运营成本为关键而存储性能不太重要的归档及类似存储需求中表现尤为出色。

在颜色编码硬盘之外，WD 还有三个 SATA 硬盘系列，它们都被视为企业级。这些硬盘的共同之处在于，其 URE 比率远高于“消费级”颜色编码硬盘，根据型号不同，从 10^15 到 10^16 不等。这一 URE 比率最重要的结果是，这些硬盘远更适合用于校验 RAID 阵列（例如 RAID 6）。

SE：SE 硬盘是 WD 的入门级企业级 SATA 硬盘，具有 10^15 的 URE 比率和 7,200 RPM 的主轴转速。它们采用双处理器和 64MB 缓存。最重要的是，SE 硬盘启用了 ERC/TLER。SE 硬盘是企业级 RAID 阵列（无论镜像还是校验）的理想选择。

RE：RE 硬盘是 WD 的高端标准企业级 SATA 硬盘，所有规格都与 SE 硬盘相同，但具有更出色的 10^16 URE 比率。RE 硬盘是 WD RAID 硬盘战略中的明星产品，非常适合极大容量的阵列，即便用于校验阵列也是如此。RE 硬盘提供 SATA 和 SAS 两种配置，但采用相同的硬盘机械结构。

Velociraptor：WD 的 Velociraptor 在 SATA 类别中算是一个相当特别的成员。Velociraptor 具有 10^16 的 URE 和 10,000 RPM 的主轴转速，作为一块 SATA 硬盘既高度可靠又非常快速，足以与常见的主流 SAS 硬盘相竞争。令人意外的是，Velociraptor 只有一颗处理器，更令人意外的是，它不具备 ERC/TLER，这使其用于 RAID 阵列时颇成问题。由于缺乏 ERC，是否能用于 RAID 需要根据 RAID 系统与硬盘时序的交互方式，逐一具体实现地加以考量。凭借出色的 URE 评级，Velociraptor 本会是大型、较高性能的校验 RAID 阵列的绝佳选择，但前提是该阵列能以一种妥善的方式处理错误时序，否则阵列将硬盘标记为故障的风险，对于一套如此昂贵的阵列而言就高得令人无法接受。需要指出的是，Velociraptor 硬盘的容量无法与其他 SATA 硬盘产品相提并论——它们的容量要小得多。

当然，人们需要做的最后一项比较是价格。在考量硬盘采购时，尤其是涉及大型 RAID 阵列或其他批量存储需求时，单块硬盘的成本往往是一个主要因素，甚至是决定性因素。在更可靠的 RAID 级别中使用较慢、可靠性较低的硬盘（如红盘组成 RAID 10），相较于在可靠性较低的 RAID 级别中使用更快、更可靠的硬盘（如 RE 盘组成 RAID 6），往往能在可靠性、性能、容量和成本之间提供更好的平衡。真实世界中的硬盘价格在这些决策中扮演着重要角色。与硬盘规格不同，这些价格可能逐日波动，使规划决策朝不同方向摇摆，但总体而言，相互之间往往保持相对稳定。

在本文撰写之时，即 2013 年底，对 WD 3TB 硬盘价格的快速调查给出了如下大致明细：

绿盘 120 美元
红盘 135 美元
黑盘 155 美元
SE 204 美元
RE 265 美元

可以看出，价格的跃升主要发生在消费级或桌面级硬盘与具有更佳 URE 比率的企业级硬盘之间；而同样配备 ERC/TLER 的红盘与 RE 盘，其价格比几乎正好是 2:1，因此举例来说，在容量相同的情况下，选择更多的红盘组成 RAID 10 会比选择较少的 RE 盘组成 RAID 6 更为划算。因此，比较若干要素并结合当前真实世界的价格，对于做出诸多采购决策至关重要。

正在发布的较新硬盘开始出现板载缓存的缩减，原因正如我们上文所述：围绕 RAID 用途设计的硬盘几乎没有理由配备板载缓存，因为出于数据完整性的目的，缓存需要被禁用。

如今的硬盘厂商提供了种类繁多的传统主轴式硬盘选项，以满足各种不同的需求。理解这些选项有助于带来更好的可靠性和更具成本效益的采购，并将传统硬盘技术的实用价值延续到未来数年。