硬碟的磁錄技術發展,已經再次走到交叉路口,新技術在成本與良率得以普遍應用之前,廠商只得極盡可能提升產品容量。解決之道無非是改良機構,以便於塞入更多的碟片與磁頭,較早前大多為 4 碟片、8 磁頭配置,近兩三年陸續提升至 6 碟片、12 磁頭之多。即便理論上還能塞入更多,然而礙於物理特性限制,工作溫度等因素成了棘手問題,因此誕生了氦氣填充封裝設計。
氦氣封裝,容量、耗電量、溫度、重量全數得利
▲ Seagate Enterprise Capacity 3.5(Helium)HDD V6 10TB。
一般硬碟的內部並非密封,因此在上蓋之類部位,能夠看到小小的透氣開口,這樣的設計已經行之數十年。大家都知道,硬碟啟動當碟片達到設計轉速,所產生上升浮力得以讓磁頭組,以小於髮絲的距離飛行在碟片上方。這再稀鬆平常不過的空氣,雖然成就了硬碟這個科技產品,相對來說也是主軸馬達與碟片,諸如此類零件的負擔。
關鍵便是在於空氣阻力,隨著碟片與磁頭越塞越多,風阻對散熱效率的影響加劇。此外,這也會加重主軸馬達的負擔,相對需要耗費較多驅動電力。因此科學家嘗試從物理層面解決,最終選定密度只有空氣七分之一的氦氣(Helium),作為繼續疊疊樂的突破片。氦氣填充封裝是 HGST 最早導入應用,Seagate 今年才推出首款產品 Enterprise Capacity 3.5(Helium)HDD V6 10TB,但強調密封結構的耐久性更佳。
▲ 一般硬碟上蓋與基座為獨立組件,以 6 顆左右的螺絲固定,氦氣填充產品則是採用焊接密封處理。
▲ 底部外觀樣式和一般硬碟沒有多大差異,只能看出金屬外殼色澤不同這點。
Seagate 表示,一般硬碟基座大多是採用金屬壓鑄生產,因為加工方式與材料因素,容易產生一些小氣泡、孔洞。其影響是存在填充氣體散發的疑慮,如果氦氣填充產品沿用之,將使產品的可靠度受到影響。因此,Seagate 改採用全鋁鍛造加工方式製造外殼,並且利用焊接密封確保耐久性。從外觀可以發現,其基座色澤不同於一般產品,而且上蓋不再是以螺絲搭配封膠結合。
拿過 6~8TB 硬碟的人應該都有感受到,拿在手上相當有份量,Enterprise Capacity 3.5(Helium)HDD V6 10TB 卻並非如此。官方宣稱外殼由全鋁鍛造方式加工製造,使得產品的整體重量,較一般大容量近線儲存產品輕 20% 左右(參考數值為 130g)。規格標示重量為 650g,這重量還比自家同系列 4TB 兄弟產品輕了 5g,反觀 8TB 重量達 780g 之譜。
▲ 拆除電路板可看到,底部外觀樣式仍然沒有多大差異。
▲ 基於密封需求,本體與電路板的訊號接點,由以往的公頭變更為母座。
耗電量堪比 2TB 產品,MTBF 達 250 萬小時
在氦氣封裝協助下,Enterprise Capacity 3.5(Helium)HDD V6 10TB 內部,是以 7 張約等 1.42GB 容量碟片,搭配 14 顆磁頭共同組成。其設計仍然是採用 PMR(Perpendicular Magnetic Recording,垂直磁紀錄)技術,除了得力於氦氣封裝能塞入更多碟片,單一碟片也較 8TB 產品大約 1.33GB 容量又再增加些許,因此使用 7 張碟片便能使產品容量提升 25%。
肚量超大的 Enterprise Capacity 3.5(Helium)HDD V6 10TB,是針對雲端資料中心、高容量密度 RAID 儲存裝置、分散式檔案系統等,這些講究一定性能的企業應用設計。故而採用 7200RPM 轉速主軸馬達,搭配 256MB 容量多區段快取記憶體,受測品為 SATA 6Gb/s 傳輸介面(完整型號ST10000NM0086),另外亦有 SAS 12Gb/s 版本得以選擇。
▲ 電路板線路布局如舊,並未受到氦氣封裝設計影響太多。
▲ 主控制器為 LSI 客製化產品,型號是 TTB8100。
▲ Micron 製動態隨機存取記憶體,規格為 DDR3L-1600、單顆容量 256MB。
針對企業應用所需,Enterprise Capacity 3.5(Helium)HDD V6 10TB 具備諸多附加功能設計,如電路板外觀可見 2 顆旋轉震動感應器(RV Sensor),規格標示旋轉防震能力為 1500Hz(弧度/秒²)。此外還有濕度、氦氣壓力、溫度數位感應器,並且支援熱插拔,以及不可或缺的 SCT(SMART Command Transport)ERC(Error Recovery Control,錯誤復原控制)功能,透過工具軟體查看預設回應時間為 10 秒。
加上具備 PowerChoice 閒置時電源與 PowerChoice 電源/效能這兩項技術功能,規格標示閒置耗電量僅 4.5W,最大作業耗電量 8~8.4W。反觀同系列 8TB 產品,閒置時 7.6W、平均作業耗電量 11W,意味這款產品最多可節省 3W 左右的耗電量。區區 3W 看來有些無感,然而在裝配數量動輒上千或更多的應用環境,功耗與電力相關設備建置成本連動,因此將會是相當顯著且實際。
▲ 電路板左右對角,裝配這等級產品必備的震動感應器。
▲ S.M.A.R.T. Monitoring Tools 偵測資訊:支援 SCT ERC 功能,回應時間預設為讀取、寫入同為 10 秒。
在此設計基礎下,產品 MTBF(Mean Time Between Failures,平均故障間隔)標示值高達 250 萬小時,得以全年無休運轉(24 小時 x 7 日、8,760 小時/年),AFR( Annual Failure Rate,年反修率)則為 0.35%。反觀自家同系列 8TB 產品,MTBF 標示值 200 萬小時,而且 AFR 是更高的 0.44%,可見氦氣填充封裝的優點還真不少。
至於企業應用同樣在意的性能部分,官方規格標示最大連續傳輸速率為 249MB/s,隨機讀取與寫入則是 170IOPS、370IOPS(4K QD16 WCD)。其中最高連續傳輸速率部分,並未比自家同系列 8TB 來得高,我們猜想兩者碟片磁錄密度接近(推估容量分別約為 1.42GB 與 1.33GB),因而沒能有感的拉開最高速度差距。
▲ CrystalDiskInfo 偵測資訊:在空調辦公室、半開放機殼環境,長時間連續測試之後溫度約為 37°C,反觀先前所測試 8TB 產品都超過 40°C。
(後面還有效能實測)
存取速度上看 250MB/s,性能更勝 8TB 產品
Enterprise Capacity 3.5(Helium)HDD V6 10TB 這定位的企業級產品,通常而言我們是甚少介紹,畢竟一般使用者不會有購買的念頭,而且通俗測試也看不出個所以然來。偶然的介紹都是基於一些誘因,例如企業級產品的容量創下新里程碑,由於桌上型消費性機種不久之後將會跟進,自然值得先行窺探容量增加之餘存取速度也提升了多少。
因此這款產品除了讓人期待桌上型機種,何時才會進化到 10TB、傳輸性能如何,還包含氦氣封裝技術是否會往下普及化。效能簡測結果如下列,基於前述定位與屬性問題,我們將只會取部分重點來談。至於氦氣封裝普及這問題,先前產品預覽時官方曾表示,目前還沒有明確的規劃,意味短時間內還無法看到。
綜觀下列各項測試結果,ATTO Disk Benchmark 平均速度表現約為讀取 250MB/s、寫入 245MB/s,細看各單位測試結果的穩定度不俗。CrystalDiskMark 則為讀取 248MB/s、寫入 244MB/s 上下, TxBENCH 是接近的讀取 248.88MB/s、寫入 246.638MB/s,大抵上而言最高存取速度表現是有達到規格標示值。
▲ ATTO Disk Benchmark - Neither 測試模式:最高存取速度約為讀取 252MB/s、寫入 245MB/s。
▲ ATTO Disk Benchmark - I/O Comparison Random 測試模式:最高存取速度約為讀取 252MB/s、寫入 245MB/s。
▲ ATTO Disk Benchmark - Overlapped I/O Queue Depth 8 測試模式:最高存取速度約為讀取 251MB/s、寫入 244MB/s。
▲ CrystalDiskMark - 左隨機亂數、右循序測試模式:Seq 項目最高達讀取 248.1MB/s、寫入 244.9MB/s 上下。
▲ TxBENCH:Seq 項目速度讀取 248.88MB/s、寫入 246.638MB/s。
HD Tune Pro 能夠看出內、外圈速度差異,測試所得最大值為讀取 243.6MB/s、寫入 242.4MB/s,其中最小值在 107MB/s 上下,因此平均值能達到 191MB/s 之譜。我們並未接觸過這系列的 8TB 版本,但是和先前測試的 Enterprise NAS HDD 8TB 概略相較,Enterprise Capacity 3.5(Helium)HDD V6 10TB 傳輸性能著實更上一層樓。
▲ HD Tune Pro 讀取測試:最大值 243.6MB/s、平均值 191.1MB/s,高載速率 434.5MB/s。
▲ HD Tune Pro 寫入測試:最大值 242.4MB/s、平均值 191.6MB/s,高載速率 164.4MB/s。
▲ HD Tune Pro - 檔案效能測試:4KB QD32 速度為讀取 316IOPS、寫入 1616IOPS。
▲ HD Tune Pro - 隨機讀取測試:512 位元組與 4KB 作業速率同為 84IOPS。
▲ HD Tune Pro - 隨機寫入測試:512 位元組與 4KB 作業速率分別為 2912IOPS 與 2758IOPS。
結合氦氣封裝技術的 Enterprise Capacity 3.5(Helium)HDD V6 10TB,除了將儲存容量推升至 10TB,存取性能表現同樣不俗。最大效益是比 8TB 產品多 25% 儲存容量,然而耗電量大幅度降低,再加上溫度略低一些的特點,有利於企業大量部屬應用。除了 SATA 6Gb/s 與 SAS 12Gb/s 介面版本,官方亦提供 512e 與 4Kn 格式化,以及附加 SED 或 SED-FIPS 加密功能等,相當多元的版本選擇,很值得企業評估導入應用。
廠商資訊
希捷 http://www.seagate.com/tw/zh/
測試平台
- 處理器:Intel Core i7-4770K
- 主機板:Asus Z97-PRO(Wi-Fi ac)
- 記憶體:Kingston HyperX Genesis PnP DDR3-1600 4GB x 2
- 系統碟:Kingston HyperX SSD 240GB
- 作業系統:Windows 10 Pro 64bit 中文版
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