Dyski twarde na rynku technologii

Dyski twarde na rynku technologii to jedna z najszybciej rozwijających się gałęzi komponentów sprzętowych IT. W poniższym artykule zamieścimy opis aktualnie dostępnych możliwości na rynku serwerów z wbudowanymi macierzami dyskowymi jak i dyski wykorzystywane w zewnętrznych macierzach dyskowych.

Podział dysków twardych

Dyski twarde i ich podział możemy zacząć od interfejsu dysku – czyli magistrala odpowiadająca za komunikację dysku z serwerem/macierzą dyskową. Aktualnie wykorzystywane interfejsy dyskowe to SATA III, SAS oraz najnowszy interfejs NVMe (PCI Express).

Dysk twardy SATA – Serial Advanced Technology Attachment

SATA to interfejs wykorzystujący półdupleks, czyli komunikację jednokierunkową, która ogranicza możliwości szybkości transferu danych. Napędy rotacyjne zapisują dane na wirującym talerzu (dysku) lub zespole talerzy. W zależności od prędkości rotacji, dyski twarde HDD są mniej lub bardziej wydajne – w przypadku interfejsu SATA prędkość to 7200 obrotów na minutę. Zazwyczaj są wykorzystywane do mało wymagających systemów pod kątem wydajności oraz dużej przestrzeni dyskowej – aktualnie pojedynczy dysk może pomieścić nawet 18 TB danych.

Dyski półprzewodnikowe Flash – napędy SSD wykorzystujące interfejs SATA III ze względu na wykorzystywanie półdupleksu osiągnęły limit wydajności. Technologia nie jest dalej rozwijana natomiast ze względu na atrakcyjną, jednak nadal wysoką cenę oraz stabilną wydajność jest popularna i szeroko stosowana w rozwiązaniach serwerowych.
Pamięci SATA SSD głównie ze względu na wytrzymałość oraz wydajność dysków dzielimy na dyski do intensywnego odczytu, mieszanego oraz intensywnego zapisu. W wyborze odpowiedniego pomoże nam współczynnik DWPD – Drive Writes Per Day określający wytrzymałość dysku. DWPD oznacza dzienną ilość możliwości nadpisania całego dysku na przestrzeni jego żywotności – 5 lat. Określając stopień współczynnika wyróżniamy 3 typy dysków:

• Read Intensive – standardowo współczynnik DWPD to 1.
• Mixed Use – standardowo współczynnik DWPD to 3.
• Write Intensive – standardowo współczynnik DWPD to 10.

Dysk twardy SAS – Statistical Analysis System

SAS jest natomiast interfejsem wykorzystującym pełny duplex, czyli komunikację dwukierunkową, dzięki której możemy osiągnąć wysoką wydajność transferu danych.

Dyski rotacyjne SAS oraz NLSAS ( Near-Line SAS).

W przypadku interfejsu SAS dyski rotacyjne występują w prędkościach 7 200, 10 000 oraz 15 000 obrotów na minutę. Napędy 10k oraz 15k wykorzystywane do mało oraz średnio wymagających systemów pod kątem wydajności – dyski nie oferują dużych pojemności przestrzeni – do 2,4TB. Napędy 7,2k wykorzystywane jak w przypadku dysków SATA, głównie do systemów wymagających dużych przestrzeni dyskowych bez wymogu dużej wydajności – np. systemy backupu.

Dyski NL-SAS w porównaniu do napędów SATA posiadają szybszy interfejs (6 Gb/s w przypadku SATA, 12 Gb/s w przypadku SAS) oraz możliwość wykorzystania komend przy zapisie i odczycie danych dostępnych tylko przy interfejsie SAS. Dyski NL-SAS mogą również wykonywać kilka operacji jednocześnie, co w dużym stopniu zwiększa efektywność pracy.

SAS SSD to najbardziej popularne dyski stosowane w macierzach dyskowych. Dzięki dwukrotnie szybszemu interfejsowi niż w przypadku SSD SATA, dyski SAS notują znaczną poprawę wydajności oraz oferują zestaw dodatkowych funkcjonalności jak np. poziomy bezpieczeństwa czy możliwość szyfrowania danych. W napędach Flash SAS współczynnik DWPD funkcjonuje w ten sam sposób jak w przypadku SSD SATA.

vSAS to tańszy wariant dysków SAS. Cenowo lokuje się pomiędzy dyskami SATA oraz SAS. Dyski vSAS często określane są następcą dysków SSD SATA. Napędy wykorzystują wszystkie mechanizmy interfejsów SAS, dzięki czemu utrzymują wysoką wydajność oraz funkcjonalność.

Dysk twardy NVMe – Non-Volatile Memory Express

NVMe to najnowsza technologia, zaprojektowana dla systemów wymagających wysokich przepustowości zapisu/odczytu danych. Dyski twarde NVMe wykorzystują bezpośrednie podłączenie do szyny PCI Express omijając fizyczne kontrolery RAID. Doskonale sprawdzą się w zastosowaniach bazodanowych, gdzie wymagana jest szybka komunikacja pomiędzy procesorem, a bazą danych.

Przewaga NVMe nad klasycznymi dyskami SSD – TOP 3:

• dyski NVMe posiadają znacznie obniżone opóźnienie przy poleceniach zapisu i odczytu – dla porównania HDD to około 13 ms, SSD to 0,15 ms a NVME to 0,03ms;
• rozbudowane kolejkowanie do jednocześnie 64 tysięcy zapytań dzięki czemu, napędy mogą wykonywać zdecydowanie większą liczbę operacji wejścia/wyjścia na sekundę (IOPS);
• możliwość wykonywania wielu operacji zapisu danych w komórkach z tej samej kolejki w tym samym momencie oraz zdecydowanie mniejsze zużycie energii.

Dyski typu NVMe to przyszłości wśród napędów. Zauważalnym staje się duży nacisk na to stosowanie tej technologii jako najlepszego rozwiązania. Mimo stosunkowo wysokiej ceny rynkowej w porównaniu do SATA III oraz SAS dyski typu NVMe cieszą się dużym zainteresowaniem, co w przyszłości może pozytywnie wpłynąć na ten czynnik.

Porównanie wydajności dysków rotacyjnych

Porównanie wydajności dysków SSD

Dyski twarde mają szeroką i stale rozwijającą się ofertę na rynku, która może odpowiedzieć na każdą potrzebę technologiczną. Warto pamiętać, że wzrost wydajności może wiązać się z wyższym kosztem wdrożenia rozwiązania, jednak nie zawsze musi okazać się najlepszym lub przymusowym. Przez wzgląd na dynamiczność rozwoju rynku potrzeby stale rosną, dlatego producenci starają się tworzyć innowacyjne rozwiązania. Spośród opisanych przez nas rozwiązań zdecydowanie wyróżniamy NVMe jako najlepszą technologię dostępną na rynku charakteryzującą się wieloma wspomnianymi wcześniej zaletami.

Mateusz Nowak, CTO w Geotechnology