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著名硬盘厂商Hitachi Globle Storage Technologies——HGST,现名昱科环球存储科技,在上一年末推出了全球首款6TB的硬盘,同时也是首款充氦的硬盘:Ultrastar He6。

来源:ZDNetCBSi企业方案解决中心频道 2014年11月19日

关键字:Ultrastar He6 氦气密封硬盘 HGST 昱科

【ZDNet企业解决方案中心】著名硬盘厂商Hitachi Globle Storage Technologies——HGST(现名昱科环球存储科技,属于WesternDigital/西部数据旗下;昱:日光、光明、照耀,音[yù])在上一年末推出了全球首款6TB的硬盘,同时也是首款充氦气的硬盘:Ultrastar He6,它可以说是硬盘历史上的一个里程碑,当然,从源头IBM硬盘部门,到日立硬盘部门,HGST已经创造了不少的硬盘里程碑。

充氦时代 昱科Ultrastar He6硬盘评测
HGST Ultrastar He6,全球第一款6TB 3.5英寸氦气硬盘

  Ultrastar He6硬盘最具创造性的地方是它的充氦技术,关于这个技术我们会在下一页进行比较详细的介绍。在使用充氦技术之后,并且在没有使用其它记录技术的情况下,昱科将硬盘的容量提升了50%,功耗降低了23%,并将成为未来十年以上的硬盘基础平台,在上面搭载SMR(叠瓦式磁记录)、HAMR(热辅助磁记录)等技术,从而让机械硬盘继续发展下去。

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HGST Ultrastar He6 6TB氦气硬盘

  采用了充氦技术的Ultrastar He6容量达到了6TB,同期未采用的则为4TB,容量提升50%这点没有问题。

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硬盘型号HUS726060ALS640,可以看出是最大容量6TB型号,实际上He6只有一个容量——就是6TB

  容量的增长是通过昱科让人惊奇的7STAC,也就是7碟片技术来达成的,昱科在以往就有使用5碟技术的习惯,因此采用7碟倒是没有让人太吃惊,当然,让人感兴趣的是,它怎么做到的呢?

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芯片朝里保护安装已经是一种现下主流的的安装方法

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Ultrastar He6是企业级硬盘,使用的是双端口SAS 6Gb/s接口

  下面我们就来看看它的充氦技术。

  昱科的Ultrastar He6氦气硬盘是硬盘史上的一次创新,它改变了传统硬盘的根本构造,我们认为,这个技术是硬盘技术上的一次飞跃,对Ultrastar He6以及后来推出的Ultrastar He8而言,它带来了相当多的变化。为什么呢?大概很多人都知道,传统的硬盘里面是充满了空气的,为什么呢?因为硬盘的磁头是通过气流的升力飘在盘片的上方的,磁头与盘片之间的空隙是如此之小,以至于尘埃会对磁头工作造成明显的影响,此外,尘埃对高速运转的磁盘盘片的伤害也是相当大的,因此磁盘里面的空气是需要经过净化、过滤的。

  相对比较少人知道的就是,传统磁盘也是需要呼吸的,或者应该说,传统硬盘并不是完全密封的,磁盘与外界是通过过滤装置联通以适应不同的气压。

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HGST Ultrastar He6 6TB氦气硬盘搭载的两个技术:HelioSeal和7Stac,其中,HelioSeal是根本中的根本

  HGST的氦气硬盘就不是这样,首先,它里面充满的并不是一般的空气,而是氦气——比较让人意外的是,貌似不少人说到氦气硬盘的时候都会问到氦气安不安全,对人体有没有害,其实氦气是一种惰性气体(noble gases),或者按照刚出现的称为稀有气体(rare gases),也就是原来的0族或现在的18族元素,即氦、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)以及具放射性的氡(Rn),还有人工合成的Uuo,Uuo根据计算可能会非常活泼而不一定能称之为惰性气体。

  氦气非常之“堕”,举一个例子,我们空气中呼吸的氮气(N2)占了空气比重的约78%,而它完全不参与人的呼吸过程,人也没有意识到氮气的不安全。实际上氮气还有可能在闪电之类的作用与氧气下生成氧化氮(N2+2O2=2NO2),而氦气可以形成化合物目前也只是理论上,因此我们完全不用担心氦气会对人体造成影响,当然你要是被关进纯氦气没氧气的屋子里面那当我没说……

  :中国大陆全国自然科学名词审定委员会(现名全国科学技术名词审定委员会)在1991年公布的《化学名词》中正式规定“noble gases”为“稀有气体”,惰性气体是旧称。

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氦气,He,原子序数2,原子量4.0026,它比氮气更稳定,并且含量比空气中的氮气更少,无须担心它的安全性

  氦气,He,所有的稀有气体元素外层的s和p轨道都填充了电子,处于极度稳定的状态,电离能很高,电子亲和能很低,生成化合物的倾向很小。不过,由于内层电子层会对外层电子层造成一定的屏蔽效应,因此原子序数大的稀有气体外层电子层与核心结合稍弱,相对来说会比较不稳定一些。原子序数最小的稀有气体——氦(He),只有一层电子层,因此它是稀有气体中最稳定的。目前已知氙(Xe)和氡(Rn)都具有化合物,其中,二氟化氡RnF2还是比较稳定的固体。

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硬盘型号HUS726060ALS640,容量6TB

  好了,把传统的空气换成氦气有什么好处呢?首先就是纯净,传统空气中成分复杂——当然最主要的还是氮气和氧气——对高速运转的盘片造成的影响相对单一的氦气要强很多,这个影响包括两个方面:一个是不均匀性,另一个则是摩擦。氦气的相对分子量(约为4)也比空气的相对分子量(平均值约为29)远要小——因此造成的摩擦力也会更小,相对的功耗也就会降低,从这点来考虑,如果不降低硬盘内部气压的话,那么使用氦气就是最终极的选择了,比氦气相对分子量更小的气体只有一种,就是相对来说极不稳定的氢气(H,相对分子量约为2)。总的来说,使用氦气的话,盘片晃动会更低,电机的功耗也更少,盘片的温度也变低了,因此可以安全地塞入更多的盘片:

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充氦技术让3.5英寸硬盘踏入7碟时代

  另外,由于内部的气体和外部的气体不再一样,因此氦气硬盘内外不再联通,也就是说,它采用了完全密封的设计,这样的好处就是稳定,不管外部气压多少,内部都能维持在一个稳恒工作(相对地)的状态,对于HGST来说,它还引出了另外一个创新:浸入式冷却,在不少的场合,HGST都展出了它的油浸冷却系统,传统硬盘由于需要呼吸而无法实现,氦气硬盘就完全没有了这个忧虑。

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HelioSeal氦气密封带来的好处

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HGST Ultrastar He6的优势与特点

  说了这么多,相信大家都完全理解了氦气硬盘的好处,接下来我们就来看看它的性能表现如何。

充氦时代 昱科Ultrastar He6硬盘评测HGST Ultrastar He6规格表

  我们使用了一台双路Intel Xeon E5-2650L v2服务器进行了测试,Xeon E5-2650L v2属于Intel的Ivy Bridge-EP系列,具有10个核心,并支持最高4通道DDR3-1600内存,其搭配的芯片组为Intel Patsburg-EP。每个Xeon E5-2650L v2 CPU本身提供了40个PCI Express Gen3 Lanes,PCH还额外提供了8个PCI Express Gen2 Lanes,另外Patsburg-EP PCH还额外提供了10个SATA接口,但是,由于作为测试目标的HGST Ultrastar He6是SAS接口,因此这些SATA口全部都不能用,我们使用了一块由Adatpec提供的ASR-71605 SAS阵列卡来连接Ultrastar He6硬盘,ASR-71605 SAS阵列卡支持的SAS接口速率为6Gb/s,和Ultrastar He6刚好搭配。额外地,ASR-71605还提供了一个有趣的特性,它可以将未经配置的存储通过Passthrough模式提供给Host,并且这是默认的配置,也就是说,尽管是一块阵列卡,但是一般的存储设备不需要经过任何配置就能进行使用,和以往非得设置为一个RAID 0阵列不同。ASR-71605还支持将阵列卡设置为HBA模式,在这里效果也是一样的,我们使用了ASR0-71605的Passthrgouh特性而没有使用HBA模式。测试使用的操作系统是Windows Server 2012 R2 Datacenter,安装了最新的Adaptec RAID驱动7.5.0.32028版本,使用的测试软件为最新的Iometer 1.1.0。

测试平台、测试环境
测试分组
类别 Dell PowerEdge R720服务器
Intel Xeon E5-2690 x2
128GiB RAM
处理器子系统
处理器 Intel Xeon E5-2690 x2
处理器架构 Intel 32nm Sandy Bridge-EP
处理器封装 2011 FC-LGA
处理器规格 八核
TDP: 70W
处理器指令集 MMX,SSE(1,2,3,3S,4.1,4.2),EM64T,VT-x,AES,AVX
L3 Cache 25MiB @ Core Speed
内存控制器 每CPU集成四通道DDR3-1600
内存 8GiB DDR3-1600 SDRAM x8
@ DDR3-1600
IO子系统
PCI Express CPU:40 Lanes PCI Express 3.0
PCH:8 Lanes PCI Express 2.0
SAS Adaptec ASR-71605 SAS RAID Controller
HBA Mode
PCI Express 3.0 x8 @CPU1 PCI Express 3.0 x16
SAS 6Gb/s x16
存储子系统
HDD HGST Ultrastar He6
Hitachi HUS726060ALS640
6TB
512n Sector Format
接口 SAS 6Gb/s @ SAS 6Gb/s
软件环境
操作系统 Windows Server 2012 R2 Datacenter x64
驱动程序 Adaptec RAID driver 7.5.0.32028
测试软件 Iometer 1.1.0

  我们首先测试了硬盘的基准性能指标,接着进行应用性能指标测试。

ASR-71605阵列卡评测
Adaptec ASR-71605 SAS RAID Adapter,PCI Expess 3.0界面,16个SAS 6Gb/s接口,板载1GiB的RAM,它有一个有趣的特性是默认将未经配置的存储通过Passthrough模式提供给Host

  首先进行的是基准指标测试,一般来说,现代的这个测试性能会和一个特性比较紧密的联系在一起,那就是磁盘分区格式。当前,HDD处于从512B扇区向高级格式化的4KiB扇区的转变当中——但远没有结束,我们收到的这款Ultrastar He6就是一款很传统的硬盘,它采用了512n的格式,也就是512Byte Native,我们不清楚它会不会有4K的版本——我们觉得,它不会有。目前,He6就两个型号,一个不带加密,一个带,其它完全一致。

充氦时代 昱科Ultrastar He6硬盘评测

 充氦时代 昱科Ultrastar He6硬盘评测

  测试成绩曲线是和具体的阵列卡或者HBA卡比较相关的,就笔者来说,这个成绩并不让人意外。

充氦时代 昱科Ultrastar He6硬盘评测

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    接着是4KiB块性能,从结果来看倒是和512B没有什么分别,Ultrastar He6提供179 IOps的4K随机读取和146 IOps的4K随机写入。

充氦时代 昱科Ultrastar He6硬盘评测

  使用1MiB的块大小的话,Ultrastar He6可以提供180MiBps的读取传输速率,写入略低,这有些不同寻常,或许我们还得继续看看其它的氦气硬盘。

  测试完基准性能指标之后,我们再来看看企业应用脚本下的性能:

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  文件服务器,从前面我们知道,He6的读取速率是比较高的,这一点对文件服务器测试会比较大——不过写入速率也有影响,总的来说,最终的效果是没有特别之处。

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  网站服务器,4K对齐约是152IOps。

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  数据库服务器,4K对齐是164IOps,。

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  工作站,4K对齐是175IOps。

【ZDNet企业解决方案中心】传统空气硬盘中填充的空气成分很复杂——当然最主要还是氮气和氧气——对高速运转的盘片造成的影响相对单一的氦气要强很多,这个影响包括了两大方面:一个是不均匀性,另一个则是摩擦。不均匀性导致盘片晃动,影响读写准确性,而在摩擦方面,氦气的相对分子量(约为4)比空气的相对分子量(平均值约为29)远要小,因此造成的摩擦力也会更小,相对的功耗也就会降低。总的来说,使用氦气的话,盘片晃动会更低,电机的功耗也更少,盘片的温度也变低了,因此可以安全地塞入更多的盘片,对于Ultrastar He6来说,它搭载了7个碟片。

充氦时代 昱科Ultrastar He6硬盘评测
HGST Ultrastar He6,首款氦气硬盘,如果不降低硬盘内部气压的话,那么填充氦气已经就是最终极选择了,因为比氦气相对分子量更小的气体只有一种,就是相对来说极不稳定的氢气(H,相对分子量约为2)

  我们收到了HGST送来的全球首款氦气硬盘Ultrastar He6,He6有两个型号,区别就是加不加密,其它完全一致。通过采用密封氦气技术(HelioSeal),HGST Ultrastar He6可以安全地采用7碟片设计(7STAC),让容量提升50%的同时,还降低了23%的功耗,这就是氦气技术带来的巨大变化。

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HGST Ultrastar He6的优势与特点

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HGST Ultrastar He6硬盘

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HGST Ultrastar He6的七碟片结构

  就性能测试来说,Ultrastar He6表现也不错,但我们最主要的目光还是在它创新性的技术上面,我们认为,这是机械硬盘界少有的阶段性进步技术,值得赞赏

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HGST Ultrastar He6规格表

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