1月7日在衍生自桌面硬盘的企业级近线（nearline）硬盘出现并普及之后，无论是磁盘阵列还是服务器都不再向用户推荐性能上相近的消费级产品了。尽管在DIY市场还会有少数人出于成本考虑使用廉价的桌面硬盘，但如果遇到兼容性问题或者较高的故障率只能是有苦而说不出。不过，进入到云存储时代之后，情况似乎有所改变...

“云硬盘”身上的企业级和桌面血统

去年9月，笔者前往上海参加了2012华为云计算大会，在第二天的原创报道“华为UDS对象存储：ARM自组织硬盘满足CERN功耗”中有这样一段话：“使用消费级还是企业级硬盘可以由用户来选择。企业级（7200rpm近线）硬盘大约以（消费级）200%的成本提供133%的性能（数字仅供参考），经过Google和CMU的评估它们的可靠性都能胜任。”

熟悉7200rpm企业级近线硬盘由来的读者应该知道，它们就衍生自桌面硬盘，主要是改进了工艺、优化固件来提高可靠性，减低故障率，有些还在SATA之外提供SAS接口的型号。企业级产品通常都要求7*24小时连续运行，不过近线硬盘最初诞生时只建议20%的工作负载，而传统10,000和15,000转的SCSI、SAS硬盘都适合100%负载的应用环境。

提到云存储一词，无论是公共云还是私有云，企业云还是桌面云都有一个共同的特点。那就是像交易型应用生成的结构化数据、热数据所占的比例较小；而非结构化数据，用于备份和归档的冷数据比例则比较大。当然，我们这里指的云存储，不是私有云计算基础设施里面包含的那种存储系统。访问比率的下降、在长时间没有数据请求时降低转速甚至停转来节约耗电，再加上数据量往往庞大，这类设备更多考虑的是成本，当然也包括能源成本。

西部数据（WD）在去年推出了针对桌面NAS存储的“红盘”系列，相对于已经普及的蓝盘和绿盘，红盘针对小型RAID系统进行了优化。但它仍然归类于消费级硬盘，按官方的定位可以适用于家用的“个人云存储”，而与企业级应该不沾边。

到了去年10月，希捷宣布推出3个系列的企业级硬盘：3.5英寸的Constellation CS、最大4TB的Constellation ES.3，以及2.5英寸10,000转的Savvio 10K.6。本文的目的就是以硬盘厂商的规格资料为参考，根据笔者的经验和部分测试数据来简单分析Constellation CS的定位特点，具备传统企业级硬盘还是桌面硬盘的血统？并在希捷的产品线中纵向对比，另外横向对比代表着几家厂商最高量产密度的4TB硬盘。

希捷Constellation CS——为“云存储（Cloud）”定制的企业级硬盘。最多3张碟片的设计，以及轻薄的盘体让我联想起Barracuda桌面产品。

在希捷的资料中，我们看到Constellation CS系列的特点为“容量优化的硬盘，设计用于大量云存储”

适用于全天候云数据中心复制环境，存储价格合理

高抗振动性，适用于可靠的企业级性能

使用功耗最低的3.5英寸企业级硬盘，节省了大量功耗和冷却成本

高级格式化逻辑块管理，适用于行业领先的数据完整性

容量高达3TB，具有7200RPM性能。绝不牺牲性能

使用希捷快速安全清除技术的更低LCO，适用于简单的硬盘再利用或废弃

增加您的云存储，最高可达每平方英尺114TB（高记录密度，笔者注）

SATA 6Gb/秒接口优化了突发性能

适合的应用环境包括

云存储服务器

云存储阵列

云备份存储

直连式外置存储设备 (DAS)

网络附加存储设备 (NAS)

 

Constellation CS规格表：除了3TB容量之外，还有1TB和2TB两个容量点。

 

即时安全擦除、抗旋转振动

由上表，首先是可选带有希捷“即时安全擦除（Instant Secure Erase）”功能的型号。即时安全擦除建立在SED（自加密驱动器）技术的基础上，其实现原理参见下图：

希捷即时安全擦除过程（如果没记错的话，另外几大硬盘厂商，包括WD/HGST、东芝在内也都有类似的技术）

在启用了自加密技术之后，存储在硬盘物理介质上的数据就是经过“加密Key”处理之后的，这一点和SSD驱动器普遍支持的AES-128和AES-256加密方式差不多。而在需要时可以由主机端发出指令，清除并生成一个新的数据加密Key，这样原有的数据就无法正常读出了。

接下来是“抗旋转振动”和“线形随机振动”。前者主要是针对RAID磁盘阵列这样的多硬盘环境，力图避免硬盘的振动累加在一起从而影响正常的数据读写。传统桌面硬盘在这种情况下可能会有明显的性能下降，因为读写数据的成功率降低了。抗旋转振动也是企业级硬盘区别消费产品的特点之一。

桌面硬盘的MTBF、7*24全天候、PowerChoice

　　 Constellation CS的平均无故障时间（MTBF）为80万小时，而桌面级硬盘通常也在60～80万小时之间。不过桌面硬盘一般只推荐每周5*8小时的运行时间，而Constellation CS则是7*24小时，也就是365天全年开机。

应该是得益于单碟1TB的Barracuda平台，Constellation CS的运行时功耗只有8.0瓦，闲置功率为5.53瓦。这个数字可以和后面的Constellation ES进行对比。

PowerChoice按需节能选项，是在硬盘闲置时提供的几种节电级别——卸载磁头、降低转速到4000RPM（应该是针对7200转硬盘）、停止旋转和关闭驱动电路。笔者在“Nexsan：高密度、类似ZFS的固态缓存统一存储？”一文中提到的绿色节能技术MAID（大规模闲置磁盘阵列），就是通过硬盘厂商PowerChoice之类的技术来实现的。

希捷为Constellation CS提供3年有限质保和有限的企业级电话支持。当然，如果您是从OEM（如存储厂商）购买的配件，硬盘厂商应该是不直接提供服务的。

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回顾：4KB扇区在企业级硬盘的应用

除了最多3碟片/6磁头之外，Constellation CS还有一点与Barracuda相同而在Constellation ES系列上没有出现过，那就是4KB扇区。硬盘的物理扇区从512bytes增大到4KB，有助于提高容量利用率，并保证磁记录密度不断提高之后的数据完整性。

在希捷的技术文档《过渡到高级格式化4K扇区硬盘》中有更多相关的信息，“2009年12月，经过与IDEMA的通力合作，将高级格式化提名作为4K字节扇区标准的名称，并获得批准。此外，所有硬盘制造商还承诺，自2011年1月开始，所发行的台式机和笔记本电脑产品的新型硬盘平台都采用高级格式化扇区格式。”

笔者还在曾在2年半之前写道：

“至于为什么IDEMA 2011年1月1日的要求中不包括对OEM客户出货和企业级硬盘，这个其实也不难理解：部分OEM和企业级硬盘用户可能会有前文中提到的“小型离散数据写入”的应用需求，而且出现这种情况的几率相对于常规桌面应用来说要高。用测试软件举个典型的例子，就是使用Iometer在没有硬盘分区和文件系统的情况下（常用方式）进行512字节数据块随机写这样的极限性能测试。

　　这个还让我们联想到固态硬盘的性能，大部分厂商公布的上万甚至50,000 IOPS的随机写入性能应该都是在4KB对齐情况下的测试结果，换个测试方法或许就会降低不少。由于闪存介质也需要用4KB物理页面来模拟512字节的逻辑扇区，面对小于4K的离散写入请求很可能也会出现性能下降，SSD固态驱动器存在的“写入放大”现象和4KB扇区HDD机械硬盘在原理上是相似的。

　　对应到实际中，一些企业级软件，比如Oracle数据库这样典型的结构化数据，可以使用其自带的OCFS文件系统，也可以支持直接对磁盘（包括RAID逻辑盘等情况）“裸设备”进行操作，并且比在文件系统上的效率更高。在这类环境下，高级格式化（4K）硬盘有可能会出现扇区不对齐、2KB或者更小数据块的随机写入等问题。类似的情况还反映在：Iometer的OLTP（在线交易处理）应用测试脚本就包含了2KB、4KB和8KB三种数据块大小。

　　对于未来4KB扇区硬盘在企业级存储上的应用，我们还要考虑和RAID卡/磁盘阵列控制器之间的兼容性。尽管RAID在进行条带化时Stripe分块大小通常在64KB左右，一般不会小于4KB，但我们还是不能完全排除512字节模拟扇区和物理扇区可能不对齐的问题。根据笔者截至目前（2010年7月）的了解，这些领域的厂商普遍还没有在4KB扇区硬盘的支持上做出过表态。”

 

Iometer 4KB随机写测试（无文件系统/全部容量，关闭写缓存）

 

上面的图表是我在2011年进行的测试——这里面想说的是4KB扇区的希捷Momentus 7200 750GB 2.5英寸笔记本硬盘。它在测试中设置“4KB对齐”之后的结果曲线，明显高于默认设置。笔者曾经这样分析道：

“Momentus 7200 750GB上以默认设置运行4KB随机写测试，就会出现我们以前提到过的“写入请求不对齐”的情况，增加了硬盘磁介质的实际I/O数量。而对齐到4KB扇区之后的写入，则相当于把传统512byte扇区硬盘需要完成的8个写入请求合并成一个，因此性能的提升就在情理之中了。”

除了Constellation CS之外，还有其他厂商的企业级近线硬盘也采用了4KB扇区，这将在本文最后的4TB章节讨论。接下来我们看看Constellation ES.3。

Constellation ES.3系列可选SAS和SATA两种接口，容量点也包括上表中没有列出的1TB、2TB和3TB。

在SED方面，希捷ES.3除了提供普通的自加密驱动器之外，还有通过FIPS 140-2认证的专门型号。从机械组件的角度来讲，湿度也是影响硬盘工作、存放的一个重要环境因素。笔者在多年前就曾遇到过因硬盘cost-down（降低成本）省去了内置的干燥剂，而导致批量受潮损坏的案例，在这里先不做更多详细的讨论了。

Constellation ES.3应该是第一款达到128MB缓存的传统HDD。它的平均无故障时间达到了140万小时，质保为5年。AFR这项我们将和后面列出的桌面硬盘进行对比，不可恢复读错误比Constellation CS低了一个百分点。ES.3不仅采用原生512字节扇区，而且支持520和528byte这些在部分企业存储中需要用到的特殊扇区大小。

由于规格表中的这一款是6Gb/s SAS的版本，所以提供了双端口。我们看到4TB的运行时功率和闲置功率分别达到了11.86瓦和7.80瓦（SATA版本由于控制电路简单，4TB型号运行时功率和闲置功率分别为11.27瓦和6.73瓦），比Constellation CS要高出不少。

Constellation ES.3的最大容量4TB需要使用5张碟片来实现，就像上一代的Constellation ES.2 3TB那样。

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云存储时代：Barracuda的逆袭？

最新的单碟1TB希捷Barracuda（ST1000DM003），我们在最近的评测中使用了几块这款硬盘

希捷公布的Barracuda寻道时间和最大持续传输率，比上一页中列出的Constellation CS和ES.3都要高。这一点可能是企业级硬盘较为保守的原因？Barracuda的磁头加载/卸载次数和最大不可恢复读错误与Constellation CS相同。桌面硬盘推荐的2400小时开机时间无法与企业级产品相比。功耗方面，Barracuda和Constellation CS相差无几。

 

希捷Barracuda单碟1TB HD Tach测试截图

 

如上图，单碟1TB希捷Barracuda硬盘的外圈传输率确实达到了官方宣称的210MB/s左右（内外圈平均也有169.4MB/s），要知道早在2009年推出的希捷Cheetah 15K.7 3.5英寸15000rpm SAS驱动器只有204MB/s。由于记录密度的提高，如今桌面硬盘顺序读取性能进步明显。不过写入传输率曲线（平均也有101.4MB/s）相比之下低了不少，而以前硬盘的读写传输率大都比较接近（例如下图）。这一点倒是可以理解，毕竟硬盘写入和读取的原理不同，通过磁头改变介质的极性比只是感应磁极方向的要求相对高一些。随着记录位单元的不断缩小，为了保证写入的可靠性牺牲一定的性能还是必要的。

我们还看到，随机读平均访问时间测得14.1ms，减去7,200转硬盘4.16ms的平均旋转等待时间，随机读平均寻道时间应该是9.94ms，比官方资料中的小于8.5ms还是慢了一些，有可能Constellation CS在这方面也差不多。不过相比下面列出的Barracuda XT还是要快了不少。

 

当年笔者测试的希捷Barracuda XT高端桌面硬盘HD Tach截图

 

也是在2009年推出的Barracuda XT 2TB，我曾经通过测试间接证明它使用了Constellation ES的“企业级平台”，也包括后来第二代的Barracuda XT 3TB。后来面对SSD的冲击，希捷取消了这一产品线，并在2.5英寸笔记本硬盘市场推出Momentus XT混合硬盘。

希捷的技术人员也确认过，Barracuda XT与Constellation ES确实来自同一平台。但前者的寻道时间（17.0ms）确比后者（13.1ms）慢了不少，这里面是人为的因素。早些年桌面硬盘就加入了AAM（自动噪声管理）和相应的功耗/发热控制技术，硬盘在工作时带动盘片的主轴电机不能降速，但可以通过放慢控制磁头的音圈电机来达到目的。于是就出现了一些桌面硬盘产品的平均访问时间，在测试中达不到标称值的情况（因为出厂默认设置的原因，许多产品又不容易修改）。

 

单碟1TB希捷Barracuda拆解照片

 

尽管从这个角度看不到碟片的数量。但盘片上那个半弧形的保护板，正是出现在Constellation CS上而Constellation ES家族所没有的。总之，希捷原来是基于企业级硬盘平台打造高端桌面产品；而现在则利用相对高容量密度、廉价和低功耗的最新桌面硬盘技术，添加一些企业级特性（应该主要是在固件上）推出定位针对性更强、细分企业级市场的产品系列。这就是云存储时代的改变吧？

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同为4TB，接口和扇区大小不尽相同

最后，我们再来简单看看硬盘市场上所占份额较大的另外2个品牌西数和HGST（日立环球存储，尽管已经被WD收购，但仍保留独立品牌和产品线），他们的近线企业级硬盘在规格上有哪些差别。

被西部数据收购的HGST（日立环球存储）Ultrastar 7K4000系列，7200转最大容量4TB

Ultrastar 7K4000只提供SATA接口而没有SAS的版本，也就是说适用于存储服务器、单控制器磁盘阵列（也包括云存储？）等不需要双端口的场合。“512e”就是用4KB物理扇区来模拟512字节的逻辑扇区。我们看到它的60万次磁头加载/卸载周期比两款源自同一桌面平台的希捷Barracuda和Constellation CS高了一倍，Constellation ES应该也处于同一水平。7*24小时可用性和5年质保都是传统企业级硬盘提供的。至于200万小时的MTBF，这个“数字”是结合公式计算出来的，大家不用太认真。

 

西数最新的WD RE企业级近线硬盘，同样是7200转最大容量4TB

 

WD RE系列中分为SAS和SATA两种接口的型号，上图中的规格简表是SAS的版本。从这份公开的资料我们只能看到用户扇区数（可计算出逻辑扇区大小），而无法确定物理扇区是512字节还是4KB？它的磁头加载/卸载周期也达到了60万次，拥有140万小时平均无故障时间和5年保修。不可恢复读错误实际上与希捷Constellation ES.3（1/10E15）在同一水平的基础上，这里有点像玩数字游戏了。

功耗方面，西数列出的工作模式比较全，我们知道硬盘随机读写时的耗电是最大的，因为磁头一直在不停地寻道。可以看出希捷和WD/HGST在该领域的技术总体上处于同一水平，硬盘也早已是个成熟的产业了。而在高转速企业级硬盘和新领域——固态混合硬盘等方面，希捷则往往起步较早并保持一定的领先。

关于4TB等大容量企业级硬盘引发的另一个问题——可靠性，我们将在不久之后的评测文章中讨论。