雙磁頭臂硬碟技術細節:希捷Exos 2X14的十四點問答

2021-02-23 企業存儲技術
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相信有些朋友看到MACH.2的新聞了，昨天我也在群裡分享了Seagate比較詳細的官方資料。我並沒有特別看好雙磁頭臂HDD，但出於對硬碟技術一直的關注和興趣，還是決定利用休息時間寫點東西，也算一次倒逼自己學習英文資料。本文主要內容整理自《sc702.1-1910us-mach-2-faq》，同時加入自己的理解。

 

今年3月底我寫過一篇《HDD性能x2沒那麼簡單：雙磁頭臂硬碟測試分析》，裡面主要討論了以下幾段內容：

 

- 雙磁頭臂提速原理：單盤2個LUN獨立工作；

- 早期性能測試結果：隨機寫略低、順序寫QD1掉速？

- 系統設計要點、怎樣用效果好？

 

其中已經提到希捷與微軟的合作，關於RAID支持的猜想等。未盡之處會在本文中落實，之前已經講清楚過的儘量不重複，感興趣的讀者朋友可以點上面連結。

 

 

1、與傳統單磁頭臂HDD相比，什麼工作負載能顯示出（雙磁頭臂）最好的性能價值？

 

Exos 2X14針對hyperscale（超大規模，如網際網路）工作負載設計，聚焦在低隊列深度隨機讀操作（低QD是為了保持低指令延時），和大傳輸尺寸順序操作。其最高性能提升表現在高傳輸尺寸順序讀/寫（128KB或者更大，針對寫入隊列2+）、隨機讀（所有傳輸尺寸）和隨機寫（128KB塊或者更大）。

 

 

2、什麼BenchMark性能測試能顯示出雙磁頭臂良好的價值？

 

微軟Jetstress（針對Exchange郵件伺服器）、順序吞吐測試（模擬備份操作或者流）、隨機讀IOPS測試（模擬hyperscale和CDN工作負載）等。

 

擴展閱讀：《12萬郵箱ESRP測試：Exchange超融合存儲設計漫談》

 

3、什麼類型的應用/方案能顯示出雙磁頭臂良好的價值？

 

內容分發網絡（CDN）、視頻流、郵件伺服器、備份、Hadoop（HDFS和MapReduce）以及雲應用。

 

4、Exos 2X14 在IOPS/TB上對比10K或者15K企業級硬碟如何？

 

這個問題我自己直接回答吧。首先高轉速SAS盤已經基本把市場拱手讓給SSD了，7200轉NL-HDD存在主要因為容量/價格比。儘管雙磁頭臂性能可能翻倍，但如果忽略單位容量的成本優勢，單純看IOPS的話與SSD仍然是天壤之別。

 

5、MACH.2的電源消耗如何？數據中心每個磁碟槽位的典型電源容量需要多少？

 

 

如上表，單磁頭臂HDD的最大操作功耗在10W左右（啟動時短時更高），雙磁頭臂有些情況下能超過13W，功耗提高20-30%。我記得磁頭臂伺服電路（包括音圈電機）使用的+5V，Exos 2X14需要5V最大電流大約1.4A，這項數值接近翻了一倍。

 

主要看用戶在意容量/功耗比，還是性能/功耗比了。

 

 

6、為什麼Exos 2X14使用SAS界面並只有單埠？未來雙磁頭臂HDD會支持雙埠SAS用於HA和故障切換場景嗎？

 

首先，ATA協議不支持多LUN的概念；而SCSI（SAS）天生就支持一個Target多個LUN（玩存儲陣列的朋友都不陌生了吧）。其次，當前流行的SAS 3.0鏈路速度為12Gb/s（1.2GB/s），而SATA 6Gb/s（600MB/s）SAS有利於雙磁頭臂硬碟未來的傳輸率提高。

 

希捷表示，當前的電氣架構不支持雙埠，這是由當前一代SoC導致的設計限制。一旦市場容量能夠支持單獨開一款SoC，這個是可能加上去的。

 

7、為什麼Exos 2X14只有14TB，而Exos X16已經發布了16TB？

 

Exos 2X14是一款8碟片HDD，而Exos X16是9碟片。記錄密度非常接近的，但當前在雙磁頭臂組合的時候會有1個碟片的空間懲罰。

 

我覺得這也是避免互相干擾的安全距離，同時2個磁頭臂負責的磁頭/碟片數應該也是對等的，即使將來單磁頭臂充氦做到10碟，雙磁頭臂估計仍保持8碟。

 

8、這款雙磁頭臂硬碟可以使用軟體RAID嗎？哪些SAS RAID/HBA卡測試過支持Exos 2X14？

 

雙磁頭臂驅動器可以使用軟RAID，甚至最少情況下一塊盤上的2個LUN也可以配置RAID，但考慮到盤壞的情況，同一塊盤上的RAID 1也可能丟數據所以沒什麼意義。當前沒有硬體RAID卡完全支持雙磁頭臂。

 

 

如上圖，Broadcom也就是原LSI 9400系列SAS HBA P11+版本固件官方支持雙磁頭臂HDD，9300系列HBA測試並確認兼容多LUN，而MegaRAID卡當前不支持。

 

MicroChip（冬瓜哥就職那家）也會在近期支持，除了SAS HBA之外，RAID卡的HBA模式也會支持雙磁頭臂硬碟。

 

9、當前的Exos 2X14提供4Kn（原生）扇區大小，FastFormat可以把它切換到512e（模擬）嗎？

 

希捷計劃未來提供512e配置，當前版本的Exos 2X14不能應用FastFormat，未來會支持。

 

10、雙磁頭臂產生振動，以及受振動的影響情況如何？

 

經過系統調教，一個磁頭臂尋道時對另一個的影響已經最小化。硬碟的規格沒有改變，包括抗旋轉振動（RV）、衝擊、噪聲幹擾等。

 

擴展閱讀：《Facebook如何將硬碟性能損失由90%降低到2%》

 

 

11、如果一個LUN失效了，當發出Test UnitReady指令時磁碟還會報告正常嗎？

 

不會。

 

12、會有2份缺陷管理列表（defectmanagement list）嗎？

 

是一份整合的缺陷列表，並且能夠被2個LUN訪問。

 

13、在未來會有單一卷呈現的雙磁頭臂驅動器嗎？（例如，一塊盤自身會在第一磁頭臂和第二磁頭臂之間負載均衡/優化）

 

也許是可能吧。這種配置下會有長尾延時的問題，這需要足夠大的市場來證明Firmware的研發和複雜性是值得的。

 

14、SAS/SCSI指令的執行，比如像影響到盤上全部LUN的FORMAT UNIT，看上去會在RAID下導致問題，例如RAID 5。

 

以上命令應該都是影響到整塊雙磁頭臂硬碟的

 

這是事實，單一SAS接口和Cache也都是HDD上2個LUN共用的。未來的改進，依賴於像T10這些標準的發展和被接受程度。

 

參考資料：

https://www.seagate.com/files/www-content/solutions/mach-2-multi-actuator-hard-drive/files/sc702.1-1910us-mach-2-faq.pdf

https://www.seagate.com/files/www-content/solutions/mach-2-multi-actuator-hard-drive/files/tp714.1-1910us-mach-2-technology-paper.pdf

 

擴展閱讀：

《這些硬碟參數你都懂嗎？（上）-從案例引發的討論》

《這些硬碟參數你都懂嗎？（下）-監控選型與系統設計》

《3.5寸萬轉復活，卻難阻硬碟技術日暮西山》

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