Евгений Рудометов
Rudometov@mail.ru


В статье использованы материалы компании Seagate.

Архитектура компьютеров постоянно совершенствуется, и этот процесс затрагивает все составляющие вычислительных систем. Полупроводниковые технологии сегодня оперируют все меньшими масштабами, и соответственно стремительно растут плотность и число транзисторов в микросхемах. Так, кристаллы процессоров, ориентированных на массовый потребительский рынок, содержат свыше 100 млн транзисторов, а в производительных моделях серверных процессоров, например, Intel Itanium 2, их число уже составляет более полумиллиарда.

Однако существуют комплектующие, совершенствование которых идет еще быстрее, - это накопители на жестких дисках. Их емкость (по крайней мере в последние десять лет) удваивается не за полтора-два года, как гласит закон Мура, а каждые 9-12 месяцев. Иными словами, скорость эволюции этих устройств в два раза превышает темпы, достигнутые полупроводниковыми технологиями. При этом совершенствуются и конструкция самих накопителей, и их интерфейсы. Как следствие, растет скорость доступа к данным при постоянном уменьшении цены хранения единицы информации. Кроме того, улучшение технических и эксплуатационных параметров происходит одновременно с эволюцией форм-факторов жестких дисков, в результате чего размеры этих устройств постепенно уменьшаются, расширяя область их использования.

За сравнительно короткий срок существования персональных компьютеров (они появились, напомним, в 1981 г.) накопители на жестких дисках прошли путь от устройств, использующих магнитные диски диаметром 8 дюймов, к накопителям с дисками в 3,5 дюйма. Кроме того, как видно из рис. 1, еще быстрее уменьшалась высота этих устройств, а следовательно, их объем.

Fig.1 Рис. 1. Эволюция форм-факторов накопителей на жестких дисках.

Сегодня идет постепенный переход от 3,5-дюйм дисков к форм-фактору 2,5 дюйма. Созданные первоначально для портативных компьютеров, эти диски постепенно завоевывают новые рынки, внедряясь и в некоторые модели настольных компьютеров. Более того, накопителями с дисками данного формата заинтересовались конструкторы и пользователи серверов (известно, что изделия этого сегмента традиционно служат для апробации новейших технологий и архитектур, поскольку вопрос цены новинок здесь не играет такой роли, как в потребительском секторе).

"Все больше пользователей заинтересованы сегодня в серверах и системах хранения данных, которые занимали бы физически меньше места и потребляли меньше электроэнергии, - отмечает Джон Монро (John Monroe), вице-президент исследовательской компании Gartner Dataquest. - Новые модели высокопроизводительных 2,5-дюйм винчестеров позволяют добиваться более высоких скоростей и большей надежности в корпоративных системах, сокращая при этом энергопотребление и уменьшая общие размеры систем. Переход на новый форм-фактор для корпоративных систем неизбежен. По прогнозам Gartner, к 2007 г. в многопользовательских средах будут доминировать 2,5-дюйм накопители на жестких дисках" (прогноз Gartner приведен на рис. 2).

Fig.2 Рис. 2. Развитие рынка 3,5- и 2,5-дюйм жестких дисков. Источник: Gartner Dataquest.

В соответствии с этими тенденциями один из ведущих производителей жестких дисков компания Seagate Technology (http://www.seagate.com) и начала разработку накопителей нового поколения с улучшенными техническими и эксплуатационными параметрами. Проведенный Seagate массовый опрос пользователей показал, что консолидация серверных систем хранения информации, наряду с сокращением места, занимаемого информационными системами, - это важная проблема, требующая более пристального внимания. Решить эту и многие другие задачи, по мнению Seagate, поможет переход отрасли на 2,5-дюйм платформу накопителей, о чем компания официально объявила в мае 2003 г. при поддержке HP, Intel, Microsoft и ряда других крупных игроков компьютерного рынка.

Недавно Seagate представила рынку результат своих научно-исследовательских работ - Savvio (от Savvy - ум, сообразительность + I/O - ввод-вывод), первую в мире линейку 2,5-дюйм накопителей на жестких дисках масштаба предприятия со скоростью вращения шпинделя 10 тыс. об./мин (рис. 3). Эти дисковые накопители форм-фактора SFF (Small Form Factor - малый форм-фактор), по замыслу их разработчиков, будут в самое ближайшее время применяться в решениях нового типа. Они позволят создавать более компактные системы хранения данных, выполняющие большее число операций ввода-вывода в секунду и обеспечивающие при этом максимально высокую надежность.

Fig.3 Рис. 3. Savvio - накопитель на 2,5-дюйм жестких дисках.

Модели Savvio представляют собой перспективное решение в области хранения данных для высокоплотных платформ, включая новые серверы, массивы хранения данных и модульные серверы, поскольку эти накопители отличаются меньшими размерами, сниженным энергопотреблением, а следовательно, и тепловыделением, а также минимальным временем поиска и самой высокой в отрасли надежностью. По сравнению с 3,5-дюйм винчестерами с той же скоростью вращения Savvio, в частности, занимают на 70% меньше места, на 400 г легче, дают 40%-ный выигрыш в энергопотреблении, а время поиска для них сократилось на 15%.

Новые 2,5-дюйм накопители обеспечивают корпоративным пользователям экономию средств благодаря уменьшению офисной площади, отведенной под оборудование, а также снижению расходов на организацию специализированных помещений (кондиционирование, системы бесперебойного питания и т. д.), на электроэнергию и т. п. Кроме того, пользователи систем, созданных на основе новых накопителей, могут получить дополнительную прибыль за счет сокращения времени выполнения задач.

Накопители на жестких дисках Savvio ограниченно поставляются в настоящее время с одной либо с двумя пластинами и имеют емкость соответственно 36 и 73 Гбайт (это наиболее востребованные емкости для подобных устройств в большинстве приложений масштаба предприятия). Основные параметры накопителей Savvio приведены в табл. 1.

Таблица 1. Основные параметры накопителей Savvio

Параметр Значение
Форм-фактор (диаметр дисков/толщина), дюйм/мм 2,5/15
Емкость, Гбайт 36,7; 73,4
Интерфейсы Ultra320 SCSI, 2 Гбит/с Fibre Channel, SAS
Скорость вращения, об./мин 10 000
Время доступа (Avg. Seek), мс 4,1
Время перехода (Tk-to-Tk), мс 0,4/0,7
Скорость передачи данных (Transfer Rate), Мбайт/с 41-63
Число дисков/головок 1/2; 2/4
Время наработки на отказ (MTBF), ч 1 400 000
Потребляемая мощность (Idle Power), Вт <5,1; при чтении <8,0

В конструкции жестких дисков Savvio применяется ряд нововведений: быстродействующий контроллер, усовершенствованный укороченный актуатор, миниатюрный 15-мм FDB-двигатель, гидродинамические подшипники. Используются также улучшенные встроенные алгоритмы и программы повышения надежности работы и диагностики неисправностей (SMART, утилиты) и т. д. Благодаря этому среднее время выработки на отказ (MTBF) для данных устройств составляет, по утверждениям разработчиков, 1,4 млн ч. Кстати, в отличие от накопителей с традиционными интерфейсами ATA и SATA, где при тестировании наработки на отказ создаются условия работы, характерные для типичной настольной системы, для Savvio при оценке MTBF используется специальная методика. Она заключается в том, что надежность работы оценивается при круглосуточной (в режиме 24 ч 7 дней в неделю 365 дней в году) 100%-ной загрузке устройства, имитирующей условия работы информационной системы на предприятии.

Дисковые накопители Savvio планируется поставлять с одним из трех интерфейсов, распространенных в серверных решениях, включая Serial Attached SCSI (SAS). Характеристики этих интерфейсов приведены в табл. 2.

Таблица 2. Краткие характеристики интерфейсов

Характеристики Ultra320 SCSI 2 Гбит/с Fibre Channel Serial Attached SCSI
Число устройств, шт. 15 4 млн 12К
Расстояние, м 12 12 000 10
Двойной порт Нет Есть Есть
Полнодуплексный режим Нет Есть Есть
Пропускная способность, Мбайт/с 320 400 300
Протокол SCSI Fibre Channel SCSI
Область применения Модульные серверы, серверы толщиной 1U, рабочие станции Массивы памяти Массивы памяти, модульные серверы, серверы толщиной 1U, рабочие станции

Говоря о возможностях интерфейса SAS, необходимо отметить, что совсем недавно, на весеннем Форуме Intel для разработчиков, компании Seagate Technology и LSI Logic впервые продемонстрировали скорость передачи данных 3 Гбит/с на первых в мире 2,5-дюйм промышленных накопителях Serial Attached SCSI, в которых использованы двухпортовые контроллеры LSI Logic SAS1064. Сотрудничество с LSI Logic в ходе разработки нового интерфейса и применение микросхемы Rapid Chip от этого производителя позволило Seagate, в частности, быстрее вывести на рынок новый продукт. Демонстрация на IDF Spring 2004 стала еще одним свидетельством успехов, достигнутых в разработке SAS-решений в последнее время.

Система, продемонстрированная на IDF, состояла из хост-адаптера SAS от компании LSI Logic, передающего данные на скорости до 3 Гбит/с, и 2,5-дюйм дискового накопителя масштаба предприятия от Seagate. Наличие двух портов позволило продемонстрировать главное различие между устройствами с интерфейсами SAS и SATA. Там, где требуются высокие надежность, доступность и производительность, наличие двух портов становится ключевым фактором, обеспечивающим общую стабильность системы и повышающим производительность подсистем прямого подключения (Direct Attached Storage).

Интерфейс Serial Attached SCSI представляет собой следующую ступень в развитии отраслевого стандартного интерфейса для устройств хранения данных. Технология SAS расширяет возможности решений на базе интерфейса SCSI (Ultra320) и предназначена для нового поколения рабочих станций и серверов на базе Direct Attach Storage, сохраняя при этом обратную совместимость на уровне устройств. А поскольку физический уровень SAS-систем совместим с SATA, пользователи могут выбирать для SAS-систем накопители на жестких дисках с интерфейсом как SATA, так и SAS, либо комбинировать их. Технология Serial Attached SCSI характеризуется высокими показателями производительности, масштабируемости и совместимости. Это позволяет консолидировать хранение данных на предприятии и таким образом значительно снизить общие расходы. Кроме того, технология SAS обеспечивает намного более высокую скорость и более широкие возможности для соединения, сохраняя ту же функциональность и надежность, что и предшественник - технология Ultra320 SCSI.

Компания Seagate планирует выпустить свои первые SAS-накопители осенью 2004 г., расширив таким образом ассортимент продукции, уже включающий решения на базе Ultra320 SCSI, Fibre Channel и Serial ATA. В свою очередь, компания LSI Logic объявила о том, что в ее планах выпуск наиболее полного в отрасли семейства SAS-контроллеров, расширителей, хост-адаптеров и адаптеров ROMB и RAID.

Ожидается, что жесткие диски Savvio появятся в продаже в конце II квартала нынешнего года. Выпуск же накопителей на жестких дисках Savvio форм-фактора SFF с интерфейсом SAS планируется на III квартал 2004 г.