有容乃大 Seagate Enterprise Capacity 3.5HDD v4 6TB

張越

與SSD相比，傳統的機械硬盤的確在數據傳輸速率上遠遠落后，但是這并不意味著機械硬盤將會被新興的SSD全面取代。相反，由于個人、企業用戶在日常所需存儲的數據成倍增長，用戶對于大容量機械硬盤的需求也在日益增高。今天，全球數據存儲量呈現爆炸增長，企業及互聯網數據以每年50%的速率在增長，據Gartner預測，到2020年，全球數據量將達到35ZB，等于80億塊4TB硬盤。從2005年起，中國的數據存儲總量就已經上升至世界第二位，可以說無論是企業還是個人用戶，所面臨的數據存儲規模都是在大幅度增長。

2013年底， HGST公司發布了一款容量高達6TB的3.5英寸硬盤UltrastarHe6。為了實現6TB，這款硬盤除了采用了7盤片結構，還采用了充氦氣技術。借助氦氣，HGST的硬盤將會實現容量的大幅度提升，可以把更多的磁片放入到一個3.5英寸或2.5英寸的硬盤中，在硬盤中充入氦氣來代替正常的空氣，借此來增加容量。這是因為氦氣的密度比空氣低，磁片所受的阻力更小，而精密的內部機械機制會把讀寫頭移動到磁表面，降低震動的影響，這樣就可以放入更多的磁片，刻錄更多的數據軌道。

希捷正式發布的首款6TB超大硬盤“Enterprise Capacity 3.5 HDD v4”，與西數旗下HGST的Ultrastar He6并駕齊驅，都是全球容量最大的硬盤，而且是傳統普通硬盤，不像后者使用了充氦技術。首先，該硬盤采用了單碟1TB技術，即便如此也達到了驚人的六碟裝，在希捷歷史上似乎也是第一次（HGST 6TB是七碟裝）。很長時間過去了，機械硬盤的存儲密度仍然沒有任何突破，全新的技術勢在必行。這塊定位于企業級領域的3.5寸盤三圍尺寸147.0×101.85×26.1毫米，重量780克，緩存容量128MB，轉速7200RPM，接口有SAS 12Gbps、SATA 6Gbps兩種（前者其實是雙接口），最高持續傳輸速度分別高達226MB/s、216MB/s，號稱是世界上速度最快的近線（Nearline）硬盤，比對手高25%——HGST的可達177MB/s。另外平均訪問延遲均為4.16毫秒，功耗7.97-11.86W、6.9-11.27W，平均故障間隔時間140萬小時，支持24×7不間斷運行。希捷提供了4KB、512字節兩種扇區格式，后者還可選SED、SED-FIPS兩種加密方式，因此總共有八款不同的子型號，產品編號均為ST6000NM0xx4（具體見表格）。

SED這是目前比較流行的一種企業級硬盤加密方式。它同樣是一種硬件級加密，即主要通過內置在企業級硬盤中的加密芯片來完成。企業級的存儲領域特點就決定了其采用的存儲產品需要具備大容量、安全、穩定等諸多特點。如今，企業用戶購買服務器硬盤，除了關注硬盤容量外，數據的安全性也成為關注重點。而在市場中，傳統的桌面級硬盤大多還在依賴軟件方式實施數據加密，而服務器硬盤卻早已向芯片控制加密技術邁進。SED硬盤具有可選擇的批量數據加密功能，提供基于硬件的數據安全保護和增強的安全擦除功能；而且，在廢棄這種自加密硬盤時也不用擔心數據的泄露，因為只要通過刪除加密密鑰就可讓數據變成不可讀取，從而無需費時抹掉數據。

和目前主流桌面硬盤容量1TB相比，6TB是它的6倍，能夠在普通桌面PC平臺實現36TB最高存儲容量（6個SATA端口全部配置6TB硬盤的情況），極大的提升了個人電腦存儲能力上限。就單個6TB硬盤而言，也許用一組數字來說明更加直觀：6TB空間可以讓用戶以20Mbps的高速寬帶連續下載28天，存儲180余萬張千萬像素的數碼照片，收藏150萬首MP3歌曲或14.4萬首未壓縮CD歌曲乃至2400小時DVD質量視頻，也可以存儲720小時1080P高清視頻（相當于300多部電影）。

我們使用HD Tune Pro對希捷Enterprise Capacity 3.5HDD v4 6TB進行了性能測試，從測試結果可以看到，這款硬盤外圈數據傳輸速率可以達到222MBps，最內圈的數據傳輸速率也可以達到100MBps。平均讀寫速度170MBps的成績，對比4碟裝5900轉的希捷4TB硬盤、5碟裝7200轉的西數4TB黑盤/日立4TB硬盤，希捷的這款產品在平均讀寫速度方面超越后三者至少25%。

希捷的這款企業硬盤并沒有在磁盤技術、結構上做出太多革命性的改進，但是這款6TB海量硬盤并不代表機械硬盤達到了發展的瓶頸，容量達到8TB和10TB的產品在不久的將來就會出現在市場上。希捷實現容量增長的備選途徑包含以下幾種：疊瓦式磁記錄技術（Shingled Magneting Recording/SMR）、HAMR（即熱輔助磁記錄）技術。

希捷就承認，其最新的單碟1TB技術已經把讀寫磁頭縮小得不能再小了，碟片上的磁軌間距也已經靠得不能再近了，因此必須在存儲架構上進行變革。希捷的解決方案叫做疊瓦式磁記錄，其實原理很簡單：磁軌大小通常取決于寫入磁頭大小，都比讀取磁頭要大，而磁軌寬度一般做得比實際需要略大一些，以降低讀回數據時不小心跑到鄰近磁軌的幾率。SMR就縮小了磁軌間的保護距離，特別是允許磁軌互相重疊，就像屋頂的疊瓦，這自然就能在不縮小磁頭的前提下大大提高存儲密度。盡管數據寫入涉及磁軌的全部寬度，但是硬盤關心的其實只是一小部分，相當于讀取磁頭寬度的那一點。

當然了，SMR也不是完美的，其缺點和NAND閃存很相似。如果是向一個空白的碟片寫入數據，SMR很好很強大，但如果面對已經存有數據的一系列磁軌，SMR的寫入過程其實是毀滅性的。寫入針對的仍是磁軌的全部寬度，而磁軌是互相重疊的，這就意味著覆蓋一個磁軌，也會影響鄰近的，會被一塊兒重寫。希捷的解決辦法是對磁軌進行分組，在每一組的末端就不是疊瓦式布局了。這會降低存儲密度，但重寫一部分磁軌不會導致整個硬盤的重寫，最壞也就是一個分組的重寫。這種技術將會將現有最大單碟容量1TB提升至1.25TB，也就是給硬盤帶來25%的容量提升。疊瓦式磁記錄對于提升磁盤的存儲密度（單碟存儲的數據量）具有重要作用，能夠提升高達25%的盤片存儲密度。不過它對硬盤的性能提升更類似于補丁的作用，革新但不是革命。

如果說SMR只是有限的提升了機械硬盤的容量，HAMR技術將是機械硬盤一次革命性的改進。HAMR全稱是熱輔助磁性寫入技術，平心而論并不是什么新鮮名詞了，把時間拉回到2001年，那時PMR技術都還未面市，但希捷已經開始HAMR技術的研發工作。經過10年漫長的研發，今年3月希捷終于宣布實現了每平方英寸1TB的目標，HARM的研發終于實現了突破。

HAMR技術硬盤盤片的材質有了改變，采用鐵、鉑等合金材料，而不是目前主流的硬盤盤片為鈷、鉑、鉻與其他元素的合金。HAMR技術最大的特點是在硬盤內部整合有激光發射組件，以近場光的方式來提供相應的細小的激光光束照射到寫入點，從而對盤片微粒進行加熱的方式來輔助磁頭進行寫入。硬盤的介質被加熱后，其屬性就產生了變化，磁性微粒從而能夠按照一定的方向被磁化之后，數據位就形成了二進制的表示。當此行微粒快速冷卻之后，這些已經可寫入磁盤的數據會變得穩定，從而達到永久存儲數據的目的。

6TB是機械硬盤發展階段性的標志，也是機械硬盤即將開始的新一代革新。在數據爆炸性膨脹的今天，雖然對于個人用戶有了越來越多的在線存儲選擇，但是對于企業級存儲，機械硬盤的地位仍舊是牢不可破的。希捷Enterprise Capacity 3.5HDD v4 6TB的出現，讓企業用戶在近線存儲方面有了更好的選擇，無論在性能還是容量上，這款產品都是目前企業級儲存的上佳選擇。□