何惧SSD挑衅-捷CheetahNS服务器硬盘

正睿科技发布时间：2008-09-22 09:01:42 浏览数：2535

什么是消费级硬盘、什么是企业级硬盘、什么是服务器级硬盘，恐怕各厂商对它的理解不尽相同，但是有一点是肯定的，企业级/服务器级硬盘一定比自家的普通硬盘“贵”，但它究竟贵在哪呢？

目前市场上，“企业级硬盘”往往指的是那些具有更长无故障工作时间（MTBF）上，具有限时错误恢复等功能的硬盘。他们在外观、接口上几乎和普通硬盘一样，在传输速率、IOPS、功耗、噪音上也不会比普通硬盘提高很多，但是这些硬盘适合企业的24x7长时间工作、为硬盘阵列进行过特别优化，具有一定的数据保护能力。

而服务器硬盘则要苛刻的多，除了企业级硬盘所需长工作时间外，还要应对超大的数据量访问，所以需要更好的传输速率、更高的可靠性、更低的cpu占用、更低的寻道时间、更高的IOPS（每秒操作数）等等。要做到这些，必须提高主轴转速和磁头马达的能力，服务器硬盘一般转速都达到了10kr pm或者15k rpm，相比普通硬盘的7200rpm提升巨大。除了转速和PCB的改进，服务器硬盘一般采用SCSI、SAS、FC（光纤、较少）接口来辅助实现高性能、高可靠的特点，这其中又以SAS最先进。

说到SAS硬盘，目前市场上呈现希捷一家独大的局面，尤其是著名的Cheetah系列。

今天评测的是CheetahNS 400GB，万转SAS服务器硬盘。

Seagate® Cheetah® 驱动器为用于关键任务型服务器和存储解决方案（其中系统可用性和可靠性都至关重要）的 3.5 英寸 10K-RPM 和 15K-RPM 硬盘驱动器设立了标准。

Seagate Cheetah 企业级硬盘驱动器为企业应用提供无与伦比的性能、可靠性和创新能力。Cheetah 硬盘驱动器是业界性价比最高的驱动器，并且不断为电子商务计算和实时商务基础设施设立标准。Cheetah 15K 系列采用垂直记录技术，可在数据吞吐量至关重要的密集访问应用中获得最大容量和最高可靠性。Cheetah 驱动器最适合主流和高性能企业级存储应用，并且对于要求苛刻的关键任务网络以及服务器存储环境来说，它是最佳选择。

Cheetah提供串行连接 SCSI (SAS)、Ultra320 SCSI、2 Gb/s 和 4-Gb/s 光纤通道接口。

Cheetah NS 驱动器为网络存储应用而开发，这些应用结合了最高可用存储容量和最低功耗，可为企业关键任务存储提供行业最佳 $/GB 和 GB/Watt 值。Cheetah NS 驱动器可提供具有一流容量的企业关键任务存储，表现出比标准 3.5 英寸的 10K rpm 驱动器更好的 IOPS 性能。

Seagate Cheetah NS 共享 Cheetah 15K.5 的设计，对存储容量和功耗进行了优化，但保持比标准 10K 企业级产品更好的性能。

目前Cheetah NS系列有两种容量，400GB和300GB，其中400GB又分为SAS接口和FC（Fibre Channel 4 Gb/s）接口，而300GB仅有FC接口。

-待机8.1w，典型：12.1w，可见这个功耗并不比普通3.5”硬盘高多少，而相比Cheetah 15k.5和15k.6（12w/17w）则改进不少。

-平均故障间隔时间（MTBF）140万小时，相对希捷Barracuda ES.2企业级硬盘的120万还有很大提升，更别说7200.11的75万小时。

-平均寻道，标称3.9/4.2ms，而消费级硬盘至少8ms以上。

-标称持续传输速率97MB/s，这比最新的单碟320GB硬盘要慢，这点并不是Cheetah的强项。

-虽然没有标出它的单碟容量和磁碟数，但是我们根据实际性能和希捷以往产品推测，应该是单碟100GB设计。

Cheetah NS的盘片直径为2.75英寸（约69毫米），比通常的10000RPM硬盘驱动器要小近1/6，这使得它：一、缩短寻道行程，使平均寻道时间比Cheetah 10K.7缩短1毫秒左右，幅度接近20%；二、降低功耗，标称值不到13瓦，就像希捷说的那样“较其他3.5英寸10K/15K企业硬盘低28%”。

硬盘必知技术篇接口类型

硬盘的数据接口主要有IDE（PATA）、SATA、SCSI、SAS以及光纤等等。其中，SCSI、SAS以及光纤等接口主要用于服务器以及工作站，对于桌面级产品来说，主要是PATA与SATA为主，PATA就是我们常说的80针IDE接口，目前有PATA100与PATA133作为主流产品，但在SATA 3Gb/s接口硬盘的大面积普及情况下，已经渐渐淡出市场。因此对于主流的500GB以上硬盘来说，我们也只关注SATA 3GB/s的产品，其他接口仅仅只为特殊的升级需求而存在了。

这里我们简单介绍一下SATA接口规范。和PATA（并行ATA）相对应，SATA的数据传输以串行的方式进行，因此它可以实现比并行接口更高的传输速度，SATA 1.0就可以达到1.5Gb/s的传输速度，而SATAII就可以实现3Gb/s的传输速度。不过这里需要提出的是，并不是可以达到3Gb/s传输速度的SATA接口就可以叫做SATAII，SATAII规范除了包括传输速度必须达到3Gb/s之外，还必须支持NCQ(Native Command Queuing，原生命令队列)、端口多路器(Port Multiplier)、交错启动(Staggered Spin-up)等一系列的技术。当然，我们习惯上还是称SATA 3Gb/s为SATAII，只是为了便于区分。

目前支持SATA 3Gb/s接口的硬盘产品都可以在SATA1.0和SATA 3Gb/s模式间切换，一般可以通过跳线来设置。

容量与单碟容量

容量的概念相信大家都很清楚了，不过要提出的是，硬盘厂商一般是以 1MB=1,000,000Bytes的公式来计算硬盘总容量的，所以实际格式化出来的容量会比硬盘标签上的要少一些（系统是按 1KB=1024Bytes来算的），320GB用NTFS格式进行格式化之后大约只有300GB。

单碟容量是目前硬盘发展的重点，几乎就是决定硬盘档次的标准。我们知道，提升硬盘容量的方式一方面可以增加盘片数量，另一方面就是增加盘片的数据密度。简单地增加盘片数量虽然是增加硬盘容量的直接方法，但毕竟会受到发热量、硬盘体积的限制，目前盘片数量最多为5张，在盘片数无法增加的情况下，提升单碟容量是提升硬盘容量的唯一办法。

提升单碟容量除了可以减少使用的盘片、磁头以降低制造成本之外，由于记录密度的提升，使得磁头一次读取的数据也增加了，从而提升了硬盘的内部传输速度。垂直记录技术已经广泛地被各硬盘厂商使用，相对于传统的水平记录方式，垂直记录大大提升了硬盘的记录密度，因此采用垂直记录的硬盘可以实现更高的单碟容量，目前已经三星推出单碟334GB的1TB硬盘，西部数据推出320GB单碟的640GB硬盘，实现1TB的容量仅仅只需要三张碟片即可，我们选择相同容量的硬盘时，一般选择单碟容量大的更好。

缓存、转速与马达

缓存就作为硬盘中的一个缓冲的区域，调节两者之间的数据传输，缓存的大小直接影响到硬盘的性能，特别是大量小文件的读、写。不同硬盘采用的缓存大小不等，就目前产品来看，16MB缓存已经比较常见，像500GB以上大容量硬盘一般都配备了32MB的高速缓存，因此在读写大量小文件的时候，性能表现会比较好。

转速是影响硬盘性能的主要因素，目前主流硬盘都采用了7200rpm的设计，不过也有部分高端产品采用了10000甚至15000rpm设计。但作为消费级硬盘来说，高转速带来的高发热量和马达轴承的快速磨损也是明显的，这在一定程度上也降低了硬盘产品的可靠性，所以在目前，7200rpm是一个性能与可靠性比较均衡的方案。

当然在服务器和其他企业及应用上万转硬盘已经很长见了，他们带来更快的读写速率，更低的寻道时间，这些都是硬盘采用的伺服电机??也就是我们说的马达，它所采用的轴承技术是很重要的，直接影响到硬盘的工作噪音和耐用程度，而目前主流的硬盘产品都采用了液态轴承设计，它以油膜代替滚珠，这样可以避免金属面直接磨擦，将噪声及摩擦产生的热量降至最低，减小了轴承的磨损，延长了硬盘的寿命。

平均寻道时间

这是一个很重要的数据，寻道时间越快，对数据的操作越迅速，平均寻道时间是对足够大量互不相关（随机）的寻道操作所耗费时间取平均值的结果，属于盘片径向的变量，基本上与主轴转速无关。加快寻道机构的速度可以缩短寻道时间，但寻道操作是加减速都十分迅猛的非匀速运动，"起步"越快，"刹车"就越狠，不仅噪音是个问题，对磁头臂等部件的强度也是很大的考验。近几年来10000RPM硬盘的平均寻道时间始终在5毫秒左右徘徊，从侧面反映了缩短寻道时间的艰难。

SAS硬盘不算是新鲜事物了，但实际上和SCSI的占有率对比可能也只到2:8，这是因为SCSI垄断了服务器硬盘大半个世纪，而随着SATA在企业及硬盘上普及，取代SCSI的SAS也开始得到广泛的应用。

SAS与SATA：

串行技术 - 包括SAS（串行连接SCSI）和SATA（串行ATA）- 比旧款的Intel Xeon服务器有了更好的RAS性能。当存储环境需要简化配置或优化成本/容量时，专为桌面应用而设计的SATA成为理想选择，而SAS则能为带宽要求更高的主流服务器和企业级存储提供所需的高性能、高扩展性和可靠性。SAS满足了诸如网上购物和银行交易等事务性数据应用环境中对高频率和即时、随机数据存取的需求。

SAS将SCSI的可靠性和强大功能与串行技术的性能与优秀设计相结合，为我们带来以下关键特征和功能：
性能 - 第一代产品性能达到3Gbps，宽端口合成带宽，全双工传输，端口集合，高级命令队列组合，丰富的SCSI命令功能组可扩展性 - 对物理设备的寻址范围宽，长电缆、小接头，可接入外部存储系统
可靠性和可用性 - 点对点连接，通过扩展器实现多服务器（initiators）并发访问，支持双主动式端口和针对目标设备的冗余路径
灵活性 - 与SAS和SATA硬盘在物理和软件上均兼容，并向下兼容SCSI软件和中间件

设计尺寸：

我们知道，此前主流的桌面磁盘和服务器磁盘都是采用3.5英寸设计，而SAS硬盘除了具有传统的3.5英寸规格之外，还采用了2.5英寸的缩小版，这样可以在机架式服务器有限的空间内安装更多的磁盘以扩充存储系统的容量，也能够为其他配件腾出更大的空间，以便通风散热，在2U高度内使用 8个 2.5英寸的SAS硬盘位已经成为大多数OEM服务器厂商的选择。

性能：

第一代SAS的数据吞吐能力达到3Gbps，为了紧跟不断增长的微处理器速度和越来越高级的应用需求，其后续几代速度将逐级加大直至12Gbps。另外，SAS采用多路点对点连接，支持容错性设计。

SAS的全双工、点对点设计实现了多服务器（initiators）与高性能SAS目标设备之间的同步主动连接。设备在同一时间内能够以双方向传输数据，有效地使链接的可利用带宽得到双倍加强。窄端口允许单路串行链接，而宽端口则支持多路链接，获得面向8路SAS或SATA目标的合计带宽，将总带宽提高到24Gbps（见图）。

通过多个PHY的结合创建宽端口，支持大型SAS拓扑中对带宽的显著需求。

和SCSI一样，SAS的高级命令队列包含256个不同的队列组合方式，可提供独特的智能数据处理功能，如head-of-queue和out-of-order队列。这些队列功能在企业应用中起着关键作用，允许一个系统在接口内对命令进行重新组织和优化。

由于使用更先进的线缆，SAS更可用于构建大型高性能拓扑。SAS摒弃了用于信号传输的68针宽型带状线缆和供电电缆，代之以一根长达8米的瘦型4线SAS线缆。这种紧凑式设计加强了机箱中的空气流通，并简化了设备的热插拔连接。

灵活性:

SAS的关键优势之一在于其背板设计和协议接口，允许在同一系统中同时使用SAS和SATA硬盘。虽然这两种硬盘通常被用于不同应用，但许多企业用户可能需要兼而用之。这种混合匹配不同类型硬盘的能力将使系统集成商和最终用户都大受裨益。

SATA硬盘专为成本有效性存储而设计。为达到经济实用的目的，SATA硬盘采用较低的转速（通常为7200rpm）和平均无故障工作时间（即MTBF－Mean Time Between Failure），因而成本也比较低。因此，此类硬盘倾向于在事务性处理少、数据可用性非关键指标的应用中被采用。

另一方面，SAS硬盘则是专为高性能、高可靠性应用而设计的。SAS硬盘工作于更高的转速（10,000到15,000 rpm），配备旋转震动补偿以保证数据准确度，因此具有更高的可靠性。SAS硬盘将被使用于数据量大，数据可用性极为关键的应用中。

由于SATA连接器信号是SAS信号的一个子集，SATA硬盘与SAS控制器是全兼容的 - 包含在SAS中的SATA隧道协议（STP）可将SATA命令传递到SATA硬盘。而且，由于SAS连接器设计采用单一统一背板，在一个系统使用两种类型的硬盘就变得极为简单。这种兼容能力减少了存储设计的成本和复杂性，使设计选项变得更加多样化。

SAS-SATA兼容能力还允许系统集成商使用通用连接器和电缆来设计混合存储系统。在同一系统中安装或升级SATA或SAS硬盘简单到仅需将一种类型的硬盘换成另一种 - SAS背板连接器可同时接纳SAS和SATA硬盘。由于SATA背板连接器只能连接SATA硬盘，因此，带SAS连接器的背板将具备更好的设计灵活性。

SAS向下兼容前代SCSI软件和中间件的能力同样使其可轻松地将原有部件、主机和硬盘融合到新的SAS拓扑中，无需启动新的培训，花费集成成本，或对原有软件进行修正。

扩展性：

并行总线的扩展能力由于其共享连接通道而受到限制，即使通过多台服务器（initiators）增加总线数量也无助于扩展这种受限制的能力。SAS则利用扩展器硬件担当其交换设备简化大型外部存储系统的配置。这种扩展器硬件帮助实现了灵活的存储拓扑，最大可混接16,256块SAS/SATA硬盘。SAS扩展器硬件的功能就像一台用来简化大型系统配置的交换机。该系统通过最小化潜伏时间得到扩展，而将带宽留给增大的工作负载。.cn

例如，一个扇出型SAS扩展器能够连接多达128块设备，包括以窄链或宽链形式连接的服务器（initiators）、SAS/SATA硬盘和其它SAS边缘扩展器。这些额外的边缘扩展器同样也能连接其它主机和硬盘，提供额外的连接节点。包含于SAS的SCSI管理协议(SMP)被用于管理拓扑中的这些点对点连接（见图）。

可靠性：

多主机（initiators）模式长久以来一直被企业计算环境所采纳，即为多台主机或主机总线适配器（HBA）-- 或两者兼而有之 -- 提供硬盘访问，保证在一台设备出现故障时能继续访问数据。但是，在并行技术配置下使用多主机无法消除可阻断硬盘访问的单点故障问题。而使用SAS则可利用双端口化的硬盘来构建高可用系统，消除任何单点故障。

另外一种利用SAS提高系统容错能力的途径是使用扩展器将多个硬盘连接到多台主机服务器，以此维持对众多硬盘的并发操作。命令向下传达到一条链路，而数据通过另一个连接上的链路返回，进一步加大了系统的容错性。

利用SAS扩展器的功能，结合双端口SAS硬盘和带双端口适配器的SATA硬盘，用户很容易设计具有最大容错能力的冗余系统。2.5英寸双端口SAS硬盘连同标准的3.5英寸硬盘一起可实现全容错的系统设计，在计算密度越来越高的应用中从容应对全新技术挑战。这种可扩展和可靠的连接结构可用于组建支持多节点集群的企业级拓扑，实现在关键任务应用中极其重要的自动故障切换和负载均衡。

Cheetah NS的盘体和15k.5几乎完全一致。

铭牌信息清楚，型号：ST3400755SS，固件0001版，新加坡产。

Cheetah NS侧面无操作孔，因此我们看不到消费级硬盘上的密封纸片。另外可以看到Cheetah侧面的固定孔位比消费机硬盘多了不少。

背面PCB布局、芯片几乎也和15k.5一样，Cheetah的PCB并没有像消费硬盘那样反置，而是吧芯片全都暴露在外，或许也是出于散热的考虑。

主控制芯片型号是LSI L2A3075。

缓存型号：etrontech em6a9320b1-5mg，16MB/32bit。

Marvell 88C7500P-LAE1 High PHY Read Channel芯片。

SMOOTH 100332744马达控制芯片。

细看，可以发现上盖是由三层金属片组成的。

单宽度SAS 3Gbps接口，可以提供300MB/s的单向传输带宽、600MB/s的双向传输带宽。成熟而统一的接口为SAS的普及带来了便利，它永远也不需要像SCSI那样区分68pin还是80pin，还要选择对应的连接线。

看上去SAS接口和SATA没有什么区别啊，针数完全相同，其实是有很大区别的。首先是SATA的数据口和供电接口不相连，其次是SAS接口背面还有触点（冗余接口）。

SAS(Serial Attached SCSI)即串行连接SCSI，是新一代的SCSI技术，和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同，都是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间等。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性，并且提供与SATA硬盘的兼容性。

SAS的接口技术可以向下兼容SATA。具体来说，二者的兼容性主要体现在物理层和协议层的兼容。在物理层，SAS接口和SATA接口完全兼容，SATA 硬盘可以直接使用在SAS的环境中，从接口标准上而言，SATA是SAS的一个子标准，因此SAS控制器可以直接操控SATA硬盘，但是SAS却不能直接使用在SATA的环境中，因为SATA控制器并不能对SAS硬盘进行控制；在协议层，SAS由3种类型协议组成，根据连接的不同设备使用相应的协议进行数据传输。其中串行SCSI协议(SSP)用于传输SCSI命令；SCSI管理协议(SMP)用于对连接设备的维护和管理；SATA通道协议(STP)用于 SAS和SATA之间数据的传输。因此在这3种协议的配合下，SAS可以和SATA以及部分SCSI设备无缝结合。

SAS系统的背板(Backplane)既可以连接具有双端口、高性能的SAS驱动器，也可以连接高容量、低成本的SATA驱动器。所以SAS驱动器和 SATA驱动器可以同时存在于一个存储系统之中。但需要注意的是，SATA系统并不兼容SAS，所以SAS驱动器不能连接到SATA背板上。由于SAS系统的兼容性，使用户能够运用不同接口的硬盘来满足各类应用在容量上或效能上的需求，因此在扩充存储系统时拥有更多的弹性，让存储设备发挥最大的投资效益。

在系统中，每一个SAS端口可以最多可以连接16256个外部设备，并且SAS采取直接的点到点的串行传输方式，传输的速率高达3Gbps，估计以后会有 6Gbps乃至12Gbps的高速接口出现。SAS的接口也做了较大的改进，它同时提供了3.5英寸和2.5英寸的接口，因此能够适合不同服务器环境的需求。SAS依靠SAS扩展器来连接更多的设备，目前的扩展器以12端口居多，不过根据板卡厂商产品研发计划显示，未来会有28、36端口的扩展器引入，来连接SAS设备、主机设备或者其他的SAS扩展器。

和传统并行SCSI接口比较起来，SAS不仅在接口速度上得到显著提升(现在主流Ultra 320 SCSI速度为320MB/sec，而SAS才刚起步速度就达到300MB/sec，未来会达到600MB/sec甚至更多)，而且由于采用了串行线缆，不仅可以实现更长的连接距离，还能够提高抗干扰能力，并且这种细细的线缆还可以显著改善机箱内部的散热情况。

这块希捷 400GB CheetahNS可用容量372.43GB，在1024换算中损失一些。

测试配置：

硬件测试平台
处理器	Core 2 Duo E6850
主板	Asus P5B-E Plus)
显卡	NVIDIA 8600GT
显示器	Dell 3007WFP LCD
内存	G.SKILL DDR2 1066 2GB@4-4-4-12
硬盘	Barracuda ES.2 1TB Raid 0
电源	Seasonic S12 650W
系统平台及驱动信息
操作系统	Microsoft Windows Vista Ultimate
显示驱动	NVIDIA forceware 169.32 for vista-32bit
桌面	1280102432@85Hz
DirectX版本	DirectX 10.0 API

测试软件：分别用FDbench1.01\HD TachRW3.0.1.0\HD TunePro 3.0\ATTO DiskBench3.2这四款软件测试，另外使用WOW（魔兽世界中文版2.3）游戏目录进行实际拷贝测试，大家可以选择熟悉数据的进行参考。

ATTO Disk Benchmark
是一款比较流行的硬盘测试工具，也是这次测试中最重要的软件。ATTO Disk Benchmark是由ATTO公司出品的一款磁盘/网络性能测试工具，该软件使用了64KB?256MB的测试包，数据包按0.5K、1.0K、 2.0K直到到8192KB进行分别读写测试，测试完成后数据用柱状图的形式表达出来。很好的说明了文件大小比例不同对磁盘速度的影响。我们是用的是 32MB测试包检验0.5?1024KB的读写速度。

HD Tach
是一款小巧、使用方便、测试时间短的测试程序，它可以在短时间内测试出随机访问时间、读取速率、写入速率、突发读取速率和CPU占用率。利用它我们还可以得到读取性能曲线和写入性能曲线。可以直观的得到测试产品在数据存取过程中的数据。在这次测试中我们使用HD TachRW V3.0.1.0版本。

HD Tune
小巧易用的硬盘工具软件，其主要功能有硬盘传输速率检测，健康状态检测，温度检测及磁盘表面扫描等。另外，还能检测出硬盘的固件版本、序列号、容量、缓存大小以及当前的Ultra DMA模式等。虽然这些功能其它软件也有，但难能可贵的是此软件把所有这些功能积于一身，而且非常小巧，速度又快，更重要的是它是免费软件，可自由使用。

FDBENCH
是日本开发的一套测试磁盘传输效率的应用程序，它可以测试磁盘读取、写入、随机读取、随机写入、以及复制文件等功能。测试项目更接近日常使用情况，相比较ATTO，它的成绩更适合作为选购产品的参考，而ATTO则更倾向于测试极限读取性能。

可能有网友要问，这四款软件有什么不同，为什么要同时使用四款软件，其实他们各有特色，但是主要功能还是类似的，就是测试存储性能。将四种软件测试都进行，并不是为了给自己找麻烦，主要考虑到不同软件对不同读卡器、不同卡的兼容性不一样，表现出的差异有时无法解释，故而将所有数据放上以求避免兼容性带来误差。另外，也是考虑到网友会习惯使用某种软件，或者有所偏爱，多个项目的成绩参考也可以自由取舍。

至于WOW文件实际拷贝，主要是测试实际读写的感受，这个文件夹包括了视频、音频、图像、数据等各种类型文件，文件体积大小差异明显。这样的拷贝和平常使用硬盘习惯相仿，超过8GB的数据量也足以保证数据可信度。