Kopfspaltung

Server-Festplatte Seagate Exos 2X18 mit geteiltem Kopfstapel für mehr Speed

Die Festplattenkapazitäten wachsen immer weiter, doch die Geschwindigkeit kommt nicht hinterher. Seagate will das mit zwei unabhängig voneinander agierenden Kopfstapeln in der Exos 2X18 ändern. Das klappt aber nicht in allen Fällen.

Von Lutz Labs

Mehr als 20 TByte Daten fassen die größten Festplatten aktuell, in den nächsten zehn Jahren dürften sich die Kapazitäten nochmal verdoppeln. Doch die Geschwindigkeit verharrt auf dem Niveau von vor zehn Jahren – da galten 4 TByte als hochkapazitiv. Aktuelle Modelle sind gerade einmal 50 Prozent schneller als damals, wobei die aktuelle Geschwindigkeit von bis zu 280 MByte/s vor allem aus der höheren Bitdichte der Spuren resultiert.

Vor zwei Jahren kam mit der Seagate Exos 2X14 die erste Dual-Aktuator-Festplatte auf den Markt: Zwei Köpfe können gleichzeitig Daten lesen oder schreiben. Dazu haben die Seagate-Ingenieure den Kopfstapel aufgeteilt, eine Hälfte der Scheibenoberflächen wird von einem Kopfblock bedient, die andere Hälfte von einem zweiten Block. Beide Blöcke bewegen sich auf einer gemeinsamen Achse, werden aber von eigenen Motoren angetrieben.

Die Exos 2X14 war lediglich mit SAS-Interface erhältlich, erst mit der jetzt aktuellen Exos 2X18 ist auch eine SATA-Version erhältlich – diese haben wir uns ins Labor geholt, denn sie ist unter Umständen auch für ein NAS oder einen Heimserver interessant.

Die 2X18 ist mit 16 und 18 TByte erhältlich, wir haben die kleinere Version gekauft. Diese ist aktuell mit etwa 550 Euro mehr als doppelt so teuer wie das gleich große Modell mit nur einem Kopfstapel. Nach Ansicht eines Seagate-Sprechers könnte dieser Aufschlag mit besserer Verfügbarkeit auf etwa 30 Prozent zurückgehen.

Für die Erklärung der Technik müssen wir zunächst mit einem weitverbreiteten Irrtum aufräumen: In einer üblichen Festplatte arbeiten zwar viele Köpfe, aber niemals gleichzeitig. Der Kopfstapel ist starr, er bewegt alle Köpfe gleichzeitig über die Scheiben, nur einer der Köpfe aber ist aktiv. Das gleichzeitige Schreiben oder Lesen mit mehreren Köpfen scheitert etwa daran, dass die Spuren unter anderem durch die Vibrationen der Scheiben nicht exakt übereinanderstehen.

Zwei Festplatten in einer

Die Exos 2X18 unterscheidet sich von der normalen X18 vor allem in einem zweiten Motor für den zusätzlichen Kopfstapel und Änderungen in der Firmware. Diese mappt den ersten Block auf die erste Hälfte der Sektoren, der zweite Block mit den übrigen Sektoren schließt sich nahtlos daran an.

Der Rest entspricht größtenteils der normalen Exos X18 mit 16 TByte: Die Platte rotiert mit 7200 Umdrehungen pro Minute, hat 256 MByte Cache, darf rund um die Uhr laufen und hat eine prognostizierte Ausfallrate von 0,35 Prozent pro Jahr bei einer maximalen Fehlerrate von einem falschen Sektor pro 10¹⁵ gelesener Bits. Die Maximalgeschwindigkeit liegt bei knapp 280 MByte/s – in diesem Fall pro Stapel, dazu gleich mehr. Die zulässige Arbeitslast, englisch Workload Rating, erhöht sich von 550 TByte pro Jahr (Exos X18) auf 500 TByte pro Jahr pro Aktuator, insgesamt also 1000 TByte. Wie bei Seagates Server-Festplatten üblich, wird die Festplatte mit 512-Byte-Sektoren ausgeliefert, lässt sich aber mittels Seagate-Tool auf 4Kn-Sektoren umstellen.

Die 2X18 ist auch mit SAS-Interface erhältlich, bei dieser stellt die Firmware die beiden Aktuatorblöcke über LUNs bereit; laut Datenblatt ist die SAS-Version einen Tick schneller. Ein weiterer Unterschied besteht in der leicht höheren Leistungsaufnahme und einer Version, die die Daten prinzipiell verschlüsselt speichert. Das hat vor allem beim Austausch und der Entsorgung Vorteile; über einen Datenabfluss muss man sich damit keine Gedanken mehr machen.

Eine weitere Segmentierung des Kopfstapels ist für die Zukunft bereits angedacht, für die damit mögliche noch höhere Geschwindigkeit aber ist der SATA-Anschluss nicht mehr geeignet: Bereits mit dem Dual Aktuator geht die Geschwindigkeit an die Grenze des SATA-Standards.

Testverfahren

Bei einem Test mit einem einfachen Benchmarkprogramm wäre keine Beschleunigung gegenüber der Standardversion der Festplatte mit einem Aktuator festzustellen, denn das Programm würde einfach am Anfang des freien Bereichs messen. Wir haben zunächst unseren Standard-Festplattenbenchmark H2benchw laufen lassen und danach das Messverfahren festgelegt.

Eine Festplatte ist in den Außenzonen wesentlich schneller als auf den inneren Ringen, daher zeigt das Geschwindigkeitsdiagramm eine abfallende Kurve. Erwartet hatten wir, dass wir beim 2X18-Diagramm zwei solcher Kurven hintereinander sehen; bei 50 Prozent der Kapazität also wieder einen Sprung auf die Maximalgeschwindigkeit.

Im Prinzip zeigt die Exos 2X18 auch eine solche Kurve, aber die Maxima sind abgeschnitten. Eine Erklärung konnte Seagate nicht liefern, mit anderen Benchmarkprogrammen erreichten wir später höhere Werte. Grundsätzlich liefert die Exos 2X18 die höchste Geschwindigkeit, wenn sie gleichzeitig Daten von den Anfängen der beiden Plattenblöcke bearbeitet, also am Anfang und bei 50 Prozent der Kapazität.

Für den Test haben wir dann fio benutzt, den Flexible I/O Tester. Bei Messungen auf zufällige Adressen soll die Exos 2X18 mehr als 300 IOPS beim Lesen erreichen, beim Schreiben sogar 560. Beim Lesen entspräche das einer Verdopplung gegenüber einem Laufwerk mit einem Aktuator, beim Schreiben wären es aufgrund der Cache-Effekte lediglich ein paar Prozent mehr. Im fio-Test konnten wir beim Lesen nur 290 IOPS erzielen, beim Schreiben kamen wir auf 580 IOPS, ein klein wenig mehr als versprochen.

Die Angaben zur Geschwindigkeit beim Lesen und Schreiben großer Dateien variieren etwas. Im Datenblatt nennt Seagate bis zu 545 MByte/s, in der zugehörigen FAQ aber nur 500. Wir konnten bei unseren Messungen maximal 470 MByte/s erreichen, beim Schreiben lag die Geschwindigkeit mit knapp 400 MByte/s noch darunter.

Wir haben zudem noch Messungen an den jeweiligen Enden der beiden Blöcke gemacht; dort ist die Geschwindigkeit aufgrund der kürzeren Spuren deutlich geringer. Bei einem üblichen Laufwerk liegt die Datenrate bei rund 120 MByte/s, die Dual-Aktuator-Platte schafft etwa das Doppelte.

Eine wirkliche Verdopplung der Geschwindigkeit scheitert den Angaben zufolge daran, dass die Controller-Befehle für den zweiten Kopfstapel vom ersten durchgereicht werden müssen und auch die Kopfstapel sich gegenseitig beeinflussen. Selbst eine Masse von nur ein paar Gramm spielt, wenn sie in Bewegung ist, eine Rolle bei der Positionierung des anderen Stapels – es geht schließlich um Genauigkeiten im Nanometer-Bereich.

Der zweite Aktuator-Motor treibt die Leistungsaufnahme der Festplatte hoch: etwa 12 Watt haben wir beim Lesen und Schreiben gemessen, rund 4 Watt mehr als bei der einfachen Exos-Platte. Die Lautstärke lag bei maximal 0,2 Sone; das Laufwerk war akustisch entkoppelt. In einem Rackeinschub sind die Festplatten fest verschraubt, weshalb man in der Praxis mit einer deutlich höheren Lärmbelästigung rechnen muss.

Fazit

Die Technik als solche funktioniert, passende Anwendungen können aus der Exos 2X18 eine höhere Geschwindigkeit herauskitzeln als aus einer Festplatte mit nur einem Aktuator. Das gilt auch für den Fall, dass die Platte wie bei uns nicht ganz die versprochene Geschwindigkeit erreicht.

Für den Einsatz in einem Desktop-PC ist die Exos 2X18 nicht geeignet. Denn erst beim gleichzeitigen Zugriff mehrerer Nutzer auf die verschiedenen Blöcke der Platte übersteigt die Geschwindigkeit die eines herkömmlichen Laufwerks. In einem viel beanspruchten kleinen Server könnte das Laufwerk daher vielleicht zur Beschleunigung dienen, wobei aber die Netzanbindung nicht bremsen darf – Ethernet mit 5 Gbit/s müsste es schon sein.

Der Einsatz im Server, zusammen mit vielen anderen Platten gleicher Bauart, scheint sinnvoller. Dort kann sich die Storage-Software um die Verteilung der Daten auf die verschiedenen Blöcke kümmern und so einen Geschwindigkeitsvorteil herausholen. Bleibt der Preis: Eine Datacenter-SSD mit knapp 8 TByte ist ab etwa 450 Euro erhältlich, die doppelt so große Exos 2X18 kostet 550 Euro – der Preisvorteil von Festplatten gegenüber SSDs schmilzt weiter. (ll@ct.de)