HGST Ultrastar He8 8TB 企業級硬碟 / 沒有最大，只有更大

2015.10.01 硬碟機

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有沒有覺得最近硬碟容量的推展速度好像變慢了？如果我們往前回顧一下，相比單一顆3.5吋硬碟250GB推升到一顆3.5吋硬碟2TB的時代，目前硬碟容量提升的速讀的確是稍微趨緩，雖然最近幾年，市場上最先進的規格還是會不斷的把容量提升上去，但容量的提升也不再是以「倍翻」的速度成長，究竟現在的硬碟發展遇到了什麼問題呢？

堪稱最先進的SATA介面硬碟霸氣登場

本次要為各位介紹的是自HGST、單一3.5吋硬碟載體容量高達8TB的重型兵器，光從它的外觀和重量上就可以感受到他非凡的氣勢。這顆HGST Ultrastar He8的設計和其他硬碟稍微有些不同的地方，它貼有白色標籤的頂部外殼幾乎是一個完整的平面，其厚度差不多就剛好達到3. (www.eyesolutions.in) 5吋硬碟規格的上限，內部塞進了七張碟片以及14組磁頭，碟片的配置比目前市場上其他廠牌的3.5吋硬碟還多一片，碟片厚度相對也薄了一些（很可惜，這個部分只能看官方圖解，筆者沒辦法把它拆開）。除此上述之外，HUH728080ALN601還有一點與其他型號的硬碟不同，它的本體採用完全密封、並且填充氦氣的設計。

由前段所述應該不難發現HUH728080ALN601與其他硬碟的相異之處，按照筆者個人的觀點來看，個人認為HGST這顆硬碟在結構上算是相當先進的產品，效能的表現各位可以參照附圖，以3.5吋硬碟來說它的效能表現已經算是相當強勢的了，最大循序存取的速度有突破200MB/s的水準，隨機存取的數據表現自然是不比固態硬碟，但相較於其他傳統硬碟毫不遜色，事實上這個「氦氣封裝」的硬碟機最早發表的時間是在2013年的年底，當時推出的是單一載體6TB容量的硬碟機，出貨的對象主要是企業用戶，適用的環境主要是以資料中心這種塞了滿坑滿谷硬碟的環境為基礎進行研發。現在一般的消費者也已經可以在通路訂購取得這顆硬碟，同樣8TB的容量，通路販售的型號為HUH728080ALE600，從型號看來有些不同，但目前確認本體的結構應該是完全相同的。

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主控制晶片來自LSI，記憶體則是EtronTech

擁有純正「企業級」血統的精密機械

對於一般使用者來說，更高容量的硬碟單純只是為了解決儲存空間不足的問題，而對於資料中心來說，單一硬碟容量的提升將可以帶來更多的好處，首先，這表示資料中心可以在不增加廠房面積的情況下提高儲存空間，第二，假設在容量不變的前提之下，硬碟的單一容量越多，理論上資料中心產生的能源耗損也越低，第三，如果考慮到重量的問題（假設資料儲存中心是架設在大樓的某一樓層，這些滿坑谷硬碟產生的重量的確有可能多到必須要納入考量），單一硬碟的容量越高，也越能減輕這個負擔。

其實我們會發現，上面有些問題其實可以靠固態硬碟達到完美解，例如溫度、重量還有運轉時的震動與噪音，固態硬碟在這些方面都擁有絕對的優勢，但目前傳統式軸承硬碟卻還是有固態硬碟目前還無法取代的特長，那就是單位儲存成本。目前固態硬碟的儲存單位成本相較於軸承式硬碟還是偏高的，當然也是有採用固態硬碟作為儲存的方案，按照資料中心儲存數據「冷」、「熱」不同的分級，最「熱」也就是最常被提取的資料在資料還是需要借重固態硬碟這種高速的載體，假設有一天固態硬碟的單位儲存成本達到和軸承式硬碟的相同水平，軸承式硬碟會不會被更大量的取代呢？或許不會，因為固態硬碟存在著抹寫次數的物理限制，硬碟雖然有機械結構耗損的可能，但不存在固態硬碟物理上的抹寫次數的限制，資料儲存的可靠度依然是傳統軸承式硬碟的特長。

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五碟片與七碟片的比較圖，本次實測的8TB碟片數量和6TB其實是一樣的，差別在於碟片的磁密度，8TB的平均下來單一碟片的容量高達1TB以上，已經逼近目前垂直寫入技術的極限。

為什麼需要填充氦氣

HGST這顆硬碟的內部結構採用氦氣填充並且完全密封的狀態，這和一般我們常見的機械式硬碟是完全不同的設計，可能會有人會誤以為一般的硬碟內部是密封甚至真空的狀態，事實當然不是這樣，我們平常所使用的機械式硬碟並不是完全密封的構造，在外殼上一定會預留有透氣的小孔，如果曾經和筆者一樣手癢拆解過壞掉的硬碟，應該可以發現硬碟外殼上的小孔底下藏有一個通往硬碟內部的通道，通道的一端會包含有類似防塵濾網的設計，這個設計存在的原因主要是為了平衡硬碟在運作時與使用環境產生的壓力差異。硬碟本身是一個極端精密的機械，當讀寫的磁頭在盤面上來回運作時，其實是和碟盤保持著一段比頭髮直徑還小的距離快速的來回移動，即便硬碟磁頭的機械臂被設計的非常「勇健」不會「軟腳」，但因為工作溫度改變，還是會有打破這個平衡的可能，因此才預留了這個通道，平衡硬碟內外的壓力差異。

壓力平衡的構造在HGST的氦氣硬碟上是看不到的，它採用完整的密封構造，並且填入了和「空氣」相比，氣體密度只有7.2分之1的氦氣，理論上碟盤旋轉時與純氦氣產生的磨擦力較小，工作溫度相對容易控制。之所以要採用氦氣密封，原因出在HGST在新硬碟上擴充容量的方法是多塞進一片碟盤，這可以說是在不改變磁密度並且不修改碟片大小為前提下的唯一解，但此舉會造成摩擦面積增加以及震動的風險提高，除了提升零件的精度之外，還必須要解決運轉溫度的問題，HGST找到了填充氦氣的做法，或許會有人問，何不乾脆抽成真空狀態？也許可行？但筆者猜想這可能會牽涉到外殼材質，必須在保證硬碟本體在受到大氣壓力下不會有產生形變的疑慮，如此一來，不如更換填充氣體來支撐硬碟內部的壓力來的實際。採用全密封的技術還可以多一種散熱的應用，即是採用液體冷卻的方案，在採用不導電液體的情況下，這顆氦氣密封的硬碟可以被直接浸在不導電的水冷液內，在溫控上多了一種應用。

■ 磁密度逼近PMR技術極限

>除了增加更多的碟片之外，還有什麼方法可以提高硬碟的儲存容量？另一個方法是提高磁軌密度。目前最被廣泛採用的是垂直寫入技術（Perpendicular recording，簡稱PMR），這個技術在250GB硬碟為主流的年代開始被硬碟廠商廣泛的運用，單碟的容量從250GB逐步提升到單碟片達到1TB的容量，但是終於還是遇到了瓶頸。提升磁軌密度這個方法可以讓同樣尺寸的碟片塞進更多的儲存單元，除了可以有效提升硬碟容量，理論上也可以提高硬碟的存取效率，但是注意！問題來囉！磁密度不可能無上限的提升，雖然碟盤表面塗覆磁性材料的奈米製程越小、碟盤塞進更多的磁性顆粒理論上就能提高單一碟盤紀錄的數據，但顆粒越小、磁極也就越難控制，磁性顆粒排列的越緊也會使得讀取磁頭的定位的難度也相對提升，施加電場改變顆粒磁極的時候也會有干擾的疑慮，HUH728080ALN601型號的磁密度達664 Gbits/sq. in.（此單位指的是每平方英吋可以容納的最大儲存容量），已經逼近垂直寫入技術所能負荷的極限，如果想繼續提升硬碟的容量，勢必得發展其他的寫入技術來因應。

姍姍來遲的是SMR？還是HAMR？

除了PMR之外，目前量產的硬碟機種也已經開始有導入SMR技術（Shingled Magnetic Recording，疊瓦式磁記錄）的產品，簡單來說這個技術是以磁軌重疊的方式來提升磁密度，藉以在硬碟單一碟盤上獲得更大的容量，Seagate目前已經在部分的量產產品上應用這樣的技術，而HGST目前容量高達10TB的Ultrastar Archive Ha10也是運用這樣的技術來達成。這類型的產品在定位上多以冷資料儲存為主，因為架構的關係，如果不斷的在採用SMR技術的硬碟上進行反覆寫入會產生一些疑慮，有機會再向各位說明。除了SMR之外，還有HAMR（Heat-assisted magnetic recording）這項技術也尚待時間發展。我們可以肯定，接下來要靠垂直寫入技術來提升硬碟的容量變得越來越困難，但它目前依然是市場上最成熟、穩定且廣泛的技術，這或許也是HGST選擇利用增加碟片和氦氣密封手段來提升容量的原因之一。

容量與安全性兼顧的貴貴產品

隨著高解析影音的問世，對於超高容量與穩定度有相當要求的使用者也逐漸增加，有這類需求的使用者，或許可以認真地考慮本期所介紹的氦氣硬碟，除了擁有大容量的優勢之外，這種企業級硬碟的耐用度其實也會比一般消費級的產品來的高，包含製造技術、選用料件以及韌體控制……等，各方面都是以相較於個人用戶更為極端的使用環境作為考量進行設計，對應高溫、共振以及磁碟陣列等狀況都會納入考量進行強化。
也許對於一般使用者來說，硬碟的容量才是硬碟本身最大的價值，但如果很在意資料的保存，並且想盡可能降低故障發生的機率，購買這類型的產品等於就是花更多的錢購買保險，當然是不能保證100%不會壞，但總是比一般消費級產品來的更加堅固耐用，話又說回來，買東西最根本應該是從「需求」出發，8TB對不少人來說可能全部收藏的資料倒進去也佔不到50%，這種儲存方式又不免產生「把雞蛋放在同一個籃子裡」的風險，筆者個人建議，容量買到剛好就好，至於要不要多花錢買「保險」，這就交給各位自行評斷囉～

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筆者觀察了一下工作溫度的變化，室溫在攝氏25度時，工作溫度還能保持在40以下。