Disques durs SAS : 10 000 ou 15 000 tr/min ?

Introduction

Après la densité surfacique, la vitesse de rotation est le facteur le plus important lorsqu’il s’agit de déterminer le débit d’un disque dur. Une vitesse de rotation élevée apporte à la fois des taux de transfert importants, et plus important, des temps d’accès plus courts. En effet, le temps d’accès représente la combinaison de la latence de recherche et de la latence de rotation, qui correspond au temps nécessaire pour déplacer les têtes de lecture au niveau de la piste demandée ; une fois les têtes en place, le disque doit encore tourner afin que les secteurs demandés puissent être lus. Augmenter la vitesse de rotation permet de réduire la latence de rotation, et donc le temps d’accès moyen.

Ces dernières années, la vitesse de rotation standard pour les disques durs de bureau s’est établit à 7200 tr/min : elle représente un compromis raisonnable entre fiabilité, bruit, coût et performances. Sur les ordinateurs portables, des disques 7200 tr/min sont disponibles depuis plusieurs mois, mais la majorité des PC restent basés sur des disques 5400 tr/min. La situation est différente dans le domaine des serveurs, où les disques durs tournent généralement au moins à 10000 tr/min, si ce n’est 15000 pour les modèles haut de gamme. Une tendance récente voit le développement de disques durs 2,5″ (format PC portable donc) tournant à ces vitesses folles. Découvrez pourquoi ces disques sont la nouvelle coqueluche des Data Center à travers notre test des Seagate Savvio 10k.2 et les Savvio 15k.1, individuellement puis par quatre, configurés en RAID 0 et 5…

Les 2,5” plus forts que les 3,5”

Le passage des disques durs 3,5” aux 2,5” qu’ont déjà connu les ordinateurs portables est en train d’atteindre le marché des serveurs. Au-delà de la réduction du poids et de la consommation (qui fait préférer les disques 1,8” dans les lecteurs médias et les ultra-portables), utiliser des disques durs plus petits offre d’autres avantages.

D’une part, les plateaux des disques durs 2,5” sont nettement plus petits, ce qui réduit la masse à déplacer et la friction causée par la rotation. D’autre part, les bras qui portent les têtes de lecture ont moins de chemin de parcourir, ce qui permet de réduire les temps d’accès par rapport à un modèle 3,5” tournant à la même vitesse et disposant de composants similaires. En général, un disque 2,5” pour serveur offre des taux de transfert un peu plus faibles que ceux d’un 3,5”, mais ses temps d’accès sont meilleurs.

Aujourd’hui, il est possible de trouver des disques durs SAS 2,5” de 147 Go tournant à 10000 tr/min, ou de 73 Go si vous souhaitez atteindre les 15000 tr/min. Parallèlement, des disques durs SAS ou SCSI 3,5” de 300 Go sont disponibles depuis un certain temps. Les autres disques “professionnels” qu’on peut trouver sont en fait des disques durs d’ordinateurs de bureau qui subissent des tests qualité particuliers pour s’assurer qu’ils peuvent fonctionner 24h/24. Ils ne disposent généralement que d’une interface SATA, et non SAS.

Les disques durs SAS 2,5” permettent d’augmenter ce qu’on appelle la densité de stockage : ils ont besoin de nettement moins d’espace que les disques durs 3,5”. La densité de stockage est généralement définie comme le rapport entre la capacité de stockage et le volume, mais on peut aussi la définir comme le rapport entre performances et volume. Les systèmes de stockage les plus répandus en simple hauteur (rack 1U) peuvent contenir quatre disques 3,5”, et jusqu’à 10 disques 2,5”. L’Infostation de StorCase représente un bon exemple. Dix disques durs 2,5” ne consomment pas beaucoup plus d’énergie que quatre 3,5”, et ils offriront des performances deux à deux fois et demi supérieures. Et si vous décidez d’utiliser quatre à six disques 2,5”, vous obtiendrez des performances au moins équivalentes tout en économisant de l’énergie.

Seagate Savvio 10k.2 : 10000 tr/min

Le Savvio 10k.2 représente la deuxième génération de disque dur SAS 2.5” de Seagate. La première génération de Savvio avait été lancée en 2004 ; à cette époque, les disques disposaient encore d’une interface SCSI. Il avait fallu attendre l’année suivante pour voir arriver le SAS (Serial Attached SCSI).

Le Savvio 10k.2 est considérablement plus rapide que son prédécesseur, non pas pour une question d’interface, mais plutôt pour des raisons de technologie d’enregistrement, entre autres. En testant le Savvio 10k.2 avec différents contrôleurs RAID SAS/SATA, nous avons pu relever un taux de transfert de plus de 90 Mo/s, et jusqu’à 174 Mo/s à l’interface, et un temps d’accès moyen de 7,6 ms. Le temps de recherche moyen indiqué est de 3,8 ms en lecture, et de 4,4 ms en écriture. Ce sont d’excellents chiffres : les disques durs classiques capables d’offrir de meilleurs taux de transfert sont très rares, et dans le domaine des temps d’accès, seuls des disques tournants plus vite ou des SSD peuvent faire mieux. En pleine charge, le Savvio a tendance à chauffer, mais pas au point de nécessiter de refroidissement spécifique lorsqu’il est installé dans une baie adaptée. Dans un environnement contrôlé, la ventilation standard est généralement suffisante.

Si les disques durs 3.5” consomment généralement 7 à 10 watts au repos, le Savvio 10k.2 se contente de 5 watts. Seagate propose deux capacités, 146 Go et 73 Go, ce dernier modèle n’utilisant qu’un seul plateau. Les deux configurations disposent d’un cache de 16 Mo et d’une garantie de 5 ans.

Seagate Savvio 15k.1 : 15000 tr/min

Disposant d’une vitesse de rotation de 15000 tr/min, le Savvio 15k.1 de Seagate est disponible depuis début 2007 et représente une extension logique de la gamme Savvio 10k. Seagate a une grande expérience des disques durs 15000 tr/min, ce qui a du se révéler très utile pour parvenir à concevoir un disque aussi rapide dans un format aussi réduit.

Ce nouveau Savvio dispose lui aussi d’une interface SAS/300 et de 16 Mo de mémoire cache. Seagate indique que son temps de recherche moyen est de seulement 2,9 ms en lecture, et de 3,3 ms en écriture, ce qui a abouti à un temps d’accès moyen de 5,6 ms en lecture dans nos propres tests. Avec un débit allant jusqu’à 104 Mo/s, c’est l’un des disques durs les plus rapides disponible actuellement : il est vraiment agréable de ne jamas voir le taux de transfert minimum descendre sous les 68 Mo/s. Enfin, ses performances en entrées/sorties sont extrêmement impressionnantes, compte tenu du fait que cet aspect est essentiel dans le cadre d’une utilisation dans un serveur en entreprise (pensez par exemple à un serveur de base de données).

Cette fois encore, deux modèles de capacités différentes sont disponibles, 73 Go et 36 Go. Tous deux disposent d’une garantie de cinq ans, et Seagate va jusqu’à affirmer que le Savvio 15k.1 est le disque dur le plus fiable du marché. Bien sûr, ce type de phrase choc est à peu près impossible à vérifier, mais il est intéressant de noter que Seagate semble avoir une grande confiance en son produit.

Configuration du test

Taux de transfert en RAID 0

Savvio 10k.2 (10000 tr/min), RAID 0

Avec des blocs de 256 ko, nous avons réussi à atteindre un débit de 474 Mo/s. Etant donné qu’un Savvio 10k.2 plafonne à 93 Mo/s, les données stockées en cache ont clairement joué un rôle dans ce résultat. Par contraste, la performance maximale atteinte en lecture, 350 Mo/s, reflète bien les performances maximales du disque.

Savvio 15k.1 (15000 tr/min), RAID 0

Le passage au modèle 15000 tr/min change moins les performances en lecture que celles en écriture, qui en bénéficient clairement. Toutefois, du fait de la baisse de densité d’information du Savvio 15k.1 par rapport au 10k.2, les débits ne progressent pas significativement avec le 10k.2, ce dont il faut être conscient.

Taux de transfert en RAID 5

Savvio 10k.2 (10000 tr/min), RAID 5

Le débit en RAID 5 semble limité par le contrôleur, qui effectue les calculs XOR. Pour autant, 250 Mo/s représente des performances plus qu’acceptables.

Savvio 10k.2 (10000 tr/min), RAID 5 endommagé

Il est important de tester les performances d’un RAID 5 avec un disque endommagé, puisque ce cas de figure oblige le système à recréer à la volée les informations de parité. On le voit ici, si les performances en écriture sont inchangées, en revanche le débit en lecture plonge et est divisé par 2 ou 3.

Savvio 15k.1 (15000 tr/min), RAID 5

Savvio 15k.1 (15000 tr/min), RAID 5 endommagé

Une nouvelle fois, les modèles 15000 tr/min sont supérieurs aux 10000 tr/min, ici dans le cas d’un RAID 5 dont l’un des disques est endommagé. Seules les lectures sont là encore endommagées, et elles le sont moins qu’avec les Savvio 10k.2.

Temps d’accès et débit de l’interface

Temps d’accès

Il est évident qu’un seul disque dur offre de meilleurs temps d’accès qu’une configuration RAID. Qu’il s’agisse d’un RAID 0 ou d’un RAID 5 n’a pas beaucoup d’incidence, même si le RAID 5 semble moins faire augmenter le temps d’accès. Globalement, les temps d’accès à 10000 tr/min étaient compris entre 8,1 et 8,5 ms, et entre 5,9 et 6,3 ms à 15000 tr/min.

Débit de l’interface

En ce qui concerne le débit du cache, il s’avère logiquement indépendant de la vitesse de rotation mais également du modèle du disque chez Seagate : on plafonne à 175 Mo/s pour un disque et 400 Mo/s avec 4 disques.

Performances en lecture et en écriture

Débit en lecture

Au niveau du débit en lecture, une nouvelle fois l’écart n’est pas flagrant entre le 10k.2 et le 15k.1, que ce soit seul (23 % d’avantage tout de même pour le débit moyen du 15k.1) ou a fortiori en RAID. Notez qu’en RAID 0, nous sommes toutefois limités par le contrôleur qui bride fortement les 15k.2 (débits moyen et maximaux identiques).

Débit en écriture

Les taux de transferts en écriture restent conformes à ce que nous avons vu précédemment.

Performances d’E/S en RAID 0

En RAID 0, les Savvio 15k.1 offrent environ 20% d’opérations d’E/S en plus par rapport aux 10k.2, quelle que soit l’utilisation retenue.

Performances d’E/S en RAID 5

Ici encore, les modèles 15000 tr/min offrent environ 20% de performances d’E/S supplémentaires et établissent des performances très élevés, bien que toujours inférieures à celles en RAID 0.

Conclusion

Les différences de performances entre les modèles 10000 tr/min et les 15000 tr/min sont considérables. Le Savvio 15k.1 a démontré une avance significative dans tous les tests de bas niveau, tels le temps d’accès ou des taux de transferts. Ces gains de performances se font au prix d’une capacité maximale réduite (73 Go, contre 146 Go pour le Savvio 10k.2), et d’une facture plus élevée. Il est à noter que les modèles 15000 tr/min se sont particulièrement bien comportés sur nos tests d’entrées/sorties.

Si vous envisagez de configurer plusieurs de ces petits monstres en RAID, nous vous recommandons de bien faire attention au contrôleur que vous achèterez, en vous assurant qu’il ne limite pas les performances de votre configuration. Nous avons utilisé un contrôleur ICP 5085BL basé un processeur Intel IOP333 cadencé à 800 MHz, et impossible de dépasser les 300 Mo/s. Cela revient à 75 Mo/s par disques si on en utilise 4, alors que nos tests montre qu’un Savvio 10k.2 dispose d’un débit de plus 90 Mo/s.

Nous avons également constaté que le contrôleur ICP permettaient d’atteindre d’excellentes performances d’E/S, puisque nous avons pu noter que le Savvio 15k.1 offrait 20% d’opérations d’E/S supplémentaires. Les performances ne se dégradent pas, même pour un nombre élevé de commandes en attente. Et même dans le cas d’un RAID 5 dont l’un des disques est endommagé, les Savvio 15k.1 restent aussi performants qu’un RAID 5 de 10k.2 non endommagé. C’est une différence énorme pour des serveurs qui doivent traiter de grandes quantités de données. Si vous souhaitez simplement profiter de taux de transfert plus élevés, opter pour le Savvio 15k.1 vous reviendra vraiment très cher. Vous devrez également vous contenter de capacités moindres. Utiliser un contrôleur RAID optimisé pour fournir le meilleur débit possible et ajouter un autre disque améliorera les performances, mais fera encore grimper l’addition. Il reste un usage possible pour un disque tel que le Savvio 15k.1 : plus rapide que n’importe quel disque SATA, il peut servir de disque système dans une machine tournée vers les performances. Mais vous paierez cher le contrôleur SAS et le disque dur.