VelociRaptor : le meilleur disque dur au monde ?

Introduction

Le Velociraptor était un petit dinosaure carnivore, bien connu depuis la sortie du premier Jurassic Park. Bien qu’il ait été surdimensionné dans le film et que sa capacité à travailler en équipe soit encore sujette à caution, le choix de son nom, qui signifie « voleur rapide » en latin, apparaît comme un choix vraiment judicieux de la part d’un fabricant de disques durs comme Western Digital. L’entreprise a développé une excellente gamme de disques durs pour les amateurs de hautes performances depuis des années – Raptor – et la nouvelle génération s’efforce de fournir une capacité de stockage plus importante et de meilleures performances pour des dimensions physiques qui ont radicalement changé.

Là où tout le monde attendait capacité et performances revues à la hausse, Western Digital s’est remis à la table à dessin et a analysé les caractéristiques exhaustives d’un disque dur haut de gamme. Le but était de créer un disque ayant la fiabilité et les performances pour pouvoir non seulement convaincre les joueurs et utilisateurs exigeants, mais aussi s’immiscer sur le segment des stations de travail et serveurs entrée de gamme, et assurer la compétition avec les disques à mémoire flash pour le moment. Les solutions de stockage pour serveurs passent actuellement du format 3,5 pouces à 2,5 pouces, là ou les disques pour configurations classiques resteront en 3,5″ à court terme au moins. Cependant, Western Digital a trouvé une belle manière d’allier le meilleur des deux mondes.

La fenêtre transparente propre à la seconde génération, WD Raptor-X, a disparu. Mais le passage du Raptor-X au VelociRaptor a nécessité un vrai changement d’apparence physique, ce dernier étant un disque dur 2,5″. Bien qu’ils ne permettent pas de nouveaux records en débits ni de capacités de stockage vraiment élevées, les disques durs 2,5″ ont des temps d’accès nettement améliorés et des taux de transfert qui demeurent excellents. En parallèle, la dissipation thermique et les températures élevées sont moins problématiques lorsque l’on réduit les dimensions physiques. Le nouveau VelociRaptor, alias WD3000GLFS, offre jusqu’à 300 Go d’espace de stockage et utilise toujours l’interface SATA, du fait que le SAS – malgré la souplesse de ses caractéristiques – ne procurerait que peu de bénéfices à l’utilisateur lambda malgré un coût significativement plus élevé. L’interface a évolué vers le SATA-300, soit un débit théorique maximum de 300 Mo/s là où les précédents Raptors étaient limités à 150 Mo/s (ce qui par ailleurs n’a jamais été un problème).

Note : Vous pouvez retrouver plus de résultats dans nos charts disques durs 3.5 pouces et charts disques durs serveurs/stations de travail.

Notions sur les disques durs

Un disque dur mécanique se compose d’un ou plusieurs plateaux, où l’information numérique est stockée sous formes de cercles concentriques (les pistes). Une bonne façon de s’imaginer le fonctionnement est de penser au bon vieux vinyle ou au cd. Les vinyles sont basés sur des microsillons directement en contact avec un diamant et les CDs ou DVDs utilisent une technologie optique (laser) pour détecter les irrégularités dans la surface réfléchissante, là où les disques durs font appel au magnétisme pour lire les données, écrites en code binaire (0 et 1). Les données peuvent être stockées en magnétisant des sections microscopiques d’une piste afin de créer une suite de sections magnétisées ou non magnétisées au long de chaque piste, qui représentent l’information stockée.

Les éléments qui lisent ou écrivent les données en détectant la polarisation magnétique ou en magnétisant des sections individuelles pour déterminer ou effacer un bit s’appellent les têtes. On trouve ces têtes aussi bien au-dessus qu’en dessous des plateaux, puisque les deux côtés sont typiquement utilisés pour stocker des données. Des bras mobiles, semblables à ceux qu’on trouve sur les platines vinyle, déplacent la tête vers la piste voulue. Les têtes reposent sur un coussin d’air et sont extrêmement proches de la surface une fois qu’elles ont quitté leur position initiale, c’est pourquoi les disques durs sont fragiles. Il faut donc éviter les chocs et mouvements superflus une fois qu’ils sont en marche. La cause la plus fréquente d’erreurs liées aux disques durs est ce qu’on appelle un crash de tête, chose qui arrive lorsque la tête de lecture rentre en contact avec la surface du plateau.

La capacité des disques durs modernes s’accroit soit en améliorant les technologies d’enregistrement pour augmenter la densité des données, soit en ajoutant des plateaux dans la limite de l’espace au sein du disque. Les fabricants font référence à la densité des données pour parler du nombre de bits par pouce carré ou bien préciser la capacité en Gigaoctets par plateau. Cette dernière valeur dépend néanmoins du diamètre du plateau, d’où le fait que la première valeur soit sans ambigüité.

Le diamètre du plateau est un autre point clé : plus il est grand, plus on peut y stocker de données. Néanmoins, les grands plateaux nécessitent plus de mouvements de la part des têtes de lecture, ce qui nuit à la rapidité des temps d’accès. D’autre part, les grands plateaux génèrent plus de bruit et plus de frictions, l’émission de chaleur est donc plus importante. C’est ce qui a principalement provoqué la disparition des disques durs 5,25″ : Ils souffraient d’un temps d’accès trop lent, et la capacité de stockage pouvait être significativement augmentée même en utilisant des formats plus réduits.

Plusieurs générations de technologies d’enregistrement se sont succédées, la dernière en date étant l’enregistrement perpendiculaire (ou Perpendicular Magnetic Recording, PMR). L’orientation verticale des éléments magnétisés permet aux fabricants de disques durs de rapprocher les bits entre eux : l’ancienne méthode d’enregistrement longitudinale des données était limitée par ce qu’on appelle l’effet super paramagnétique, qui se traduit par une perturbation magnétique des éléments entre eux, entraînant une modification non voulue des informations stockées.

L’enregistrement longitudinal a encore un avenir, mais sera amélioré à l’aide de structures d’enregistrement appliquées au média, ce qui contribuera à repousser les limites de densité des données. La deuxième voie est la technologie d’enregistrement magnétique assistée par laser (HAMR, ou Heat-Assisted Magnetic Recording) qui utilise donc cette source de chaleur pour « débloquer » des sections magnétisables avant qu’elles puissent être physiquement modifiées. Les deux technologies sont nécessaires pour maintenir le magnétisme tout en augmentant la densité des données. Les fabricants estiment pouvoir atteindre plusieurs dizaines de téraoctets avec les principes des disques durs classiques.

Les plateaux des disques durs ont une vitesse de rotation, qui peut être de 3 600, 4 200, 5 400, 7 200, 10 000 ou 15 000 tr/min. Les 3,5″ ou 2,5″ spécifiques aux stations de travail ou au segment « entreprise » tournent à 15 000 ou 10 000 tr/min, ceux des particuliers en 3,5″ vont de 10,000 à 5,400 tr/min, les disques durs des portables se situent entre 7,200 et 4,200 tr/min et les petits modèles 1,8″ affichent 3600 ou 4200 tr/min. Les disques au format encore plus réduit comme les 1″ d’Hitachi et Seagate tournent à 3600 tr/min.

Rappels sur les performances

La technologie d’enregistrement détermine donc la capacité de stockage, tandis que la vitesse de rotation est la donnée qui impacte le plus sur les performances. Un nombre élevé de tours/minute permet non seulement un meilleur débit possible (exprimé en megaoctets par seconde) mais aussi de réduire le temps d’accès moyen (exprimé en millisecondes). Il faut ici distinguer le temps de recherche (ou seek time en anglais), généralement utilisé par les fabricants, du temps d’accès moyen (access time) qui inclut la localisation des données, le positionnement des têtes au dessus de la piste voulue et le temps nécessaire à la rotation du plateau afin que les données soient accessibles aux têtes. Ce dernier laps de temps est plus connu sous le nom de latence rotationnelle. Bien entendu, une vitesse de rotation élevée ne fait pas diminuer le temps de recherche, mais réduit le temps d’accès puisque la latence rotationnelle est alors bien plus faible.

Le temps de recherche et le temps d’accès dépendent également de la performance du disque lorsqu’il repositionne les têtes d’un endroit à un autre. La faculté du bras à accélérer et s’arrêter rentre dans l’équation, puisque soumise à des limitations physiques. Ces mouvements contribuent aux nuisances sonores, tout comme le moteur rotatif et les frictions. Bien que les disques durs soient scellés de façon hermétique, l’intérieur est lui cloisonné avec des petits filtres : il faut un coussin d’air puisque les têtes flottent au dessus de la surface (notez ici l’importance de l’aérodynamique), ce qui serait impossible dans un environnement sous vide. Les disques orientés performance pour le marché professionnel ne sont pas optimisés d’un point de vue acoustique, d’où leurs nuisances sonores assez importantes, à fortiori lorsque le bras est fortement sollicité.

Tout disque dur est pourvu de mémoire cache, qui sert à stocker les informations en lecture/écriture basées sur des algorithmes complexes. La plupart des disques embarquent 8 ou 16 Mo de cache, voire 32 Mo pour certains modèles. La capacité totale du cache mémoire n’est pas primordiale pourvu qu’elle ne soit pas totalement saturée. Pour prendre un exemple très simple, un disque peut continuer à lire des données dans la mémoire cache, bien que les informations demandées aient été intégralement parcourues, parce que l’accès aux secteurs attenants pourrait s’avérer nécessaire peu après.

Tous les disques durs récents utilisent soit l’interface Serial ATA (SATA) soit le Serial Attached SCSI (SAS). Le Serial ATA se base sur le bon vieux protocole Parallel Ultra ATA, alors que le SAS vient de l’interface SCSI (Small Computer System Interface). SATA et SAS utilisent la même connectique et offrent la même bande passante (150 ou 300 Mo/sec), mais le SAS est complètement compatible avec le SATA, puisqu’il est capable de prendre en charge le protocole de ce dernier. Tous deux ont également un ensemble de fonctionnalités en commun, dont le Native Command Queuing (NCQ) auquel un disque fait appel pour analyser et réordonner les instructions rentrantes ou en cours de traitement pour les traiter avec une efficience maximales. Le SAS demeure plus sophistiqué puisqu’il permet aux disques d’opérer sur deux connections physiques afin d’optimiser les performances ou bien de les sécuriser par redondance.

Les bases de l’efficacité énergétique

Le mouvement nécessitant de l’énergie, il n’y a rien de surprenant à ce que les disques durs à haute vitesse de rotation soient plus gourmands en la matière que les modèles plus lents. Néanmoins, le besoin est également déterminé par la génération du disque, le nombre et le diamètre de ses plateaux. Un disque 2,5″ disposant de deux plateaux fonctionnant à 15 000 tr/min peut tout à fait consommer moins qu’un 3,5″ à quatre ou cinq plateaux tournant à 10 000 tr/min. Si l’on compare les disques au sein de générations similaires (des modèles de cette année par exemple), on peut estimer sans s’avancer qu’un disque 3,5″ d’un téraoctet consommera systématiquement plus qu’un exemplaire de 250 ou 300 Go muni d’un seul plateau, et de même, l’augmentation du nombre de tours par minute entrainera une consommation plus élevée.

Alors que les PC sont de plus souvent évalués sur leur ratio performance par Watt, les fabricants de disques durs doivent aussi considérer la capacité par Watt. Les disques 3,5″ se sont montrés particulièrement à leur avantage lors des tests, puisqu’ils peuvent offrir jusqu’à un téraoctet d’espace pour une consommation allant de 3 à 15 Watts. Les disques à plateau unique et de capacité moins importante peuvent consommer moins, mais seront également moins performants en rapport capacité/Watt.

Enfin, l’interface du disque joue aussi sur la consommation. Nous avons remarqué que les interfaces parallèles comme l’UltraATA ou le SCSI étaient en général plus efficaces à ce niveau, et d’autre part, les différences constatées au niveau du SATA sont fonction du débit théorique de 1,5 ou 3 Go/sec. Dans le second cas, le disque consomme alors 0,3 à 0,5 W de plus. Tandis que l’ancien Raptor-X de 150 Go n’était pas bridé par l’interface SATA/150, le VelociRaptor se rapproche franchement des limites en théorie. Les normes étant d’une certaine manière crées en amont, l’introduction du SATA/300 était une nécessité, a fortiori quand on voit des disques SATA/150 atteindre 126 Mo/sec.

Western Digital VelociRaptor

Le disque que nous avons reçu pour les tests porte la référence WD3000GLFS, il s’agit du premier membre de la famille VelociRaptor VR150. Le nom du produit vient évidemment de la série Raptor qu’on ne présente plus, tandis que la famille est définie après le nom du produit et sa capacité par plateaux (150 Go). Sachant que le disque se compose de deux plateaux, on peut prévoir un modèle de 150 Go bien que ce dernier ne soit pas encore au programme. Un tel modèle aurait un meilleur ratio performance/Watt, mais subirait un impact négatif en matière de capacité/Watt. Ce n’est cependant pas le but du nouveau VelociRaptor. Les anciens Raptor au format 3,5″ ont la référence Raptor EL150 et continueront à être disponibles en version 150, 74 et 36 Go. D’après WD, le petit dernier sera disponible courant mai.

Le VelociRaptor VR150 WD3000GLFS est pourvu d’un cache de taille standard, 16 Mo, et répond aux mêmes spécifications que ses prédécesseurs : garantie de 5 ans, tolérance thermique maximale de 60 °C en surface, ce que nous avons trouvé nettement plus difficile à atteindre avec le VelociRaptor. Tous les nouveaux disques VelociRaptors 2,5″ sont insérés dans un rack qui permet leur refroidissement et leur installation dans des baies au format 3,5″. Ce dernier répond au nom d’IcePack, et nous avons constaté qu’il permet de diminuer la température en surface du disque de 4 à 5 °C. L’IcePack refroidit à la fois le disque en transférant la chaleur émise par ce dernier aux deux côtés en aluminium du cadre et grâce aux deux pads thermiques logés sous le disque, qui permettent de dissiper la chaleur venant du PCB. Attention, le fait de séparer le disque de l’IcePack fait sauter la garantie ! En veille, nous avons relevé une température de seulement 38 °C en surface (avec l’IcePack donc).

WD a revu le MTBF à la hausse (mean time between failures, soit le temps moyen de fonctionnement entre les pannes), qui passe donc de 1,2 Millions d’heures pour les Raptors 3,5″ à 1,4 millions pour le VelociRaptor. La principale explication de ce changement vient de la meilleure résistance aux chocs et à la robustesse propre aux petits formats, avec l’expérience et le savoir-faire acquis au fil des années pour le développement de nouveaux produits. D’après les données constructeur, les nuisances sonores en veille et en fonctionnement n’ont pas changé : respectivement 29 dB(A) et 36 dB(A) quand le disque est en recherche constante de données. Les nuisances sonores sont de toute façon devenues plus qu’acceptables ces dernières années, rendant ainsi la quasi-totalité des disques à 7,200 tr/min discrets, même dans un environnement très silencieux. Une fois le bruit des autres composants, comme l’alimentation, le ventirad du CPU et de la carte graphique diminués, on entend le VelociRaptor travailler plus que les disques à 7,200 tr/min. En veille, nous l’avons toutefois trouvé plus silencieux que des modèles à 7,200 tr/min.

D’après le constructeur, l’IcePack et son radiateur en aluminium permet de faire baisser la température en surface de 7,1 °C en moyenne. Nos premiers tests vont dans le même sens, bien que l’on constate plus 4 à 5 °C pour une température ambiante de 21 °C en fonctionnement sur un bureau ouvert.

Spécifications

Disque durs 2.5″

Disques durs 3.5″

Le test

Temps d’accès, débit du cache

Le temps moyen d’accès mesuré est de 7,0 ms, ce qui est excellent (deux fois meilleur que le Samsung F1, pourtant une référence en matière de performances). Nous avons relevé de 7,2 à 7,6 ms pour d’autres disques 2,5″ SAS populaires. En clair, le VelociRaptor propose de meilleurs temps d’accès et à moindre coût que des disques SAS destinés aux professionnels, qui lui sont comparables. Il faut aller chercher du côté des disques à 15,000 tr/min comme le Savvio 15K.1 de Seagate pour trouver mieux. Les disques à base de mémoire flash feront aussi l’affaire sur certaines applications spécifiques. Quand au précédent Raptor 150 Go, il se voit relégué à une milliseconde, un gain énorme qui s’explique essentiellement via le passage au format 2.5″ comme expliqué précédemment.

Avec quasiment 200 Mo/s au niveau de la vitesse du cache, voilà un nouveau record, les disques SAS ou SATA les plus rapides que nous ayons testés jusqu’ici se situaient entre 120 et 180 Mo/s ! Pour rappel, cette mesure ne concerne que les données qui peuvent être directement lues à partir du cache mémoire, elle n’a donc qu’une portée très relative au quotidien (contrairement au temps d’accès) puisqu’il s’agit du débit maximum rendu possible. Cela n’en constitue pas moins un deuxième record.

Débits

Voyons tout d’abord la courbe de débit du VelociRaptor seul.

Le nouveau VelociRaptor atteint un taux de transfert de données séquentielles supérieur à 120 Mo/s au maximum, performance atteinte grâce à l’enregistrement magnétique perpendiculaire et à la vitesse de rotation des plateaux, 10 000 tr/min. Les disques 3,5″ à 7 200 tr/min les plus rapides, comme le SpinPoint F1 de Samsung, sont eux aussi capables d’atteindre 120 Mo/sec, mais celui-ci chute beaucoup plus : le Samsung s’effondre à 60 Mo/sec, tandis que le WD délivre au moins 75 Mo/s de n’importe quel endroit sur les plateaux.

Une fois confronté aux autres, le nouveau VelociRaptor domine même le Savvio 15K.1, qui est un disque 2,5″ pour professionnels, mais tournant à 15 000 tr/min et en interface SAS ! Ceci grâce à sa densité de données supérieure. Même une référence en 3.5″ et disposant d’une densité supérieure, le Samsung F1, dispose d’un débit moyen 10 % inférieur. A noter qu’en réalité, le débit minimum du VelociRaptor n’est pas vraiment de 65 Mo/s mais plus exactement de 77,5 Mo/s (cf graphe précédent), un pic anormalement bas mais non significatif (trop bref) ayant été mesuré vers la fin des plateaux.

Performances en pratique

Au niveau du test de démarrage de Windows XP (attention, le plus gros score est obtenu par le meilleur disque), le VelociRaptor obtient de bonnes performances et surpasse facilement tous ses concurrents directs en SATA. Notamment le Samsung F1, 16 % moins performant. En revanche l’évolution par rapport au précédent Raptor 150 est ici moins impressionnante que précédemment, bien qu’elle atteigne tout de même 7 %.

Au niveau de l’écriture de fichiers en revanche, le nouveau Raptor profite bien de ses débits 37 % plus rapides que sur l’ancien modèle, et décroche tout le monde pour se placer au même niveau que le Samsung F1.

Serveurs / station de travail

Autant le VelociRaptor se débrouille bien dans les tests de bas niveau et les performances dans les applications classiques, autant il ne peut battre les disques SAS 2,5″ sur leur terrain de prédilection. Ces derniers étant optimisés pour les applications effectuant un grand nombre d’entrées/sorties en parallèle, ils ont des performances significativement meilleures par rapport au VelociRaptor. On compare néanmoins ce dernier avec ce qui se fait de mieux en matière de disques pour professionnels, et qui peut coûter jusqu’à deux fois plus cher. Le fait est que le nouveau Raptor délivre des performances d’entrées/sorties 20 à 30 % supérieures au Raptor X qui l’a précédé, et qu’il devance nettement tout autre disque SATA 3,5″.

Pour ceux qui ne savent pas par quel bout s’y prendre : la première valeur indique le nombre maximal d’opérations d’entrées/sorties par seconde lorsque l’on envoie des requêtes individuelles ; les valeurs sur la droite on été déterminées en utilisant une file d’attente bien plus dense, ce qui signifie que 2, 4, 8, 16, 32 et 64 requêtes sont en attente (souvenez-vous du NCQ / Native Command Queuing). Les 3 diagrammes représentent autant de profils de performance d’entrées/sorties : serveur de fichiers, serveur web et station de travail. La différence se fait au niveau de la distribution des blocs en lecture et en écriture, ainsi que de leur taille : les serveurs web ont assez simplement besoin de hautes performances en lecture d’entrées/sorties. Les stations de travail ont pour leur part des paramètres assez équilibrés tandis que les serveurs de fichier gèrent souvent des blocs de taille importante.

Température et bruit

Ce n’est pas vraiment surprenant, mais la mesure est tout de même remarquable : Le VelociRaptor couplé à l’IcePack et son radiateur permettent d’atteindre une température assez basse pour un disque à 10 000 rpm, soit 38 °C en surface à température ambiante et en fonctionnement sur un bureau ouvert. Le retrait de l’IcePack fait sauter la garantie et augmente la température en surface d’environ 4 à 5 °C.

Côté bruit, nous l’avons dit : si d’après les données constructeur, les nuisances sonores en veille et en fonctionnement n’ont pas changées (29 dB(A) et 36 dB(A)), il en est autrement en pratique. Le bruit au repos (en rotation seule) est significativement plus faible que l’ancien Raptor 150, pourtant déjà plutot discrêt dans ce mode. Désormais, le niveau est bien plus faible que tous les autres disques 7200 rpm (mais 3.5″ !) habituels, excepté le Caviar Green Power qui conserve une avance.

En charge en revanche, le niveau sonore augmente et devient audible, tout en restant là encore bien plus faible qu’avec le précédent Raptor 150. Il redevient cependant subjectivement plus élevé que les disques 7200 rpm.

Conclusion

Les résultats des tests parlent d’eux même et prouvent combien Western Digital a réussi du point de vue des performances. Le VelociRaptor WD3000GLFS sera disponible en mai pour un prix d’environ 250 €, et il s’agit du plus rapide des disques de type 3,5″ que l’on peut trouver pour une configuration classique. « De type » 3,5″ parce qu’il s’agit en fait d’un 2,5″ 15 mm installé dans le cadre IcePack, qui permet un refroidissement efficace ainsi que l’installation dans n’importe quelle baie 3,5″ standard interne. Le VelociRaptor a les temps d’accès les plus réduits, les meilleurs taux de transfert, d’excellents résultats applicatifs, une température de surface basse et génère un bruit acceptable malgré ce que son nom suggère.

Western Digital mérite d’être félicité pour avoir été suffisamment téméraire pour franchir un énorme pas, et donc d’avoir effectué la transition de 3,5″ à 2,5″ pour son Raptor, disque à hautes performances digne d’une station de travail. Cette transition a toutefois principalement lieu sur le segment entreprise, là où WD ne peut pas rivaliser en performances bien que le Raptor 150 commençait à être obsolète de ce point de vue : des disques 3,5″ 7,200 tr/min proposent aujourd’hui des taux de transferts plus rapides ainsi qu’un meilleur rapport giga-octets/prix, tandis que le segment haute performance a été pris d’assaut par les disques SSD (à base de mémoire flash).

Au vu des performances, de la capacité maximale de 300 Go et d’un prix d’environ 250 €, on peut supposer que les SSD seront sans aucun doute en mesure de menacer Western Digital et l’avance que le constructeur a prise, mais cela ne se produira que sur des disques de 64 et 128 Go pour le moment, et à des prix assez élevés.

Le seul reproche à formuler est l’impossibilité de brancher le VelociRaptor à chaud dans une baie 3,5″, du fait que ses ports SATA et alimentation ne sont pas situés de façon conventionnelle, ce qui aurait été nécessaire pour une mise à jour en douceur. Bien que proposant des performances de premier plan, WD a abandonné le marché du stockage 3,5″ entrée de gamme en entreprise. Mais d’un autre côté, le VelociRaptor est prêt à l’ère du stockage professionnel en 2,5″, les opportunités sont donc bien meilleures qu’avec la précédente génération où WD échoua dans sa tentative de conquête du marché du stockage en entreprise. La série de disques durs Raptor vient en tout cas de connaître son évolution la plus importante !

Note : Vous pouvez retrouver plus de résultats dans nos charts disques durs 3.5 pouces et charts disques durs serveurs/stations de travail.