全球首款垂直式磁記錄（PMR）的氦氣封裝硬碟 - HGST Ultrastar He10 10TB硬碟

據IDC 2014年的研究、分析報告指出，在2013年，全世界的資料量有4.4 ZB（1 ZB＝1024 EB、1 EB＝1024 PB、1 PB＝1024 TB、1 TB＝1024 GB），但到了2020年時，資料量將成長10倍，達到44 ZB之多。

面對資料量如此巨幅成長的趨勢，儘管近年來SSD固態硬碟的曝光度遠高於傳統的機械式硬碟，但兩者之間並沒有誰取代誰的競爭關係，因為，不管是在儲存成本還是可靠性上，傳統的機械式硬碟仍在儲存應用市場中佔有一席之地，特別是在一般的資料中心、雲端服務廠商，以及大規模橫向擴展（Massive Scale Out , MSO）的高密度資料中心業者…等企業應用場合。

▲據IDC 的一份分析報告指出，全球在2020年時，資料量將自2014年的4.4 ZB大幅成長到44 ZB之多。

不過，以現今機械式硬碟普遍採用的「垂直式磁記錄（Perpendicular Magnetic Recording , PMR）」來說，過往廠商們不是透過增加內部碟片的數量，就是透過提升單一碟片的資料儲存密度，來因應不斷成長的資料儲存需求，但是，在硬碟有26.1 mm高度限制，以及單一碟片的資料儲存容量發展到1 TB已經面臨其物理極限下，近年來，廠商們莫不在「疊瓦式磁記錄（Shingled Magnetic Recording , SMR）」、「氦氣（Helium）」，以及「熱輔助磁記錄技術（Heat-Assisted Magnetic Recording , HAMR）」三種新興的儲存技術中，來研發、推出更能因應資料儲存需求的機械式硬碟產品。

HGST（前身為日立環球儲存科技，現為WD子公司）自2013年起陸續推出自家Helioseal氦氣封裝技術的Ultrastar He6系列硬碟、Ultrastar He8系列硬碟以來，一直是這方面的領先者。隔年更在Helioseal技術上，進一步導入疊瓦式磁記錄技術來提升資料儲存密度，一舉推出將儲存容量推升到10 TB的Ultrastar Ha10系列硬碟。

▲HGST在2013年首次推出自家Helioseal氦氣封裝技術的Ultrastar He6系列硬碟時就已指出，未來硬碟的技術發展將根基於氦氣封裝的基礎上。

因此，HGST旗下Helioseal氦氣封裝技術的硬碟分別有：採用垂直式磁記錄（PMR）的Ultrastar He系列硬碟，以及採用疊瓦式磁記錄（SMR）的Ultrastar Ha系列硬碟兩大產品線。

而這兩大產品線由於所採用的磁記錄技術的不同，在應用場合上也略有不同，採用疊瓦式磁記錄（SMR）的Ultrastar Ha系列硬碟適用在不需重覆抹寫資料、循序存取的歸檔類型應用，像是Netflix這類影音內容、串流媒體的數位媒體資產儲存場合，但是，對於必須重複抹寫資料，具有隨機存取需求的一般應用，像是近來很夯的大數據平台所採用的Hadoop分散式運算儲存架構，以及Ceph分散式物件儲存架構，採用垂直式磁記錄（PMR）的Ultrastar He系列硬碟更能發揮其潛在的功能優勢。

第三代Helioseal技術產品現身

而在Helioseal技術歷經Ultrastar He6 / He8系列，這兩代硬碟產品在市場的應用考驗後，HGST新推出的Ultrastar He10系列硬碟，不但是Helioseal技術的第三代產品，更是全球首款採用垂直式磁記錄（PMR）的10 TB硬碟。

藉由氦氣的密度只有空氣的七分之一，能夠減少空氣阻力和密度，並大幅降低讀寫時的磁頭摩擦，使得機械式硬碟在運行時更加平穩的特性下，HGST透過自家日益精進的Helioseal氦氣封裝技術，在Ultrastar He10系列硬碟裡塞入7張厚度只有1英寸的碟片，平均單一碟片的儲存容量為1.4 TB、儲存密度為每平方英吋830 GB，來達到採用垂直式磁記錄（PMR）的硬碟既能在外觀高度的限制下，又能擁有更大的儲存容量。

▲透過Helioseal氦氣封裝技術，HGST可以在Ultrastar He10系列硬碟裡塞入7張厚度只有1 英寸的碟片。

至於在規格方面，Ultrastar He10系列硬碟除了分別有SATA 6 Gbps和SAS 12 Gbps兩種連接介面、10 / 8 TB兩種儲存容量的不同規格外，兩款產品的硬碟轉速、資料緩衝記憶體都是相同的7200 RPM和256 MB，而以這次介紹的Ultrastar He10 10TB硬碟來看，官方發佈的存取效能依據先進格式分類，分別以4Kn格式型號規格可最高可達 249 MB/s，而512e格式型號規格則可高達237MB/s。

另外，Ultrastar He10系列硬碟也支援512e（512 emulation，模擬512 Byte/Sector）和4Kn（4K native，原生4K）兩種先進格式的規格，前者可以讓Ultrastar He10系列硬碟提高在舊有BIOS、作業系統和應用程式平台上的應用相容性，後者則可以讓Ultrastar He10系列硬碟在新世代的UEFI、作業系統平台上提供最佳化的儲存效能。

▲Ultrastar He10系列硬碟規格表

▲筆者手上的Ultrastar He10 10TB硬碟是由泰國2016年3月製造的產品，支援512e先進格式的規格。

▲該硬碟的連接介面是SATA 6 Gbps，轉速則為7200 RPM。

▲卸下電路板後，可以看到硬碟只有馬達控制接點、硬碟控制接點兩個訊號接點。

▲而在卸下的電路板上，可以看到控制晶片、電路元件以及訊號接點都集中在同一面。

▲從電路板上可以看到Ultrastar He10 10TB硬碟採用了Avago主控晶片，而在主控晶片旁邊則是內建一顆型號為NT5CC128M16IP-DI，南亞科技的DDR3L-1600記憶體顆粒，容量為256MB。

▲除了Avago主控晶片外，電路板上還有搭載一顆SMOOTH運轉馬達控制晶片。

▲另外，從電路板上可以看到Ultrastar He10 10TB硬碟分別在南亞科技記憶體顆粒、SMOOTH運轉馬達控制晶片旁邊均搭載一顆白色的旋轉震動感應器（Rotational Vibration），有助於將系統震動的影響減至最低，讓硬碟能夠更穩定運作。

HGST Ultrastar He10 10TB硬碟效能實測

筆者以手上現有的WD BLUE系列2 TB硬碟做對照組，在底下列表的同一個測試平台上，分別以AJA System Test、Anvil's Storage Utilities、ATTO Disk Benchmark、CrystalDiskMark、HD Tune Pro，以及TxBENCH這六套硬碟效能測試工具進行測試，來對照Ultrastar He10系列10 TB SATA介面硬碟的讀寫效能測試成績。

▲測試平台規格表

▲使用CrystalDiskInfo分別檢視Ultrastar He10 10TB硬碟（左）和WD BLUE系列2 TB硬碟（右）的規格資訊。

▲在以模擬存取影音檔案的AJA System Test測試工具中，Ultrastar He10 10TB硬碟（上）的讀取速度為230 MB/s、寫入速度為225 MB/s，而WD BLUE系列2 TB硬碟（下）的讀取速度為148 MB/s、寫入速度為133 MB/s。

▲使用Anvil's Storage Utilities測試工具，以1 GB大小的檔案進行Compression 100%（資料壓縮率100%）讀寫測試後，Ultrastar He10 10TB硬碟（上）的讀取速度為271.67 MB/s、寫入速度為240.19 MB/s，整體的讀寫效能成績則為511.86，而WD BLUE系列2 TB硬碟（下）的讀取速度為187.82 MB/s、寫入速度為90.69 MB/s，整體的讀寫效能成績則為278.51。

▲使用Anvil's Storage Utilities測試工具，以1 GB大小的檔案進行Compression 0-Fill （資料壓縮率0%）讀寫測試後，Ultrastar He10 10TB硬碟（上）的讀取速度為274.64 MB/s、寫入速度為235.59 MB/s，整體的讀寫效能成績則為510.23，而WD BLUE系列2 TB硬碟（下）的讀取速度為188.72 MB/s、寫入速度為120.52 MB/s，整體的讀寫效能成績則為309.24。

▲在ATTO Disk Benchmark測試工具中，Ultrastar He10 10TB硬碟（左）於64MB的 Transfer Rate最高讀取、寫入速率分別為234.441 MB/s、240.749 MB/s，是WD BLUE系列2 TB硬碟（右）最高讀取速率163.68 MB/s、寫入速率159.151 MB/s近1.5倍之高。

▲使用CrystalDiskMark測試工具，以1 GB大小的檔案進行「隨機亂數模式」讀寫測試後，Ultrastar He10 10TB硬碟（左）的最高讀取、寫入速率分別為240.6 MB/s、239.4 MB/s，而WD BLUE系列2 TB硬碟（右）的最高讀取、寫入速率分別為162.3 MB/s、157.3 MB/s。

▲使用CrystalDiskMark測試工具，以1 GB大小的檔案進行「0 Fill循序測試模式」讀寫測試後，Ultrastar He10 10TB硬碟（左）的最高讀取、寫入速率分別為238.8 MB/s、235.3 MB/s，而WD BLUE系列2 TB硬碟（右）的最高讀取、寫入速率分別為162.9 MB/s、155.4 MB/s。

▲在HD Tune Pro測試工具的效能測試項目中，Ultrastar He10 10TB硬碟（上）的平均讀取速率為189.7 MB/s，而WD BLUE系列2 TB硬碟（下）的平均讀取速率為119.7 MB/s。

▲在HD Tune Pro測試工具的效能測試項目中，Ultrastar He10 10TB硬碟（上）的平均寫入速率為181.9 MB/s，而WD BLUE系列2 TB硬碟（下）的平均寫入速率為116.4 MB/s。

▲在HD Tune Pro測試工具的隨機存取測試項目中，Ultrastar He10 10TB硬碟（上）的隨機傳輸大小作業讀取速率為77 IOPS，而WD BLUE系列2 TB硬碟（下）的隨機作業讀取速率為47 IOPS。

▲在HD Tune Pro測試工具的隨機存取測試項目中，Ultrastar He10 10TB硬碟（上）的512 byte傳輸大小作業寫入速率更高達7684 IOPS，而WD BLUE系列2 TB硬碟（下）的512 byte傳輸大小作業寫入速率則為57 IOPS。

▲使用TxBENCH測試工具，在Basic Benchmark測試項目中，Ultrastar He10 10TB硬碟（上）的最高讀取、寫入速率分別為239.562 MB/s、246.678 MB/s，而WD BLUE系列2 TB硬碟（下）的最高讀取、寫入速率分別為158.682 MB/s、159.055 MB/s。

能耗更低、空間更大效能更優

在數位化的時代中，我們每天無時無刻都在不斷的產生資料，因此，也一直都有擴充儲存空間的需求。

Ultrastar He10系列硬碟除了在前面各項效能測試中，擁有相當亮眼的效能成績外，跟前一代Ultrastar He8系列硬碟相比，儲存容量不僅增加了25%，在電源功耗方面，SATA介面硬碟在運作狀態為6.8W、閒置狀態為5W，SAS介面硬碟在運作狀態為9.5W、閒置狀態為5.8W，整體來說更是大幅降低了56%。

因此，對建置有高密度資料中心的企業來說，存取效能、儲存容量、電源功耗三者兼具的Ultrastar He10系列硬碟，更能為企業帶來總整體擁有成本（Total Cost of Ownership , TCO）的競爭優勢。