I dischi SMR alla prova: testiamo il Toshiba P300 da 6 TB

Da qualche tempo i produttori di hard disk hanno cominciato a vendere modelli che adottano la tecnologia SMR, o shingled magnetic recording (registrazione magnetica a tegole). Tale tecnologia è stata al centro di un forte dibattito nel corso degli scorsi mesi, quando si è scoperto che tutti i principali produttori hanno inserito nel proprio listino modelli che la sfruttavano senza, però, dichiararlo. Le proteste sono state causate dal fatto che, per via del funzionamento stesso della tecnica SMR, ci sono alcune differenze prestazionali rispetto ai dischi tradizionali. Per verificare quanto queste impattino sull'impiego in un PC desktop abbiamo testato un disco Toshiba P300 da 6 TB di capienza, mettendolo alla prova in differenti scenari d'uso.

Dischi SMR: come e perché sono differenti

Abbiamo già dato una visione d'insieme del funzionamento della tecnologia SMR nel seguente articolo: Hard disk SMR: Western Digital, Seagate e Toshiba mancano di trasparenza. Riprendendo i concetti espressi in tale articolo, la tecnologia SMR dispone le tracce in maniera differente rispetto ai dischi tradizionali: dal momento che le testine di lettura sono più piccole di quelle di scrittura, l'idea di base è quella di sovrapporre parte delle tracce in maniera tale da mantenere intatta la capacità delle testine di leggere i dati, ottenendo però una maggiore densità.

Questo approccio porta teoricamente a produrre hard disk più capienti, o hard disk con meno piatti rotanti (e quindi più longevi) e più economici (perché per ottenere la stessa capacità servono meno piatti).

L'aspetto negativo sta nella necessità di riscrivere tutto un settore (solitamente di 256 MB) quando se ne modifica un pezzo: la disposizione a tegole delle tracce fa sì che la riscrittura anche di un singolo blocco di 4 kB vada a intaccare la traccia adiacente, per cui è necessario riscrivere l'intero settore perché tutte le tracce siano scritte correttamente. Ciò porta a cali prestazionali anche significativi nel momento in cui è necessario riscrivere diversi blocchi.

Toshiba P300 6 TB SMR alla prova

I test sono stati effettuati su un sistema dotato di processore AMD Ryzen 5 3600, scheda madre MSI B450 Mortar Titanium, 16 GB di RAM operante a 3.200 MHz e scheda video Powercolor Radeon RX 5700 Red Devil con 8 GB di memoria video. Erano installati sia Windows 10 2004 che Linux (KDE neon, su base Ubuntu 18.04).

Abbiamo messo alla prova il disco in vari scenari. Questi i test che abbiamo effettuato:

• CrystalDiskMark 7.0.0 x64, Windows 10
• copia di file, Windows 10
• fio, con carichi che simulano CrystalDiskMark, Linux
• dd, Linux (usando il comando dd bs=256M count=1000 if=/dev/zero of=/mnt/)

In tutti questi test si evidenzia come le prestazioni del disco non siano costanti. In particolare con il test eseguito tramite dd su Linux, che porta a scritture sequenziali, emerge come la gestione della cache faccia una differenza sostanziale.

In CrystalDiskMark si può vedere come la lettura sia relativamente contenuta in termini di velocità, arrivando a 150 MB/s: questo si spiega guardando al regime di rotazione dei piatti, che arrivano a 5.400 rpm. In quest'ottica i valori di lettura appaiono sensati e commisurati alle aspettative. Diverso, invece, è il discorso riguardo le scritture: sia quelle sequenziali che soprattutto quelle casuali sono molto più veloci di quanto atteso.

Questi risultati sono confermati anche dai test sotto Linux con il comando fio, sebbene con valori assoluti differenti a causa dei diversi file system. La spiegazione che è possibile dare è che in questi casi intervenga la cache da 256 MB: il suo utilizzo fa sì che le prestazioni siano effettivamente migliori rispetto ai dischi tradizionali, dotati di cache più piccole.

La cache ha, però, dei limiti nella sua capacità di supplire ai deficit intrinseci della tecnologia SMR. Il motivo per cui abbiamo eseguito dei test con ddsu Linux è che è possibile eseguire scritture sequenziali specificando la dimensione dei blocchi che vengono scritti: in questo modo si può specificare una dimensione del blocco che vada a saturare completamente la cache, esponendone eventuali limiti.

Il risultato è che il disco si comporta bene, ma incespica ogni tanto. In momenti apparentemente casuali il disco subisce infatti rallentamenti significativi. Abbiamo riscontrato cali degni di nota nelle prestazioni di scrittura sequenziale: il comando dd ha dato in due occasioni come risultato una media di 79,7 MB/s di velocità per la copia di 100 GB di dati. Per avere un metro di confronto abbiamo eseguito lo stesso test su un disco Toshiba P300 da 2 TB con tecnologia CMR e il risultato è stato nell'ordine dei 155 MB/s, ovvero quasi il doppio.

La spiegazione di questo comportamento sta probabilmente nella necessità del firmware di effettuare delle operazioni di garbage collection di quando in quando per ottimizzare le prestazioni del disco. Tali operazioni, però, vengono eseguite dal disco senza considerare eventuali altre attività in corso, fatto che rallenta anche notevolmente le prestazioni. L'impossibilità di prevedere quando ciò possa accadere rende i dischi SMR meno affidabili di quelli CMR da un punto di vista prestazionale.

La copia di file procede senza particolari intoppi, con prestazioni che potremmo definire nella media per i dischi a piatti rotanti. La copia di circa 100 GB di dati è proseguita con una velocità media di circa 100 MB/s, con scostamenti poco significativi su entrambi i lati di questo valore. Nell'uso per l'archiviazione di file, dunque, non si notano significative differenze rispetto ai dischi CMR.

Dischi SMR: ne vale la pena?

Discutendo dell'argomento in redazione è emerso un certo consenso sul fatto che gli hard disk siano ormai un oggetto che è diventato una commodity, una scatola nera la cui unica caratteristica importante per molti è il numero di terabyte della capienza. Proprio per questo i produttori sono riusciti a far passare per diverso tempo i dischi SMR per dischi normali: perché il ciclo di sviluppo dell'hard disk come tecnologia sta avvicinandosi alla sua conclusione e ha raggiunto ormai un livello tale per cui anche differenze minori nelle prestazioni non si fanno notare poi molto.

Le nostre prove mostrano che per l'utilizzatore medio non ci sono particolari differenze nell'impiego dei dischi SMR. Si notano alcuni cambiamenti solo per alcuni carichi specifici e per situazioni circoscritte. Con gli SSD che crescono di dimensioni e diventano più economici, gli hard disk tradizionali a piatti rotanti sono sempre più relegati al ruolo di sola archiviazione di dati, per il quale non servono prestazioni particolarmente elevate né in lettura né in scrittura. Il dato più rilevante diventa quello della capacità totale, che è poi quello che più interessa a molti.

In questo scenario, che al momento appare quello più diffuso, i dischi SMR come questo Toshiba P300 da 6 TB diventano un'alternativa papabile ai dischi CMR perché offrono prestazioni sufficienti per tutti i principali casi d'uso. Resta però evidente come i dischi SMR abbiano limitazioni anche forti per quegli scenari più specifici in cui sono necessarie prestazioni maggiori e/o più costanti. In tali casi continua a essere necessario avvalersi di dischi CMR, che mettono sul piatto caratteristiche indubbiamente più interessanti.

Discorso a parte merita il mondo server e NAS, per il quale i dischi SMR gestiti dal firmware del disco sono assolutamente inadatti per via proprio dell'incostanza delle prestazioni. L'unico produttore ad aver proposto dischi SMR in questo mercato è Western Digital, che ha incontrato per questo una fortissima protesta da parte dell'utenza (sfociata anche in una class action negli Stati Uniti). I dischi SMR possono essere utilizzati senza particolari problemi nella maggior parte degli scenari di archiviazione nel mondo desktop, ma appare chiaro che questo sia il confine della loro utilità. Al di fuori di questo, la tecnologia SMR mostra tutti i suoi limiti.