Rainer W. Kaese di Toshiba illustra i principali parametri di cui tenere conto nella scelta di un hard disk

Applicazioni differenti richiedono hard disk specifici e i principali criteri di selezione sono l’affidabilità e le condizioni di esercizio. A tal proposito Rainer W. Kaese, Senior Manager Business Development Storage Products di Toshiba Electronics Europe, analizza a fondo il significato di sigle come MTFF e AFR, il loro impatto sulla vita del disco fisso e offre un approfondimento dedicato alle differenze fra gli hard disk meccanici e su quali sono i parametri più importanti a seconda dello scenario di utilizzo.

Il volume di dati cresce senza sosta, così come crescono le sfide per le aziende e i privati su come conservare adeguatamente le informazioni. Per aumentare l’efficienza, la sicurezza e ridurre i costi, è essenziale scegliere l’hard disk adatto per lo specifico scenario di utilizzo. Un criterio di estrema importanza è l’affidabilità di un disco fisso, parametro che dipende da numerosi fattori come le specifiche del prodotto, le condizioni ambientali il carico di lavoro e la specifica applicazione che si andrà a usare. Prima dell’acquisto, è importante valutare con attenzione parametri come la garanzia offerta dal produttore, il tempo di utilizzo, il MTTF (Mean Time To Failure, il tempo medio al verificarsi di un guasto) dichiarato e il tasso di rottura annuo (AFR, Annualized Failure Rate).

Uno dei principali criteri per la selezione dei componenti per l’archiviazione è l’operating duty, che indica il numero di ore giornaliere per le quali è stato concepito uno specifico hard disk. I dischi fissi pensati per desktop e notebook sono strutturati per funzionare, mediamente, 8 ore al giorno, il che riflette il tipico scenario di utilizzo di questi dispositivi. Gli hard disk di classe Enterprise sono invece ottimizzati per essere usati in continuazione: 24 ore al giorno, 7 giorni alla settimana, 365 giorni l’anno (24/7).

Esistono anche differenze relative alla garanzia. Ogni produttore garantisce l’affidabilità del dispositivo per uno specifico lasso di tempo che, per i prodotti di fascia Enterprise, è solitamente di 5 anni. I dischi per un utilizzo desktop o notebook, invece, sono garantiti mediamente da 1 a 3 anni. Tali garanzie dipendono dal corretto utilizzo e dalle caratteristiche dell’installazione: questo significa che gli utilizzatori devono rispettare sia i tempi di utilizzo sia le condizioni ambientali indicate dal produttore.

Un'altra informazione di cui tenere conto quando si valuta l’affidabilità di un disco fisso è il MTTF indicato. Questo parametro è un valore statistico che indica quanto tempo passerà (in ore) prima che un disco all'interno di un batch si danneggi. Se il valore MTTF è indicato in 1 milione di ore, questo significa che in un gruppo di un milione di dischi si verificherà un problema grave ogni ora, a patto che siano rispettate le condizioni indicate dal produttore. Ragionando su un numero più realistico di 1000 hard disk, un MSP (Managed Service Provider) dovrebbe stimare di sostituirne uno ogni 1000 ore, 42 giorni circa.

La stima di quanti dischi si danneggeranno in un anno (AFR, Annualized Failure Rate) per un disco operante 24/7 può essere calcolata a partire dal valore MTTF usando la seguente formula:

La riduzione di un termine esponenziale è richiesta perché nella statistica bisogna tenere conto anche delle unità che hanno esibito problemi nel periodo preso in considerazione. In ogni caso, per piccole percentuali di AFR l’impatto di questo parametro ha un effetto trascurabile, tanto che possiamo approssimare la formula come segue: 

In parole povere, questo indica che in un anno si danneggeranno circa 9 dischi su 1000. 

Condizioni ambientali e operative

Oltre che ai criteri di affidabilità è necessario tenere conto anche delle condizioni di utilizzo e ambientali: le temperature di esercizio, il carico di lavoro, i cicli di load/unload e quelli di start/stop. Un produttore garantisce uno specifico valore MTTF solo se il disco fisso è utilizzato in specifiche condizioni ambientali e per uno specifico workload.

• Temperatura di esercizio

Per assicurare il MTTF più elevato e una garanzia estesa il più possibile, ogni produttore specifica un intervallo di temperature adeguato al suo utilizzo. Nel caso degli MSP, che installano gli hard disk di fascia Enterprise in data center raffreddati adeguatamente, la temperatura deve essere contenuta fra i 5° e i 55°. Per i dischi consumer questo parametro è compreso fra gli 0° e i 60°, mentre hard disk concepiti per specifici utilizzi industriali possono funzionare all'interno di un range compreso fra i -40° e gli 85°.

La temperatura indicata può essere riferita all'ambiente (Ta) o al case del disco (Tc). Per Ta si intente la temperatura dell’aria nelle immediate vicinanze dell’hard disk mentre Tc indica la temperatura misurata sulla superficie del disco stesso. Temperature al di fuori dei parametri suggeriti tendono ad incrementare l’usura dei componenti e a ridurre il valore MTTF, con un impatto negativo anche sullo AFR.

• • Carico di lavoro nominale

All'interno degli hard disk trovano posto dei piatti (platter), che ruotano, e le testine, che si muovono lungo la superficie. Tutti componenti che col tempo sono soggetti a usura. È evidente che il carico di lavoro, come la quantità di dati letti e scritti, abbia un impatto sull'affidabilità. I produttori solitamente indicano un carico di lavoro massimo annuale affinché siano validi i parametri MTTF e AFR.

I dischi per NAS sono solitamente indicati per 180 TB all'anno. Un valore inferiore a quelli di fascia enterprise (550 TB all'anno) ma decisamente superiore ai dischi da desktop (55 TB all'anno). La proporzione fra dati letti e scritti non incide sul carico di lavoro indicato.

• • Cicli di Start/Stop

I dischi fissi supportano la modalità idle. In questa modalità, le testine magnetiche sono “parcheggiate” su una rampa meccanica mentre i piatti interrompono la rotazione. Quando si accede nuovamente al disco i piatti riprendono a ruotare e le testine sono portate fuori dalla zona di “parcheggio”. Questo insieme di operazioni è definito come cicli di load/unload. Gli hard disk recenti sono in grado di sopportare centinaia di migliaia di questi cicli, senza restrizioni di sorta.

• Clicli di Start/Stop

Per i dischi che non sono certificati per operare 24/7 viene solitamente indicato un valore massimo di cicli Start/Stop, normalmente compreso fra i 10.000 e i 50.000 cicli.

Uno sguardo alle differenti classi di hard disk

Gli hard disk sono sviluppati tenendo conto delle specifiche applicazioni: enterprise-performance, enterpise-capacity, NAS, videosorveglianza, oltre a quelli dedicati al mercato consumer.

I dischi di classe enterprise-performance sono studiati per applicazioni critiche e devono essere operativi 24/7. I modelli da 2.5” con interfaccia SAS (Serial Attached SCSI) offrono dalle 10.000 alle 15.000 rotazioni al minuto, 500 operazioni di Input e Output al secondo (IOPS) e sino a 2.5 TB di capacità. I produttori indicano un MTTF sino a 2 milioni di ore. Questi dischi sopportano un carico di lavoro di 550 TB annuali. Considerando un transfer rate costante di 200 MB/s e una garanzia di 5 anni, il Rated Workload è illimitato.

Anche gli hard disk enterprise-capacity SAS o SATA sono pensati per operare 24/7 e, nei modelli più recenti, arrivano a contenere 16 TB di dati. Sono usati prevalentemente per l’archiviazione dei dati, come nel caso di dischi condivisi o cloud storage. Oltre a sopportare un carico di lavoro di 550 TB all'anno sono caratterizzati dall'elevata disponibilità. Il MTTF può arrivare a 2.5 milioni di ore.

I dischi per NAS con interfaccia SATA arrivano a un massimo di 14 TB e sono ideali per i sistemi NAS privati. Anche questi possono operare 24/7 e hanno un Rated Worload di 180 TB annuali, considerato una garanzia di 3 anni e un MTTF di 1 milione di ore.

Gli hard disk utilizzati nei sistemi di videosorveglianza operano 24/7 ed entro la fine del 2019 usciranno modelli con capacità di 10 TB. I modelli con interfaccia SATA sono concepiti per un carico di lavoro di 180 TB all’anno (tenendo come riferimento 3 anni di garanzia) e offrono un MTTF di 1 milione di ore. Questi dispositivi sono progettati per sopportare un range di temperature più ampio dal momento che solitamente vengono installati in zone non adeguatamente raffreddate. Il fattore più importante per questa tipologia di dischi è un firmware ottimizzato per le specifiche dello streaming video. Per fare un esempio, il tempo massimo per la correzione degli errori è inferiore ad altre tipologie, così da evitare interruzioni dello stream video.

L’ultima categoria è rappresentata dagli hard disk consumer e per desktop. Si appoggiano all'interfaccia SATA e sono disponibili in tagli massimo da 10 TB. Sono in assoluto i dischi più economici, fatta esclusione per casi particolari. Sono pensati per un’attività quotidiana di 8 ore e un carico di lavoro annuale di 55 TB, con una garanzia di 2 anni e un MTTF di 600.000 ore.

In definitiva, possiamo affermare che gli hard disk non si differenziano solo per velocità, capacità e prezzo. Quando si archiviano dati, l’affidabilità e le condizioni sia operative sia ambientali giocano un ruolo di estrema importanza. Se vengono scelti i modelli “giusti”, non c’è nulla che possa impedire la sicurezza dei dati.