Жесткие диски для видео

По материалам компании Pinnacle Systems

Введение

Чтобы реализовать преимущества компрессии MPEG и хранения материала на жестких дисках и обеспечить их применение в телевизионном вещании, поставщики видеосерверов используют различные технологии. Первый видеосервер был представлен на рынке телевизионного вещания около 10 лет назад. В то время выбор типа жесткого диска был невелик. Как правило, он ограничивался типом SCSI, а в последующие годы еще и дисками с волоконнооптическим интерфейсом. С течением времени емкость и производительность дисков неуклонно повышались, что обусловливалось улучшением технологии производства магнитных носителей, используемых в дисках, и модернизацией магнитных головок чтения/записи. Хотя в компьютерах общего назначения широко применялись и другие типы жестких дисков, например IDE и ATA, устройства типа SCSI и Fibre Channel существенно превосходили их по своим характеристикам и были наиболее подходящими для работы с видео.

Технологии производства жестких дисков развиваются вместе с этим рынком. Сегодня диски ATA и SATA (serial ATA) получают распространение в таких сферах, где ранее безраздельно «царствовали» диски SCSI и Fibre Channel (FC). Эти диски могут применяться там, где требования к работе диска попадают в диапазон характеристик современных ATA-накопителей. Такие насыщенные данными приложения, как видео- и web-серверы, а также архивы на дисковых накопителях могут хорошо работать на базе существующей ATA-технологии. Использование дисков ATA и SATA дает пользователям таких приложений массу преимуществ. В этой статье обсуждаются причины выбора типа жестких дисков и разъясняются их преимущества.

Новые жесткие диски для видеосерверов

При принятии решения о переходе с SCSI-дисков на технологию ATA у разработчиков систем одним из первых, вероятно, возникает вопрос: являются ли недорогие диски ATA такими же профессиональными изделиями, как SCSI? Поэтому стоит поглубже вникнуть в суть вопроса. Да, диски ATA существенно дешевле по сравнению с накопителями SCSI и FC. И сегодня причиной такой низкой цены является не пониженный уровень надежности, а ряд иных важных факторов. Первый и наиболее очевидный из них — это объем производства. Вследствие того, что диски ATA широко применяются в персональных компьютерах и рабочих станциях, а в последнее время и в сфере домашнего видео для монтажа в формате DV и в составе PVR (персональные видеорекордеры), объем производства этих дисков значительно превышает этот же показатель для SCSI-дисков. Фактически отношение объемов выпуска составляет 10:1. Отсюда и значительное снижение цены.

SCSI-диск фирмы Compaq

Другим фактором, определяющим высокую стоимость SCSI-дисков, является сложность интерфейса SCSI. Эти диски содержат гораздо более сложный интерфейс, обеспечивающий высокий уровень управления, диктуемый протоколом SCSI. Диски ATA используют значительно менее сложный аппаратный интерфейс, менее требовательный к специализированному программному и аппаратному обеспечению и содержащий меньше компонентов в одном устройстве. А снижение числа компонентов приводит к повышению надежности устройства. Кроме того, сложный интерфейс SCSI требует значительных финансовых вложений в разработку и тестирование каждого изготовленного устройства, что приводит к повышению цены, по которой эти диски продаются пользователю.

RAID-массив SCSI фирмы Sun

Иногда возникает и другой вопрос: не являются ли свойства SCSI-дисков, обусловливающие их более высокую цену, важными для видеосервера? Если рассматривать производительность, то производители должны удовлетворить требования приложений по этому параметру для различных типов дисков. Скорость работы диска обычно определяется на основе показателей «скорость передачи данных» и «время доступа». Скорости передачи данных у дисков SCSI и ATA все больше сближаются. Диски ATA на сегодня способны обеспечить 56 МБ/с, тогда как SCSI-устройства дают 65 МБ/с. Время доступа у SCSI-дисков, однако, по-прежнему выше, чем у ATA. Это обусловлено различными скоростями вращения. Для дисков SCSI она составляет 15000 об/мин, а диски ATA, используемые, в частности, в системе Palladium Store, имеют скорость вращения 7200 об/мин.

ATA-диск Seagate

SCSI-диск Seagate

Тем не менее, анализируя эти отличия в производительности в связи с конкретным приложением, необходимо определить, влияют ли указанные параметры на реальную производительность системы. Проведем простую аналогию: бегун-спринтер может пробежать стометровку достаточно быстро, но такая скорость вряд ли окажет ему большую помощь на марафонской дистанции. Другими словами, если приложение использует постоянный, часто повторяющийся доступ к малым, локально записанным объемам информации, то лучшим решением будет диск SCSI с его несколько более быстрым доступом. Если же для работы приложение обращается к большим объемам данных и требует широкой полосы пропускания, что имеет место в случае с видеосерверами, то диски ATA обеспечивают ту же производительность, что и SCSI. Фактически их применение в некоторых существующих на сегодня системах обеспечивает такую же или даже более высокую производительность, как и более ранние массивы на основе устройств SCSI и Fiber Channel. И хотя диски SCSI имеют ряд некоторых преимуществ в плане производительности, они не дают никакого прироста общей производительности по сравнению дисками ATA при их использовании в видеосерверах. А поскольку все преимущества SCSI-дисков не являются важными факторами для видеосерверов, применение этих дисков приводит лишь к необоснованному повышению цены на серверы.

Соответствие приложения и технологии

Для приложений, которые работают с большими объемами данных (Rich Media), хорошо подходят диски ATA. Примерами таких приложений могут служить вещательные серверы, серверы для реализации услуги «видео по запросу», системы цифрового нелинейного монтажа и им подобные. В рамках этих приложений данные обычно перемещаются большими порциями или блоками (например, видеокадры), причем это перемещение может носить произвольный (одиночные кадры) или последовательный (видеофрагмент) характер. Процесс переноса данных хорошо поддерживается дисками ATA благодаря их высокой скорости передачи данных. Кроме того, вследствие природы видео, требования к объемам хранения также высоки. И именно в этом вопросе становится очевидным неоспоримое преимущество дисков ATA — отношение цена/емкость.

Надежность дисков

Для систематизации дисков по надежности используется два параметра: MTBF (Mean Time Between Failures) и Bit Error Rate. Первый из них характеризует предположительный срок наработки на отказ, а второй — количество ошибок, возникающих в период эксплуатации.

Вид на SATA диск Seagate со стороны разъемов

Показатель MTBF у дисков ATA за последние несколько лет значительно вырос. Пять лет назад он составлял лишь незначительную часть этого же параметра дисков SCSI. В последнее время эта разница стремительно уменьшается. Фактически с момента появления дисков ATA класса Server достигнуто равенство между дисками обоих типов в плане надежности, и наработка на отказ у них составляет 1 млн. 200 тыс. часов.

Частота появления ошибок при работе диска измеряется параметром Bit Error Rate (BER). Этот показатель для дисков ATA и SCSI в настоящее время практически одинаков. Для дисков ATA он составляет 1:1014. Очевидно, что современные диски ATA сейчас являются такими же надежными, как и SCSI.

Дополнительные достоинства дисков ATA

Диски ATA по некоторым параметрам превосходят SCSI-диски. Во-первых, они потребляют на 40% меньше энергии, чем эквивалентные диски SCSI. А это, в свою очередь, облегчает тепловой режим их работы и снижает требования к охлаждению. Как следствие, диски ATA можно устанавливать в корпус более плотно, делая устройство компактнее, снижая мощность (а значит, и габариты) блока питания и системы охлаждения. В результате стоимость хранения данных в системах на основе ATA-устройств снижается.

Во-вторых, диски ATA гораздо более устойчивы к механическим воздействиям — вибрации, ударам и т. д., чем накопители SCSI. Их работоспособность при воздействии в 55g на 20% выше, чем у SCSI-дисков при нагрузке в 45g. В нерабочем режиме виброударостойкость у дисков ATA еще больше: при 350g она на 50% выше, чем у SCSI при 225g.

И еще одно соображение не только радует, но и удивляет: емкость дисков у ATA стала больше, чем у SCSI. На сегодня предел емкости для SCSI-диска со скоростью вращения 10000 об/мин составляет 146 ГБ, тогда как уже сегодня можно приобрести диски ATA емкостью 180 ГБ. В скором времени ожидается появление ATA-дисков объемом 240 и 320 ГБ. А это еще больше снизит стоимость всей системы, поскольку улучшается такой показатель, как количество данных на один диск.

И, наконец, ATA-диски являются гораздо более экономичными по сравнению со SCSI. Они всегда были дешевле, а в последние годы разрыв в цене еще более увеличился. А эта разница в цене напрямую отражается на стоимости систем для потребителя. В настоящее время системы хранения на основе технологии ATA по экономическим показателям вплотную приблизились к ленточным архивам.

Все эти факторы вместе взятые делают диски ATA очень хорошим вариантом в плане снижения цены видеосерверов и систем хранения данных при сохранении производительности и надежности, требуемых в сфере телевизионного вещания.