Fiabilidad y condiciones de operación determinan la elección del HDD adecuado

Si tenemos en cuenta la efectividad de los costes a la hora de proveer capacidad de almacenamiento, aún no existe forma alguna de desbancar a los discos duros mecánicos (HDD). Según que aplicaciones vayamos a exigir de ellos necesitaremos los más adecuados, sin perder de vista también consideraciones como la fiabilidad y las condiciones de operación, factores críticos para tomar la decisión más acertada.

El volumen de datos continúa creciendo sin restricciones y los retos de empresas y usuarios privados para el almacenamiento de datos aumentan de forma constante. Teniendo en cuenta la eficiencia, la seguridad y los costes, es esencial utilizar las unidades más adecuadas según cada caso en concreto.

En este contexto, un criterio decisivo es la fiabilidad del HDD que descansa en factores tales como las especificaciones del producto, las condiciones ambientales, la carga de trabajo o la aplicación específica. Especialmente, deben de considerarse en profundidad aspectos como el tiempo operativo, la garantía del fabricante, el Tiempo medio hasta el fallo o MTTF (Mean time to failure) y la ratio de fallo anual o AFR (Annualized failure rate).

Un criterio fundamental para la selección de los componentes de almacenamiento adecuado y que hace referencia a la fiabilidad, es la carga operativa, o, dicho con otras palabras, el número de horas de actividad al día para el que ha sido diseñada la unidad. En el caso de los equipos desktop o portátiles, habitualmente son diseñadas para una operación de ocho horas al día de media. Esto refleja un típico caso de uso para esta clase de máquinas. Por otro lado, los HDD para aplicaciones empresariales están optimizados para su uso continuo: 24 horas al día, siete días a la semana, 365 días al año (24/7/365 o 24/7).

También existen diferencias en términos de garantía. La fiabilidad de un producto está garantizada por el fabricante para un periodo de tiempo definido, siendo habitualmente de cinco años para el entorno empresarial, y de uno a tres años en el caso de usuarios particulares. Sin embargo, la garantía depende de un uso y despliegue correctos, lo que significa que tanto el tiempo de operación como las condiciones medioambientales necesitan ser tenidas en cuenta.

Además, en relación con la fiabilidad de un disco duro, la información del fabricante sobre el MTTF también debe considerarse. El MTTF es un valor estadístico que define después de cuánto tiempo puede ocurrir un primer fallo en un conjunto de dispositivos (medido en horas). Si el MTTF es de un millón de horas, y las unidades operan de acuerdo con las especificaciones, se puede esperar el fallo de una unidad por hora en un conjunto de un millón de unidades.

Para la cantidad más realista de 1.000 unidades, un proveedor de servicios gestionados debe prever un fallo cada 1.000 horas (casi 42 días). La ratio estadística de fallo por año prevista o Annualized Failure Rate (AFR) para unidades que operan 24/7 puede calcularse a partir del MTTF con la siguiente fórmula:

La reducción en base a un término exponencial es necesaria porque las unidades que han fallado durante este periodo de tiempo deben ser consideradas en las estadísticas. Sin embargo, para un porcentaje AFR pequeño, reflejar en la fórmula las unidades que ya han fallado tiene un impacto insignificante, permitiendo una fórmula aproximada como:

Esto significa que nueve de cada 1.000 discos al año podrían fallar dentro del periodo de garantía.

Condiciones de operaciones y ambientales

Además del criterio de fiabilidad de un disco duro también deben tenerse en cuenta su operativa específica y las condiciones ambientales; referido principalmente a la temperatura de operación, la ratio de carga de trabajo, los ciclos de carga / descarga y los ciclos de arranque – parada. Si un fabricante garantiza un valor MTTF concreto para un determinado periodo de tiempo, lo hace solo con la condición de que la unidad opera bajo determinadas condiciones medioambientales y de cargas de trabajo.

Temperatura en operación

Para proporcionar el periodo de garantía más largo posible y el MTTF más elevado el rango de temperatura en operación se define para cumplir lo mejor posible con la aplicación objetivo. Para los proveedores de servicios gestionados que operan centros de datos refrigerados, habitualmente se especifica un uso de entre 5°C y 55°C. Las unidades para consumidor final se evalúan para 0°C y 60°C y los discos industriales para un rango ampliado de temperaturas de -40°C hasta 85°C.

La especificación de temperatura se define habitualmente bien como temperatura ambiente, Ta, o temperatura de la carcasa, Tc. La temperatura ambiente es la temperatura del aire en torno a la proximidad inmediata del disco, mientras que la temperatura carcasa se mide en la propia superficie del disco. El funcionamiento de los discos fuera de las especificaciones de temperatura incrementará el desgaste y reducirá el valor MTTF afectando de forma negativa al AFR.

Clasificación de la carga de trabajo

Con sus platos giratorios y sus cabezas móviles, los HDD tienen una serie de componentes que pueden sufrir desgaste. Por lo tanto, debe de quedar claro que la carga de trabajo, por ejemplo, la calidad de datos escritos y leídos, tendrán un impacto en la fiabilidad. Los fabricantes de discos normalmente definen una carga de trabajo máxima por año para la que los valores MTTF y AFR siguen siendo válidos.

Las unidades NAS suelen indicarse para más 180 TB/año. Este valor es inferior al de los discos empresariales (550 TB/año), pero significativamente superior al de los discos cliente (55 TB/año). La diferencia entre la división entre de las cargas de lectura y escritura no tiene impacto en la ratio de cargo de trabajo.

Ciclos de carga/descarga

Los HDD admiten un modo inactivo. En este modo, el cabezal de lectura/escritura se mantiene en una rampa mecánica mientras que los discos giratorios se quedan en posición de reposo. Cuando se requiere nuevamente acceso a la unidad los platos vuelven a girar y el cabezal vuelve a salir de su posición. Esto se conoce como el ciclo de carga/descarga.

Los últimos modelos de HDD pueden soportar varios cientos de miles de ciclos de carga/descarga. Prácticamente no existen restricciones a este respecto.

Ciclo de arranque/parada (HDD)

En el caso de los discos no indicados para una operación 24/7 se define un número máximo de ciclos de arranque/parada para el motor del eje. Este indicador normalmente se sitúa entre 10.000 y 50.000 ciclos de arranque-parada.

Diferentes clases de HDD de un vistazo

Los HDD se diseñan con una aplicación específica en mente: rendimiento empresarial, capacidad empresarial, NAS, vídeo y vigilancia, así como para consumidor y desktop.

Los HDD empresariales de alto rendimiento están diseñados para aplicaciones de misión crítica con un funcionamiento 24/7. Los discos duros de 2,5 pulgadas con una interface Serial Attached SCSI (SAS) ofrecen de 10.000 a 15.000 rotaciones por minuto, 500 operaciones de entrada/salida por segundo (IOPS) y hasta 2,5 TB de capacidad de almacenamiento. Los fabricantes especifican un MTTF de hasta dos millones de horas. Estos discos duros están diseñados para cargas de trabajo de 550 TB al año. Con una velocidad de transferencia de datos continua de 200 MB/s durante los cinco años del periodo de garantía, la ratio de carga de trabajo será ilimitada.

Los HDD de capacidad empresarial SAS o Serial ATA (SATA) también están diseñados para un funcionamiento 24/7 y actualmente ofrecen hasta 16 TB de capacidad. Se utilizan principalmente en aplicaciones de almacenamiento nearline como unidades compartidas, almacenamiento cloud o archivo. Además de por una carga de trabajo nominal de 550 TB al año, se caracterizan por su alta disponibilidad. Su MTTF puede alcanzar hasta 2,5 millones de horas.

Los HDD NAS con interface SATA y hasta 14 TB están indicados para su uso en sistemas NAS privados. Sus parámetros básicos incluyen una operación 24/7, una ratio de carga de trabajo de 180 TB al año durante los tres años del periodo de garantía y un MTTF de un millón de horas.

Los HDD para sistemas de video cámaras y vigilancia tienen una operación 24/7. Este año estarán disponibles con capacidades de hasta 10 TB. Estos discos duros con interface SATA están diseñados para una carga de trabajo de 180 TB al año (en base a tres años de garantía) y ofrecen un MTTF de un millón de horas. Habitualmente, los HDD de esta categoría se diseñan para un rango de temperaturas más amplio, dado que los sistemas de vigilancia a menudo se utilizan en ubicaciones que no están refrigeradas con tanta precisión como las salas de servidores de los centros de datos. Los factores más críticos para este tipo de discos incluyen las peculiaridades del firmware que soportan los específicos requerimientos de vídeo y transmisión en streaming. Así, por ejemplo, el tiempo máximo posible para la corrección de errores está limitado a fin de evitar interrupciones en la transmisión de vídeo.

La última categoría corresponde a las unidades para consumidor o desktop. Cuentan con una interface SATA y están disponibles con hasta 10 TB de capacidad. Son el tipo de HDD más económico y tienen algunas restricciones. Así, el tiempo de operación es de solo ocho horas al día, la carga de trabajo de 55 TB al año durante los dos años del periodo de garantía y el MTTF de 600.000 horas.

Con todo, podemos afirmar que los discos duros no son solo capacidad y coste. Al almacenar datos, las especificaciones de fiabilidad y las condiciones de operación y ambientales deberían jugar siempre un papel importante. Si el usuario elige la versión “correcta”, nada se interpondrá en el camino para una implementación eficiente y segura.

Firmado: Rainer W. Kaese, responsable senior de Desarrollo de Negocio de Productos de Almacenamiento de Toshiba Electronics Europe