Надійність носіїв інформації

    Поломка носія інформації, жорсткого диска, флешки, або SSD, не кажучи вже про мобільні пристрої, що переносяться, досить часте явище, пов'язане з надійністю пристрою, і умовами його експлуатації.

Надійність роботи пристрою завжди залежить від якості використовуваних деталей, від якості складання окремих модулів у пристрій, що повністю функціонує. Весь процес виробництва відстежує служба технічного контролю.

    Для відносної оцінки надійності пристрою часто використовуються метрики AFR і MTBF і MTTF.

AFR та MTBF/MTTF

AFR (Annualized Failure Rate – частота відмов на рік)

MTTF (Mean Time To Failure - середній час вщент)

MTBF (Mean Time Between Failure – середній час між відмовими)

Чим вище середній час безвідмовної роботи, тим надійніше пристрій.

    MTTF вказується у годиннику. Показник MTTF може бути отриманий у різний спосіб: використанням даних лабораторних випробувань, з використанням фактичних даних про відмови в польових умовах або з використанням моделей прогнозування частоти відмов деталей.

MTTF = 1/(сума частот відмов усіх деталей).

    Ось що говорить про це Toshiba.

Замість MTTF (Mean Time To Failure) іноді використовується термін MTBF (середній час між відмовами). Середній час безвідмовної роботи означає час від однієї відмови до наступної після усунення першої відмови. Оскільки компоненти сховища не підлягають ремонту, середній час безвідмовної роботи не має значення; Таким чином, MTTF є правильним терміном у цьому випадку.»

White Paper I September 2015

    приклад.

    Типовий середній час безвідмовної роботи компонентів системи зберігання, що дорівнює 1 мільйон годин, означає, що для популяції з 1 мільйон дисків, що працюють в системах, можна очікувати відмови одного пристрою в годину, якщо воно працює відповідно до специфікацій надійності. З 1000 дисків це означатиме, що збій може відбуватися кожні 1000 годин.

    1 мільйон годин дорівнює 114 років. Але це не означає, що один диск працюватиме 114 років, тому що специфікація MTTF дійсна лише для дисків, які працюють протягом гарантійного терміну.

    А ось на сайті компанії Seagate зазначено, що вона більше не використовує галузевий стандарт «Середній час напрацювання на відмову» (MTBF) для кількісної оцінки середньої частоти відмов жорстких дисків. Seagate переходить на інший стандарт: "Річна частота відмов" (AFR).

    Для приводів, що працюють цілодобово та без вихідних, очікувана статистична частота відмов на рік може бути розрахована на основі MTTF за такою формулою:

    WD101KRYZ – 10ТБ, WD8002FRYZ – 8ТБ, WD6002FRYZ – 6ТБ, WD4002FYYZ – 4ТБ, WD2005FBYZ – 2ТБ, WD1005FBYZ – 1ТБ

    Тут бачимо, що диски обсягом від 1ТБ до 6ТБ мають однаковий MTFB = 2000000 годин, відповідно, однаковий AFR = 0,44%. Це говорить про те, що протягом 1 року з 2000000 дисків можуть вийти з ладу 8800 дисків. Однак, у таблиці над цими даними є маленькі цифри для уточнень, цифри 5 та 6. І видно, що для моделей 4ТБ та 6ТБ MTFB та AFR розраховані за інших умов, при меншому річному навантаженні передачі даних. Отже, вони менш надійні ніж моделі 1ТБ та 2ТБ. Що й слід було чекати.

Далі ще цікавіше. Виходячи з характеристик зазначених у цій таблиці, жорсткі диски WD101KRYZ та WD8002FRYZ мають надійність (AFR= 0,35; 7 пластин та 14 головок) вище, ніж у WD6002FRYZ (AFR= 0,35; 4 пластини 8 головок). З яких причин так відбувається не зрозуміло, у документації не вказано.

    Трохи щодо річних навантажень.

У документації під уточненням 5 для дисків 1ТБ та 2ТБ:

«Специфікації MTBF та AFR продукту засновані на базовій температурі роботи 40°C та типовому робочому навантаженні системи 219 ТБ/рік. Робоче навантаження визначається як обсяг даних, що передаються на жорсткий диск або з нього. Продукт розрахований на робочі навантаження до 550 ТБ на рік.

Тепер розберемося, що це означає на практиці. Розрахуємо розрахункове навантаження для диска однієї доби: 360 днів / 550ТБ = 664ГБ/сутки. Це загальний обсяг записаних та прочитаних даних жорстким диском протягом однієї доби.

Зі швидкістю читання або запису 100МБ/сек можна прочитати або записати 360ГБ за годину, 8,64ТБ за 24 години.

    Отже, при такій інтенсивності використання надійність диска буде зменшуватися, і, можливо, він підлягатиме заміні раніше встановленого гарантійного терміну.

    Роздача лише торентів на швидкості 5МБ/сек – 432ГБ/добу – 157,680ТБ/рік, якщо 10МБ/сек – 315,360ТБ/рік. Для дисків WD Gold 1ТБ WD1005FBYZ та 2ТБ WD2005FBYZ це навантаження вписується у межі розрахункової 550ТБ на рік. Але для дисків обсягом від 4ТБ до 10ТБ вже не вписується, тому що для них усі розрахунки наведені з типовим навантаженням 219ТБ на рік:

     «Специфікації MTBF та AFR продукту засновані на базовій температурі роботи 40°C та типовому робочому навантаженні системи 219 ТБ/рік. Робоче навантаження визначається як обсяг даних, що передаються на жорсткий диск або з нього.»

    Отже, надійність диска в межах роботи гарантійного терміну, ймовірно, знижуватиметься.

При роботі в системах з великими навантаженнями обсяги даних, що передаються, можуть бути в рази більше, що означає різке експоненційне зменшення надійності.

    А ось і WD Red Plus:

    WD140EFGX, WD140EFFX - 14ТБ; WD120EFBX, WD120EFAX - 12ТБ; WD101EFBX, WD10EFAX - 10ТБ; WD80EFBX, WD80EFAX, WD80EFZX - 8ТБ; WD60EFZX - 6ТБ; WD40EFZX - 4ТБ; WD30EFZX - 3ТБ; WD20EFZX - 2ТБ; WD10EFRX, WD10JFCX - 1ТБ

    У WD Red Plus зі специфікації чомусь пропала характеристика AFR. Але її дуже просто розрахувати. AFR = 0,87%. А це означає, що надійність у кілька разів нижча ніж у WD Gold, тому що по виносці 9 для цих дисків написано:

Специфікації MTBF засновані на вибірковій сукупності та оцінюються статистичними вимірами та алгоритмами прискорення за типових умов експлуатації: 90 ТБ/год та температурі диска 40°C. При перевищенні цих параметрів і температури приводу до 65°C відбудеться зниження характеристик MTBF. Середній час безвідмовної роботи не визначає надійність окремого диска та не є гарантією.»

    Отже, роздача лише торентів на швидкості 5МБ/сек – 432ГБ/добу – 157,680ТБ/рік вже призведе до сильного зниження розрахункової надійності у межах гарантійного терміну для дисків цього типу.

    Для WD SSD дисків призначених для роботи в системах NAS точні цифри AFR і MTBF/MTTF відсутні:

    Написано, що розрахункові дані про МТТФ засновані на внутрішньому тестуванні стрес-тестом Telcordia. У графі середнього часу між відмови MTTF написано «до 2M».

     Жорсткі диски WD Blue:

     WD80EAZZ - 8ТБ; WD60EZAZ - 6ТБ; WD40EZAZ - 4ТБ; WD30EZAZ - 3ТБ; WD20EZBX, WD20EZAZ - 2ТБ; WD10EZRZ, WD10EZEX - 1ТБ; WD5000AZRZ, WD5000AZLX - 500ГБ.

     У цій специфікації інформації про AFR та MTBF/MTTF немає.

     Жорсткі диски WD Blue Mobile:

    WD20SPZX - 2ТБ; WD10SPZX-1ТБ; WD5000LPZX - 500ГБ; WD320LPCX, WD320LPVX - 320ГБ.

Про AFR та MTBF/MTTF даних немає.

     Розрахункові дані AFR та MTBF/MTTF для карт пам'яті SanDisk microSD у технічній документації не наводяться:

    Тепер подивимося на виробника Seagate.

    Популярні диски формату 2,5 дюйми для мобільних пристроїв:

ST2000LM010, ST2000LM007 (2 пластини 4 головки) - 2ТБ;

ST1500LM012 (2 пластини 4 головки) - 1,5 ТБ;

ST1000LM038, ST1000LM035 (1 пластина 2 головки) - 2ТБ;

ST500LM033, ST500LM030 (1 пластина 2 головки) - 2ТБ;

    Як видно, моделі різні і конструктивно відрізняються кількістю робочих поверхонь, але характеристики надійності чомусь однакові.

    На жаль, на продукцію такого рівня розрахунки надійності AFR та MTBF/MTTF не наводяться. Але зазначається, що «середня річна оцінка робочого навантаження: <55 ТБ/рік. У специфікаціях продукту передбачається, що робоче навантаження вводу-виводу не перевищує середньої річної межі робочого навантаження 55 ТБ/рік. Робочі навантаження, що перевищують річну норму, можуть погіршити та вплинути на надійність роботи пристрою. Середньорічна межа робочого навантаження вказана в одиницях ТБ за календарний рік.»

55ТБ/рік – багато це, чи мало? Рівномірне навантаження 55ТБ/рік = 150,7ГБ/день.

    Подивимося на Seagate SAS моделі: