Durchblick im Festplatten-Dschungel
Äußerlich und im grundlegenden Aufbau mögen sich die verschiedenen Festplattenmodelle gleichen, doch im Detail gibt es deutliche Unterschiede bei den technischen Eigenschaften. Das liegt daran, dass HDDs für ganz spezifische Einsatzbereiche konzipiert werden – eine Festplatte, die sich optimal für alle Anwendungsszenarien eignet, gibt es schlicht nicht. Wer beim Kauf nur auf den Preis oder die Kapazität achtet, riskiert daher Fehler und Ausfälle noch während der Garantiezeit. Toshiba erklärt in einer Auflistung die wichtigsten Unterschiede.
Die Einteilung der HDDs in verschiedene Serien erleichtert Anwendern den Griff zum richtigen Festplattenmodell. Für die Auswahl innerhalb der Serie oder bei speziellen Anforderungen, die sich aus dem geplanten Anwendungsfall ergeben, lohnt jedoch der Blick ins Datenblatt.
Desktop-HDDs
Festplatten für PCs sind meist für eine tägliche Betriebsdauer von acht bis 16 Stunden und eine jährliche Arbeitslast von 55 TByte (Lesen und Schreiben) ausgelegt. Für die üblichen Arbeiten im Privat- und Berufsleben ist das ausreichend, nicht jedoch für den Einsatz in Videoüberwachungssystemen, Netzwerkspeichern oder Servern. Dort würden die Festplatten rund um die Uhr laufen und müssten viel größere Arbeitslasten bewältigen, weil deutlich mehr Anwender und Anwendungen auf sie zugreifen. Ausgehend von einer Mean Time To Failure (MTTF) von 600.000 Stunden liegt die jährliche Ausfallrate (AFR) einer Desktop-HDD bei 1,46 Prozent, wenn sie 16 Stunden am Tag läuft. Bei einem 24/7-Einsatz würde diese Festplatte außerhalb der Spezifikation betrieben und die Ausfallrate steigt erfahrungsgemäß nach spätestens zwei Jahren drastisch an. Zudem kommt es deutlich häufiger zu Lesefehlern, die die Fehlerkorrektur nicht ausgleichen kann. So liegt die Unrecoverable Error Rate (UER) einer Desktop-HDD bei 1 in 10 hoch 14 – ein nicht korrigierbarer Lesefehler tritt durchschnittlich alle 12,5 TByte (10 hoch 14 Bits) auf. Bei der vorgesehenen Arbeitslast von 55 TByte würde es im Dauereinsatz etwa alle 2,7 Monate zu einem Lesefehler kommen – bei einer Arbeitslast von 550 TByte, die eine Enterprise-HDD aushält, hingegen alle acht Tage (0,27 Monate).
Surveillance-HDDs
Diese Festplatten sind für einen 24/7-Betrieb ausgelegt, da Festplatten in Videoüberwachungssystemen typischerweise rund um die Uhr laufen, und die MTTF liegt üblicherweise bei einer Million Stunden. Diese Zuverlässigkeitsangabe basiert auf einer jährlicher Arbeitslast von 180 TByte, sodass die Laufwerke kontinuierlich Videostreams aufzeichnen können, ohne dass ihre Zuverlässigkeit leidet. Selbst mehrere parallele HD-Streams stellen dank speziell optimierter Firmware-Versionen und großer Pufferspeicher kein Problem dar. Anders als Festplatten für NAS und Server setzen Surveillance-HDDs teilweise auf Shingled Magnetic Recording (SMR). Hier überlappen sich die Datenspuren auf den Magnetscheiben, was eine besonders hohe Datendichte und damit hohe Speicherkapazitäten zu niedrigen Kosten ermöglicht. Für zufällige Schreibzugriffe ist das nicht ideal, weil die überlappenden Spuren bei Änderungen an Daten oft ausgelesen und erneut geschrieben werden müssen, doch bei sequentiellen Datenströmen, wie Überwachungskameras sie liefern, gibt es keinerlei Einschränkungen. Darüber hinaus sind Surveillance-HDDs sehr robust, weil Videoüberwachungssysteme oft in rauen und nicht temperaturstabilen Umgebungen wie Lagerhallen untergebracht sind. In der Regel kommen sie mit Betriebstemperaturen zwischen 0 und 70 Grad Celsius zurecht, während andere HDD-Modelle für kleinere Temperaturbereiche ausgelegt sind.
NAS-HDDs
Festplatten für Netzwerkspeicher weisen mit einer MTTF von mindestens einer Million Stunden und einer jährlichen Arbeitslast von 180 TByte ähnliche Werte wie Surveillance-HDDs auf. Allerdings verzichten sie auf SMR und setzen auf klassisches Conventional Magnetic Recording (CMR), um zufällige Schreibzugriffe besser verarbeiten zu können. Ebenso werden ihre Firmware-Versionen speziell für die typischen Arbeitslasten in NAS-Systemen optimiert. Wie Surveillance-HDDs durchlaufen NAS-HDDs umfangreiche Kompatibilitäts- und Funktionstests in verschiedenen Systemen, damit sie reibungslos mit diesen zusammenarbeiten. Um Kompatibilitätsprobleme zu vermeiden, hilft ein Blick in die Kompatibilitätslisten der Hersteller oder der Griff zu Komplettsystemen, die von Systemintegratoren mit passenden Festplatten bestückt werden. Da sowohl in NAS- als auch Videoüberwachungssystemen mehrere Laufwerke stecken, deren Rotationsschwingungen sich gegenseitig verstärken können, bringen die HDDs einen Vibrationsschutz mit: Sensoren erkennen unerwünschte Schwingungen, und smarte Steuermechanismen passen die Betriebsparameter an und minimieren so den Effekt.
Enterprise-HDDs
Die leistungsstärksten, ausdauerndsten und vielseitigsten Festplatten sind Enterprise-HDD, da sie in Servern und Storage-Systemen die Anforderungen höchst unterschiedlicher Anwendungen erfüllen müssen. Die Laufwerke haben eine MTTF zwischen 1,4 und 2,5 Millionen Stunden – letzteres entspricht einer AFR von lediglich 0,35 Prozent, wobei große Rechenzentrums- und Cloudbetreiber in der Praxis häufig sogar noch niedrigere Werte erreichen. Enterprise-HDDs können eine jährliche Arbeitslast von 550 TByte bewältigen und somit auch längere Phasen intensiver Schreib- und Lesevorgänge problemlos überstehen. Allerdings sind sie nur für Betriebstemperaturen zwischen 5 und 55 Grad Celsius ausgelegt, weil Server und Storage-Systeme üblicherweise in klimatisierten Räumen betrieben werden. Dank neuer Aufzeichnungsverfahren wie Microwave Assisted Magnetic Recording (MAMR) bieten Enterprise-HDDs die höchsten Speicherkapazitäten aller HDD-Serien (derzeit 22 TByte pro Laufwerk) und sind nicht nur mit SATA-Schnittstelle, sondern auch mit SAS-Schnittstelle verfügbar. SAS unterstützt höhere Datenraten als SATA und Features wie Dual Porting und Fehlerkorrektur, die für Unternehmen wichtig sind. Ebenso sind Enterprise-HDDs mit verschiedenen Blockgrößen (512n, 512e oder 4Kn) zu haben, sodass Unternehmen zu Modellen greifen können, die optimal zu den eingesetzten Datei- und Betriebssystemen passen. Und schließlich gibt es bei Enterprise-HDDs auch spezielle Modelle mit Sicherheitsfunktionen, die anderen Festplatten fehlen, etwa eine hardwarebasierte Verschlüsselung und ein schnelles, sicheres Löschen aller Daten ohne langwieriges Überschreiben.
Allein mit der Auswahl eines geeigneten Festplattenmodells ist es allerdings nicht getan. Anwender müssen auch darauf achten, die Laufwerke innerhalb der von den Herstellern spezifizierten Umgebungsbedingungen einzusetzen und insbesondere die genannten Betriebstemperaturen und Workload-Angaben nicht zu überschreiten. Dann lassen sich Festplatten häufig über die Gewährleistungsfrist hinaus betreiben, ohne dass die Fehler- und Ausfallraten signifikant ansteigen.
