Fachartikel

Qualitätscheck für Enterprise-HDDs

Die Storage-Herausforderungen an Unternehmen steigen. Ein Grund dafür sind immer weiter wachsende Datenmengen. Es ist daher essenziell, die jeweils richtigen Laufwerke für die verschiedenen Anwendungsfälle zu nutzen. Dabei ist eine Vielzahl von Fragen zu beantworten, gerade hinsichtlich Spezifikationen wie Betriebsdauer, Gewährleistung, Betriebstemperatur oder Rated Workload. Unser Fachbeitrag hilft Nutzern dabei, die Speichermedien auszuwählen, die für ihre Anforderungen am besten geeignet sind.
Für das Speichern wichtiger Daten sollte die Zuverlässigkeitsspezifikation der Festplatte eine wichtige Rolle spielen.
Ein zentrales Kriterium bei der Auswahl von Speicherkomponenten ist deren Zuverlässigkeit. Hierbei müssen verschiedene Faktoren wie die Betriebsdauer, Herstellergewährleistung, Mean Time To Failure (MTTF) und Annualized Failure Rate (AFR) berücksichtigt werden, die die Zuverlässigkeit beeinflussen.

Von entscheidender Bedeutung ist die tägliche Betriebsdauer. Sie bezieht sich auf die Einsatzdauer pro Tag, für die ein Speichermedium ausgelegt wurde. Während HDDs für unternehmenskritische Anwendungen für den Dauereinsatz konzipiert sind – 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche und 365 Tage im Jahr (24/7/365 oder 24/7) – kann die Betriebsdauer von Client-Laufwerken geringer ausfallen: So kann sie zum Beispiel bei Speichermedien, die für Desktop-PCs oder Notebooks konzipiert wurden, bei acht oder 16 Stunden pro Tag liegen.
Auch hinsichtlich der Gewährleistung gibt es Unterschiede. Hersteller gewährleisten die Zuverlässigkeit eines Speichermediums typischerweise für fünf Jahre bei Enterprise-Komponenten und ein bis drei Jahre bei Client-Produkten. Dies gilt unter der Bedingung, dass die Beschränkungen hinsichtlich der Betriebsdauer (bei nicht für den 24/7-Betrieb ausgelegten Produkten) oder der Einsatzbedingungen eingehalten werden.

MTTF richtig einschätzen
Außerdem sind im Hinblick auf die Zuverlässigkeit einer Festplatte die Herstellerangaben zur MTTF zu berücksichtigen. Die MTTF (gemessen in Stunden) ist ein statistischer Wert, der die Zeit bis zum Auftritt des ersten Fehlers bei technischen Geräten angibt. Die für Speicherkomponenten typische MTTF von einer Million Stunden bedeutet, dass bei einem Betrieb von einer Million Laufwerken innerhalb eines Speichersystems der Ausfall von einem Laufwerk pro Stunde zu erwarten ist, wenn die Laufwerke unter Beachtung der Spezifikationen zur Zuverlässigkeit betrieben werden. Bei einem Betrieb von 1.000 Laufwerken kann ein Ausfall dann alle 1.000 Stunden auftreten.

Für Laufwerke im 24/7-Betrieb kann basierend auf der MTTF die erwartete statistische Fehlerrate pro Jahr (Annualized Failure Rate – AFR) mit folgender Formel berechnet werden:

AFR = 1-e(-8.760h/MTTF[h])

Ein Jahr entspricht dabei 8.760 Stunden. Die Reduzierung durch einen exponentiellen Wert ist nötig, weil statistisch auch die bereits ausgefallenen Laufwerke berücksichtigt werden müssen. Bei niedrigen Annualized-Failure-Raten kann dies allerdings vernachlässigt werden und die Formel vereinfacht sich wie folgt:








Einsatzbedingungen berücksichtigen

Neben den Zuverlässigkeitskriterien einer Festplatte müssen auch die konkreten Betriebs- und Umgebungsbedingungen beachtet werden: Das betrifft vor allem die Aspekte Betriebstemperatur, Rated Workload, Load/Unload-Zyklen und Start-Stopp-Zyklen. Wenn ein Hersteller einen konkreten MTTF-Wert über einen bestimmten Zeitraum gewährleistet, macht er dies nur unter der Voraussetzung, dass das Laufwerk unter bestimmten Umgebungsbedingungen und Arbeitsbelastungen betrieben wird.

Betriebstemperatur
Laufwerke sind auf den Betrieb in einem bestimmten Temperaturbereich ausgelegt. Typischerweise liegt der Bereich für den Einsatz einer Festplatte, die für Rechenzentren mit Kühlungssystemen entworfen wurde, bei 5°C bis 55°C. Consumer- oder Client-Laufwerke sind für Betriebstemperaturen zwischen 0°C und 60°C bestimmt, während Laufwerke für Industrie-Anwendungen für einen erweiterten Temperaturbereich von - 40°C bis zu 85°C spezifiziert sein können.

Die Temperaturangaben beziehen sich üblicherweise auf die Umgebungstemperatur (Ta) – die Temperatur der Luft außerhalb des Gerätes beziehungsweise um das Gerät herum – oder die Gehäusetemperatur (Tc), die unmittelbar auf der Gehäuseoberfläche gemessen wird. Bei Nichteinhaltung der Temperatur können die Komponenten schneller verschleißen: Die Mean Time To Failure verkürzt sich und die Annual Failure Rate erhöht sich exponentiell.

Rated Workload
HDDs enthalten mechanische Komponenten, die durch ständige Bewegung belastet werden. Folglich hat auch die Arbeitsbelastung, das heißt die Anzahl der Lese- oder Schreibvorgänge, einen Einfluss auf die Zuverlässigkeit. Deshalb haben HDD-Hersteller begonnen, die maximale jährliche Arbeitslast zu spezifizieren, für die die MTTF- und AFR-Werte gültig sind. Eine typische "Rated Workload" liegt bei Client-Geräten bei bis zu 55 TByte pro Jahr und bei Enterprise- und Server-Laufwerken bei bis zu 550 TByte pro Jahr. Dabei unterscheiden die Hersteller bei einer HDD nicht zwischen Schreib- oder Lesezugriffen.

Load/Unload-Zyklen
Wenn eine Festplatte in den Ruhezustand versetzt wird, parkt der Actuator-Arm den Schreib-/Lesekopf auf einer mechanischen Rampe, um eine Beschädigung des rotierenden Mediums zu verhindern. Durch die dadurch entstehenden mechanischen Belastungen ist die Anzahl der so genannten Load/Unload-Zyklen begrenzt. Aktuelle Laufwerke können mehrere hunderttausend Load/Unload-Vorgänge durchführen. Das entspricht theoretisch bis zu elf Load/Unload-Vorgängen pro Stunde bei einem 24/7-Betrieb über die gesamte Gewährleistungszeit.

Start-Stopp-Zyklen
Festplatten, die nicht für den 24/7-Betrieb ausgelegt sind, sind für eine maximale Anzahl von Start-Stopp-Vorgängen des Spindelmotors spezifiziert. Üblicherweise liegt ein solcher Wert bei rund 50.000 Start-Stopp-Zyklen.

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27.04.2016/ln/Rainer Kaese, Senior Manager Business Development bei Toshiba Electronics Europe

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