Toshiba: un futuro sostenibile per l’archiviazione dei dati

L’archiviazione dei dati è essenziale per molti aspetti del mondo moderno, così come la protezione dell’ambiente. Tuttavia, le due esigenze sembrano essere spesso ‘in contrasto’ con la maggior parte dei dati cloud conservati su hard disk che molti considerano avidi di energia. Toshiba analizza come la tecnologia degli HDD si sta evolvendo per ridurre drasticamente l’energia consumata per l’archiviazione e offre alcuni consigli per utilizzare gli HDD nel rispetto degli obiettivi ambientali.

Perché usare gli HDD per il cloud?

I dati al giorno d’oggi sono preziosi e le tre opzioni principali per l’archiviazione sono: nastro magnetico, HDD e unità SSD, ciascuno con caratteristiche diverse.

Il nastro è principalmente un supporto di backup molto affidabile e a basso costo, ma troppo lento. Restano gli HDD e le unità SSD, che sono entrambi validi per il cloud storage dal punto di vista delle prestazioni. Sebbene vi siano differenze in termini di consumo energetico e velocità, il più grande divario tra le due tecnologie è il costo.

Il costo in bit degli HDD è pari a un settimo di quello delle unità SSD e altrettanto interessante è il fatto che entrambi i costi continuano a diminuire a un ritmo simile, per cui, in base alle proiezioni attuali, non si prevede che le unità SSD diventeranno più economiche degli HDD nel breve-medio termine.

Con le dimensioni del cloud storage, il fattore economico è una priorità e, per questo motivo, la stragrande maggioranza dell’archiviazione cloud è basata su HDD. Per fare un confronto diretto, nel 2022 sono stati spediti 88 milioni di HDD di classe Enterprise da 3,5″ / 7.200 giri/min (per un totale di 1021 Exabyte) a fronte di 66 milioni di SSD di classe Enterprise, per una capacità totale di soli 175 Exabyte.

Il consumo energetico degli HDD si riduce grazie all’innovazione

Il consumo energetico degli hard disk è un altro aspetto importante. Il settore ragiona in termini di ‘watt per terabyte (W/TB)’, in quanto è una buona misura della quantità di energia necessaria complessivamente per archiviare tutti i dati in cloud. Inoltre, considera anche il fatto che la rotazione dei piatti richiederà sempre una quantità definita di energia, un aspetto inevitabile degli HDD. Quindi, mentre il settore continua a cercare di migliorare l’efficienza energetica, parallelamente aumenta la capacità degli HDD garantendo che l’energia consumata non aumenti.

Nel 2011, un HDD da 4 TB (serie MG03) richiedeva circa 10,5 W ed era considerato ‘all’avanguardia’ con un consumo di 2,6 W/TB. La continua innovazione ha aumentato di 2,5 volte la capacità, mentre il consumo di energia è rimasto quasi costante (10,6 W), per cui il W/TB si è più che dimezzato. Il 2017 è stato un anno cruciale per gli HDD Toshiba. La necessità di utilizzare piatti più sottili per aumentare la capacità, ha fatto sì che l’aria che riempiva le unità causasse problemi di ‘fluttering’ durante la rotazione ed è stata quindi sostituita con l’elio, che essendo più leggero ha generato minore attrito sui piatti e ha ridotto il consumo energetico complessivo dell’HDD di 2,8 W poiché il motore deve lavorare meno.

Grazie all’aumento della capacità, all’integrazione dell’elio e ad altre innovazioni, i W/TB di un tipico HDD di classe Enterprise sono diminuiti di cinque volte, passando da 2,6 a 0,5 W/TB, con un impatto significativo sull’energia necessaria per alimentare il cloud storage. La versione 2022 dell’MG10ACA da 20 TB ha migliorato ulteriormente le proprie performance con 2 TB di capacità in più, ma la potenza attiva è aumentata solo di 1W.

Come i casi d’uso influiscono sul consumo energetico

Gli HDD offrono ulteriori opportunità di risparmio energetico grazie all’integrazione delle modalità idle (inattiva) e standby. Ad esempio l’hard disk MG09 da 18 TB ha una potenza operativa di circa 8,3 W quando i piatti girano e le testine si muovono per leggere e scrivere dati in modo casuale. Tuttavia, esistono tre modalità ‘idle’ e una modalità standby.

In standby, il consumo energetico si riduce a 0,43 W, ma questo comporta l’interruzione della rotazione dei piatti. Sebbene sia interessante dal punto di vista dei consumi, possono essere necessari fino a 20 secondi per far ruotare i piatti e poter leggere/scrivere i dati, rendendo questa modalità non praticabile per l’archiviazione online.

Le modalità idle disattivano in vario modo le parti magnetiche e/o elettroniche, mentre il mandrino continua a girare. In queste modalità, il tempo di ‘riattivazione è compreso tra 1,2 e 0,3 secondi. Tuttavia, con sistemi di archiviazione come RAID e SDS, gli accessi sono frequenti anche quando l’unità sembra inattiva. Per questo motivo, per il momento, non è possibile utilizzare le modalità idle per ridurre i consumi.

Aggiornare per migliorare

Poiché l’affidabilità degli HDD è eccellente, la percentuale di guasti è diminuita notevolmente e di conseguenza il numero di HDD con interfaccia SATA 6 GB/s, installati dal 2010, è molto elevato. Tuttavia, trattandosi di una tecnologia più vecchia, i valori W/TB sono significativamente più alti rispetto ai moderni HDD ad alta capacità.

Dal momento che l’interfaccia e il formato sono identici, è relativamente facile sostituire le vecchie unità con quelle più recenti. In questo modo, gli operatori dei data center beneficeranno di una maggiore capacità di archiviazione nello stesso spazio e il consumo energetico, nella peggiore delle ipotesi, rimarrà invariato. Se si passa agli HDD riempiti a elio, i vantaggi saranno superiori con un risparmio energetico fino al 30%.

Ciclo di vita dell’HDD

Uno dei modi più sostenibili di utilizzare gli HDD è quello di sfruttarli più a lungo, 5 anni o anche di più. Oggi è possibile dato che l’Annualized Failure Rate (AFR) è diminuito del 50% (dallo 0,73% allo 0,35%) nell’ultimo decennio.

Considerando la sostenibilità, ogni HDD contiene fino a 1 kg di metallo e altri componenti/materiali. Si tratta di una fonte preziosa di alluminio e rame che può essere riciclata quando l’HDD raggiunge la fine del suo ciclo vita. In futuro, quando le risorse diventeranno più scarse (e il numero di HDD da riciclare raggiungerà una scala significativa), la rimozione e il riutilizzo dei magneti permanenti con terre rare rappresenterà un potenziale ‘vantaggio’ in termini di sostenibilità.

Tecnologia di ultima generazione

L’ultimo HDD di Toshiba è il modello MG10ACA da 20 TB, disponibile in versione SAS da 12 Gbit/s o SATA da 6 Gbit/s. Il drive da 3,5″ integra più sensori di urti e vibrazioni rotazionali (RV) per l’utilizzo in sistemi multi-bay. Le tecnologie a dieci piatti e Microwave Assisted Magnetic Recording (MAMR) aumentano la densità di archiviazione fino a 20 TB. Gli HDD della serie MG10 offrono un’affidabilità di 2,5 milioni di ore MTTF pari a un AFR dello 0,35% con una garanzia di 5 anni con un carico di lavoro nominale di 550 TB/anno.