在“数字中国万里行”活动中，我们发现多个超大规模数据中心里的服务器都配置了10TB级别的硬盘。而在2019年，希捷面向企业级、云计算及超大规模数据中心市场发布了一款新的硬盘——银河Exos X16系列16TB企业级氦气硬盘。E企研究院进行测试后可以用几个关键词可以概括这款产品的特点：氦气密封、7200RPM、3.5英寸、低功耗的16TB大容量硬盘。
E企研究院用于测试的16TB容量氦气密封硬盘
尽管单个SSD的最大容量已经超过了硬盘（HDD），但是那种容量点的SSD在价格上明显超出大多数用户的接受能力。所以在大容量市场，3.5英寸硬盘仍具有明显的优势，
01 随机读挺好，随机写更好
在超大规模数据中心，3.5英寸硬盘的数量可以百万片计，如果每个硬盘的功耗可以降低1瓦（W），一年节省的耗电量就可以达到上百万度。为了降低能耗，有些大容量硬盘会采用5400RPM或者5900RPM的转速。然而，降低转速是以性能为代价的，譬如5900RPM硬盘的平均延迟比7200RPM慢1ms左右，配套的平均寻道时间则可以慢3ms以上。
高性能与低功耗如何可以兼得呢？氦气密封硬盘就是答案。因为氦气比空气密度低，盘片旋转时遇到的阻力较小，可以保持较高的转速；阻力较小的另一个好处是盘片转动平稳，从而可以在相同空间内塞入更多的盘片，也意味着获得更大的容量。所以Exos X16的转速为7200RPM，相比Exos E系列硬盘（同样7200RPM），容量更大，而功耗更低。
希捷Exos X16系列16TB氦气硬盘4K随机读性能，在队列深度为16时，获得174 IOPS，平均访问延迟约为92ms。在队列深度为1时，其最佳延迟为12ms，与其标称指标（平均延迟+平均寻道时间）相吻合
硬盘的访问时间=盘片旋转到指定位置的时间（延迟）+磁头移动到指定磁道的时间（寻道时间），平均访问时间即为平均延迟与平均寻道时间之和。7200RPM硬盘的平均延迟为4.16ms，虽然现在的硬盘大多不再标明平均寻道时间，但从E企研究院以往的经验来看，7200RPM磁盘的平均寻道时间通常在8.5～9ms，这意味着硬盘的平均访问时间约为13ms，而我们测得Exos X16访问延迟为12ms，意味着超出预期的性能，例如在队列深度为16时，Exos X16的随机读IOPS指标为170，而我们的测试结果是174。
尽管现在硬盘主要面向大容量存储市场，小块数据的随机读写性能已基本不作为其考量因素，但我们还是测试了4K数据块的随机写性能，其结果如下：
希捷Exos X16氦气硬盘4K随机写性能——440 IOPS左右，且最佳延迟极低，仅为2ms。相比随机读性能，高出数倍
为什么随机写性能是随机读性能的数倍？测试后期，E企研究院就这一问题咨询了希捷工程师，主要原因在于其内的高级写缓存，用于加速随机写，即将随机写数据先写入到高级写缓存之中，然后再择机写入到盘片之中，这显然有助于随机写性能，延迟当然也就低得多。
虽然我们的测试是在关闭写缓存（Write Cache Disable，WCD）的情况下进行，Exos X16的随机写性能依然保持在较高水平（大约是随机读性能的2.5倍），因为此时高速写缓存功能会利用盘片上的特定区域作为写入log，将随机写转为顺序写，然后在相对空闲时，再将此区域的数据写入到盘片相应区域。这有些类似数据库中的对应功能。现在，这一技术已广泛集成在近几代的希捷硬盘产品之中。
02均衡的顺序读写性能
顺序读写性能是衡量大容量硬盘产品性能的两个关键因素。在测试硬盘的顺序读写性能时，所采用的数据块大小会影响其顺序读写性能。并且，在实际应用中，应用所产生的数据块大小尺寸并不一定严格相同，同时也受文件系统尺寸的影响。在E企研究院的测试中，我们常用Windows系统中NTFS的常用尺寸——64KB，即在本次顺序读写测试中，数据块尺寸均为64KB。
希捷Exos X16系列16TB容量氦气硬盘顺序读性能，每秒的读带宽约为230MiB/s，且在队列深度为1时，就获得最大带宽，最佳平均延迟为0.27ms
**希捷Exos X16氦气硬盘顺序写性能，每秒的写带宽约为230MiB/s，且在队列深度为1时，就获得最大带宽，最佳平均延迟为0.27ms
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**从测试结果可以看出，希捷Exos X16氦气硬盘具有均衡的吞吐能力，即在64KB尺寸数据块下，其读写性能均能接近230MB/s，且延迟约为0.27ms。与SATA SSD相比，约为其顺序读写性能的40%，相对于3.5英寸7200RPM的大容量硬盘而言，是一个不错的性能。
需要注意的是，通常硬盘的读写性能有“外圈”和“内圈”之分。这是因为在相同转速下相同时间内，盘片外圈移动的速度是要大于内圈的，这也意味着其性能要优于内圈。而在E企研究院的测试结果中，采用的综合性能，即外圈与内圈性能相综合后的平均性能。这也是实测性能与官方最大性能出现一定差距的原因。
此外，影响硬盘顺序读写性能的影响因素还有测试所用的数据块尺寸，例如本次所使用的是64KB大小数据块。一般而言，测试所用数据块尺寸越大，意味着更好数值的顺序读写性能。我们测试所获得的228MiB/s的顺序读写性能，与希捷官网公布的249MiB/s顺序读写性能尚有一定的差距，其原因极有可能是希捷官方指标基于更大尺寸的数据块，如256KB或者512KB。**
03 更高性能，更低功耗
相比于非氦气密封硬盘，在相同转速下，Exos X16的功耗更低；而相似功耗条件下，Exos X16的性能又更好。具体对比如下表所示：
Exos X16氦气硬盘与非氦气硬盘的Exos 7E8、早期的Terascale系列硬盘对比
从上表的对比可以看出，同样都是7200RPM规格，Exos X16的容量要大得多，是Exos 7E8的两倍（Exos E系列最大容量8TB）。不仅容量大，性能还更好一些，且功耗更低。相比于Exos 7E8，Exos X16不管是在闲置功耗还是运行功耗上，都要低2W以上。
每个硬盘低2W，可能对于大多数用户而言，并没有太大的区别。但是，Exos X16主要面向的是云计算等拥有大规模数据中心的用户市场。在一个动辄数万台服务器的数据中心内，功耗每低一度都意味着巨大的成本节省。举例来说，一台标准2U服务器可部署8个3.5英寸硬盘，以拥有3万台服务器规模的数据中心计算，每小时就能节省480度电，每年能节省超过420万度电。
同时，更低的功耗还意味着更低的散热成本。出于对数据中心低PUE的追求，以及用户的绿色环保等社会责任感，越来越多的数据中心用户开始不断探索新的节能方法。比如阿里巴巴在张北数据中心内开始探索实践浸没式液冷等技术，以最大化利用自然冷源进行散热，降低在散热方面的能耗。
阿里巴巴在OCP China Day上展出的浸没式液冷方案，整台服务器都放置在定制的密封机柜中，一个机柜可容纳数台服务器
浸没式液冷意味着所有服务器组件都浸泡在散热液体内，以Exos X16为代表的氦气密封硬盘具有天然的优势，可直接用于浸没式液冷。
