آشنایی با انواع هارد دیسک‌ها

هارد دیسک (Hard Disk Drive) یکی از مهم‌ترین مولفه‌های تجهیزات ذخیره‌سازی، سرورها و کامپیوترهای شخصی است که برای ذخیره و بازیابی اطلاعات دیجیتال به‌صورت دائمی استفاده می‌شود. این دستگاه الکترومکانیکی از دیسک‌های مغناطیسی چرخان (پلاترها) تشکیل شده که با سرعت بالا می‌چرخند و داده‌ها را به‌صورت مغناطیسی روی سطح خود ذخیره می‌کنند. هارد دیسک‌ها به دلیل ظرفیت بالا، هزینه نسبتا پایین به ازای هر گیگابایت و دوام مناسب، همچنان یکی از گزینه‌های اصلی ذخیره‌سازی در رایانه‌های شخصی، لپ‌تاپ‌ها، سرورها و مراکز داده هستند، اگرچه در سال‌های اخیر در رقابت با درایوهای حالت جامد (SSD) قرار گرفته‌اند که سرعت بیشتری دارند اما گران‌تر هستند.

هارد دیسک‌ها به چه مدل‌هایی تقسیم می‌شوند؟

هارد دیسک‌ها از نظر کاربرد، ساختار و نوع اتصال به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. فرآیند تقسیم‌بندی از جنبه‌های مختلفی قابل ارزیابی است، با این‌حال در حالت کلی، این رسانه‌ها به روش‌های زیر تقسیم‌بندی می‌شوند:

1. هارد دیسک داخلی (Internal HDD)

این نوع هارد داخل دستگاه‌هایی مانند رایانه‌های رومیزی، لپ‌تاپ‌ها یا سرورها نصب می‌شود. از رابط‌های اتصال مانند SATA سرنام (Serial ATA)، SAS سرنام (Serial Attached SCSI) یا در گذشته IDE برای ارتباط با مادربورد استفاده می‌کنند. هاردهای داخلی معمولا در دو اندازه استاندارد عرضه می‌شوند: 3.5 اینچ و 2.5 اینچ. این هاردها برای ذخیره‌سازی سیستم‌عامل، برنامه‌ها و داده‌های کاربر به کار می‌روند

2.  هارد دیسک خارجی (External HDD)

هاردهای خارجی از طریق پورت‌های خارجی مانند USB، Thunderbolt یا eSATA به دستگاه‌ها متصل می‌شوند. این نوع برای ذخیره‌سازی قابل‌حمل، تهیه نسخه پشتیبان یا انتقال داده بین دستگاه‌ها مناسب است. هاردهای خارجی معمولا شامل یک هارد داخلی (2.5 یا 3.5 اینچ) در یک محفظه محافظ هستند و برای کاربران خانگی و حرفه‌ای در ظرفیت‌های مختلف از چند گیگابایت تا چند ترابایت طراحی شده‌اند.

3. هارد دیسک‌های سروری/سازمانی (Enterprise HDD)

این هاردها برای استفاده در سرورها و مراکز داده طراحی شده‌اند و از فناوری‌هایی مانند SAS یا NL-SAS سرنام (Nearline SAS) پشتیبانی می‌کنند. سرعت چرخش بالاتر (مانند 10000 یا 15000 دور در دقیقه) و قابلیت اطمینان بیشتر (MTBF) بالاتر برای عملکرد مداوم در محیط‌های پرحجم از ویژگی‌های شاخص این محصولات است. امروزه، برندهایی مثل اچ‌پی، توشیبا، وسترن دیجیتال، سیگیت و غیره مدل‌های ویژه‌ای مانند سری‌های Ultrastar یا Exos ارائه می‌دهند.

4. هارد دیسک‌های هیبریدی (SSHD)

هاردهای هیبریدی ترکیبی از HDD و SSD هستند که یک حافظه فلش کوچک (معمولا 8 تا 32 گیگابایت) برای کش کردن داده‌های پراستفاده دارند. این ترکیب سرعت دسترسی بالاتر از HDD معمولی و ظرفیت ذخیره‌سازی بالا را فراهم می‌کند. علاوه بر این، در برخی منابع، این رسانه‌های ذخیره‌سازی به ترکیبی از هارد دیسک‌ها و حافظه‌های حالت جامد اشاره دارند که بر مبنای یک آرایش فوق در سرورها یا استوریج‌ها قرار می‌گیرند.

درایوهای حالت جامد (SSD)

درایوهای حالت جامد (SSD) نوعی حافظه ذخیره‌سازی هستند که از فناوری حافظه فلش NAND برای ذخیره‌سازی داده‌ها استفاده می‌کنند و به دلیل نبود قطعات متحرک، عملکردی سریع‌تر، مصرف انرژی کمتر و مقاومت بالاتر نسبت به هارد دیسک‌های مغناطیسی ارائه می‌دهند. ساختار اصلی یک SSD شامل تراشه‌های حافظه فلش NAND است که داده‌ها را به‌صورت الکتریکی در سلول‌های حافظه ذخیره می‌کنند. این سلول‌ها می‌توانند از نوعSLC یک بیت در هر سلول، MLC دو بیت در هر سلول، TLC سه بیت در هر سلول یا QLC چهار بیت در هر سلول باشند، که هر کدام تعادلی بین سرعت، دوام و هزینه ارائه می‌دهند؛ برای مثال، SLC سریع‌تر و بادوام‌تر اما گران‌تر است، در حالی که QLC ظرفیت بالاتر اما دوام کمتری دارد. کنترلر SSD، که یک پردازنده داخلی است، عملیات خواندن، نوشتن، مدیریت سایش (Wear Leveling) و تصحیح خطا (ECC) را مدیریت می‌کند تا عملکرد بهینه و طول عمر دستگاه تضمین شود. حافظه کش اغلب DRAM یا SRAM برای ذخیره موقت داده‌ها و افزایش سرعت دسترسی استفاده می‌شود. SSDها از رابط‌های مختلفی مانند ساتا، که با سرعت حداکثر 6 گیگابیت بر ثانیه عمل می‌کند، یا NVMe که از پروتکل PCIe برای دستیابی به سرعت‌های چندین گیگابایت بر ثانیه استفاده می‌کند، پشتیبانی می‌کنند.

این رابط‌ها امکان انتقال سریع داده‌ها بین SSD و سیستم را فراهم می‌کنند، به‌ویژه در مدل‌های NVMe که برای بارهای کاری با دسترسی تصادفی بالا مانند پایگاه‌های داده یا مجازی‌سازی بهینه هستند. SSDها به دلیل مصرف انرژی پایین‌تر، گرمای کمتر و عملکرد بی‌صدا، برای سرورها و استوریج‌های سازمانی ایده‌آل هستند. در محیط‌های سازمانی، SSDها با دوام بالا و فناوری‌هایی مانند رمزنگاری سخت‌افزاری و پشتیبانی از رید برای اطمینان از امنیت و پایداری داده‌ها طراحی می‌شوند. با این حال، هزینه بالاتر به ازای هر گیگابایت و ظرفیت محدودتر در مقایسه با HDDها از چالش‌های SSDها است، اگرچه پیشرفت‌های فناوری، مانند حافظه‌های سه‌بعدی NAND، ظرفیت و مقرون‌به‌صرفه بودن آن‌ها را بهبود بخشیده است. SSDها در ابعاد 2.5 اینچی،M.2 یا U.2 عرضه می‌شوند که M.2 به دلیل اندازه کوچک و سازگاری با سیستم‌های مدرن بسیار محبوب است. در کاربردهای روزمره، SSDها زمان بوت سیستم‌عامل و بارگذاری برنامه‌ها را به شدت کاهش می‌دهند و در دیتاسنترها، IOPS یا همان عملیات ورودی/خروجی در ثانیه بالایی ارائه می‌دهند که برای پردازش‌های بلادرنگ حیاتی است.

تقسیم‌بندی هارد دیسک‌ها از نظر ساختار

هارد دیسک‌های سرور از نظر ساختار به چند دسته اصلی تقسیم می‌شوند که هر یک برای پاسخگویی به نیازهای خاص محیط‌های سازمانی و دیتاسنترها طراحی شده‌اند و ویژگی‌های فنی متفاوتی دارند.

هارد دیسک‌های مغناطیسی سازمانی (Enterprise HDD)

این هاردها از دیسک‌های گردان با پوشش مغناطیسی تشکیل شده‌اند که توسط موتور اسپیندل با سرعت‌های بالا (معمولاً 7200 یا 15000 دور در دقیقه) چرخانده می‌شوند. این دیسک‌ها از هدهای خواندن/نوشتن پیشرفته و بازوهای متحرک با دقت بالا برای دسترسی سریع به داده‌ها استفاده می‌کنند. کنترلرهای داخلی با فناوری‌های تصحیح خطا (ECC) و قابلیت‌های مدیریت حرارتی، عملکرد پایدار در بارهای کاری سنگین را تضمین می‌کنند. هارد دیسک‌های سازمانی برای ظرفیت‌های بالا (تا 20 ترابایت یا بیشتر) و کارکرد مداوم 24/7 طراحی شده‌اند و معمولا از رابط‌های SAS یا SATA بهره می‌برند. البته، در چند سال اخیر، هارد دیسک‌های مبتنی بر رابط‌های SAS به دلیل سرعت و قابلیت اطمینان بالاتر در اولویت قرار دارند. این دیسک‌ها برای ذخیره‌سازی داده‌های حجیم مانند آرشیوها و پایگاه‌های داده بزرگ مناسب‌اند، اما مصرف انرژی بیشتر و حساسیت به لرزش از محدودیت‌های آن‌هاست.

هارد دیسک‌های حالت جامد سازمانی (Enterprise SSD)

هارد دیسک‌های SSD از حافظه‌های فلش NAND با سلول‌های SLC، MLC یا TLC استفاده می‌کنند که برای دوام و سرعت بالا بهینه شده‌اند. این دیسک‌ها از کنترلرهای پیشرفته با الگوریتم‌های مدیریت سایش (Wear Leveling) و حافظه کش بزرگ برای کاهش تاخیر و افزایش IOPS (عملیات ورودی/خروجی در ثانیه) بهره می‌برند. رابط‌های NVMe یا SAS در دیسک‌های SSD سازمانی رایج‌اند، به طوری که با NVMe، سرعت‌ انتقال داده تا 7 گیگابایت بر ثانیه یا بیشتر می‌رسد. این دیسک‌ها برای بارهای کاری با دسترسی تصادفی بالا، مانند سرورهای پایگاه داده یا مجازی‌سازی، ایده‌آل هستند. همچنین، لازم به توضیح است که این دیسک‌ها در برابر شوک مقاوم هستند، مصرف انرژی کمی دارند و عملکرد بی‌صدایی دارند، اما در مقایسه با هارد دیسک‌ها ظرفیت کمتر و هزینه بالاتری دارند.

هارد دیسک‌های هیبریدی سازمانی (Enterprise SSHD)

این دیسک‌ها ترکیبی از هارد دیسک‌ها و حافظه فلش محدود هستند که از کش NAND برای تسریع دسترسی به داده‌های پراستفاده استفاده می‌کنند. این دیسک‌ها با رابط SAS یا SATA عرضه می‌شوند و برای کاربردهایی که نیاز به تعادل بین ظرفیت و سرعت دارند، مناسب‌اند، اگرچه کمتر از حافظه‌های حالت جامد خالص در محیط‌های سازمانی رایج‌اند.

به طور کلی، این هارد دیسک‌ها از فناوری‌های پیشرفته مانند رید، رمزنگاری سخت‌افزاری و قابلیت‌های مدیریت خطا پشتیبانی می‌کنند تا قابلیت اطمینان و امنیت داده‌ها را در محیط‌های حساس تضمین کنند. انتخاب نوع هارد دیسک سرور به عواملی مانند نوع بار کاری، بودجه، نیاز به سرعت یا ظرفیت و الزامات پایداری بستگی دارد. به بیان دقیق‌تر، هارد دیسک‌ها برای ذخیره‌سازی حجیم اطلاعات، حافظه‌های حالت جامد برای عملکرد بالا و SSHDها برای کاربردهای ترکیبی مناسب‌تر هستند.

تقسیم بندی هارد دیسک‌های سازمانی از نظر ابعاد

هارد دیسک‌های سازمانی از نظر ابعاد به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند که هر یک برای کاربردهای خاص در محیط‌های سرور و دیتاسنتر طراحی شده‌اند. هارد دیسک‌های سازمانی از نظر ابعاد عمدتا در دو اندازه استاندارد 3.5 اینچ و 2.5 اینچ تولید می‌شوند که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند.

هارد دیسک‌های 3.5 اینچی

هارد دیسک‌های 3.5 اینچی که به‌عنوان LFF سرنام (Large Form Factor) شناخته می‌شوند، معمولا در سرورها و سیستم‌های ذخیره‌سازی با نیاز به ظرفیت بالا استفاده می‌شوند. این رسانه‌های ذخیره‌سازی از دیسک‌های مغناطیسی بزرگ‌تر بهره می‌برند که امکان ارائه ظرفیت‌های ذخیره‌سازی بالا، گاهی تا 20 ترابایت یا بیشتر، را فراهم می‌کنند. در ساختار هارد دیسک‌های مغناطیسی (HDD) سازمانی 3.5 اینچی، چندین دیسک گردان با سرعت‌های 7200 دور در دقیقه یا بالاتر، همراه با هدهای خواندن/نوشتن و بازوهای متحرک، در یک محفظه بزرگ‌تر قرار دارند. این ابعاد بزرگ‌تر امکان استفاده از موتورهای اسپیندل قوی‌تر و تعداد بیشتری دیسک را فراهم می‌کند، که برای ذخیره‌سازی داده‌های حجیم مانند آرشیوها یا بکاپ‌های سازمانی مناسب است. با این حال، مصرف انرژی بالاتر، تولید گرمای بیشتر و فضای فیزیکی بزرگ‌تر مورد نیاز از محدودیت‌های این نوع دیسک‌هاست. رابط‌های رایج در این دسته شامل SAS و SATA هستند.

هارد دیسک‌های 2.5 اینچی

هارد دیسک‌های 2.5 اینچی که تحت عنوان SFF سرنام (Small Form Factor) شناخته می‌شوند، برای محیط‌هایی طراحی شده‌اند که چگالی ذخیره‌سازی و بهینه‌سازی فضا اهمیت دارد. این دیسک‌ها در هر دو نوع HDD و SSD تولید می‌شوند و به دلیل ابعاد کوچک‌تر، امکان نصب تعداد بیشتری دیسک در یک سرور یا آرایه ذخیره‌سازی را فراهم می‌کنند. در هارد دیسک‌های 2.5 اینچی، سرعت چرخش دیسک‌ها معمولا 10000 تا 15000 دور در دقیقه است که عملکرد بهتری نسبت به مدل‌های 3.5 اینچی در بارهای کاری با دسترسی تصادفی ارائه می‌دهد. SSDهای 2.5 اینچی سازمانی، که اغلب از حافظه‌های فلش NAND با رابط‌های NVMe یا SAS استفاده می‌کنند، سرعت‌های بسیار بالا (تا چند گیگابایت بر ثانیه) و IOPS (عملیات ورودی/خروجی در ثانیه) بیشتری را ارائه می‌دهند، که برای کاربردهایی مانند پایگاه‌های داده، مجازی‌سازی و پردازش‌های بلادرنگ ایده‌آل است. این دیسک‌ها مصرف انرژی کمتری دارند، گرمای کمتری تولید می‌کنند و به دلیل ابعاد کوچک‌تر، مناسب دیتاسنترهایی با محدودیت فضا هستند. هر دو نوع دیسک از فناوری‌های پیشرفته مانند تصحیح خطا (ECC)، رمزنگاری سخت‌افزاری و پشتیبانی از رید بهره می‌برند. انتخاب بین دیسک‌های 3.5 اینچی و 2.5 اینچی به عواملی مانند ظرفیت مورد نیاز، چگالی ذخیره‌سازی، مصرف انرژی و نوع بار کاری بستگی دارد.

تقسیم بندی هارد دیسک‌ها از نظر کاربرد

هارد دیسک‌های سازمانی از نظر کاربرد به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند که هر یک برای پاسخگویی به نیازهای خاص در محیط‌های سرور و دیتاسنتر طراحی شده‌اند. هارد دیسک‌های سازمانی بر اساس کاربرد به چند دسته اصلی تقسیم می‌شوند که هر کدام ویژگی‌های فنی و عملکردی متفاوتی برای سناریوهای خاص ارائه می‌دهند.

هارد دیسک‌های ظرفیت بالا (High-Capacity Drives)

این گروه از هارد دیسک‌ها که در گروه محصولات 3.5 اینچی با ظرفیت‌های 10 ترابایت یا بیشتر قرار دارند، برای ذخیره‌سازی داده‌های حجیم مانند آرشیوها، بکاپ‌ها و داده‌های سرد (Cold Storage) طراحی شده‌اند. این دیسک‌ها، اغلب با سرعت چرخش 7200 دور در دقیقه و رابط SATA یا SAS، برای بارهای کاری با دسترسی ترتیبی بهینه هستند و هزینه کمتری به ازای هر گیگابایت ارائه می‌دهند. مصرف انرژی و گرمای بالاتر از محدودیت‌های آن‌هاست.

هارد دیسک‌های عملکرد بالا (High-Performance Drives)

این گروه شامل هارد دیسک‌های 2.5 اینچی با سرعت 10000 تا 15000 دور در دقیقه و SSDهای سازمانی با رابط‌های NVMe یا SAS هستند و عمدتا برای کاربردهایی با نیاز به دسترسی سریع و IOPS بالا مانند پایگاه‌های داده، سرورهای وب و برنامه‌های تحلیلی طراحی شده‌اند. حافظه‌های SSD در این دسته با تاخیر کمتر از 100 میکروثانیه در مدل‌های NVMe و سرعت انتقال داده تا 7 گیگابایت بر ثانیه، برای بارهای کاری با دسترسی تصادفی ایده‌آل‌اند، اما هزینه بالاتری دارند. هارد دیسک‌های هیبریدی Hybrid Drivesکه در حقیقت ترکیبی از هارد دیسک و حافظه فلش NAND هستند برای کاربردهایی مناسب‌اند که نیاز به تعادل بین ظرفیت و سرعت دارند، مانند سرورهای فایل یا سیستم‌های ذخیره‌سازی که داده‌های پراستفاده را در کش فلش ذخیره می‌کنند. این دیسک‌ها با رابط SAS یا SATA عرضه می‌شوند و عملکرد بهتری نسبت به هارد دیسک‌های استاندارد دارند، اما به دلیل پیچیدگی کمتر از SSDها در محیط‌های پرسرعت رایج‌ هستند.

کدام درایو بهترین انتخاب است؟

اگر به دنبال انتخاب محصولی برای سرور یا استوریج خود هستید، جدول زیر خلاصه‌ای اطلاعات مهمی که قبل از خرید درایو باید در مورد آن‌ها اطلاع داشته باشید را در اختیارتان قرار می‌دهد.

نویسنده: حمیدرضا تائبی