Die perfekte Festplatte für ein NAS – Ein Vergleich im Jahr 2015

Welche ist die perfekte Festplatte für ein NAS ? Diese Frage wollen wir heute versuchen zu beantworten. Schließlich steht uns im Jahr 2015 eine große Auswahl an extra für NAS Systeme entwickelten Festplatten bereit.

Angefangen hat alles mit der Western Digital Red, der ersten Festplatte für den Heimbereich mit (eingeschränkter) 24/7 Freigabe des Herstellers. 24/7 Freigaben für Festplatten gab es natürlich schon lange vorher, allerdings waren diese Freigaben den Enterprise Serien vorbehalten, die ausschließlich für den geschäftlichen Bereich gedacht und deutlich teurer sind.

Seagate und Western Digital haben aber nun die hohe Nachfrage nach NAS Festplatten entdeckt und bieten beide eine NAS Festplattenserie an. Während Enterprise-Festplatten meist besondere Bauteile enthalten, die die Festplatte für einen Dauerbetrieb qualifizieren, passen die meisten Hersteller bei NAS-Festplatten nur die Firmware der Festplatte an und verlängern den Garantiezeitraum.

Die Firmware versucht dann z.B. die Vibrationen der Festplatte, die sich bei der Nutzung von mehreren Festplatten in einem Gehäuse stark verstärken, zu minimieren. Die Western Digital Red und Seagate ST3000VN000 sind daher für NAS Systeme bis maximal 5 Festplatten freigegeben. Für die Nutzung von mehr als 5 Festplatten in einem NAS empfiehlt z.B. Western Digital seine Datacenter (Enterprise) Festplattenserie, die allerdings deutlich teurer ist.

Als mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) gibt Western Digital bei seiner Red Serie und auch Seagate bei seiner ST3000VN000 mit 1.000.000 Stunden einen um 35% höheren Wert an als bei ihren normalen Desktop Festplatten für den privaten Gebrauch. Je höher die MTBF desto geringer die Wahrscheinlichkeit das ein Gerät ausfällt.

Raid-Features

Durch die angepasste Firmware können die Festplatten zudem besser mit dem Raid-Controller / Software-Raid kommunizieren. Dies äußert sich in einer höheren Stabilität des Raid-Verbunds. Seagate nennt dieses Feature ERC (Error Recovery Control). Dieses Feature sorgt in einem Raid-Verbund dafür, dass nach einem Lese- oder Schreibfehler die Festplatte nicht nach einer kurzen Zeit aus dem Raid-Verbund entfernt wird.

Auch Western Digital Festplatten der NAS / Enterprise Serie unterstützen diese Funktionalität, dort heißt die Funktion allerdings TLER was für Time Limited Error Recovery steht. HGST (Hitachi) nennt das Feature wiederum CCTL (Command Completion Time Limit). Auch wenn dieses Raid-Feature bei allen Herstellen anders heißt, ist es in der Funktionsweise identisch.

Unser Test

Getestet haben wir 8 Festplatten (WD40EFRX, 4TB) sowie 6 Festplatten (WD30EFRX, 3TB) der Western Digital Red Serie als auch 8 Festplatten (ST3000DM001, 3TB) der Seagate Barracuda Serie. Letztere ist eine normale Festplatte für den privaten Gebrauch, also keine NAS-Festplatte. Da ich diese Festplatten privat aber in meinem NAS seit Dezember 2012 einsetze, wollte ich euch meine Erfahrung dazu auch mitteilen und nicht nur auf die Western Digital Reds eingehen.

Der Testzeitraum betrug bei den 6 Festplatten (WD30EFRX, 3TB) sowie den 8 Festplatten (ST3000DM001, 3TB) 18 Monate, die 8 Festplatten (WD40EFRX, 4TB) sind seit 6 Monaten im Einsatz. Während die Seagates wie gesagt in meinem privaten NAS (Gehäuse: Fractal Design Define R4) bei einer durchschnittlichen Umgebungstemperatur von 21°C zum Einsatz kommen, befinden sich die Western Digital Festplatten in einem 21°C klimatisierten Serverraum.

Die gute Nachricht zuerst: In unserem Testzeitraum ist keine der 22 Festplatten ausgefallen. Ich hatte zuerst 6 Seagate Festplatten in einem Software-Raid 5 (Intel RST) in Betrieb, bin dann aber nach 2 Monaten auf einen Raid 6 Hardware-Raid an einem 3ware (LSI) Controller mit 8 dieser Festplatten umgestiegen.

Der Software-Raid 5 aus den 6 Seagate Festplatten (ST3000DM001, 3TB) erreicht eine durchschnittliche Lesegeschwindigkeit von 669MB/s. Mit 23% CPU-Last macht sich dann der Software Raid deutlich bemerkbar, auch die recht hohen 15ms Zugriffszeit sind schlechter als an einem Hardware-Raid mit den gleichen Festplatten. Als Prozessor kommt in diesem NAS ein Intel Celeron G1610 (Ivy Bridge) zum Einsatz.

Für den normalen Heimanwender ist heutzutage ein Software-Raid meist die bessere und natürlich billigere Variante. Die Einstellungsmöglichkeiten z.B. in der Intel RST Software wurden extrem ausgebaut, Fachwissen wird nicht benötigt um einen Raid zu erstellen.

Die 14 Western Digital Festplatten (6x WD30EFRX, 3TB, 8x WD40EFRX, 4TB) laufen in jeweils einem DELL PowerEdge R520 an einem PERC H710 Hardware-Raid Controller, hinter dem ein LSI MegaRAID SAS 2208 steckt. Dieser schafft im Raid 6 Modus durschnittlich 614MB/s beim Lesen von Daten bei geringen 9ms Zugriffszeit.

Die Geschwindigkeit eines Raid-5/6 Verbundes nimmt mit der Anzahl der Festplatten zu. Bei gleicher Anzahl von Festplatten am selben Raid-Controller sind die Western Digital Reds ca. 30% langsamer als die Seagate ST3000DM001.

Seagate ST3000DM001 – Für ein NAS geeignet ?

Obwohl die ST3000DM001 von Seagate als Desktop Festplatte vermarktet wird, funktioniert die Festplatte natürlich auch in einem NAS. Das sieht Seagate offensichtlich auch so und empfiehlt die Festplatte auch für die Benutzung in einem NAS:

Meine persönlichen Erfahrung über 18 Monate mit diesen Festplatten ist durchweg positiv. Ich hatte bisher kein einziges Problem mit den Seagate ST3000DM001 Festplatten. Da die Festplatten mit 7200rpm arbeiten, ist der Stromverbrauch unter Last mit 8W relativ hoch. Im Leerlauf gibt Seagate 5,8W und im Standby (in diesem Modus befinden sich meine Festplatten die meiste Zeit) dann geringe 0,75W an.

Zum Vergleich: Die Western Digital Red WD30EFRX verbraucht hier nur 4,1W unter Last, 3W im Leerlauf und 0,4W im Standby und verbraucht damit nur 50% der Energie einer Seagate ST3000DM001 ist dafür aber rund 30% langsamer. Dies wird in den meisten Anwendungsszenarien aber nicht ins Gewicht fallen.

In der Anschaffung kostet eine Seagate Barracuda ST3000DM001 mit 95 Euro etwa 16 Euro weniger als eine Western Digital Red WD30EFRX. Bei der Angabe für nicht korrigierbare Lesefehler pro gelesenem Bit sind beide Festplatten mit 10^14 identisch. Eine MTBF gibt Seagate für die ST3000DM001 offiziell nicht an, für OEM Hersteller gilt allerdings ebenfalls eine MTBF von 1.000.000 Stunden.

Lautstärke und Temperatur

Früher sagte man: Je schneller eine Festplatte dreht, desto lauter ist sie. Das ist heute nicht immer gültig, zumindest sind bei uns die Seagate ST3000DM001 Festplatten mit 7.200rpm leiser als die Western Digital Red Laufwerke mit nur 5.400rpm.

Eine Festplatte alleine ist dabei fast immer nicht wirklich hörbar, schon bei nur 4 gleichen Festplatten kann sich das Geräusch aber merklich verstärken. Ein NAS lautlos zu bekommen ist daher nur bei schlafenden Festplatten möglich.

Bei allen Festplatten gilt: Das Gehäuse sollte gut belüftet sein. Professionelle Server oder NAS sind daher immer mit einem oder mehreren Festplatten-Lüftern ausgestattet bzw. mit Lüftern die einen Luftstrom durch die Festplattenschächte erzeugen. Solltet ihr euch ein Eigenbau NAS (z.B. nach unserer Anleitung: 4-Bay NAS mit Intel Celeron J1900 und FreeNAS) bauen, achtet bitte auf eine gute Belüftung.

Die ideale Festplatten-Temperatur liegt laut einer großen Google Studie aus dem Jahr 2006 bei ca. 40°C. Besonders niedrige Temperaturen von 15-20 Grad sollen neue Festplatten nicht so gut vertragen, ältere Festplatten haben mehr Probleme mit Temperaturen über 45°C. Versucht also am besten eine Festplatten-Temperatur von 30-45°C zu halten.

S.M.A.R.T. richtig nutzen

S.M.A.R.T. steht für Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology und sammelt wichtige Informationen rund um die Festplatte. Hier lassen sich z.B. drohende Ausfälle vorher und rechtzeitig diagnostizieren. Gerade bei Festplatten die nicht in einem Raid-Verbund mit erhöhter Ausfallsicherheit laufen, sollte man sich regelmässig die S.M.A.R.T. Berichte anschauen.

Wie oben bereits erwähnt hat Google bereits im Jahr 2006 eine Studie veröffentlicht, die 100.000 Festplatten umfasste und ermitteln sollte wie zuverlässig S.M.A.R.T. Daten sind. Das Ergebnis: 64% aller Festplattenausfälle sind mit S.M.A.R.T. vorhersagbar. Akustische Signale oder Datenfehler flossen dabei nicht in die Statistik mit ein.

Auch interessant: Die Beanspruchung einer Festplatte hat nur einen sehr geringen Anteil an der Ausfallwahrscheinlichkeit. S.M.A.R.T. funktioniert immer mit einzelnen Festplatten oder mit Festplatten die sich in einem Software Raid befinden. Bei Verwendung eines Hardware Raid Controllers kommt es auf den Hersteller des Raid Controllers an, ob dieser die angeschlossenen Festplatten korrekt auslesen lässt.

Moderne NAS Systeme wie z.B. FreeNAS bieten die Möglichkeit an, einen automatischen, regelmässigen S.M.A.R.T. Check durchzuführen. Meist muss dazu die Festplatte nicht einmal aus ihrem Schlafmodus geweckt werden. Weist einer der S.M.A.R.T Werte auf einen kritischen Fehler hin, kann das Betriebssystem dann Alarm schlagen und z.B. eine E-Mail an euch versenden.

24/7 vs. Standby – Was ist besser ?

Energietechnisch ist natürlich der Standby Modus, also das absichtliche schlafenlegen der Festplatten bei Nichtbenutzung, der beste Weg. Hier kann man wirklich massig Strom sparen, eine Festplatte im Standby verbraucht nur rund 10-15% des Stroms, den die gleiche Festplatte im Leerlauf benötigt.

Aktuelle Festplatten halten theoretisch im 24/7 Modus am längsten, denn die MTBF schränkt nicht wirklich ein. Die maximalen Load/Unload cycles (also das Parken der Leseköpfe) sind schneller erreicht. Die meisten Server bzw. NAS im geschäftlichen Bereich laufen durchgängig, die Schmierung der Lager scheint hier kaum zu Problemen zu führen.

Ich persönlich habe eine relativ lange Zeit von 15-30 Minuten eingestellt, bis sich meine Festplatten schlafen legen. So habe ich für mich einen Kompromiss aus Langlebigkeit der Festplatte und Stromverbrauch gefunden.

Kapazität – Beim Kauf kann man einiges Sparen

Ein Tipp bezüglich der Kapazität: Aktuell sind die 3TB am günstigsten was das TB pro Euro Verhältnis angeht, dicht gefolgt von den 4TB Modellen. Die 2TB Modelle sind was das TB pro Euro Verhältnis angeht mittlerweile deutlich schlechter.

Technische Daten

Hier habe ich neben der Red-Serie auch die Green-Serie von WD aufgenommen, ebenso bei Seagate die Desktop und die NAS-Serie. Die Daten gelten jeweils für das 3TB Modell, sind allerdings nahezu mit denen der anderen Kapazitäten identisch.

* Maximale Anzahl Parken und Starten der Leseköpfe

Quellen: WD Red | WD Green | Seagate ST3000DM001 | Seagate ST3000VN000

Fazit

Wem es nur um den Energieverbrauch geht, der ist z.B. mit der WD40EFRX, WD50EFRX oder WD60EFRX von Western Digital sehr gut beraten, die spezielle Firmware und die 1 Jahr längere Garantie runden das Paket ab, der Mehrpreis von ca. 16 Euro ist hier meiner Meinung nach gerechtfertigt. Die 16 Euro Aufpreis armotisieren sich gegenüber einer Seagate ST3000DM001 im 24/7 Betrieb allerdings erst nach ca. 3 Jahren (2,8W Mehrverbrauch x 24 Stunden x 365 Tage / 1000 (Wh zu kWh) x 0,3 (EUR/kWh).

Möchtet ihr euer NAS nicht im 24/7 Betrieb betreiben (dann ist der Stromverbrauch nicht so wichtig) oder kommt es euch auf die interne Transfergeschwindigkeit an (normalerweise limitiert ja die Netzwerkschnittstelle mit 120MB/s), könnt ihr auch zu einer normalen Desktop Festplatte wie der ST3000DM001 greifen, Festplatten der NAS-Serien sind allerdings vor allem in einem Raid-Verbund stabiler.

Je kritischer eure Daten sind oder je mehr Festplatten ihr einsetzen möchtet, desto eher solltet ihr zu einer NAS-Festplatte greifen, die eine etwas geringere Ausfallwahrscheinlichkeit besitzt, die Hersteller geben für die NAS Festplatten immerhin die doppelte Anzahl an maximal möglichen Load/Unload cycles an.