512e-HDDs: Technologie, Performance, Konfigurationen - Fujitsu

WHITE PAPER 512E-HDDS: TECHNOLOGIE, PERFORMANCE, KONFIGURATIONEN 

WHITE PAPER 

FUJITSU PRIMERGY SERVER 

512E-HDDS: TECHNOLOGIE, PERFORMANCE, 

KONFIGURATIONEN 

Die neue Technologie der physikalischen 4k-Sektoren bei HDDs steigert die 

Speicherdichte, Performance und Fehlerkorrekturfähigkeit. Derzeit werden die ersten 

dieser HDDs für PRIMERGY Server eingeführt. Sie emulieren nach außen hin noch 

logische 512-Byte-Sektoren. Zur optimalen Performance sind geeignete Versionen der 

beteiligten Software-Komponenten zu benutzen. 

Version 

1.0b 

2013-06-18 

© Fujitsu Technology Solutions 2013 Seite 1 (7)

WHITE PAPER 512E-HDDS: TECHNOLOGIE, PERFORMANCE, KONFIGURATIONEN VERSION: 1.0B 2013-06-18 

Inhalt 

Dokumenthistorie ................................................................................................................................................ 2 

Technologie und Beispiele ................................................................................................................................. 3 

Performance ....................................................................................................................................................... 4 

Empfohlene Konfigurationen für den performanten Support von 512e-Festplatten........................................... 5 

Literatur............................................................................................................................................................... 7 

Kontakt................................................................................................................................................................ 7 

Dokumenthistorie 

Version 1.0 (2013-06-06) 

Urfassung 

Version 1.0a (2013-06-12) 

Kleinere Korrekturen 

Version 1.0b (2013-06-18) 

Korrigierte Versionen von Software-Komponenten 

Seite 2 (7) © Fujitsu Technology Solutions 2013


Technologie und Beispiele 

Seit langem sind HDDs physikalisch in Sektoren strukturiert, die jeweils 512 Bytes an Nutzdaten tragen und 

eine bestimmte Menge an Overhead (unter anderem einen „Error Correction Code“). Dieses Sektorformat 

stieß jedoch in den letzten Jahren an seine Grenzen. Es ist nicht mehr vereinbar mit heutigen Anforderungen 

an Speicherdichte, Performance und Fehlerkorrekturfähigkeit. Um diese Grenzen zu überwinden, wurde im 

Jahre 2009 firmenübergreifend das Format für physikalische Sektoren von 4096 Bytes definiert („Advanced 

Format“, 4k-Sektoren). Die Benutzung dieses Formates setzt die Unterstützung in allen betroffenen HW- und 

SW-Komponenten voraus: 

HDD, Festplatten-Controller, Betriebssystem, Treiber, Applikationen und sonstige Tools. 

Da die Umstellung aller dieser Komponenten seitens der Hersteller naturgemäß einige Zeit dauert, wurde für 

die Übergangszeit die Technik der 512-Byte-Sektor-Emulation eingeführt. Das heißt, dass HDDs zwar schon 

intern physikalische 4k-Sektoren haben, nach außen hin aber noch logische Sektoren von 512 Bytes Größe 

emulieren. Dadurch ist gewährleistet, dass diese neuen Festplattentypen auch in existierenden 

Umgebungen betrieben werden können. Solche HDDs haben manchmal auch die Kurzbezeichnung „512e“ 

(„e“ für „emulation“). 

Unter den derzeit für PRIMERGY Server angebotenen Festplatten ist die 4k-Technologie ausschließlich in 

Form dieser 512e-HDDs realisiert. Die Emulation von 512-Byte-Sektoren ist dabei durchgängig aktiv, es gibt 

keine Modus-Umschaltung in Richtung 4k nativ. 

Derzeit gibt es für PRIMERGY Server folgende 512e-HDD (ausschließlich SATA): 

Bestellnummer Beschreibung Lieferbar ab 

S26361-F3797-E100/L100 *) HD SATA 6G 1TB 5.4K HOT PL 2.5" ECO 17.06.2013 

S26361-F3798-E100/L100 HD SATA 6G 1TB 5.4K HOT PL 2.5" ECO 17.06.2013 

S26361-F3700-E250/L250 HD SATA 6G 250GB 7.2K HOT PL 3.5" ECO 08/2012 




S26361-F3574-E250/L250 **) HD SATA 3G 250GB 7.2K NO HOT PL 3.5" 08/2012 


*) Sonderfreigabe für TX140 S1 mit S26361-F3554-E8, RAID Ctrl SAS 6G 0/1 (D2607) 

**) S26361-F3574-E250 - EOL 

Bei solchen HDDs funktionieren durch die Emulation auch Zugriffe, die nur einen Teil eines physikalischen 

4k-Sektors bearbeiten, korrekt. Performance-Auswirkungen gibt es lediglich bei schreibender Bearbeitung 

von Teilen eines 4k-Sektors. Zum Verständnis muss man sich klarmachen, dass das Neuschreiben des 

„Error Correction Code“ für einen physikalischen Sektor nur basierend auf den gesamten 4k Nutzdaten des 

Sektors erfolgen kann; also muss die HDD in solchen Fällen zuvor den gesamten Inhalt des 4k-Sektors 

auslesen. Kurz gesagt: Sie muss einen „Read-Modify-Write“-Zyklus durchführen: 


Transaction rate [IO/s] 


1 

3 

512b 

512b 

512b 

512b 

512b 

512b 

512b 

512b 

2 

Logical sectors (emulated) 

512b 

512b 

512b 

512b 

512b 

512b 

512b 

512b 

4096 bytes 

DRAM of HDD 

4 

Physical sector of HDD 

1) 512-Byte-Schreibauftrag des Hosts 

2) HDD liest den 4-kB-Sektor ins DRAM 

3) HDD aktualisiert den 512-Byte-Sektor im DRAM 

4) HDD überschreibt den 4-kB-Sektor auf dem Speichermedium 

Performance 

Da die „Read-Modify-Write“-Zyklen zusätzliche Kopfbewegungen auf der HDD verursachen, vermindern sie 

die Performance. Darum sind im Interesse bestmöglicher Performance seitens Applikation und 

Betriebssystem Zugriffe zu vermeiden, die nur einen Teil eines physikalischen 4k-Sektors schreiben. Es gibt 

zwei Fälle von solchen Zugriffen: Zum einen, wenn ein Schreibzugriff mit einer Blockgröße erfolgt, die kein 

ganzzahliges Vielfaches von 4k ist. Zum anderen, wenn ein Schreibzugriff zwar mit einer Blockgröße erfolgt, 

die ein ganzzahliges Vielfaches von 4k ist, dieser Zugriff jedoch nicht an den Grenzen der physikalischen 

Sektoren ausgerichtet ist. Der erste Fall ist in heutigen Applikationen und Betriebssystemen kaum ein 

Problem, da die Größe der geschriebenen Blöcke fast immer ein Vielfaches von 4k ist. Das wesentliche 

Optimierungspotential liegt also im zweiten Fall, nämlich der Ausrichtung der Schreibzugriffe. 

Die folgende Grafik stellt dar, welche Performance-Unterschiede bei 512e-HDDs zwischen nicht 

ausgerichteten und ausgerichteten Zugriffen bestehen. 

240 

Transaktionsraten von 512e-HDDs (HD SATA 6G 1TB 5.4K HOT PL 2.5" ECO) 

bei 3 parallelen Zugriffen, verschiedene Anwendungsszenarien 

220 

200 

180 

Zugriffe nicht ausgerichtet 

Zugriffe ausgerichtet an 4k 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

Streaming 

(sequential read 100%, 

512k block size) 

Restore 

(sequential write 100%, 


Database read only 

(random read 100%, 


Database mixed 

(random read 67%, 




Bei sequentiellen Zugriffen und bei wahlfreien Zugriffen mit 100% read bestehen keine Performance- 

Unterschiede. Lediglich bei wahlfreien Zugriffen mit einem Schreibanteil haben die ausgerichteten Zugriffe 

einen erkennbaren Vorteil. In der Grafik ist in der rechten Säulengruppe als Beispiel ein Schreibanteil von 

33% dargestellt (entspricht dem häufigen datenbanktypischen Zugriffsprofil). Größere bzw. kleinere 

Schreibanteile haben einen größeren bzw. kleineren Vorteil bei ausgerichteten Zugriffen zur Folge. 

Ergänzung: 

Manche Festplatten haben intern zusätzliche Mechanismen, um die Auswirkungen von nicht ausgerichteten 

Schreibzugriffen abzumildern (Beispiel „SmartAlign“-Technologie von Seagate). 

Empfohlene Konfigurationen für den performanten Support von 

512e-Festplatten 

Für optimale Performance muss die Information über die physikalische Sektorgröße in allen Komponenten 

bekannt sein und richtig interpretiert werden. Dies ist im Falle der von Betriebssystem und Applikationen 

üblicherweise durchgeführten „buffered writes“ gewährleistet, wenn der Festplatten-Controller, der Treiber 

und das Betriebssystem die in den folgenden drei Tabellen beschriebenen Voraussetzungen erfüllen. 

Festplatten-Controller 

Typ Bestellnummer Beschreibung 

Firmware 

Package 

Versionen 

RAID, 

PCIe- 

Steckplatz 

RAID, 

onboard 

NON-RAID 

S26361-F3554-E512/L512 

S26361-F4481-E1/L1 

S26361-F3593-E201/L201 

RAID Ctrl SAS 6G 5/6 512 MB (D2616) 

PY SAS RAID Mezz Card 6Gb 

RAID Ctrl SAS 6G 8Port ex 512MB LP LSI 

≥ 12.12.0-0129 

S26361-F3554-E8/L8 RAID Ctrl SAS 6G 0/1 (D2607) ≥ 20.10.1-0120 

S26361-F3669-E1/L1 

S26361-F3669-E3/L3 

S26361-F4531-E512/L512 

S26361-F4531-E513/L513 

S26361-F4531-E100/L100 

S26361-F4531-E300/L300 

S26361-F3713-E201/L201 

S26361-F3713-E203/L203 

RAID Ctrl SAS 6G 5/6 1GB (D3116) 

RAID Ctrl SAS 6G 5/6 1GB (D3116C) 

PY SAS RAID HDD Module 

PY SAS RAID HDD Module 3.0 

PY SAS RAID HDD Module w/o cache 

PY SAS RAID HDD Module w/o cache 3.0 

RAID Ctrl SAS 6G 8Port ex 1GB LP LSI 

RAID Ctrl SAS 6G 8Port ex 1GB LP LSI V3 

Controller nicht 

freigegeben für 

derzeit 

angebotene 512e- 

HDDs 

(in Basiseinheit enthalten) Onboard-Controller, RAID-Modus Firmware hat 

keinen Einfluss 

S26361-F4480-E1 

S26361-F3554-E118 

PY SAS HBA Mezz Card 6Gb 

PSAS CP200i 

Firmware hat 

keinen Einfluss 

Betriebssystem 

Windows Varianten 

Linux Varianten 

Treiberversionen 

Bei Controllern in PCIe-Steckplätzen, RAID-Modus: 

Megasas ≥ 6.505.5 

Bei Onboard-Controllern im RAID-Modus: 

MegaSR ≥ 15.02.2013.0425 

Controller im NON-RAID-Modus: 

alle 

Bei Controllern in PCIe-Steckplätzen im RAID-Modus und bei 

Controllern im NON-RAID-Modus: 

Native Unterstützung 

Bei Onboard-Controllern im RAID-Modus 

MegaSR ≥ 15.02.2013.0425 



Name 

Windows Server 2008 

Windows Server 2008 R2 

Windows Server 2012 - 

Betriebssystem 

Zusätzliche Anforderungen 

KB2553708 

KB982018 

RHEL Version ≥ 5 

SLES 

Anmerkungen: 

Version ≥ 11 SP2 

• Alle nicht in den Tabellen genannten Konfigurationen unterstützen 512e-HDDs zwar funktional, aber 

nicht mit der optimalen Performance. 

• Die freigegebenen Kombinationen von Controllern und Festplatten entnehmen Sie bitte den 

Konfiguratoren der Systeme. 

• Wenn man außerhalb der üblichen Betriebssystemumgebungen arbeitet, also z. B. Imaging-Tools 

zum Erzeugen von Partitionen oder zum Klonen ganzer Festplatten verwendet, sollte man für 

optimale Performance auch den 512e-Support dieser Tools beachten. 

• Für alle Applikationen: Arbeitet die Applikation mit „unbuffered writes“, muss diese für optimale 

Schreib-Performance bei wahlfreien Zugriffen auf 512e-HDDs die physikalische Sektorgröße 

beachten. 



Literatur 

PRIMERGY Systeme 

http://primergy.de/ 

Grundlagen Disk-I/O-Performance 

http://docs.ts.fujitsu.com/dl.aspx?id=3d4fbad8-2a7e-465f-b9ee-d43b711f636d 

Technologie „Advanced Format“ für HDDs 

Seagate Technology Paper: 

SmartAlign Technology for Advanced Format Hard Drives 

http://www.seagate.com/docs/pdf/whitepaper/tp615_smartalign_for_af_4k.pdf 

Hotfixes für Windows Server Betriebssysteme 

Hotfix KB2553708 für Windows Server 2008 

http://support.microsoft.com/kb/2553708/en-us 

Hotfix KB982018 für Windows Server 2008 R2 

http://support.microsoft.com/kb/982018/en-us 

PRIMERGY Performance 

http://www.fujitsu.com/de/products/computing/servers/primergy/benchmarks/ 

Kontakt 

FUJITSU 

Website: http://www.fujitsu.com/de/ 

PRIMERGY Product Marketing 

mailto:Primergy-PM@ts.fujitsu.com 

PRIMERGY Performance und Benchmarks 

mailto:primergy.benchmark@ts.fujitsu.com 

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Weitere Einzelheiten unter http://www.fujitsu.com/de/resources/navigation/terms-of-use.html 

2013-06-18 WW DE Copyright © Fujitsu Technology Solutions 2013

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