Helium Festplatten - Infos zu Ausfallrate / Defekt in der Praxis

Die ersten kommerziell verfügbaren Helium-Festplatten (chemisches Elementsymbol=He) wurden Ende des Jahres 2013 durch den Hersteller HGST / WD ausgeliefert. Das 6 TB Laufwerk war nicht nur aufgrund der Tatsache einzigartig, dass es über eine Mischfüllung verfügte, es war zu seiner Zeit auch die Hard-Disk mit der höchsten Kapazität, die man zu diesem Zeitpunkt kaufen konnte. Knapp 4-5 Jahre später sind wir nun bei Laufwerkskapazitäten mit 12 bis 16 TB Kapazität angelangt und alle diese Platten verfügen durchweg über eine Heliumfüllung.

Wie hoch ist die Rate zum Defekt und Ausfall von Helium Festplatten ?

Wenn wir über die Datenrettung von Helium-Festplatten reden, dann muss man diese in zwei Klassen unterteilen. Ältere "He"-Platten, waren nicht ausschließlich He-befüllt, vielmehr handlete es sich hierbei um ein He-Luft-Gemisch.

Eine solche Platte zu retten ist keine Kunst, denn sie lassen und ließen sich problemlos in den Arbeitsstationen eines Reinraumes, den sogenannten Laminar-Boxen retten. Bei Laminar-Boxen handelt es sich um halboffene Arbeitsstationen innerhalb eines Reinraums, bei denen eine gefilterte Luftströmung verhindern soll, dass kleinste Partikel in den Arbeitsbereich der Box eindringen können.


Zwei KUERT Ingenieure die Hard Disks Reparaturen an einer Laminar Box durchführen, die sich in einem Reinraum der Klasse-100 befindet

Ein Beispiel für das arbeiten an oder in einer Laminar-Box

Moderne und aktuelle He-HDD sind komplett versiegelt und das hat einen guten Grund, denn diese sind zu 100 % mit dem Edelgas befüllt. Diese Tatsache stellt im Augenblick fast alle Labore weltweit vor ein gewaltiges Problem, denn betreibt man diese HDDs geöffnet, in einer herkömmlichen Umgebungsluft, so entsteht sofort ein Headcrash der Platte.

Eine der typischen Eigenschaften von "He" ist seine "Flüchtigkeit", es ist ein Edelgas, welches alles druchdringt was flexibel ist, was auch der Grund ist, warum moderne Platten komplett versiegelt und nicht mehr nur verschraubt sind.

Das Versprechen und die Herausforderung von Helium Festplatten im Einsatz

Jedes Kind weis, dass Helium leichter als Luft ist und weil das so ist, steigt ein Ballon immer nach oben. Innerhalb einer He-befüllten Festplatte, befinden sich schnell rotierende Magnetscheiben, die in einer vorgegebenen Geschwindigkeit bspw. mit 7.200 U/min drehen.

Bei konventionellen Platten "schwebt" die Schreib-/ Leseeinheit auf einem Luftkissen wenige Nanometer über den rotierenden Scheiben. Das Luftkissen generiert hierbei einen Reibungswiderstand auf die Scheiben, die im Umkehrschluß mehr Energie aufwenden müssen um die Ziel-Rotationsgeschwindigkeit zu erreichen und konstant halten zu können. Tauscht man die Luft nun durch eine He-Füllung aus, so reduziert sich diese Reibung und somit auch der aufzuwendende Energieaufwand, im direkten Vergleich um ca. 20 %.

Der Vorteil, der sich Herstellern hierdurch bietet, ist die Tatsache, dass sich hierdurch eine zusätzliche rotierende Magnetscheibe in das Laufwerk einsetzen lässt und sich somit die Speicherkapzität erhöhen lässt.

Dummerweise ist dieses Edelgas jedoch flüchtig, denn -um bei unserem Ballon-Beispiel zu bleiben- lässt man Helium in einem Ballon einige Tage Zeit, dann sinkt der Ballon irgendwann automatisch zu Boden, weil das Gas sich verflüchtigt hat. Es durchdringt die molekularen strukturen des Ballons.

Bei der herstellerseitigen Konzeption von He-Festplatten, war dies das größte Problem. Das Edelgas verflüchtigt sich meistens, wenn man versucht es auf irgendeine Art und Weise einzusperren, selbst dann wenn der Container noch so gut versiegelt ist. Es hat für die Hersteller jahrelange Entwicklungszeit benötigt, das Edelgas so in einer HDD unterzubringen, dass es sich nicht verflüchtigen kann und somit die Spezifikationen, hinsichtlich der zu erwartenden Lebensdauer, erreichen kann.

He-Leckagen im Rechenzentrum

Die S.M.A.R.T Fehlermeldung 22 attributiert den Status von Helium im Innern einer HDD. Nachvollziehen lässt sich dieses Attribut bei HGST Hard-Disks, weniger bis leider gar nicht jedoch bei Seagate.

Schauen wir auf eine Auswertung von 44.000 Festplatten des Rechenzentren Betreibers Backblaze aus dem Jahr 2018, so lässt sich feststellen, dass alle verfügbaren HGST-He-Platten, die sich hier im Einsatz befinden, reibungslos funktionieren. Bis auf ein Modell weicht keine vom Standardwert 100 (voll befüllt) ab. Dieses eine Modell liefert bei mehreren SMART-Abfragen eine Befüllungsspanne von 94 bis 99, zeigt hierbei jedoch keine weiteren Fehler oder Temperaturabweichungen und funktioniert einwandfrei.

Helium im Vergleich zu konventionellen mit Luft befüllten Hard-Disks

Es gibt verschiedene Wege diese zwei unterschiedlichen Arten von Festplatten miteinander zu vergleichen. Unten aufgeführt findet sich ein Vergleich von Backblaze zwischen 8, 10 und 12 TB Festplatten.

Tabelle zu Ausfallrate und Defekt von HDD - Helium vs. Luft in Rechenzentren

Das auffallendste Merkmal dieser Statistik ist die Erkenntnis, dass es nur wenige Differenzen hinsichtlich der jährlichen Ausfallrate (AFR) zwischen Helium- und Luft-befüllten Hard-Disks gibt. Backblaze vermutet hierbei, dass Helium die Lebensdauer im Gegensatz zu Luft-befüllten Platten nicht beeinträchtigt.

Backblaze macht dies an den Einsatztagen der Laufwerke fest (Drive Days). Die in der obigen Grafik aufgeführten Luft-befüllten Festplatten, hatten zu diesem Zeitpunkt eine ähnliche Rate an Einsatztagen, wie die nun aufgeführten Helium-Festplatten, jedoch war die jährliche Ausfallrate bei Luft-befüllten Festplatten im Quartal 1 bei 1.61 %. Dem gegenüber steht ein jährliche Ausfallrate von He-Disks von 1.06 %, bei nahezu ähnlicher Nutzungsdauer.

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