十年，2T：西数新款紫盘深入测试

文·海门牌梭鱼罐头

消费级机械硬盘的单碟容量增长看似总是快企业级一步——日立第一款单碟1TB的消费级产品7K1000.D推出的时候，企业级硬盘依然在单碟800GB挣扎。

仔细想想也不奇怪：单碟密度越高，意味着硬盘厂商可以用越少的碟片达到相同的容量，在竞争激烈的消费级市场进一步降低成本。而企业级硬盘在当时追求的则是以稳定为主，技术成熟才是最重要的。如果考虑到这一点，2016年推出的第一款达到单碟2TB的硬盘（ST8000DM004）不仅是消费级，而且使用了SMR（叠瓦式磁记录）也就不足为奇了。

而要等到单碟2TB的CMR，厂商需要继续挤4年的牙膏。2020年，Ultrastar DC HC550成为首款达到单碟2TB的CMR硬盘，使用9张碟片堆出了18TB的容量。

但是在家用盘上，单碟2TB的CMR硬盘却迟迟不见踪影。其中有一部分原因是消费级硬盘没配上企业级硬盘的各项技术（如微驱动器，TDMR二维磁记录，氦气填充等，如感兴趣本人可单独开一个专题挖坑），单碟密度很难继续提升。

另一个原因很简单：没必要。大多数消费级硬盘的使用场景既然用SMR问题不大，为什么要拿良品率冒险强行开单碟2T CMR呢？因此单碟2T的消费级CMR属于是一拖再拖。

但也不是所有消费级硬盘都能随便上SMR的。由于SMR随机写入的性能并不好（具体可参考本人的《SMR叠瓦盘原理及终极使用指南》），如果监控环境要使用SMR的话需要监控机固件专门优化才行，而主流监控机依然只能用CMR。因此除了少部分监控厂专门定制的SMR硬盘外，大部分监控盘，如“圆头”WD40EJRX，依然使用单碟1.6TB的CMR技术。

使用单碟2TB，2碟4头的成本取代3碟5头来达到4T的容量，对厂商来说是很大的诱惑。2021年11月，西数终于绷不住了，推出WD22/42/63PURZ这三款紫盘。而最为引人注目的是这三款硬盘虽然是单碟2TB，却均使用了CMR。从2011年日立推出7K1000.D算起，消费级CMR硬盘单碟容量从1TB到2TB的增长，整整花了十年。

这三个型号的硬盘从发布数据手册开始便充满了争议。根据WD22/42/63PURU（PURZ的OEM型号）数据手册的描述，这三款硬盘不仅转速从5400RPM降低到了5040RPM，还支持TRIM指令。而TRIM指令则是西数SMR硬盘最显著的特征之一。

不管怎样，如果需要验证是否为CMR都得上手测试才行。因此笔者自费购买了WD42EJRX（PURZ的中国特供型号）及WD22PURU各一块作为测试样本。

*以下包含较硬核技术性内容，如想省流可直接跳到性能测试环节*

首先是外观。WD22PURU使用了与WD20EZAZ一致的单碟盘体，而WD42EJRX使用的则是“圆头”WD40EJRX的盘体，和WD60EZAZ盘盖有细微区别。

两块盘均使用了板号为810051的电路板。上一代“圆头”WD40EJRX使用的虽然是和EZAZ一样的810011板号，但EJRX的电路板并没有加密SPI Flash且物理缓存从256MB颗粒换成了128MB。

WD40EJRX目前虽然作为硬盘吧的入门级吧盘之一，但一大痛点是RV传感器从监控盘标配的3个砍成了1个，3个RV传感器对于多盘阵列中的震动等耐受力更强。虽然家用环境并没有什么影响，但是缩水还是让人很不爽。WD42EJRX终于和WD60EZAZ一样加配了2个RV传感器且电路板垫了减震海绵。

个人猜测这并不是因为西数突然想做个好人，而是磁道密度的增大使得硬盘对震动更为敏感了（和SMR的EZAZ类似）。而WD22PURU就没这种优待了，由于单碟盘比多碟稳定，因此砍成了单RV+无海绵。

细心的读者可能已经发现了，810051也有两个多余的SPI闪存芯片。果不其然，这两块盘均无法执行西数的工程指令。因此，固件方面的分析需要等到专门的解锁板推出才能进行了。

但是这并不能阻止更深入的技术分析。更早的800055电路板“斜头”（即西数老多碟盘外观的）WD40EJRX家族叫APOLLO，而810011“圆头”的家族叫APOLLOCR。说明WD40EJRX其实和盘体及板号一样的WD30/40/60EZAZ（家族VENICER）关系不大，而与老款“斜头”紫盘的关系则更为接近。但经查询新款WD42EJRX的家族却是VENICERP，说明它和EZAZ有很大的同源关系。

而WD22PURU的家族为CARMELRP，说明它与810011 WD20EZAZ（CARMELR）的关系比较接近

上机使用Victoria 5.35读取硬盘的信息，除了转速确实是5040RPM且支持TRIM以外，还可以发现发现西数改的东西远不止表面上这么简单。近代西数硬盘使用的都是61段位（zones）的配置，而这两款新盘使用的却是181个。

不管这款盘是不是CMR，使用的肯定是更新换代的技术了。而到底是不是CMR且看下面的测试

上机首先是日常HDTune基准曲线（块大小1M，其余为默认设置）

WD42EJRX的曲线较平滑，而WD22PURU的曲线稍微抖点。这点和这两个盘对应多碟、单碟EZAZ家族的情况很类似，再次说明它们有很大的同源关系。

另一点很奇怪的是这两款盘开头约40GB的顺序读写速度都只有160M左右。

说实话测到这里，包括本人在内的很多群友都要下SMR的定论了。因为这两款盘既有256M缓存又带TRIM，还和EZAZ一样配了3个RV传感器。但是光靠这些来判定是不是SMR还不够。我们先来看看西数SMR的一些特征。

如果看过本人《SMR叠瓦盘原理及终极使用指南》便会知道，西数的叠瓦盘在格式化后会对所有空白区域返回全0。从测试角度来说便是没数据的地方曲线会变为一条直线，如下图的WD10SPSX：

而且叠瓦盘由于不能随机写入重叠的磁道，如果进行随机写入测试会有很明显的特征。西数的逻辑是将随机写转换为顺序写，并使用一个类似固态FTL表的0x190模块将物理地址映射到逻辑上的地址。因此西数叠瓦盘进行随机写入时磁头几乎不会动，而且性能甚至比CMR硬盘还要好。

但是这样的后果就是使用时间一长便会导致严重的碎片化脏盘，甚至顺序读写的性能也因为碎片化的映射大幅降低直至卡死。这也是叠瓦盘饱受诟病的主要原因之一

既然我们知道了西数叠瓦盘的特征，我们就可以使用对应的测试看看这玩意到底是不是官方说的CMR。

首先填一些随机数并格式化。出乎意料的是既没有空盘清零，曲线也毫无变化。

接下来则是判定叠瓦的重中之重：随机写入测试。

这里主要测试的并不是性能，而是听声音：如果是CMR的话数据会被写入真实物理位置，磁头也会发出和随机读取类似的“炒豆子”声音。而SMR硬盘由于转换为了顺序写入则几乎不会发出声音。

使用的工具为IOmeter，设置为4K对齐，1M块大小纯随机写入（写入缓存打开）

可喜可贺的结果是：这是首款单碟2TB的CMR消费级硬盘

第一个问题自然而然便是：一块CMR盘为什么需要TRIM？

说实话支持这个功能的目的我目前也不明白。在SSD/SMR HDD中，TRIM指令可以使硬盘立即清空已经被删除的文件，使这部分空间可以被硬盘重新用于垃圾回收等后台操作。对于支持TRIM的SMR HDD，在格式化或发送TRIM指令之后，空白的区域会立刻被标记为0而曲线也变为直线。

但是正如前文所说，这两块盘格式化并没有清空底层的数据。而手动发送TRIM之后的一段时间硬盘的表现很奇怪。如果这时对硬盘进行读取操作，磁头会发出类似垃圾回收的整理声音，同时占用也会达到100%并发生严重掉速。

这种情况会持续大约一两分钟，随后便恢复正常。将硬盘断电、加电也会恢复正常。但是更加奇怪的是即使硬盘并没有经历随机写入等操作，发送TRIM也会出现这种情况。而且这个功能貌似还和分区状况挂钩。如果发送TRIM之后直接擦除分区表也会立刻恢复正常。

*以下内容包含个人猜测，仅供参考*

对于TRIM功能的存在目前的一个合理解释是西数有可能使用了和HC560 OptiNand类似的技术，即使用NAND闪存来存储每个磁道被覆写的次数以及时刷新相邻磁道，避免相邻磁道干扰（Adjacent Track Interference, ATI）影响周围的数据。

没有企业盘各种磁头技术的加持，家用盘磁道密度（TPI）的提升已经接近最后一滴牙膏。从需要降速到5040RPM才能开到单碟2T便可以看出这一点。和OptiNand不同，这块紫盘有可能将类似的刷新信息存储在盘片上。如果实际上真是这样，我愿称之为OptiDisk（

以及顺便提一下，OptiNand并不是SMR。SMR由于写入操作只能以包含多条磁道的band为单位进行，因此不存在单条磁道覆写造成相邻磁道干扰的情况。

如果以上的猜测为真，开头速度较低的部分有可能是TPI较低的区域，因为诸如MFT这类改写频繁的元数据经常存储在分区开头。

顺便附上另一个测试的结果：4K+1M混合随机写入8小时后的曲线，和空盘差别不大。因此暂时无需担心和SMR类似的脏盘问题，顺便证实了这块盘是纯粹的CMR而不是网友所推测的CMR-SMR混合硬盘（实际上也不存在）。

正如前面所说，由于810051电路板带锁暂时无法分析固件，因此上文所述仅为猜测。

单碟2T减少的碟片及磁头的成本相当可观，尤其是WD22和WD63得以使用成本更低的单碟及3碟盘体，因此经销商内卷空间又增大了（误

新款紫盘虽然由于转速的降低导致顺序速度有轻微下降，但相比上一代也有更加低温和低功耗的优势，而且WD42/63的3RV配置对多盘阵列更加友好。

以及本人发现WD40EJRX那个日立味炒豆子随机噪音和吱嘎一声的停转终于没了，现在多碟盘体跑随机噪音和ST4000VX007或以前的WD20EZRZ蓝盘差不多，单碟声音还更小。

*对于新款紫盘，本人的评价是有成为新吧盘的潜质，但由于新品的可靠性还需要时间的检验，因此推荐性暂不做评价。但目前看来新款盘比老款的表现确实好很多*

如果对老款WD40EJRX有需求，建议尽快入。因为老款盘已经开始陆续停产。而如果想要尝鲜也建议当一段时间等等党，因为即将上市的WD63EJRX国行型号本人认为有可能取代WD40EJRX成为新一代吧盘之一。对于WD22EJRX，虽然砍成了1个RV，但是作为小容量入门级CMR硬盘也是一个很不错的选择。