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NAS Festplatten mit SMR oder CMR ? Ein Überblick im Jahr 2021

Geschrieben am05.01.2021 von Stefan RSS Feed
NAS Festplatten mit SMR oder CMR ? Ein Überblick im Jahr 2021

Western Digital Red* oder Seagate Ironwolf* ? Auf welche Festplatten sollte ich für mein NAS zurückgreifen ? Diese Frage stellen uns viele Besucher und bisher war die Antwort recht einfach: beide Festplattenserien eignen sich hervorragend für ein NAS. Das hatten wir bereits im Jahr 2018 in unserem Artikel Western Digital_Red vs. Seagate Ironwolf festgestellt, in dem wir die Festplatten in verschiedenen NAS Systemen getestet hatten.

Nun hat sich aber ein wichtiger Faktor geändert: seit April 2020 setzt Western Digital in seiner Red Serie auch Festplatten mit der SMR-Technik ein. Das brisante dabei war, dass Western Digital diese Einführung quasi heimlich durchgeführt hatte und die bestehende und gut etablierte Red-Serie genutzt hat um nun auch günstigere Hardware mit SMR-Technik anzubieten. Im Nachfolgen erklären wir euch noch einmal kurz den Unterschied zwischen SMR und CMR.




SMR


SMR steht für "Shingled Magnetic Recording" und beschreibt eine Technik, bei der der Schreibkopf der Festplatte größer als der Lesekopf ist. Dadurch lassen sich Daten überlappend auf der Festplatte ablegen, wobei beim Schreiben von neuen Daten nachfolgende Datenspuren auf der Festplatte teilweise überschrieben werden. Das spart Platz und erlaubt bei gleicher Plattergröße eine deutlich höhere Kapazität. Der Hersteller Seagate beziffert den Kapazitätsgewinn durch die Nutzung der SMR-Technik auf ca. 25 Prozent.

Der Nachteil von SMR ist, dass beim Schreiben von neuen Daten oft auch ältere Daten, die sich bereits auf der Festplatte befanden, verschoben werden müssen, da diese teilweise von neuen Daten überlappt werden und dann zum Teil unleserlich würden. Daher müssen einige ältere Daten auch neu geschrieben werden und können ihrerseits auch wieder weitere Daten überschreiben. Damit dies bei Festplatten mit hoher Kapazitätsnutzung nicht ein Neuschreiben sämtlicher Daten bewirkt, sind die Daten in Gruppen bzw. Bänder aufgeteilt, die gemeinsam verwaltet werden.

Bei vielen kleinen Bewegungen und Änderungen kann sich dieses Verhalten trotzdem soweit steigern, dass die Festplatte nicht mehr schnell genug Daten verschieben kann und z.B. in einem RAID mit einem Fehler aussteigt. Dies passiert z.B. bei einem RAID-Rebuild, bei dem sehr viele Daten neu geschrieben werden müssen.

NAS Festplatten mit SMR oder CMR ? Ein Überblick im Jahr 2021

Die SMR-Technik wird bereits seit 2015 eingesetzt. Die erste SMR-Festplatte für private Anwender war die Seagate Archive HDD, von denen ich 2015 direkt 4 Stück für einen RAID 5 Verbund gekauft hatte. Der Preis für die 8 TB Variante der Festplatte lag damals knapp unter dem, was man für eine normale 6 TB Festplatte mit herkömmlicher CMR Technik bezahlen musste.

Damals gab es noch kaum Erfahrungsberichte in wie weit SMR einen Einfluss auf ein RAID bzw. komplexere Schreibvorgänge hat. Es stellte sich leider heraus, dass sich die Seagate Archive Festplatten nicht wirklich gut für ein RAID eigneten. Während ein RAID 1 Verbund aus zwei Festplatten noch kein großes Problem darstellten (die Schreibgeschwindigkeit war allerdings unterirdisch), flogen mir regelmäßig Festplatten aus einem RAID 5 Verbund, der aus vier Seagate Archive Festplatten bestand. Timeouts aufgrund der SMR-Schreibproblematik waren damals die Ursache.

Moderne SMR-Festplatten haben seit dem eine stetige Weiterentwicklung erfahren. Durch einen größeren Festplattenzwischenspeicher (Cache) sowie einem extra Zwischenspeicher für Datenspuren, die am Rand des Platter liegen, versuchen die Hersteller die Nachteile der SMR-Technik bei Schreibvorgängen so gut es geht abzumildern. Und in der Tat ist SMR nicht per se eine schlechte Wahl. Wer einfach einen stillen Archivspeicher sucht oder sich selten ändernde Daten wie Videos oder Bilder ablegen möchte, für den kann eine SMR-Festplatte eine günstige Alternative sein. In Umgebungen, in denen sich viele Daten schnell ändern, kann SMR aber immer noch problematisch sein.

Vor allem in einem RAID-Verbund sollte man sich der SMR-Problematik bewusst sein und genau abwägen ob sich der Einsatz einer SMR-Festplatte für das persönliche Datenportfolio eignet. Gerade für die komplexeren RAID Modi 5 und 6, die aus mindestens 3 bzw. 4 Festplatten bestehen, würde ich aktuell nicht zu einer SMR-Festplatte greifen. Das gilt auch dann, wenn ihr einen Verbund (Pool) mehrerer Festplatten mit den Dateisystemen Btrfs oder ZFS plant.

Seit Juni 2020 führt auch der NAS-Hersteller Synology die Western Digital Red* Serie mit SMR-Technik als inkompatibel zu den eigenen Systemen auf. Der Hersteller gibt zudem folgenden Hinweis zu den SMR-Festplatten: "Due to performance characteristics of SMR drives, this model is only suitable for light workload environments. " Zu Deutsch: SMR-Festplatten werden nur für einfache Umgebungen mit wenigen Schreibzugriffen empfohlen.

Sehr wahrscheinlich von Synology zu einer Aktion gezwungen, veröffentlichte Western Digital noch im selben Monat eine neue Festplattenserie: die Western Digital Red* Plus Festplatten setzen ausnahmslos auf die bewährte CMR-Technik und verzichten auf den Einsatz von SMR. Preislich positionieren sich die Red Plus Festplatten zwischen der Red Serie (mit SMR) und den Western Digital Red* Pro Festplatten, die seit je her für größere Umgebungen konzipiert sind und auch ausschließlich die CMR Technik nutzen.



CMR


CMR steht für "Conventional Magnetic Recording", vorher häufig auch als PMR "Perpendicular Magnetic Recording" bezeichnet. Da PMR allerdings auch bei SMR-Festplatten zum Einsatz kommt, hat man sich zur besseren Unterscheidung der beiden Typen auf CMR festgelegt.


NAS Festplatten mit SMR oder CMR ? Ein Überblick im Jahr 2021

Bei der CMR-Technik werden die zu schreibenden Daten in freie Bereiche der Festplatte geschrieben, ohne dass bestehende Daten neu geschrieben bzw. verschoben werden müssen. Die Schreibleistung bei CMR-Festplatten ist daher für gewöhnlich besser. Der Leistungsunterschied zwischen CMR und SMR wird umso größer, je mehr Daten geschrieben werden und über je weniger freie Speicherkapazität die Festplatte verfügt.



Warum überhaupt spezielle NAS Festplatten ?


Grundsätzlich funktionieren in einem NAS natürlich Festplatten jeder Art. Da sich ein Server oder NAS aber in vielen Bereichen von einem normalen Computer unterscheidet (z.B. Art und Verwendung der Daten, Energieaufnahme oder der Betriebszeit), haben die Festplattenhersteller für diese Systeme spezielle Festplatten entwickelt. Teilweise ist sogar die Hardware identisch mit Desktop-Festplatten. Hier wird dann meistens eine spezielle Software (Firmware) genutzt, um die Funktionen einer Festplatte oder deren Ansprechverhalten zu ändern bzw. zu verbessern.

Spezielle Features wie z.B. TLER (Time Limited Error Recovery) von Western Digital bzw. ERC (Error Recovery Control) von Seagate sorgen für eine höhere Stabilität der Festplatte in einem RAID-Verbund oder Festplattenpool. Hierbei geben die Festplatten unter Umständen auch die Entscheidungsgewalt bei Lese- oder Schreibfehlern an den RAID-Controller bzw. das Betriebssystem weiter um so einen Timeout oder einen Drop aus dem RAID zu verhindern.

Je nach Klasse der Festplatte kann natürlich auch die Hardware (z.B. die Lager oder die Kondensatoren) eine höhere Qualität besitzen um die Festplatten für eine 24/7 (also eine dauerhafte Verwendung) zu optimieren. Da "normale" NAS Festplatten heute durchaus bezahlbar sind, sollte man nach Möglichkeit eine dementsprechend optimierte Festplatte in sein System einbauen.



Seagate Festplatten


NAS Festplatten mit SMR oder CMR ? Ein Überblick im Jahr 2021


Western Digital NAS Festplatten


NAS Festplatten mit SMR oder CMR ? Ein Überblick im Jahr 2021



Fazit


War die heimliche Einführung von SMR-Festplatten in der Western Digital Red* Serie ein taktischer Fehler des Herstellers ? Meiner Meinung nach: ja. Denn zuvor konnte man die Western Digital Red* Serie fast uneingeschränkt für den Einsatz in einem NAS empfehlen. Auch die vielen Nachfragen unserer Besucher zeigen uns, wie unsicher viele durch die ganze Thematik und die Art, mit der der Hersteller damit umgeht, geworden sind.

Western Digital täte gut daran, die SMR-Festplatten als günstige Serie besser von den klassischen Festplatten abzugrenzen. Das (Aus)Nutzen der etablierten Red-Serie um heimlich eine günstigere Technik in den Markt zu bringen ohne die Kunden transparent über die Nachteile zu informieren geht meiner Meinung nach gar nicht. Immerhin hat der Hersteller mit der Einführung der Western Digital Red* Plus Serie etwas eingelenkt, so dass nun wieder eine bessere Trennung zwischen SMR und CMR in der NAS-Festplattenserie gegeben ist.

SMR kann in kleineren NAS-Systemen mit wenig komplexen Konfigurationen oder in einem normalen Computer ohne Probleme oder größere Nachteile funktionieren. Eine blinde Empfehlung kann man für die SMR-Festplatten bei der Nutzung in einem NAS oder Server aber auf keinen Fall geben und im Zweifel steht bei mir die Datensicherheit im Vordergrund. Daher werde ich die normale Western Digital Red* Serie zumindest aktuell nicht mehr empfehlen und verweise auf die Western Digital Red* Plus und Red Pro Festplatten mit CMR. Eine sehr gute Alternative sind natürlich auch die Seagate Ironwolf* und Ironwolf Pro Festplatten, welche beide seit je her ausschließlich auf CMR setzen.




Unsere aktuellen NAS-Zusammenstellungen in der Übersicht


Ihr habt jetzt Lust auf ein Eigenbau NAS bekommen ? Wir haben für euch eine Übersicht aller aktuellen NAS Zusammenstellungen erstellt. Diese Liste wird ständig aktualisiert und ist damit immer auf dem letzten Stand. Alle Systeme können mit einem beliebigen Betriebssystem (z.B. Windows 10, Linux oder FreeBSD) genutzt werden.

Wir nutzen als Standard-NAS Betriebssystem in unseren Artikeln OpenMediaVault, welches auf Debian Linux aufsetzt und eine Weboberfläche mit allen benötigten NAS-Funktionen zur Verfügung stellt. Linux Fachwissen wird nicht benötigt.

NameHDDsProzessorCB 15 MCECCLetztes UpdatePreis
NAS Starter 2.02Raspberry Pi 4 B*--Nein07/2019ab 67 €
NAS Basic 2.14Intel Celeron J5040 onBoard317 cbNein11/2020ab 240 €
NAS Advanced 46+Intel Celeron G5905*287 cbNein08/2021ab 310 €
NAS Expert 3.06+Intel Pentium G5400*403 cbJa01/2020ab 455 €






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Kommentare (6)

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wefe
Geschrieben am25.03.2021
Unabhängig davon, dass es Probleme mit SMR-Platten gab und immer noch gibt will ich hier auch mal etwas positives platzieren.
Aus Unwissenheit habe ich 3 Stück WD-Red 4TB-Platten mit SMR und eine WD-Red 4TB mit CMR in meinem Unraid-Nas verbaut. Die Parity-Disk ist SMR.
Es gibt aber überhaupt keine Probleme damit. Ich führe das auf die schonende Arbeitsweise des Unraid-Arrays und das XFS-Dateisystem zurück.
In jüngster Zeit hat das Array auch richtig hart arbeiten müssen als ich alle Platten im laufenden Betrieb von XFS auf Encrypted-XFS umformatiert habe. Dabei wurde jede Platte einmal komplett geleert und wieder befüllt. Am Ende kam ein Rebuild der Parity-Disk.
Zwischen CMR und SMR-Platten gab es keinen Performanceunterschied. Und auch die Parity-Disk (SMR) hat den Rebuild in angemessener Zeit (6 Stunden) geschafft.

Auch wenn das jetzt nur mein persönlicher Erfahrungswert ist, deutet doch einiges darauf hin, dass SMR-Platten in Kombination mit XFS problemlos laufen können und nicht von Haus aus verteufelt werden müssen.
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GroovyMan
Geschrieben am18.01.2021
Vor dem Einsatz von SMR Platten kann ich nur waren. Diese sind besonders in einem NAS, wo ein RAID für Sicherheit und Datenverlust sorgen soll, eine totale Fehlbesetzung. Meine durchaus schlechten Erfahrungen habe ich mit der Marke Seagate gemacht, die eine Platte mit hoher Kapazität beworben hatte und diese später als Archive-Platten umbenannte.

Es ging damals um einen 6er RAID mit jeweils 8ZB Platten, also ein richtig dickes Datengrab.
Bei der Seagate Platte handelte es sich um die ST8000AS0002. Ein halbes Jahr lief der RAID ohne Probleme. Geschwindigkeit war ausreichend, aber dann kam es knüppeldick. Nach dem Ausfall einer Platte krachten weitere Platten in einem REOG um. Danach war der RAID im A,....

Seagate tauschte gegen Platten um, die schneller drehten und eine geändertes BIOS hatte.
Sinn dieser Übung bestand darin, sich aus der Garantier zu stehlen, die die frisierten Altgeräte wurden kaum älter als 2 Jahre. Geschafft Seagate, aus der Garantierzeit.

Die Platten sind vom Markt genommen worden und ausreichend Kunden außerdem geprellt. Insgesamt 16 mal hatte mich Seagate mit SMR Müll abserviert. Den Raid hatte ich danach mit WD-RED bestückt.
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Stefan (Team)
Geschrieben am13.01.2021
Nein wir haben bisher keine Seagate Exos X eingesetzt. Als Enterprise-Festplatten sind diese natürlich für den Betrieb in einem NAS geeignet. CMR haben diese ja auch.

Ein Umstieg auf die Pro-Serien (Ironwolf oder auch WD Red*) empfehlen die Hersteller meist ab 6-8 Festplatten.
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Holger
Geschrieben am12.01.2021
Hallo,

habt ihr Erfahrungen mit den Seagate Exos X-Laufwerken?

Ich weiß, dass die nen SAS/SATA-Anschluss haben und somit auch nen entsprechenden Controller benötigen ...
Sind die viel lauter als die IronWolf (Pro)?
Ich gehe davon aus, dass dort auch entsprechende Sensoren verbaut sind, um sie in einem Raid zu betreiben (dafür wurden sie, sofern ich nicht irre, entwickelt).

Jedenfalls wäre in meinem Fall ein Raid ZFS2-Verbund aus 5 Platten über 100 € günstiger, als wenn ich den mit IronWolf umsetze. Nen entsprechenden Controller habe ich bereits ...

Ab wann würde Skyhawk Pro im Vergleich zur regulären Ironwolf sinnvoll sein - die angepriesene Datenrettung mal ausgenommen.

Danke :)
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wahli
Geschrieben am11.01.2021
Meine erste NAS-Platte war eine WD Red* mit 6TB. Meine nächste und letzte NAS-Platte war wiederum von WD, diesmal aber ausgebaut aus einer ext. Platte, sprich es war eine WD White mit 10TB. Hab eine Weile gebraucht, bis ich wusste, dass sie eine CMR Platte ist.
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THeck
Geschrieben am08.01.2021
Klasse Artikel!

Kurz und bündig und trotzdem alle wichtigen Infos zusammen getragen!

Danke dafür! :)

Ich denke auch das sich WD mit der heimlichen Einführung ins Bein geschoßen hat :/

Aber ob der gute Ruf der WD Red* Serie damit so schnell kaputt geht?

Ich weiß es nicht. Es scheint ja selbst für erfharene ITler nicht auf dem ersten Blick klar zu sein, welche Platten nun SMR verwenden und welche nicht.

Gerne weiter solch spannenden Artikel! :)

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