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Quels sont les effets des températures élevées sur les disques durs ?

novembre 2023 par Rainer W. Kaese - Senior Manager Business Development Storage Products, Toshiba Electronics Europe

Les disques durs d’entreprise modernes sont conçus pour des températures de fonctionnement comprises entre 5 et 60 degrés Celsius. Les fabricants recommandent de ne pas les utiliser de manière permanente à l’extrémité supérieure de cette plage, car cela réduirait la durée de vie des disques et présenterait un risque de taux de défaillance plus élevés. Alors, qu’arrive-t-il aux disques durs à haute température ? Et ces effets peuvent-ils être compensés ultérieurement en fonctionnant à des températures plus basses ?

Comme la plupart des composants des serveurs et des systèmes de stockage, les disques durs chauffent en fonctionnement, en particulier sous une charge importante. Pour permettre aux administrateurs de surveiller la température de leurs disques, les disques durs modernes disposent d’un capteur de température interne qui fournit ses lectures via SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology), afin qu’elles puissent être lues à l’aide des ressources du système d’exploitation intégré, de la gestion du système. outils ou les outils de gestion des contrôleurs RAID et des adaptateurs de bus hôte. De plus, il existe toute une série d’outils spécialisés pour cette tâche, tels que les smartmontools sous licence open source, disponibles pour Windows et Linux.

Si les disques durs chauffent trop, ils ne fonctionnent plus correctement car les composants électroniques et mécaniques ne fonctionnent correctement que dans une certaine plage de température. De plus, les composants mécaniques s’usent plus rapidement, ce qui réduit la fiabilité et la durée de vie. Le roulement de la broche à l’intérieur des disques durs est particulièrement menacé, car à des températures élevées, l’huile utilisée comme lubrifiant devient trop liquide et peut s’échapper du roulement. Il est donc essentiel que la température du disque dur soit surveillée pour éviter toute surchauffe et garantir que les disques fournissent un service long et fiable.

Quelle est la température optimale ?

Les fabricants de disques durs spécifient généralement une plage de températures dans laquelle leurs disques fonctionnent correctement. Dans le cas des disques durs d’entreprise, ils supposent une utilisation dans des salles de serveurs ou des centres de données climatisés, c’est pourquoi ces types de disques sont conçus pour des températures de fonctionnement comprises entre 5 et 60 degrés Celsius. Les spécifications des disques durs NAS sont de 5 à 65 degrés Celsius et celles des disques durs de surveillance de 0 à 70 degrés Celsius, car les systèmes de vidéosurveillance ne sont pas toujours installés dans des pièces aux conditions ambiantes stables.

Ces spécifications ne concernent en réalité que la capacité de fonctionnement, mais la durabilité est définitivement affectée lorsque les variateurs fonctionnent dans la plage de températures supérieure pendant une période de temps plus longue. Une brève augmentation de température, par exemple lorsqu’un ventilateur du système tombe en panne et doit être remplacé, peut généralement être tolérée, mais même un fonctionnement permanent à 45 degrés Celsius peut coûter aux disques durs quelques mois de durée de vie. Après tout, les spécifications MTTF (Mean Time To Failure) figurant dans les fiches techniques des fabricants font toujours référence à une température de fonctionnement moyenne de 40 degrés Celsius.

Un point intéressant à cet égard : la moyenne signifie en fait que les temps de fonctionnement à plus de 40 degrés Celsius peuvent ensuite être compensés par des temps de fonctionnement à une température proportionnellement plus basse. En pratique, cependant, il est très peu probable que les disques durs passent d’abord des mois ou des années à des températures élevées, puis le même temps à des températures plus basses.

La température augmente, la fiabilité diminue

Un disque dur d’entreprise typique a un MTTF de deux millions et demi d’heures. En d’autres termes, dans le cas de deux millions et demi de disques, on s’attendrait à une panne par heure, ou dans le cas de 1 000 disques, à une panne toutes les 2 500 heures. Étant donné que ces informations ne sont pas particulièrement intuitives pour estimer la probabilité de panne des disques durs au sein de sa propre infrastructure, on utilise généralement le taux de panne annuel (AFR), qui peut être calculé à partir du MTTF. La formule pour cela est la suivante : AFR = 1-e(-8,760/MTTF)*100, où 8 760 sont les heures de fonctionnement annuelles pour un fonctionnement 24h/24 et 7j/7, ce qui est standard pour les disques durs d’entreprise.

Dans cette formule, les disques déjà en panne sont pris en compte lors du calcul de l’AFR pour les disques restants. Cependant, cela n’est pas nécessaire pour les faibles taux de panne comme c’est le cas des disques durs, ce qui signifie que la formule peut être simplifiée : AFR = 8 760/MTTF*100. L’AFR résultant pour les disques durs d’entreprise avec un MTTF de 2,5 millions d’heures est donc de 0,35 %. Lorsque 1 000 disques sont utilisés, trois à quatre d’entre eux risquent de tomber en panne chaque année.
Si la température moyenne de fonctionnement des disques durs est supérieure à 40 degrés Celsius, le taux de panne augmente. En règle générale, pour chaque tranche de 5 degrés au-dessus de 40 degrés Celsius, le taux de défaillance peut augmenter de 30 pour cent. À une température permanente du disque dur de 55 degrés Celsius, l’AFR devrait à peu près doubler, de sorte qu’une base installée de 1 000 disques connaîtrait probablement six à huit pannes de disque dur par an.

La température n’est pas le seul facteur

Outre la température, d’autres facteurs affectent la durabilité des disques durs, notamment la charge de travail annuelle (Rated Workload), la période de garantie et, dans le cas de disques non conçus pour une utilisation 24h/24 et 7j/7, la durée de fonctionnement. Cela ne signifie pas qu’il existe un risque immédiat de panne si les valeurs spécifiées ne sont pas respectées ou si le disque dur continue à fonctionner après l’expiration de la période de garantie, mais l’AFR augmente de telle sorte qu’un nombre supérieur de disques durs par an tombe en panne. au fil du temps.

Conception thermique et refroidissement corrects

Dans les systèmes thermiquement bien conçus et installés dans des pièces climatisées, il ne devrait normalement y avoir aucun problème à maintenir la température du disque dur à 40 degrés Celsius ou moins. Sans climatisation, cela peut être difficile car pendant les mois d’été, la température dans les pièces dépasse souvent 30 degrés Celsius. Cela signifie qu’à l’intérieur des serveurs et des systèmes de stockage, des températures supérieures à 40 degrés Celsius sont rapidement atteintes. De plus, l’air chaud évacué des systèmes est difficile à évacuer sans une ventilation appropriée, ce qui entraîne une augmentation inévitable de la température ambiante et, par conséquent, un échauffement encore plus important des systèmes.

Il est donc toujours préférable d’exploiter les serveurs et les systèmes de stockage dans un environnement climatisé - surtout si l’on utilise des chargeurs supérieurs comportant plusieurs dizaines de disques durs. Pour des raisons de conception, les disques durs arrière deviennent plus chauds que les disques avant, car le flux d’air absorbe d’abord la chaleur des disques avant et n’est donc plus capable de refroidir aussi efficacement les disques arrière. Dans ce cas, des températures d’entrée d’air inférieures à 20 degrés Celsius sont nécessaires pour maintenir les disques durs des rangées arrière en dessous de 40 degrés Celsius de manière permanente.

Si la température du disque dur est en permanence supérieure de 15 degrés Celsius à la température d’entrée d’air ou à la température ambiante, il y a un problème avec la conception thermique du système. Dans ce cas, les administrateurs doivent vérifier si les ventilateurs fonctionnent correctement ou si le flux d’air atteint les disques sans entrave. De plus, la pièce dans son ensemble doit être conçue de manière à ce que l’air froid et l’air chaud ne se mélangent pas, car cela réduit l’efficacité du refroidissement. C’est pourquoi les racks sont généralement placés les uns en face des autres. L’air de refroidissement est fourni au milieu, là où il rencontre l’avant des unités, et est aspiré pour refroidir les composants du système. Elle absorbe la chaleur au cours du processus et ressort ensuite à l’arrière des unités, où elle est évacuée par des ventilateurs. Les couvercles des plateaux vides empêchent l’air chaud évacué de retourner dans l’allée froide.


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