Мы немало внимания уделяем жестким дискам. Это одна из тех составляющих системы, от которой во многом зависит комфорт работы с ПК. И если ранее мы рассматривали в основном возможности 3,5-дюймовых накопителей, то теперь не меньший интерес представляют винчестеры с диаметром пластин 2,5″ – такие HDD используются не только в мобильных устройствах, но и в моноблоках, неттопах и других компактных экономичных ПК. Имея одинаковый принцип работы, диски этих двух формфакторов заметно отличаются техническими характеристиками. Как именно? Давайте разбираться.
Физические размеры
Первое, на что обращаешь внимание при взгляде на накопители двух формфакторов, – разница в их габаритах. 2,5-дюймовые диски гараздо меньше своих собратьев с магнитными пластинами диаметром 3,5″.
Объем пространства, занимаемого стандартным HDD, почти в шесть раз больше, чем в случае с мобильным винчестером толщиной 9,5 мм. При этом если подсчитать емкость хранимой информации на единицу объема, взяв за основу 750-гигабайтовый портативный диск и десктопный накопитель на 2 ТБ, то разница будет более чем двукратной, причем не в пользу последнего (11,3 ГБ/cм3 и 5,1 ГБ/cм3).
Плотность записи
Диаметр магнитных дисков накопителей обоих типов отличается на 40%, при этом пластины 3,5-дюймовых винчестеров имеют в 1,8 раза большую рабочую площадь. Такое же соотношение сохраняется, если рассматривать максимальную емкость дисков, используемых в HDD, – для портативных накопителей это 375 ГБ, для десктопных – 667 ГБ. С технологической точки зрения поверхностная плотность записи на магнитных пластинах для обоих формфакторов оказывается примерно одинаковой. Если учитывать только форматируемую область, доступную для записи пользовательских данных, то для наиболее емких пластин это порядка 330 Гб на кв. дюйм.
| Габариты
Компактные размеры – одно из основных преимуществ 2,5-дюймовых накопителей. Несмотря на то что диаметр их пластин меньше всего в 1,4 раза, они занимают намного меньше места в корпусе системы. При стандартизированных длине и ширине диски отличаются толщиной: ультратонкие – 7 мм, наиболее популярные модели с двумя пластинами – 9,5 мм, емкие трехдисковые – 12,5 мм, винчестеры для серверных решений – 15 мм. | Габариты
Здесь 3,5-дюймовым накопителям крыть нечем: размеры их корпуса значительно больше, чем у портативных моделей. Впрочем, для домашних настольных ПК это не столь принципиально, в корпусах десктопов всегда есть корзина для нескольких винчестеров такого типа. Ну а для компактных систем выбор формфактора жесткого диска очевиден. |
|||
| Объем
Текущая максимальная емкость – 1 ТБ. К тому же подобные HDD состоят из трех магнитных пластин и имеют толщину 12,5 мм вместо характерных для большинства современных моделей 9,5 мм. Двухпластинные диски пока ограничены объемом в 750 ГБ. Если не говорить о массиве из нескольких накопителей, то для создания емкого хранилища данных они не очень подходят. | Объем
Сравнительно большие габариты накопителя позволяют производителям при необходимости устанавливать четыре и даже пять магнитных пластин. Учитывая, что каждая из них уже способна хранить до 670 ГБ, суммарный объем диска 3,5″ может превышать 3 ТБ. На текущий момент популярные модели HDD оснащаются 333–500-гигабайтовыми пластинами общей емкостью 1,5–2 ТБ. |
|||
| Производительность
Вопрос быстродействия не столь однозначен, как может показаться на первый взгляд. С одной стороны, мобильные накопители несколько медленнее НDD для настольных систем. С другой, самые производительные жесткие диски для ПК – WD VelociRaprot – используют именно 2,5-дюймовые магнитные пластины. Поэтому здесь важны нюансы. Если все же говорить о привычных винчестерах с толщиной корпуса 9,5 мм, двумя пластинами по 320 ГБ и скоростью вращения шпинделя 5400 об/мин, то фактически они уже не уступают по скоростным характеристикам экономичным моделям 3,5-дюймовых HDD. Средняя линейная скорость чтения/записи – 65–70 МБ/c с пиком в начале диска ~90 МБ/c. | Производительность
Типичные модели со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин без проблем переигрывают массовые устройства 2,5″ как по линейным трансферам, так и по скорости доступа. Однако разница в производительности уже не столь велика. При равной плотности записи на пластины и скорости их вращения компактные накопители практически не уступают большим HDD. |
|||
| Энергопотребление
2,5-дюймовые НDD достаточно экономичны. Типичный уровень энергопотребления для двухдисковых моделей – 2–4 Вт в режиме чтения/записи данных. Да, именно по этой причине после замены в ноутбуке жесткого диска на SSD не удается получить заметного прироста автономности – данные винчестеры потребляют не намного больше твердотельных накопителей. | Энергопотребление
Диски с 7200 об/мин во время активной работы в среднем расходуют порядка 8–12 Вт, тихоходные модели – 6–8 Вт. То есть заметно больше, чем винчестеры с диаметром пластин 2,5″. Для настольных ПК, в которых используются 3,5-дюймовые HDD, накопители на жестких магнитных дисках – далеко не основные потребители электроэнергии, потому 3–5 Вт здесь не играют важной роли. Но если вы хотите создать действительно экономичную систему, стоит внимательнее присмотреться к портативным моделям. |
|||
| Шум и нагрев
Как правило, шумят 2,5-дюймовые накопители меньше – звук от шпинделя заметно приглушен, да и стрекот перемещающихся головок во время активного поиска также едва слышен. Что касается нагрева, то здесь многое зависит от условий работы и системы охлаждения, но в целом закон сохранения энергии никто не отменял: меньше энергопотребление – меньше нагрев. | Шум и нагрев
Шум жесткого диска – актуальный вопрос для владельцев настольных систем. Звук работы двигателя винчестера 3,5″ слышен лишь на открытом стенде, а вот похрустывание при перемещении головок может быть достаточно ощутимым, хотя здесь многое зависит от жесткости конструкции шасси корпуса и наличия демпфирующих прокладок. На уровень нагрева HDD влияет температура окружающей среды, количество магнитных пластин и скорость вращения шпинделя. Рабочий режим – 40–50 ˚С. |
|||
| Цена
По стоимости хранения информации портативные модели все еще уступают 3,5-дюймовым, однако за последние пару лет разница существенно сократилась. Например, компактный диск популярной емкости 500 ГБ стоит всего на $15–20 дороже HDD аналогичного объема с пластинами 3,5″. | Цена
В последние несколько лет наряду с увеличением объемов стоимость хранения данных на 3,5-дюймовых жестких дисках регулярно снижается. Так, $0,065 за 1 ГБ – рекордный показатель, благодаря которому эти винчестеры еще долго будут оставаться актуальным типом устройств для хранения данных. |
Благодаря постоянному совершенствованию технологий, удельная стоимость твердотельных накопителей неуклонно снижается, а их объем и ресурс, наоборот, растут. Несмотря на это, жесткие диски будут актуальны еще достаточно продолжительное время и производители не останавливаются в стремлении улучшать их рабочие характеристики.
Собственно, конструкция НЖМД принципиально не изменяется уже длительное время — внутри герметичного корпуса вращается от одной до четырёх легких круглых пластин, а над ними перемещаются несколько магнитных головок и производят запись/чтение информации. Усилия производящих компаний направлены на модернизацию узлов крепления движущихся элементов, подбор состава ферромагнитного слоя на дисках, улучшение параметров привода и головок, а также на оптимизацию алгоритмов управления всем этим хозяйством.
Самые важные критерии выбора
Геометрические размеры
Чаще используется термин «форм-фактор», но тут есть один нюанс. Основных типоразмеров HDD два: 3,5 дюйма для десктопов и 2,5 дюйма для ноутбуков. Как правило, толщина накопителя зависит от количества пластин и если для настольных ПК ее величина особого значения не имеет, то у портативных устройств она может играть определяющую роль. Ультратонкие ноутбуки рассчитаны на установку 7-ми или даже 5-миллиметровых винчестеров, в то время как наиболее широко представлены устройства толщиной 9,5 мм.
Предназначение жесткого диска
Пожалуй, наиболее важным критерием является назначение жесткого диска. Если его основная задача состоит в хранении различной информации — на первый план выдвигаются требования к объему дискового пространства и удельной стоимости. В настоящее время оптимальным выбором здесь являются накопители емкостью 2—4 Тб с низким уровнем потребления энергии. При этом на скорость вращения пластин особого внимания не обращают. У НЖМД такой категории она обычно составляет 5400 об/мин, но может быть и выше. Для ответственного хранения данных накопители организовываются в RAID-массивы и к предъявляемым требованиям добавляется надежность, выражаемая во времени наработки устройства на отказ. Жесткие диски для корпоративного сектора имеют расширенный набор конструктивных особенностей, повышающих «живучесть» HDD и соответствующую стоимость. От накопителей для сетевых хранилищ требуется мгновенная готовность к обмену в любой момент, поэтому прошивка для их контроллеров модифицируется соответствующим образом, обычно в ущерб энергоэффективности.
Системные диски должны обеспечивать максимальную скорость чтения и, в меньшей степени, записи. Их отличительной чертой является более высокая частота вращения пластин (7200 об/мин и больше), а побочным эффектом интенсивной работы двигателя — повышенные нагрев и шум. Разумеется, ориентироваться нужно на диски с наиболее производительным интерфейсом, который поддерживает материнская плата (в настоящее время SATA III). В операционных системах Windows XP и Windows 7 были проблемы с загрузочными разделами большого объема, поэтому в качестве системных, накопители емкостью 3 Гб и выше использовались с учетом этого фактора. Своеобразным компромиссом между доступной стоимостью HDD и высокой производительностью SSD являются гибридные устройства. В однодисковых рабочих станциях или ноутбуках подобные накопители позволяют значительно повысить скорость загрузки операционной системы.
Объем
При выборе жесткого диска особое внимание всегда обращают на его объем. Именно его нехватка в большинстве случаев и является движущей причиной покупки. С точки зрения стоимости единицы хранения информации, наиболее выгодны HDD емкостью 2 или 4 Тб для десктопных систем и терабайтные для мобильных устройств. Преимущество следует отдавать дискам с меньшим количеством пластин. Обладая большей плотностью записи, такие носители обеспечивают и более высокую скорость обмена, а само устройство слабее нагревается при работе.
Фото: domcomputer.ru
Другие характеристики
- На сегодняшний день актуальными интерфейсами являются SATA III для пользовательского применения и SAS для серверов. В продаже также еще встречаются жесткие диски SATA II. Оставаясь полностью совместимыми в плане подключения, они имеют в два раза меньшую пропускную способность чем интерфейсы третьей ревизии этого стандарта. Для устаревшего оборудования могут потребоваться накопители с параллельной шиной (PATA - они же IDE).
- Чем выше скорость чтения/записи , тем быстрее будет осуществляться обмен данными с диском. Следует только иметь в виду, что производители любят в характеристиках указывать максимальные величины, достигаемые в идеале. На самом деле скорость уменьшается с приближением головок к центру пластины и зависит от размера блока данных и массы других вещей. Например, в реальных условиях обмен практически всегда идет в обе стороны. Типичные максимальные значения для накопителей с интерфейсом SATA III лежат в диапазоне от 130 до 180 Мб/с.
- Скорость вращения пластин важна, если требуется максимальное быстродействие, даже в ущерб другим параметрам. У накопителей, ориентированных на другие задачи, ее величина может быть переменной или не указываться производителями.
- До определенной степени ускорить производительность жесткого диска позволяет кеш-память . В процессе чтения данные из соседних блоков также извлекаются и помещаются в специальный буфер в расчете на то, что они потребуются при следующем обращении к накопителю. При считывании большого массива это всегда дает положительный эффект. Чем больше объем кеша, тем ощутимее прирост производительности — именно это послужило одной из причин создания гибридных устройств. Обратной стороной медали является рост цены и сложность согласования операций чтения/записи.
- Потребляемая мощность косвенно характеризует вероятный нагрев НЖМД. Более прожорливыми и сильнее греющимися ожидаемо являются скоростные накопители, экономными и относительно прохладными — их медленные собратья. В режимах чтения/записи первые потребляют мощность от 8 до 12 Вт, вторым требуется 4—5. Жесткие диски форм-фактора 2,5" в своих аппетитах гораздо скромнее, им достаточно 2—3 Вт. Отдельный интерес представляет величина потребления в состоянии покоя, служащая наглядным показателем энергоэффективности устройства.
Основные производители
Жесткие диски являются достаточно высокотехнологичным продуктом, поэтому изначально небольшое число компаний, специализировавшихся на их выпуске, постоянно сокращается. Наиболее востребованы винчестеры производства Western Digital , Seagate Technology , Hitachi Global Storage Technologies (HGST ) и, в меньшей мере, Samsung Electronics . В сегменте 2,5-дюймовых НЖМД очень популярна продукция Toshiba Corporation , причем накопители этой компании служат основой для 2/3 внешних жестких дисков, выпускающихся под другими брендами.
Фото: www.komposervis.ru
Приобретая HDD, в первую очередь отталкивайтесь от того, как он будет использоваться. Установленная на диски «зеленых» серий операционная система будет медленнее загружаться чем могла бы. Скорость обмена данными с быстрыми накопителями порадует сердце, если забыть об их стоимости. Потеря информации способна значительно усложнить жизнь, поэтому серьезные дела стоит доверять только винчестерам с повышенной надежностью.
Выбирая жесткий диск для ноутбука, не забудьте обратить внимание на соответствие размеров. Чем тоньше мобильное устройство, тем выше вероятность установки в нем Thin или Ultrathin накопителя. С другой стороны, отсек HDD практически любого ноутбука имеет ту или иную систему повышения ударостойкости, в основе которой лежит установка диска в окружении демпфирующего материала. Хорошим вариантом здесь будет приобретение винчестера в комплект которого входит специальная утолщающая накладка.
Планируя покупку жесткого диска нужного объема, помните — указываемая производителем величина и реальная емкость отформатированного накопителя это, как говорят в Одессе, две большие разницы. Как правило, на винчестерах указывается емкость в миллиардах (G) или триллионах (T) байт. А так как один терабайт состоит из 1 099 511 627 776 минимально адресуемых наборов данных (1024 в 4-й степени), то и объем в соответствующих единицах получается меньше.
ВступлениеВот уже много лет мы в тестах жёстких дисков c магнитными пластинами и твердотельных накопителей измеряем потребляемую накопителями мощность. Для этого мы используем специальный стенд, оборудованный осциллографом (о том, почему нельзя измерять потребление накопителей при помощи мультиметра, подробно написано здесь
.) Но при помощи такой установки мы меряем потребление накопителя только в нескольких режимах с использованием синтетической нагрузки, создаваемой тестом IOMeter (случайное чтение, случайная запись, последовательное чтение, последовательная запись). Это даёт нам возможность оценить максимальное потребление накопителя, но ничего не говорит о потреблении накопителя в реальных условиях эксплуатации.
В то же время, судя по активному обсуждению в форумах, пользователей сильно интересует потребление накопителей именно что в боевых условиях – при работе в реальных приложениях. Соответственно, возникла идея – взять ноутбук и использовать его, как измерительное оборудование!
Постановка задачи
Итак, нам нужно сравнить между собой твердотельные накопители и жёсткие диски с магнитными пластинами. Сравнивать мы их будем опосредованно – через измерение времени работы ноутбука. При этом мы, конечно, не получим в явном виде цифры потребления накопителей, но зато сможем оценить масштабы влияния прожорливости накопителя на общее потребление всех систем ноутбука.Не так давно компанией Futuremark был выпущен тестовый пакет PCMark8, в котором появилась возможность измерять время работы ноутбука от батареи в различных сценариях. Тестовый пакет содержит в себе усечённые версии реальных приложений и, в зависимости от запущенного сценария, имитирует работу пользователя в нескольких типичных приложениях.
Наша задача проста – меняем накопители в ноутбуке и запускаем тест. Из многообразия тестовых сценариев PCMark8 нами был выбран сценарий «Home», как наиболее близкий идеологически к сфере применения ноутбуков – домашняя развлекательная станция - средство для просмотра страниц в интернете, создания несложных документов, казуальных игр и общения по сети с использованием вебкамеры.
Методика тестирования
В любезно предоставленный компанией Samsung ноутбук NP530U4C-S01RU устанавливается тестируемый накопитель, на который, в свою очередь, устанавливается операционная система Windows 8 Enterprise, на которую, в свою очередь устанавливаются все доступные пакеты обновлений.Далее устанавливается тестовый пакет PCMark8 и компьютер выключается в ожидании полной зарядки батареи.
После включения ноутбука мы убеждаемся, что батарея действительно полностью зарядилась, ждём 15 минут и потом запускаем PCMark8. Выбираем тест «Home» и режим «Battery life». В качестве OPenCl 1.1 -устройства выбираем видеокарту NVIDIA GT 620M и запускаем тест.
Дожидаемся появления на экране окошка с указанием вытащить из ноутбука адаптер питания и, нежно и трепетно, выполняем его. Тест идёт несколько часов, так что у тестера есть время заняться чем-нибудь полезным.
Участники тестирования
Для сравнения мы подобрали с десяток популярных SSD-дисков, парочку гибридных дисков и несколько дисков с магнитными пластинами. В число дисков с магнитными пластинами мы включили как диски с разной скоростью шпинделя, так и «тонкую» однопластинную модель. Объём SSD-дисков варьировался от 240 до 256ГБ, в зависимости от модели.Полный список протестированных накопителей приведён в таблице:
Результаты тестирования
В приведённой ниже таблице приведены как цифры по времени работы ноутбука от батареи, так и показатели быстродействия в баллах. В столбце «batteryconsumption» приведен процент разряда батареи на момент остановки теста. Программисты Futuremark заложили в PCMark8 следующий алгоритм: тест не разряжает батарею в ноль, а останавливается по мере достижения уровня заряда батареи в 20 процентов. Как видим, во всех случаях вовремя остановится тест не смог – всегда батарея разрядилась чуточку больше, чем планировалось. :)Но это, в общем-то и неважно. Главное – мы получили время работы нотбука от батареи.
Начнём с анализа влияния накопителя на итоговый балл по скорости выполнения теста.
Как видите, при оценке скорости работы системы PCMark8 отдаёт предпочтение SSD-накопителям. Только одному диску с магнитными пластинами удалось прорваться в группу лидеров. Удивительно, но системы с гибридными накопителями не сумели показать существенного преимущества над старыми добрыми жёсткими дисками, хотя сценарий работы теста подразумевает циклическое повторение подтестов в приложениях. Вероятно, объём прокачиваемых тестом данных превышает возможности системы кэширования гибридных накопителей.
Результаты группы лидеров очень близки, так что, памятуя о дисперсии , мы победителя объявлять не будем. Имеет лишь смысл сказать о разнице между лучшим и худшим результатами. Она оказалась довольно велика – более десяти процентов.
Давайте лучше посмотрим на время работы ноутбука от батареи:
И тут нас ожидает неприятный сюрприз – оба гибридных диска оказались не на высоте. Впрочем, это легко объяснить: гибридные диски сочетают в себе два устройства – обычный диск с магнитными пластинами и контроллер, работающий с микросхемой флеш-памяти. В зависимости от характера обращения к гибридному накопителю контроллер и флешь-память могут, как экономить электроэнергию, так и увеличивать её расход. Если судить по баллам теста на скорость, система кэширования данных в гибридных дисках сработала вхолостую и лишь увеличила потребление накопителя в целом.
Далее по диаграмме наблюдаем группу SSD-накопителей, «заряженных» на максимальную производительность. Plextor M5 Pro, Corsair Neutron GTX – всё сплошь топовые модели. Видимо, для достижения максимальной скорости экономичностью накопителей решили пожертвовать…
Очень неплохо выступили жёсткие диски классической архитектуры, особенно диски Hitachi. Но не они стали победителями в этом тесте. Победил здесь не самый быстрый, но, как оказалось, самый экономичный диск – Kingston SSDNow V+ 200 series. В шаге от него оказались два диска Samsung, и это надо отметить особо, потому что их мы «не быстрыми» назвать не можем. Наоборот, по нашим тестам производительности это одни из самых быстрых дисков на рынке.
Но, постойте! Мы совершенно забыли один досадный факт – полученное время работы от батарей для разных накопителей нельзя сравнивать напрямую! Мы же не учли, что в некоторых случаях батарея разряжалась сильнее (т.е. тест работал дольше). Как же нам привести данные к общему знаменателю?
Давайте примем для себя, что характер разряда батареи – линейный. Тогда мы можем экстраполировать полученные в тесте данные для случая полного разряда батареи:
Внутри диаграммы наблюдаются небольшие перестановки, но, в целом, картина сильно не изменилась. Как и в случае тестов на производительность, оценим разброс результатов по времени работы – примерно на 7.5 процентов можно продлить время работы ноутбука в PCMark8-Home, поменяв в нём Seagate Momentus XT на Kingston SSDNow V+ 200 series.
Итак, получены ответы на многие вопросы. Осталось только понять - какой же диск лучше использовать в ноутбуке, если мы хотим сочетать и производительность, и долгое время автономной работы?
Если принять, что оба параметра для нас одинаково важны, то можно просто посчитать среднее геометрическое от баллов PCMark8 и времени работы. Тогда у нас получается вот такой расклад:
Неожиданно, правда? Но еще более любопытно то, что Hitachi HTS547550A9E384 – штатный диск ноутбука NP530U4C-S01RU , и именно поэтому он был включён в это тестирование.
Инженерам Samsung – моё почтение. :)
Выводы
Проведённые тесты позволили нам не только приобрести бесценный опыт, но и помогли развеять несколько устоявшихся мифов.Тестирование в PCMark8 показало, что:
При типичной работе в ноутбуке SSD-диски не намного экономичнее классических жёстких дисков.
При типичной работе в ноутбуке SSD-диски не намного быстрее классических жёстких дисков (а, зачастую, они и медленнее!)
Гибридные накопители оказались не быстрее классических жёстких дисков при большем энергопотреблении.
Хотя, быть может, это частное мнение Futuremark... ;)
20 современных серий - SAS, SCSI, Serial ATA
Энергопотребление и тепловыделение современных накопителей на жестких магнитных дисках, имеющих, как правило, значительно меньший диапазон рабочих температур (от +5 до +55 градусов Цельсия, реже от 0 до +60 С), чем большинство других компьютерных компонентов - это одна из проблем, на которую пользователи все чаще обращают внимание. Производительность жестких дисков растет, как и скорость процессоров или графических ускорителей. Но, к счастью, здесь нет того бурного роста тепловыделения (с увеличением быстродействия), который наблюдается у центральных и графических процессоров в последние лет десять. Тем не менее, общие требования по экономии электропитания и по лимитированной нагрузочной и охлаждающей способности конкретных компьютерных шасси все чаще заставляют пользователей задумываться и о том, сколько «кушают» их винчестеры. Причем, данные вопросы задаются не только пользователями (и производителями) ноутбуков, где каждые полватта способны повлиять не только на температуру накопителя в узком и плохо вентилируемом пространстве, но и на время автономной работы всего ноутбука (за которое обычно всеми силами борются). И не только потребителями и сборщиками настольных персональных компьютеров, где вследствие резкого роста прожорливости процессоров и видеокарт на винчестеры остается лишь крупица мощности бюджетных блоков питания.
Но вопросы потребления и тепловыделения накопителей все настойчивее волнуют и тех, кто по долгу службы работает с высокопроизводительными профессиональными средствами хранения данных на жестких дисках, принадлежащих к так называемому сегменту Enterprise, то есть дискам для корпоративных применений. Помимо прочего, здесь играет роль и то, что надежность и долговечность работы этих накопителей существенно зависит от их рабочей температуры - исследования показывают, что повышение температуры жесткого диска на 5 градусов оказывает такое же влияние на надежность, как переход от 10-процентной к 100-процентной загрузке диска работой! А каждый градус его температуры вниз эквивалентен 10-процентному росту времени жизни накопителя. Применение же мощных охлаждающих систем не всегда оправдано ввиду их большого шума и немалой стоимости. В целом же, экономия и экономичность - это те факторы, о которых никогда не следует забывать при принятии решений. Поэтому наша попытка в очередной раз обратиться к теме энергопотребления и тепловыделения жестких дисков в практической плоскости носит не только «познавательный», но и чисто прикладной характер.
Напомню, что ранее мы уже рассматривали на систематизированной основе вопросы энергопотребления и тепловыделения трехдюймовых жестких дисков для настольных компьютеров и производительных двухдюймовых накопителей для ноутбуков . И будем возвращаться к этой теме еще не раз. Но сегодня пришла пора поговорить о наиболее дорогих и критичных к отказам (в том числе, из-за перегрева или проблем с питанием) накопителям Enterprise-сегмента, к коим мы вслед за производителями причисляем жесткие диски форм-факторов 3,5 и 2,5 дюйма со скоростью вращения 10 и 15 тысяч оборотов в минуту и интерфейсами Ultra320 SCSI и Serial Attached SCSI (SAS) (Fibre Channel пока оставим в стороне). А также определенные профессиональные модели со скоростью вращения 7200 об./мин, интерфейсом Serial ATA (позднее SATA 2.5) и высокой емкостью (400-500 Гбайт, пока недоступной SCSI-моделям), выполненные на базе существующих настольных винчестеров этих же производителей, но слегка модернизированных по конструкции и управляющей микропрограмме с целью повысить надежность и улучшить работу в профессиональных задачах. К последним, то есть к профессиональным жестким дискам с интерфейсом Serial ATA и скоростью вращения 7200 об./мин., мы отнесем традиционные серии Maxtor MaXLine III и MaXLine Pro 500 (а также более раннюю MaXLine II), недавно появившуюся Seagate NL35 (проф. аналог старших моделей Barracuda 7200.8 и 7200.9), а также Western Digital Caviar RE и RE2 (в частности, недавно появившуюся 400-гигабайтную модель WD4000YR). К сожалению, Hitachi GST не выделяет свои диски Deskstar 7K400 и 7K500 (объемом 400 и 500 Гбайт соответственно) в «профессиональную» линейку, хотя по многим характеристикам они могут быть к ней причислены. Поэтому мы в данном обзоре привлечем к рассмотрению и их, наряду с вышеперечисленными семитысячниками и всеми текущими SCSI-сериями, обзор которых сделан нами, например, в недавней статье . Кроме того, здесь примет участие и первый (из реально появившихся в России) из дисков с SAS-интерфейсом - Seagate Cheetah 15K.4 SAS.
Подробные обоснования нашего подхода к анализу энергопотребления и тепловыделения жестких дисков (и почему в единицах мощности это практически одно и то же) вы можете найти в нашем предыдущем обзоре на эту тему. Поэтому без лишних слов переходим к цифрам. Напомню лишь, что мы сознательно не будем использовать температуру жестких дисков как меру их тепловыделения, поскольку, на наш взгляд, делать это в типичных случаях просто бесполезно, то есть почти не имеет практического смысла (обоснование нашего подхода см. по лику выше). Кроме того, измеряя энергопотребление (вместо температуры), мы получаем ряд полезной дополнительной информации.
Спецификации энергопотребления жестких дисков
Чтобы нам было, от чего оттолкнуться, в таблице 1 приведу данные по энергопотреблению основных серий профессиональных дисков, указанные в их спецификациях.
Таблица 1. Мощность энергопотребления (ватт) жестких дисков для профессиональных применений (согласно спецификациям)
| SCSI- и SAS-диски со скоростью вращения 15 000 об./мин. | ||||
|---|---|---|---|---|
| Серия | Fujitsu MAU3147 15K | Hitachi Ultrastar 15K147 | Maxtor Atlas 15K II | Seagate Cheetah 15K.4 |
| MAU3036NC/NP MAU3073NC/NP MAU3147NC/NP | HUS151437VL38 HUS151437VL36 HUS151473VL38 HUS151473VL36 HUS151414VL38 HUS151414VL36 | 8E036L0 8E036J0 8E073L0 8E073J0 8E147L0 8E147J0 | ST336754LW ST336754LC ST3733454LW ST3733454LC ST3146854LW ST3146854LC |
|
Емкость моделей, Гбайт | 36,7 / | 36,7 / | 36,7 / | 36,7 / |
Число головок/пластин | 3/2, 5/3 и 10/5 | |||
Температура, С, вкл. (выкл.) | 5…55 / макс. {T корпуса =60 C для Fujitsu и Maxtor} |
|||
| 13,2/13,9/17 | - | 13,5/14,3/17,5 |
|
Обзор на сайте сайт | ||||
| SCSI-диски со скоростью вращения 10 000 об./мин. | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Серия | Hitachi Ultrastar 10K300 | Fujitsu MAT3300 10K | Maxtor Atlas 10K V | Seagate Cheetah 10K.7 | Seagate Savvio 10K.1 | |
| HUS103073FL38 HUS103073FL36 HUS103014FL38 HUS103014FL36 HUS103030FL38 HUS103030FL36 | MAT3073NC MAT3073NP MAT3147NC MAT3147NP MAT3300NC MAT3300NP | 8D073L0 8D073J0 8D147L0 8D147J0 8D300L0 8D300J0 | ST373207LW ST373207LC ST3146707LW ST3146707LC ST3300007LW ST3300007LC | ST936701LC ST973401LC | ||
Емкость моделей, Гбайт | 73,4 / | 73,5 / | 73,5 / | 73,4 / | 36,7 / |
|
Температура, С, вкл. (выкл.) | 5…55 / макс. {Tкорпуса=60 C для Maxtor} |
|||||
Потребление, ватт, не более, при: | - | - | 11,7/13,0/16,4 | 7,9/8,1 |
||
Обзор на сайте сайт | ||||||
Серия дисков | Idle | Seek | Read | Write | Start |
|---|---|---|---|---|---|
| Hitachi Deskstar 7K400 | 9,0 (pata) / 9,6(sata) | - | - | - | 30 (2A@12V) |
| Hitachi Deskstar 7K500 | 9,0 (pata) / 9,6(sata) | - | - | - | 30 (2A@12V) |
| Maxtor MaXLine Pro 500 | 9,97 | - | - | - | - |
| Maxtor DiamondMax 11 | - | - | |||
| Maxtor MaXLine III | 6,3 (pata) / 6,7 (sata) | - | - | - | - |
| Maxtor DiamondMax 10 | 7,6 | - | - | - | - |
| Seagate NL35 | 7,4 | - | - | - | - |
| Seagate Barracuda 7200.9 | 7,4 | 12,6 | 13,0 | 13,0 | - |
| Seagate Barracuda 7200.8 | 7,2 | 12,4 | 12,8 | 12,8 | - |
| WD Caviar RE2 WD4000YR | 8,8 | - | 10,0 | 10,0 | - |
| WD Caviar SE16 WD4000KD | 8,75 | - | 9,5 | 9,5 | - |
| WD Caviar RE WDxx00SD | 8,75 | - | 9,5 | 9,5 | - |
| WD Raptor WD740GD | 7,9 | - | 8,4 | 8,4 | - |
К сожалению, «паспортные данные» в большинстве случаев оказываются очень скупы и не могут дать полного представления о реальности. Ведь иногда производители указывают лишь верхние границы значений, иногда - типичные значения, а иногда их вообще сложно привязать к реальной ситуации, если сравнивать с непосредственно измеренными для дисков данными. Тем не менее, спецификации есть и нам придется с ними считаться.
Ошибкой, кстати, будет судить об энергопотреблении винчестеров по цифрам, нанесенным на их крышке. Ниже, сравнив эти «надписи» с реальными цифрами, мы убедимся, что совпадение наблюдается далеко не всегда. Более того, эти значения нередко расходятся даже со спецификациями самих дисков, и понять, по какому принципу каждый из производителей указывает эти «циферки», порой, не так просто.
Участники и методика испытаний
В наших испытаниях приняла участие 21 модель современных жестких дисков, представляющих 20 современных серий накопителей для профессиональных применений. Диски перечислены ниже в таблице результатов тестов (см. таблицу 3). Отдельной строкой на диаграммах мы включили случай использования двух винчестеров серии Seagate Savvio 10K.1, поскольку их пара в RAID способна составить реальную конкуренцию самым высокопроизводительным дискам со скоростью вращения 15 000 об./мин. (см., например, наш обзор).
Для измерений энергопотребления жестких дисков применялся стенд в составе:
- Процессор Intel Pentium 4 3.0C
- Материнская плата Gigabyte GA-8KNXP Ultra-64 на чипсете Intel E7210 (i875P с южным мостом Hance Rapids 6300ESB с шиной PCI-X)
- Системная память 2×256 Мбайт DDR400 (тайминги 2.5-3-3-6)
- Контроллер интерфейса Ultra320 SCSI Adaptec AIC-7902B на плате Gigabyte
- Контроллер интерфейса SAS - Adaptec 4800SAS
- Основной жесткий диск Maxtor 6E040L0
- Блок питания Zalman ZM400B-APS, 400 ватт
- Корпус Arbyte YY-W201BK-A
Потребление дисков измерялось в различных режимах работы: при простое (только вращение, Idle), работе интерфейса связи с хост-контроллером (ATA или SCSI Bus Transfer), чтении (Read), записи (Write) и активном случайном поиске (Seek) (а дополнительно – и в режиме тихого поиска, когда это поддерживалось накопителем; эти результаты мы здесь не представляем за неактуальностью). Кроме того, измерялись максимальные токи при включении питания (Start). Именно эти параметры в комплексе наиболее полно отражают картину как с нагревом диска (произведение тока на напряжение питания дает рассеиваемую диском тепловую мощность), так и с его экономичностью. Режимы работы накопителя задавались соответствующими подтестами программы AIDA32 Disk Benchmark, для режимов чтения и записи измерялись показания «в начале» диска (на внешних, наиболее часто используемых в работе дорожках; на внутренних дорожках ток потребления, как правило, несколько меньше). Испытания проводились под управлением операционной системы MS Windows XP Professional SP2. Винчестеры тестировались не размеченными на разделы. Перед тестированием диски прогревались в течение 20 минут запуском программы с активным случайным доступом.
Измерение токов потребления дисками от источников питания +5 и +12 вольт (точные напряжения на выходе указанного выше блока питания были равны +5,02 В и +12,04 В) проводилось одновременно при помощи двух цифровых амперметров класса точности 1.5 с сопротивлением не более 0.15 Ом (включая сопротивление подводящих проводов). Время обновления показаний приборов составляло примерно 0,3-0,4 с. В таблице результатов приведены средние за несколько секунд значения (обычно флуктуации тока во время измерений не превышали 30 мА), кроме случая стартового тока, для которого приведены максимальные (усредненные за время порядка 0,3 с) значения.
Результаты тестов
Результаты измерений приведены в таблице 2. В последней колонке указаны данные, приведенные на корпусе дисков.
Таблица 2. Ток потребления (в мА) жестких дисков от источника питания в различных режимах работы
| V | Idle | ATA | Seek | Read | Write | Start | Данные на корпусе | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Seagate Cheetah 15K.4 36GB SAS | 5 | 970 | 1050 | 1080 | 1240 | 1460 | 1070 | 1500 |
| 12 | 430 | 440 | 800 | 440 | 440 | 1360 | 1000 | |
| Seagate Cheetah 15K.4 147GB | 5 | 500 | 910 | 690 | 1040 | 1120 | 760 | 800 |
| 12 | 830 | 880 | 1350 | 880 | 880 | 1590 | 1200 | |
| Maxtor 15K II 147GB SCSI U320 | 5 | 730 | 930 | 870 | 1350 | 1230 | 720 | 950 |
| 12 | 940 | 900 | 1430 | 960 | 960 | 1780 | 1500 | |
| Hitachi Ultrastar 15K147 73GB SCSI U320 | 5 | 660 | 820 | 780 | 1420 | 1360 | 780 | 640 |
| 12 | 530 | 530 | 860 | 530 | 530 | 1570 | 1220 | |
| Fujitsu MAU3073NP SCSI U320 | 5 | 440 | 1160 | 930 | 1500 | 1370 | 990 | 1000 |
| 12 | 510 | 510 | 850 | 510 | 510 | 1980 | 1200 | |
| Seagate Savvio 10K.1 73GB SCSI U320 | 5 | 450 | 810 | 620 | 840 | 900 | 630 | 800 |
| 12 | 190 | 190 | 510 | 190 | 190 | 1200 | 500 | |
| Fujitsu MAT3147NC SCSI U320 | 5 | 450 | 1060 | 850 | 1340 | 1240 | 900 | 1000 |
| 12 | 580 | 580 | 890 | 580 | 580 | 2010 | 1200 | |
| Hitachi Ultrastar 10K300 147GB SCSI U320 | 5 | 630 | 1090 | 880 | 1380 | 1300 | 860 | 700 |
| 12 | 460 | 470 | 800 | 470 | 470 | 1630 | 600 | |
| HP-Seagate BD14685A26 SCSI U320 | 5 | 830 | 1120 | 920 | 1500 | 1070 | 830 | 1200 |
| 12 | 490 | 510 | 910 | 520 | 560 | 1360 | 800 | |
| Maxtor 10K V 300GB SCSI U320 | 5 | 800 | 1060 | 930 | 1400 | 1380 | 800 | 950 |
| 12 | 650 | 620 | 1200 | 660 | 660 | 2020 | 1500 | |
| Seagate Cheetah 10K.7 147GB SCSI U320 | 5 | 520 | 900 | 680 | 1200 | 1000 | 750 | 800 |
| 12 | 430 | 430 | 990 | 430 | 430 | 1650 | 800 | |
| Seagate Cheetah 10K.7 74GB SCSI U320 | 5 | 500 | 850 | 950 | 1100 | 990 | 700 | 800 |
| 12 | 360 | 360 | 660 | 360 | 360 | 1230 | 800 | |
| WD Raptor WD740GD | 5 | 510 | 550 | 640 | 770 | 770 | 520 | 700 |
| 12 | 380 | 380 | 690 | 380 | 380 | 1670 | 750 | |
| WD Caviar RE2 WD4000YR | 5 | 630 | 680 | 710 | 870 | 930 | 650 | 700 |
| 12 | 410 | 440 | 660 | 440 | 440 | 2020 | 750 | |
| WD Caviar SE16 WD4000KD | 5 | 620 | 660 | 700 | 870 | 920 | 670 | 700 |
| 12 | 410 | 410 | 680 | 440 | 440 | 2020 | 750 | |
| Hitachi Deskstar 7K400 400GB SATA | 5 | 460 | 530 | 830 | 1250 | 910 | 670 | 780 |
| 12 | 480 | 480 | 880 | 480 | 480 | 1200 | 980 | |
| Seagate NL35 400GB SATA ST3400832NS | 5 | 480 | 500 | 540 | 800 | 940 | 580 | 460 |
| 12 | 420 | 420 | 620 | 420 | 420 | 2290 | 560 | |
| Seagate Barracuda 7200.8 400GB SATA | 5 | 500 | 510 | 550 | 820 | 970 | 600 | 460 |
| 12 | 440 | 440 | 630 | 440 | 440 | 2280 | 560 | |
| Seagate Barracuda 7200.9 500GB SATA | 5 | 570 | 800 | 620 | 930 | 970 | 610 | 460 |
| 12 | 510 | 510 | 830 | 510 | 510 | 2380 | 560 | |
| Maxtor DiamondMax 11 6H500F0 SATA | 5 | 530 | 610 | 800 | 1100 | 1050 | 700 | 800 |
| 12 | 430 | 490 | 820 | 490 | 490 | 1950 | 790 | |
| Maxtor MaXLine III 7B300S0 SATA | 5 | 550 | 730 | 800 | 1130 | 1070 | 700 | 740 |
| 12 | 440 | 490 | 820 | 490 | 490 | 1400 | 1520 |
Цифр в таблице много и комментировать каждую из них, видимо, особого смысла нет - они и так говорят сами за себя. Однако необходимо отметить, что ток потребления от +5 вольт для диска Seagate Cheetah 15K.4 с интерфейсом SAS оказался много выше, чем для его аналога с параллельным интерфейсом SCSI - на 200-470 мА в зависимости от режима! Ранее мы уже могли убедиться , что при переходе с интерфейса UltraATA к Serial ATA ток потребления (для однотипных моделей, различающихся только интерфейсом) возрастает на 100-250 мА (в зависимости от производителя и модели), а для Serial ATA на скорости 3 Гбит/с эта прибавка еще больше. Так что сам по себе последовательный интерфейс Serial Attached SCSI «кушает» на стороне диска весьма прилично - от 1 до 2,4 ватт дополнительно (и, видимо, столько же - на стороне контроллера), и прогресс даже здесь не достается бесплатно.
Для удобства анализа на следующей диаграмме приведена мощность потребления дисков от напряжения +5В в режиме передачи данных по интерфейсу (без обращения к магнитным пластинам) (то есть это, в основном, часть, потребляемая контроллером, тогда как механика диска питается от +12В). Диски здесь и ниже сгруппированы по категориям (по скорости вращения).
Мощность потребления жестких дисков по шине питания +5 В при передаче данных по интерфейсу
Интересно, что самым экономичным SCSI-контроллер оказался у пятнадцатитысячников Hitachi (если помните, они построены по более прогрессивной схеме, чем у их собратьев со скоростью вращения 10 000 об./мин.). Впрочем, у Savvio 10K.1 (да и у Чит вообще) контроллеры тоже потребляют мало. К слову сказать, 4-5 ватт в режиме передачи данных по интерфейсу (то есть без чтения/записи) - это достаточно большие цифры, то есть сами платы контроллеров (не оснащенные радиаторами) могут испытывать значительный нагрев в работе. Поэтому не рекомендую устанавливать профессиональные диски вплотную друг над другом, а для охлаждения их электроники лучше использовать обдув (например, в корзине).
Самый экономичный контроллер из всех дисков со скоростью вращения 10 000 об./мин. - у WD Raptor с интерфейсом Serial ATA. И он при этом, как ни странно, обогнал даже все (почти) нынешние профессиональные диски со скоростью 7200 об./мин. Самый экономичный контроллер оказался у 400-гигабайтных дисков Seagate NL35, построенных на базе Seagate Barracuda 7200.8. Эта парочка потребляет (контроллером) всего по 2,5 ватта в режиме передачи данных по интерфейсу.
Насчет совпадения паспортных данных с измеренными - картина достаточно разрозненная. Где-то можно видеть схожесть, где-то, напротив, заметные различия (сравнивать удобнее таблицу 1 с таблицей 3 ниже).
Теперь насчет корреляции между данными потребления, указанными на корпусе накопителей, и реально измеренными значениями в различных режимах. Здесь наблюдается полная разноголосица! Честно говоря, я даже не стану гадать, что именно имел ввиду каждый производитель, когда наносил эти «циферки» на диски. Можете попробовать догадаться сами. :) Могу лишь предположить, что у некоторых дисков указанные на корпусе значения соответствуют максимальному току в режиме Idle (и то с изрядной долей условности). Короче, этим надписям на корпусе определенно верить не стоит, они фактически бесполезны и даже вредны, поскольку дезинформируют. И тем более, по ним нельзя судить о реальном тепловыделении накопителей!
Стартовый ток
Отдельно стоит остановиться на стартовом токе дисков. Если по шине +5 В он укладывается в 1 А, то главная нагрузка, безусловно, идет по линии +12 В, где пиковые токи (усредненные за десятые доли секунды) доходят до полутора-двух ампер и иногда даже более. Хорошо, если используемый вами контроллер и модели дисков поддерживают так называемую поочередную раскрутку (старт) дисков (staggered spinup). А если нет, и стартуют почти одновременно все диски массива, то нагрузка на блок питания получается очень неслабая (например, до 9-10А при старте 4-дискового массива из старших SATA-дисков Seagate)!
Стартовая мощность потребления жестких дисков для трех профессиональных категорий с разной скоростью вращения
Наиболее «гуманными» (по отношению к блоку питания при старте) оказались диски Hitachi Deskstar 7K400 и малютка Seagate Savvio 10K.1 (стартовый ток не более 1200 мА от +12 В), а также Maxtor MaXLine III (1400 мА) и однопластинные модели Seagate Cheetah 10K.7 и 15K.4 SAS (у последней, правда, подводит пятивольтовая нагрузка). Наиболее прожорливыми при старте уже традиционно становятся SATA-диски Seagate - Barracuda 7200.8 и 7200.9, а также их «последыш» NL35: 30 и более ватт при старте (и 2,3 А по линии +12В) - это «по силам» лишь сдвоенному Savvio 10K.1. :) Между тем, около двух ампер (и более 28 ватт) в пике при раскрутке потребляют SCSI-диски Fujitsu (причем это еще средние, не самые емкие модели данных серий), а также два диска Maxtor предельно большой емкости - 300-гигабайтный SCSI Atlas 10K V и 500-гигабайтный MaXLine Pro 500 (в лице DiamondMax 11:)). Да и 400-гигабайтные модели WD не могут похвастать «нежным» стартом (в отличие от WD Raptor). Объясняются данные характеристики достаточно просто: у некоторых SCSI- и ATA-дисков пусковой ток в «динамике» «размазан» на достаточно большой промежуток времени (в течение раскрутки пусковой ток ограничивается электроникой диска на заданном уровне). Тогда как у других моделей сделана ставка на быструю раскрутку и подготовку диска к работе, поэтому и график их пускового тока напоминает, скорее, резкий импульс с ниспадающем наклоном, нежели долгое «плато».
Тепловыделение дисков
Токи потребления (особенно, по двум линиям питания) не очень наглядны при оценке тепловыделения, поэтому мы на их основе вычислим потребляемую мощность для каждого из режимов работы дисков (см. таблицу 3). Разумеется, мощность в данном случае считалась с учетом падения напряжения на внутреннем сопротивлении амперметров в цепях питания, то есть соответствует конкретному случаю измерений. При других напряжениях питания мощность может быть немного иной.
Таблица 3. Мощность энергопотребления и тепловыделения (Вт) жестких дисков в различных режимах работы
| Диск | Гбайт | Шина | Idle | ATA | Seek | Read | Write | Start |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Скорость вращения пластин 15 000 об./мин. | ||||||||
| Seagate Cheetah 15K.4 SAS | 36 | SAS | 9,93 | 10,44 | 14,87 | 11,35 | 12,39 | 21,47 |
| Seagate Cheetah 15K.4 | 147 | SCSI | 12,41 | 15,00 | 19,49 | 15,63 | 16,01 | 22,66 |
| Maxtor 15K II 8K147L0 | 147 | SCSI | 14,84 | 15,34 | 21,30 | 18,06 | 17,49 | 24,69 |
| Hitachi Ultrastar 15K147 | 73 | SCSI | 9,62 | 10,40 | 14,14 | 13,28 | 12,99 | 22,53 |
| Fujitsu MAU3073NP | 73 | SCSI | 8,30 | 11,80 | 14,74 | 13,42 | 12,80 | 28,34 |
| Скорость вращения пластин 10 000 об./мин. | ||||||||
| RAID 1 из Seagate Savvio 10K.1 | 147 | SCSI | 9,04 | 12,57 | 18,38 | 12,86 | 13,44 | 34,88 |
| Seagate Savvio 10K.1 | 73 | SCSI | 4,52 | 6,28 | 9,19 | 6,43 | 6,72 | 17,44 |
| Fujitsu MAT3147NC | 147 | SCSI | 9,19 | 12,16 | 14,83 | 13,50 | 13,02 | 28,25 |
| Hitachi Ultrastar 10K300 | 147 | SCSI | 8,64 | 10,99 | 13,91 | 12,37 | 11,99 | 23,62 |
| HP-Seagate BD14685A26 | 146 | SCSI | 9,97 | 11,61 | 15,41 | 13,54 | 11,97 | 20,30 |
| Maxtor 10K V 8J300L0 | 300 | SCSI | 11,74 | 12,64 | 18,89 | 14,73 | 14,64 | 27,88 |
| Seagate Cheetah 10K.7 | 147 | SCSI | 7,74 | 9,59 | 15,19 | 11,04 | 10,08 | 23,32 |
| Seagate Cheetah 10K.7 | 73 | SCSI | 6,81 | 8,52 | 12,58 | 9,72 | 9,19 | 18,14 |
| WD Raptor WD740GD | 73 | SATA | 7,09 | 7,29 | 11,43 | 8,37 | 8,37 | 22,42 |
| Скорость вращения пластин 7200 об./мин. | ||||||||
| WD Caviar RE2 WD4000YR | 400 | SATA | 8,04 | 8,65 | 11,42 | 9,57 | 9,86 | 27,15 |
| WD Caviar SE16 WD4000KD | 400 | SATA | 7,99 | 8,19 | 11,61 | 9,57 | 9,81 | 27,24 |
| Hitachi Deskstar 7K400 | 400 | SATA | 8,04 | 8,39 | 14,62 | 11,87 | 10,24 | 17,64 |
| Seagate NL35 ST3400832NS | 400 | SATA | 7,43 | 7,52 | 10,11 | 8,99 | 9,67 | 29,94 |
| Seagate Barracuda 7200.8 | 400 | SATA | 7,76 | 7,81 | 10,28 | 9,33 | 10,05 | 29,92 |
| Seagate Barracuda 7200.9 | 500 | SATA 3Gb/s | 8,94 | 10,07 | 13,00 | 10,69 | 10,89 | 31,13 |
| Maxtor DiamondMax 11 6H500F0 | 500 | SATA 3Gb/s | 7,79 | 8,90 | 13,76 | 11,28 | 11,04 | 26,58 |
| Maxtor MaXLine III 7B300S0 | 300 | SATA | 8,01 | 9,49 | 13,76 | 11,42 | 11,13 | 20,14 |
Некоторые данные удобнее наблюдать на диаграммах. Например, на следующем рисунке приведена мощность потребления дисков в режиме Idle (вращение без обращения к пластинам и передачи данных по интерфейсу).
Типовая мощность потребления и тепловыделения жестких дисков в режиме Idle
Очень любопытен громадный разброс значений в клане 15-тысячников: наиболее экономичный здесь диск Fujitsu (средней емкости) почти вдвое лучше, чем старшая модель Maxtor. Представитель последней жарче всех и в категории десятитысячников - хотя это и более емкая модель, чем остальные. Кстати, модели Seagate Cheetah 10K.7 емкостью 73 и 147 Гбайт различаются по энергопотреблению здесь всего на 0,9 ватт и обе являются самыми экономичными SCSI-дисками со скоростью вращения 10 000 об./мин. (они и в реальности заметно холоднее остальных в работе). Диски со скоростью 7200 об./мин. гораздо меньше отличаются друг от друга по этому параметру, чем SCS-модели - от 7,4 Вт для Seagate NL35 (прямо как в паспорте!) до 8,9 Вт для 500-гигабайтной модели Barracuda 7200.9 (спецификации, видимо, обманули. :)). В среднем же 8 ватт являются для подобных накопителей типичным тепловыделением в режиме Idle, хотя нюансы (то есть токи по шинам 5 и 12В) могут заметно разниться от модели к модели (как правило, от 400 до 500 мА по шине +12В и 480-630 по +5В). Победил по экономичности 2,5-дюймовый SCSI-десятитысячник Seagate Savvio 10K.1 - 4,5 ватт в режиме Idle, это очень хорошо. То есть даже пара таких дисков рассеивает тепла меньше, чем большинство пятнадцатитысячников и часть десятитысячников.
Лидирует экономичный Savvio и при активном случайном поиске. Здесь диски расположились по энергопотреблению и тепловыделению следующим образом:
Средняя мощность потребления и тепловыделения жестких дисков в режиме случайного поиска
Снова SCSI-диски Maxtor наибольшей емкости оказались самыми прожорливыми (около 20 ватт - это не шутка, активное охлаждение им просто необходимо). И оправдывает их лишь то, что при этом они лидируют и по производительности в большинстве профильных приложений. Впрочем, старшая модель Seagate Cheetah 15K.4 тоже оказалась одной из самых горячих при поиске, в отличие от младшей SAS-модели этой же серии. Самыми экономичными в своих категориях при поиске оказались SCSI-модели от Hitachi GST. А SCSI-диски Fujitsu в лишний раз подтвердили нашу оценку, что это лучшие на сегодня накопители для персональных компьютеров (!), поскольку наряду с лучшей производительностью в настольных приложениях они обладают еще и одним из наименьших энергопотреблением (в своих классах). :) Кстати, разброс по мощности в режиме поиска среди SCSI-моделей составляет более полутора раз в каждом из классов, тогда как для SATA-дисков со скоростью вращения пластин 7200 об./мин. разброс немного меньше, и большинство дисков укладываются в диапазон от 11 до 14 ватт. Интересно, что лидируют по экономичности здесь диски Seagate поколения Barracuda 7200.8, тогда как 7200.9, имеющая большее количество пластин, уже не может похвастать низким нагревом. Впрочем, даже она менее прожорлива при поиске, чем пятипластинная модель Hitachi 7K400 и старшие SATA-модели Maxtor.
Чтобы привести цифры таблицы 3 к общему, более простому и понятному для читателя «знаменателю», мы вычислили два практически полезных параметра: усредненную потребляемую мощность дисков при низкой загрузке накопителя работой и при интенсивной (постоянной) работе компьютера с винчестером. Для вычисления этих оценочных показателей, не претендующих на какую-то «полноту отражения реальности», я применил две характерные модели использования дисков:
1. При низкой загрузке диска (например, при офисной работе или при редактировании графики) модель среднего потребления диска описывается формулой:
P typ =(Idle *90%+ Write *2.5%+ Read *7.5%)/100%,
где буквенные режимы означают мощность потребления диском от обоих источников напряжения в соответствующих режимах обращения к нему, а цифры, на которые эти токи умножаются - процент по времени, в течение которого диск находится в этом режиме (для чтения и записи берутся максимальные значения тока потребления, соответствующие начальным участкам диска; режим Seek здесь фактически учитывается через чтение и запись). В основу этой модели положено, в частности, то, что при типичной работе пользователя с настольным ПК диск читает/пишет в течение примерно 10% от общего времени работы.
2. Аналогично, для интенсивной работы с диском (гораздо более характерной для типичного профиля использования профессиональных накопителей) среднее потребление численно описывается формулой:
P max =(Write + Seek + Read *3)/5
По вычисленным данным потребляемой мощности построены следующие две диаграммы.
Средняя потребляемая мощность жестких дисков в режиме низкой рабочей загрузки (типичной работы ПК).
Эти результаты, очевидно, близки к расстановке «сил» по режиму Idle - победители по экономичности потребляют при такой работе ПК всего 7-8 ватт, наиболее «холодными» являются диски Seagate и WD, а также пятнадцатитысячник Fujitsu. Разумеется, Savvio 10K.1 наголову экономичнее всех остальных участников.
Усредненная потребляемая мощность дисков при интенсивной (постоянной) работе компьютера с винчестером показана ниже.
Средняя потребляемая мощность жестких дисков в режиме интенсивной работы компьютера с накопителями.
Здесь расстановка участников тестирования близка к таковой при активном поиске, хотя среднее потребление на несколько ватт ниже. Интересно, что два диска Savvio 10K.1 потребляют примерно столько же, сколько один пятнадцатитысячник или даже десятитысячник. Это делает их реальными соперниками (по производительности тоже) и даже дает некоторое преимущество по занимаемому месту. Среднее потребление старших моделей SATA-дисков в активной работе сейчас составляет 10-12 ватт, что менее чем в полтора раза больше, чем в режиме idle. И при грамотной установке на металлическом шасси активное охлаждение в работе им не потребуется. В отличие от старших SCSI-моделей, где активное воздушное охлаждение при интенсивной работе просто необходимо. Но опять же - не для всех. Например, для младших моделей Seagate Cheetah в ряде случаев размещения на шасси вполне возможно обойтись и пассивным охлаждением.
Зависимость энергопотребления от размера блока случайного доступа
В процессе наших экспериментов с энергопотреблением профессиональных жестких дисков возник вопрос - а какова зависимость энергопотребления этих дисков от размера блока случайного доступа? Дело в том, что ток потребления дисков по шине +5В при чтении или записи обычно заметно выше, чем при поиске (см. таблицу 2). Тогда как ток по шине +12В выше, напротив, при поиске. И по средней мощности тепловыделения именно поиск более требователен к охлаждению (см. таблицу 3). Вместе с тем, по мере роста размера блока случайного доступа к диску постепенно возрастает ток потребления по шине +5В и падает - по шине +12В (поскольку время перемещения между крупными блоками возрастает за счет дополнительных затрат времени на чтение или запись этих блоков). И может возникнуть ситуация, когда монотонность зависимости средней мощности нарушается и для каких-то размеров блока чтения или записи потребление либо становится наибольшим, либо наоборот, имеет некий минимум.
В поисках этих экстремумов мы и провели исследование зависимости энергопотребления дисков от размера блока случайного доступа при чтении и записи. В качестве объектов для наших экспериментов были выбраны два новейших накопителя из противоположных участков Enterprise-поля: Seagate Cheetah 15K.4 емкостью 36 Гбайт с интерфейсом SAS и скоростью вращения 15 000 об./мин. и WD Caviar RE2 на 400 Гбайт с интерфейсом Serial ATA и скоростью вращения 7200 об./мин. К слову, средний ток потребления шпиндельного мотора от +12В у этих двух дисков в режиме последовательного чтения или записи совершенно одинаков, хотя контроллер у Читы почти вдвое более прожорлив.
Средний ток потребления измерялся в зависимости от размера блока случайного чтения или записи от 512 байт до 1 Мбайт при выполнении соответствующих паттернов в программе IOMeter. Одновременно регистрировались изменения показателей производительности этих накопителей - среднее время доступа, количество операций в секунду (IOps) и абсолютная производительность чтения или записи в Мбайт/с. Результаты приведены в таблицах ниже и проиллюстрированы на сводных графиках.
| Seagate Cheetah 15K.4 SAS ST336754SS | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Чтение | ||||||
| Размер блока чтения, байт | Ток от +5В | Ток от +12В | Суммарная мощность, Вт | IOps | MBps | Среднее время доступа, мс |
| 512 | 1080 | 870 | 15,704 | 162,12 | 0,0792 | 6,167 |
| 1K | 1080 | 870 | 15,704 | 160,34 | 0,1566 | 6,236 |
| 2K | 1080 | 860 | 15,585 | 159,29 | 0,3111 | 6,277 |
| 4K | 1080 | 850 | 15,466 | 155,45 | 0,6072 | 6,432 |
| 8K | 1090 | 830 | 15,277 | 150,54 | 1,1761 | 6,642 |
| 16K | 1100 | 820 | 15,206 | 141,46 | 2,2103 | 7,068 |
| 32K | 1110 | 790 | 14,898 | 127,02 | 3,969 | 7,872 |
| 64K | 1150 | 720 | 14,257 | 105,1 | 6,569 | 9,514 |
| 128K | 1130 | 760 | 14,637 | 114,74 | 14,34 | 8,715 |
| 256K | 1160 | 700 | 14,067 | 89,09 | 22,27 | 11,22 |
| 512K | 1230 | 560 | 12,734 | 33,95 | 16,97 | 29,46 |
| 1M | 1240 | 540 | 12,543 | 27,19 | 27,19 | 36,77 |
| Запись | ||||||
| Размер блока записи, байт | Ток от +5В | Ток от +12В | Суммарная мощность, Вт | IOps | MBps | Среднее время доступа, мс |
| 512B | 1060 | 710 | 13,706 | 264,85 | 0,1293 | 3,761 |
| 1K | 1060 | 710 | 13,706 | 261,32 | 0,2552 | 3,813 |
| 2K | 1060 | 710 | 13,706 | 256,41 | 0,5008 | 3,876 |
| 4K | 1060 | 710 | 13,706 | 250,85 | 0,9799 | 3,985 |
| 8K | 1070 | 700 | 13,635 | 232,98 | 1,8202 | 4,276 |
| 16K | 1080 | 670 | 13,326 | 206,48 | 3,2263 | 4,818 |
| 32K | 1090 | 640 | 13,017 | 165,6 | 5,175 | 6,016 |
| 64K | 1110 | 590 | 12,517 | 108,88 | 6,805 | 9,159 |
| 128K | 1130 | 620 | 12,971 | 87,51 | 10,94 | 11,427 |
| 256K | 1160 | 610 | 12,995 | 71,09 | 17,77 | 14,066 |
| 512K | 1210 | 610 | 13,234 | 53,43 | 26,72 | 18,714 |
| 1M | 1250 | 600 | 13,306 | 35,82 | 35,82 | 27,915 |
| idle | 1160 | 470 | 11,325 | |||
Для диска Seagate Cheetah 15K.4 SAS при случайном чтении ток по шине +5В постепенно возрастает почти на 20% при росте размера блока от 512 байт до 1 Мбайт, тогда как ток на шине +12В падает с 870 до 540 мА. Полная мощность потребления тоже падает, но меньше в процентном отношении - с 15,7 ватт до 12,5 ватт, причем, на графике зависимости мощности от размера блока мы наблюдаем два экстремума: один минимум при блоках 64 Кбайт и следом за ним максимум на блоках 128 Кбайт. Это как раз то, о чем мы говорили в преамбуле к данным экспериментам. Одновременно можно наблюдать, что картина производительности в IOps поразительно повторяет картину с энергопотреблением! Таким образом, работа с блоками размером 64 Кбайт для данного жесткого диска (в паре с контроллером Adaptec 4800SAS) оказывается далеко не оптимальной в плане производительности, и предпочтение стоит отдавать блокам по 32 или 128 Кбайт, хотя потребление при этом и будет немного выше.
Аналогичный экстремум для блоков размером 64 Кбайт можно наблюдать для этого диска и при записи: совершенно очевиден провал потребления и выпадение из общей тенденции в худшую сторону по производительности в данной точке. В целом зависимость потребления от размера блока при записи значительно меньше, чем при чтении (да и само потребление в целом меньше), поскольку при записи эффективно работает кэширование отложенных операций (write-back). На записи видна и другая тенденция - для блоков размером 32-128 Кбайт потребление действительно меньше, и оно снова возрастает при дельнейшем росте размера блока до 1 Мбайт.
| Western Digital Caviar RE2 WD4000YR | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Чтение | ||||||
| Размер блока чтения, байт | Ток от +5В | Ток от +12В | Суммарная мощность, Вт | IOps | MBps | Среднее время доступа, мс |
| 512B | 710 | 660 | 11,416 | 74,69 | 0,03647 | 13,39 |
| 1K | 710 | 660 | 11,416 | 74,12 | 0,07245 | 13,48 |
| 2K | 710 | 660 | 11,416 | 74,43 | 0,14536 | 13,44 |
| 4K | 710 | 660 | 11,416 | 74,29 | 0,2902 | 13,46 |
| 8K | 710 | 660 | 11,416 | 73,59 | 0,5749 | 13,59 |
| 16K | 720 | 660 | 11,465 | 72,81 | 1,1376 | 13,73 |
| 32K | 720 | 650 | 11,346 | 70,71 | 2,2097 | 14,14 |
| 64K | 730 | 640 | 11,275 | 68,29 | 4,2687 | 14,64 |
| 128K | 740 | 630 | 11,205 | 63,24 | 7,9056 | 15,81 |
| 256K | 760 | 590 | 10,826 | 52,94 | 13,235 | 18,88 |
| 512K | 780 | 550 | 10,446 | 42,39 | 21,193 | 23,59 |
| 1M | 800 | 510 | 10,066 | 30,03 | 30,025 | 33,3 |
| Запись | ||||||
| Размер блока записи, байт | Ток от +5В | Ток от +12В | Суммарная мощность, Вт | IOps | MBps | Среднее время доступа, мс |
| 512B | 640 | 520 | 9,405 | 137,17 | 0,06698 | 7,289 |
| 1K | 640 | 520 | 9,405 | 135,32 | 0,13215 | 7,389 |
| 2K | 640 | 520 | 9,405 | 135,67 | 0,265 | 7,37 |
| 4K | 640 | 520 | 9,405 | 134,72 | 0,526 | 7,42 |
| 8K | 640 | 510 | 9,286 | 133,02 | 1,039 | 7,52 |
| 16K | 650 | 510 | 9,335 | 128,89 | 2,014 | 7,76 |
| 32K | 660 | 500 | 9,264 | 123,07 | 3,85 | 8,12 |
| 64K | 680 | 490 | 9,242 | 119,15 | 7,45 | 8,39 |
| 128K | 710 | 480 | 9,269 | 105,5 | 13,12 | 9,48 |
| 256K | 750 | 480 | 9,464 | 78,32 | 19,58 | 12,77 |
| 512K | 740 | 520 | 9,893 | 36,49 | 18,24 | 27,4 |
| 1M | 800 | 500 | 9,946 | 27,36 | 27,36 | 36,54 |
| idle | 640 | 400 | 7,971 | |||
Для жесткого диска WD4000YR тенденции немного другие. При случайном чтении мы наблюдаем абсолютный максимум энергопотребления при размере блока 16 Кбайт (хотя видимых аномалий в производительности при этом нет). То есть в данном случае именно некоторое повышение среднего тока чтения дает свой вклад, тогда как замедление поиска из-за роста размера блока еще не начало сказываться. При записи ситуаций еще необычнее. Минимум потребления есть на блоках среднего размера (выраженные минимумы - при 8 и 64 Кбайт; или можно сказать, что на фоне общего снижения потребления на блоках от 8 до 128 Кбайт наблюдается максимум на тех же 16 Кбайт, что и при чтении). А при блоках 256 Кбайт и больше потребление резко повышается, несмотря на то, что скорость доступа резко падает. И это уже связано со значительным замедлением поиска притом, что ток записи в это же время намного выше.
Заключение
Изучение энергопотребления и тепловыделения жестких дисков путем измерения токов по шинам питания +5 и +12В в различных режимах работы дает возможность получить дополнительную информацию о свойствах накопителей, полезную как для общего понимания, так и для практического применения. В заключение нашего исследования энергопотребления представителей практически всех серий современных винчестеров Enterprise-сегмента остается сказать, что:
1. К данным об энергопотреблении дисков, указанным в их спецификациях и, тем более, на «крышках» самих дисков, следует относиться очень критически. Далеко не всегда по ним можно судить об истинных «масштабах» прожорливости и нагрева накопителей! Доверять лучше данным непосредственных измерений в реальных задачах.
2. В enterprise-сегменте существуют три основные категории накопителей на жестких дисках, которые различаются по скорости вращения шпинделя (15000, 10000 и 7200 об./мин.). И хотя в энергопотреблении и тепловыделении тенденция зависимости от скорости вращения тоже прослеживается, она далеко не такая выраженная, как, скажем, по среднему времени доступа или некоторым другим параметрам быстродействия. Оказывается, что ряд даже самых быстрых моделей дисков обладает потреблением на уровне накопителей более медленной категории, и наоборот. А в рамках одной категории потребление накопителей может различаться порой в полтора и даже более раза.
3. И это безусловно нужно учитывать при проектировании профессиональных систем хранения данных - если с накопителями одного производителя может оказаться вполне достаточным использовать пассивной охлаждение дисков, то с их «классовыми» аналогами от другого производителя может потребоваться активное охлаждение, и наоборот.
4. Более того, некоторые современные высокопроизводительные SCSI-диски очень «гуманны» в плане тепловыделения, соревнуясь в этом даже с настольными SATA-дисками. А миниатюрный Seagate Savvio 10K.1 вообще оказался самым экономичным из высокопроизводительных накопителей, опередив все ATA-диски форм-фактора 3,5 дюйма, хотя и по производительности он ведет себя очень достойно
5. В определенных случаях следует уделять особое внимание обеспечению надлежащей нагрузочной способности блока питания во время старта жестких дисков - это касается даже некоторых современных SATA-моделей (например, от Seagate), и особенно - их массивов. Максимальный пусковой ток дисков, как оказывается, практически не коррелирует со скоростью вращения шпинделя, поскольку производители иногда применяют специальные схемы его (тока) ограничения. И некоторые SATA-модели на 7200 об./мин. могут оказаться вдвое более жадными до тока раскрутки, чем их более быстро вращающиеся SCSI-собратья того же производителя.
6. Появление последовательного интерфейса Serial Attached SCSI (SAS) выводит на новый уровень энергопотребление контроллеров от шины питания +5В. К сожалению, изменения произошли не в лучшую сторону, поскольку те же диски с интерфейсом SAS потребляют по +5В значительно (от 1 до 3 ватт) больше энергии, чем их аналоги с традиционным параллельным интерфейсом SCSI. Фактически, это плата всего за несколько трехгигабодных буферов (приемопередатчиков) последовательного интерфейса. И очевидно, что с дальнейшим повышением скорости передачи данных по шине в будущих поколениях этого интерфейса ситуация будет только усугубляться, поскольку чтение и запись тоже будут требовать все больших токов (ввиду возрастания внутренней скорости передачи данных с пластины). Тогда как потребление «по механике» от +12В, скорее всего, будет немного падать или оставаться на прежнем уровне.
7. В этих условиях вызывает интерес зависимость энергопотребления накопителей от характера их обращений к данным на пластине и, в частности, от размера блока данных при случайном характере доступа, более типичном именно для профессиональных применений винчестеров. При росте размера блока данных чтения или записи может наблюдаться экстремум по энергопотреблению, причем, как максимум, так и минимум. Это было бы не лишним учитывать при эксплуатации таких дисков, подбирая системам хранения данных оптимальные условия работы с учетом производительности и тепловыделения.
Напоследок хочется отметить, что нами уже накоплен немалый опыт оценки энергопотребления и тепловыделения жестких дисков самых разных категорий. И если в нашей методике тестирования дисков для ноутбуков эти вопросы уже давно прописаны на регулярной основе, то при тестированиях очередных новинок сегментов Desktop и Enterprise они пока отсутствуют, хотя в грядущей (обновленной) методике тестов таких винчестеров мы наверняка будем привлекать измерения энергопотребления по уже отлаженной или немного усовершенствованной схеме.