SSD, i-RAM и все-все-все...

Автор: SV
Дата: 02.04.2008
Все фото статьи
Введение

Тема твердотельных накопителей (SSD – Solid State Drive) регулярно поднималась в спорах о способах хранения информации со времени их анонса и не утихает до сих пор, тем более что, приложив некоторое количество времени и средств, можно найти и приобрести один из них. Впрочем, такой повышенный интерес к данному вопросу не случаен – как-никак, это первое серьезное посягательство на длившееся долгое время безраздельное царствование накопителей с магнитным принципом хранения информации. Ну что ж, давайте рассмотрим на примере двух твердотельных накопителей Samsung, чем же новички отличаются от привычных нам жестких дисков. Но сперва предлагаю обратиться к теоретическим основам.

В жестких дисках информация хранится на магнитных пластинах, вращающихся с большой скоростью. Операции записи и чтения информации с этих пластин осуществляются при помощи блока головок, перемещением которых относительно поверхности пластин, а также взаимодействием с внешним интерфейсом и операциями с буферной памятью управляет микроконтроллер. Соответственно, скорость передачи данных зависит от скорости вращения пластин и плотности записи данных. Конечно, по-хорошему не стоит забывать и о пропускной способности интерфейса, по которому накопители общаются с другими устройствами, но в настоящее время у жестких дисков скорость интерфейса заведомо превосходит скорость чтения с пластин, так что пропускная способность интерфейса является важным фактором лишь для внешних накопителей, которых мы не будем касаться в данной статье. При работе с большим количеством блоков данных малого размера у жестких дисков большое влияние на быстродействие накопителя начинают оказывать заложенные в прошивку его микропроцессора алгоритмы работы с буферной памятью. От того, насколько эффективно в накопителе сортируются запросы на запись и осуществляется предварительное чтение с диска, в большой мере зависит его производительность. Это происходит из-за того, что данные могут располагаться в самых разных частях пластин, и при близком к случайному типу нагрузки (а именно такая нагрузка характерна для многих приложений, начиная от баз данных и заканчивая любыми большими коллекциями сравнительно малых файлов – как, например, кэш браузера) значительная часть времени тратится уже не на сами операции записи или чтения, а на подвод головки к нужной точке на пластине. Не менее сложной для накопителей является и ситуация со смешанной нагрузкой, когда к диску за короткое время приходит большое количество обращений, направленных к лежащим в разных частях пластин данным – диску приходится очень активно перемещать головки между разными рабочими зонами (именно "стрекот" головок мы обычно и слышим, поскольку шум от вращения пластин гораздо меньше).

В твердотельных накопителях все совсем по-другому: для хранения данных они используют несколько микросхем флэш-памяти, операциями с которыми также заведует микроконтроллер. Тут необходимо вспомнить, что флэш-память относится к памяти типа EEPROM (Electronically Erased Programmable Read Only Memory – Электрически Стираемое Программируемое Постоянное Запоминающее Устройство), то есть она состоит из множества ячеек, построенных на логике "И-НЕ" (флэш-память NAND) или "ИЛИ-НЕ" (флэш-память NOR). Для этого типа запоминающих устройств характерно очень малое время чтения (для этой операции требуется лишь выбрать необходимую ячейку и считать из нее данные) и сравнительно большое время записи, поскольку перед непосредственно записью необходимо произвести стирание существующих в ячейке данных. Время доступа значительно увеличивается в случае многоуровневой организации ячеек (MLC – Multi-Level Cell): в отличие от одноуровневой организации (SLC-Single-Level Cell), при операциях записи во флэш-память с такой организацией приходится предварительно считывать все данные из ячейки, потом их модифицировать, стирать ячейку и лишь затем, собственно, писать данные. Зато MLC-память значительно дешевле в производстве и позволяет достигать больших объемов хранения.

Итак, какие же плюсы и минусы твердотельных накопителей мы можем предсказать, исходя из их сущности? В достоинствах, в первую очередь, очень малое время доступа на операциях чтения. Во-вторых, непосредственным следствием этого является высокая скорость операций случайного чтения, в отличие от жестких дисков, сравнимая со скоростью линейного чтения – у флэш-памяти время доступа к произвольно расположенным ячейкам такое же, как и к последовательно расположенным. В-третьих, отсутствие движущихся механических частей должно обеспечить нам малое энергопотребление, полную бесшумность и высочайшую защиту от вибраций – привести флэш-память в нерабочее состояние можно, лишь подвергнув модуль таким нагрузкам, которые приведут к его физическому разрушению.

В недостатки же попадает меньшая, по сравнению с жесткими дисками, скорость линейных операций и выход ячеек из строя по истечению некоторого времени – к сожалению, флэш-память выдерживает лишь около ста тысяч операций перезаписи для каждой ячейки. Это не так уж и мало, особенно с учетом того, что современные контроллеры умеют равномерно распределять данные по объему накопителя, тем самым уравнивая нагрузку на разные ячейки – но все же, пока нет надежных данных о сроках службы SSD-накопителей, сбрасывать со счетов этот фактор не стоит.

Какие же применения можно предположить для пока еще весьма дорогих, по стоимости хранения 1 ГБ информации, твердотельных накопителей? В первую очередь, это промышленные компьютеры и мощные вычислительные комплексы. Для первых очень актуальной является высокая устойчивость к вибрациям. Кстати, именно как носители с высокой степенью устойчивости к внешним воздействиям первые накопители на флэш-памяти и были востребованы, правда, в основном в военном деле, поскольку для прочих применений их цена была тогда еще слишком высока. Однако снижение цен на флэш-память привело к тому, что этот тип носителей стал интересен и для других заказчиков и, в итоге, появился в розничной продаже. Что же касается мощных вычислительных комплексов, то тут сыграли свою роль сразу несколько факторов: высокая надежность, высокие скорости случайного чтения, обусловленные малым временем доступа, малое тепловыделение и малые габаритные размеры. Последние два пункта оказались особенно актуальны для одноюнитовых серверных платформ. Так, например, в Intel SR1550AL мы можем установить до шести 2,5 накопителей – при использовании SSD это позволяет получить великолепный RAID-массив, способный в секунду обрабатывать огромное количество операций. И все это ценой всего лишь одного слота в серверной стойке. Ну и конечно, нельзя не вспомнить о ноутбуках, а особенно о классе компактных ноутбуков, в которых размер и энергопотребление накопителя имеют огромное значение. В данном случае твердотельные накопители уже медленно, но уверенно завоевывают рынок, вытесняя оттуда малоемкие и медленные 1,8-дюймовые винчестеры. За примерами далеко ходить не надо, достаточно вспомнить уже продающиеся и популярные Apple MacBook Air и Toshiba Portege R500-10U.

Впрочем, то были наши теоретические предположения – но насколько современные SSD смогут подтвердить их на практике? Давайте проверим. Со стороны твердотельных накопителей выступают два представителя от компании Samsung, выполненных в форм-факторе 2,5" и имеющих объемы 32 ГБ и 64 ГБ, в качестве же объектов для сравнения мы постарались подобрать максимально разнообразную компанию из лучших на сегодня в своем классе представителей жестких дисков:

Hitachi 7K200 - форм-фактор 2,5 дюйма, скорость вращения пластин 7200 об/мин, буферная память 16 МБ, интерфейс SATA, объем 200 ГБ;

Samsung SpinPoint F1 - форм-фактор 3,5 дюйма, скорость вращения пластин 7200 об/мин, буферная память 32 МБ, интерфейс SATA, объем 1000 ГБ;

Fujitsu MBA3300RC - форм-фактор 3,5 дюйма, скорость вращения пластин 15000 об/мин, буферная память16 МБ, интерфейс SAS (Serial Attached SCSI), объем 300 ГБ.

В качестве представителя совсем другой весовой категории мы привлекли Gigabyte i-RAM – устройство, позволяющее хранить данные на модулях памяти RAM, но о нем подробнее чуть ниже.

Если жесткие диски нам достаточно хорошо известны, то вот новичков, в том числе и i-RAM, предлагаю перед тестами рассмотреть поподробнее.
Участники тестирования


SSD Samsung 32 ГБ и 64 ГБ

К нам на тесты попало сразу две модели SSD-накопителей Samsung, выполненных в форм-факторе 2,5-дюймовых жестких дисков.


Первая из них, MCAQE32G5APP-0XA, имеет объем 32 ГБ и оснащена интерфейсом UDMA66.


Вторая, MCBQE64GBMPP-03A, имеет объем 64 ГБ и оснащена более современным интерфейсом SATA.

Несложно заметить, что их устройство максимально простое: внутри пластикового (для первой модели) или алюминиевого (для второй) корпуса находится печатная плата, на которой располагаются микросхемы памяти и контроллер. Легко догадаться, что если максимальный объем жестких дисков ограничивается плотностью записи и числом пластин в корпусе (не более пяти), то в данном случае ограничивающими факторами являются объем микросхем памяти и их физический размер, от которого зависит максимальное возможное количество микросхем в корпусе данного форм-фактора. Так, в более старом накопителе MCAQE32G5APP-0XA, объемом 32 ГБ, используется 16 микросхем по 16 Гбит (четыре из них вы можете видеть на фотографии, а остальные двенадцать плотно размещены на обратной стороне платы).

В операционной системе SSD-накопители определяются как обычные жесткие диски, так что никаких проблем с их подключением не возникает.

Gigabyte i-RAM

Следующий новичок, Gigabyte i-RAM, является еще более непривычным устройством для хранения информации, чем SSD-накопители. На рынке он появился достаточно давно, но по ряду причин мы решили вывести его в сравнение с остальными типами накопителей именно в этой статье.




Принцип работы i-RAM прост и, в общем-то, понятен из его внешнего вида: на плате, устанавливающейся в PCI-разъем, расположено четыре разъема для модулей памяти DDR. Соответственно, именно модули оперативной памяти, которые несравненно быстрее, чем жесткие диски или флэш-память, и используются в этом устройстве для хранения информации. Поскольку оперативная память является энергозависимой, то на плате расположен еще и аккумулятор емкостью 1,7 А*ч при напряжении 3,7 В, обеспечивающий сохранность данных при отключенном от сети компьютере – в обычном же режиме i-RAM питается по шине PCI. По заверениям производителя, его емкости хватает на шестнадцать часов, но мы бы не рекомендовали вам проверять это утверждение на практике – одновременно с разрядом аккумулятора исчезнут и все хранящиеся на накопителе данные. Если вы намереваетесь использовать i-RAM для хранения сколь-нибудь ценных данных, то мы рекомендуем вам оснастить компьютер с ним устройством бесперебойного питания – в спящем режиме, когда потребление компьютера невелико, ИБП сможет поддерживать его питание довольно долго.

В качестве внешнего интерфейса этот "RAM-диск" использует обычный SATA.

Ну а теперь немного поговорим о печальных особенностях этого, вне всякого сомнения, интересного устройства. Во-первых, в нем используется только DDR-память, которая на текущий момент дороже, чем DDR2. Компания Gigabyte обещала представить вторую версию i-RAM, использующую модули DDR2, но пока, к сожалению, это только обещание. Наличие всего четырех разъемов под модули памяти означает, что максимальный доступный вам объем – 4ГБ. Правда, вам практически безразличны скоростные характеристики памяти – даже самая медленная память будет заведомо быстрее интерфейса SATA. Кстати о последнем: к сожалению, в i-RAM используется первая версия протокола SATA с пиковой пропускной способностью 150 МБ/с. А ведь использование SATA II могло бы увеличить пропускную способность и, возможно, производительность в два раза! Ну и, наконец, модули памяти расположены под таким углом, что установленный в компьютер i-RAM перекрывает еще и соседний PCI-слот.
Методика тестирования

Во время тестирования использовались следующие программы:

IOMeter версии 2003.02.15;
WinBench версии 99 2.0;
FC-Test версии 1.0;
PCMark 2004;
PCMark 2005;
PCMark Vantage.

Тестовая система была следующей:

системная плата Albatron PX865PE Pro II;
процессор Intel Pentium 4 2,4 ГГц;
жесткий диск IBM DTLA-307015 объемом 15 ГБ в качестве системного диска;
видеокарта Radeon 7000 с 32 МБ видеопамяти;
256 МБ памяти DDR2 с частотой 533 МГц;
Операционная система Microsoft Windows XP Professional SP2.

Тестирование осуществлялось с базовыми драйверами операционной системы. Накопители размечались под файловые системы FAT32 и NTFS одним разделом с размером кластера по умолчанию. В отдельных случаях, описанных ниже, для тестирования использовались логические разделы размером 32 ГБ, размечаемые под FAT32 и NTFS с размером кластера по умолчанию. При использовании SATA-интерфейса накопители подключались к контроллеру Promise SATA300 TX4302, а при использовании SAS - к контроллеру LSI SAS3041E-R.
IOMeter: Sequential Read & Write

В начале, как всегда, рассмотрим нагрузки с последовательными запросами на чтение и запись. В данном тесте на накопители подается поток запросов с глубиной очереди команд, равной четырем. Раз в минуту размер блока данных увеличивается. В итоге мы получаем возможность проследить зависимость линейных скоростей чтения и записи накопителей от размеров используемых блоков данных и оценить максимальные достигнутые скорости.

Численные результаты измерений здесь и далее вы можете, при желании, увидеть в соответствующих таблицах, мы же будем работать с графиками.

Результаты IOMeter: Sequential Read
Результаты IOMeter: Sequential Write


Как и следовало ожидать, на последовательных операциях SSD-накопители не в силах тягаться с жесткими дисками – если на малых блоках они еще хоть как-то способны конкурировать, то на больших блоках жесткие диски уходят в отрыв и даже 2,5-дюймовый Hitachi 7K200 демонстрирует несколько большую максимальную скорость, чем SSD. Правда, отрыв не очень значителен: по скорости линейного чтения SSD-накопители примерно равны 2,5-дюймовым дискам со скоростью вращения 5400 об/мин. Тягаться же с современными 3,5-дюймовыми дисками им и вовсе не под силу.

Обратите внимание, 32-ГБ модель SSD с более медленным интерфейсом UATA66 продемонстрировала большую скорость, чем 64-ГБ модель на SATA. Что это, увеличение объема ценой установки более медленных чипов или особенность взаимодействия с нагрузкой в данном тесте? Посмотрим дальше по другим тестам.

Что же касается i-RAM, то его обогнать смог только диск Fujitsu со скоростью вращения пластин 15000 об/мин. Судя по всему, этот проигрыш вызван лишь использованием в i-RAM интерфейса SATA с максимальной пропускной способностью 150 МБ/с (на практике, как мы видим, чуть меньше). Эх, ему бы SATA II…


Ситуация с последовательной записью во многом повторяет виденное нами на чтении. Правда, есть и некоторые отличия: 64-ГБ SSD-накопитель уже не столь сильно отстает от 32-ГБ модели, а последняя на малых блоках обходит Hitachi 7K200, а на совсем малых блоках размером 512 байт умудряется обойти и Samsung F1.
IOMeter: Disk Response Time

Для измерения времени отклика мы в течении десяти минут при помощи IOMeter отправляем на накопитель поток запросов на чтение или запись блоков данных по 512 байт при глубине очереди исходящих запросов, равной единице. Количество запросов, обработанных накопителем, превышает шестьдесят тысяч, так что мы получаем устоявшееся время отклика накопителя, не зависящее от объема его кэш-буфера.


Да, по времени доступа при чтении быстрее твердотельных накопителей оказывается только i-RAM, построенный на оперативной памяти, и, по сравнению с накопителями, работающий практически мгновенно. А вот даже SAS диск Fujitsu со скоростью вращения 15000 об/мин (а именно скорость вращения пластин является у жестких дисков основным параметром, определяющим время доступа при чтении, плотность записи хотя и влияет, но гораздо меньше) оказывается почти в тридцать раз медленнее, чем SSD. Что же касается более распространенных жестких дисков со скоростью вращения 7200 об/мин, то они отстают от SSD-накопителей почти на два порядка.


А вот по времени доступа при записи твердотельные накопители оказываются в самом конце: если жесткие диски уменьшают время доступа почти в два раза, по сравнению с чтением, за счет того, что запросы на запись заносятся в буферную память и лишь потом, в оптимизированном порядке, пишутся на пластины, то SSD вынуждены писать сразу в память, а при таком раскладе флэш-память никогда не отличалась высокими скоростями. Кстати, если сравнить твердотельные накопители с современными картами памяти и USB флэш-накопителями, то хорошо видно, что в SSD используются одни из самых быстрых чипов, хотя и не рекордные. Возможно, некоторое количество быстрой буферной памяти в SSD позволило бы организовать одновременную многоканальную запись на разные модули флэш-памяти… но пока, видимо, не судьба.

Что же касается i-RAM, то он, ожидаемо, впереди всех все с тем же огромным отрывом – запись в модули оперативной памяти, как и чтение из нее, происходит по меркам накопителей почти мгновенно.
IOMeter: Random Read & Write

Оценим теперь зависимости производительности накопителей в режимах чтения и записи с произвольной адресацией от размера используемого блока данных.

Результаты IOMeter: Random Read
Результаты IOMeter: Random Write





В этом и, забегая вперед, во многих других тестах преимущество i-RAM оказывается столь велико, что нам пришлось строить по два графика или диаграммы: на одной представлены все участники, а на другой они же, но без i-RAM. Иначе все остальные претенденты просто сливаются в одну линию на фоне достижений этого очень быстрого на большинстве операций устройства.

Именно этот тест по максимуму демонстрирует то, чем твердотельные накопители отличаются от жестких дисков: на всех размерах блоков данных, кроме самых больших (а в большинстве случаев как раз и используются блоки небольшого размера) SSD демонстрируют скорости, в принципе недостижимые для жестких дисков. Даже SAS-"пятнадцатитысячник" Fujitsu лишь слегка выделяется на фоне SATA-дисков с 7200 об./мин – по сравнению с легко ушедшими в отрыв накопителями на флэш-памяти.

Про i-RAM же говорить и вовсе нечего – его скорость произвольного чтения запредельна для остальных.




Gigabyte i-RAM на записи снова уходит в такой отрыв, что сравнивать его с остальными участниками как-то даже некорректно.

А вот с записью у твердотельных накопителей все опять весьма грустно из-за отсутствия буферной памяти – они проигрывают всем жестким дискам, участвующим в тестировании, даже 2,5-дюймовому 7K200, причем проигрывают сильно.
IOMeter: Database

С помощью теста "Database" мы выясняем способность накопителей работать с потоками запросов на чтение и запись 8-кБ блоков данных со случайной адресацией. В ходе тестирования происходит последовательное изменение процентного соотношения запросов на запись от нуля до ста процентов (с шагом 10 %) от общего количества запросов и увеличение глубины очереди команд от 1 до 256.

Таблицу с результатами тестирования вы можете посмотреть по следующей ссылке: Результаты IOMeter: Database.

Рассмотрим диаграммы с результатами для глубин очереди команд, равных 1, 16 и 256.




Как и следовало ожидать, производительность i-RAM недостижима для остальных участников. Кстати, обратите внимание, что с чтением он справляется несколько лучше, чем с записью, хотя цифры в любом случае просто огромные.

Что же касается твердотельных накопителей, то в случае случайного чтения, когда процент запросов на запись равен нулю, они, естественно, демонстрируют гораздо большую производительность, чем жесткие диски. Однако появление хотя бы десяти процентов запросов на запись приводит к тому, что SSD резко теряют в производительности, хотя и по-прежнему опережают все жесткие диски – отрыв от Fujitsu сокращается с 15-кратного до полуторакратного. Дальнейшее же увеличение процентного соотношения запросов на запись выводит в лидеры сначала "пятнадцатитысячник", а потом и остальные винчестеры, оставляя SSD на последних позициях – причем, если производительность SSD с увеличением процента запросов на запись падает, то производительность винчестеров, напротив, растет за счет использования механизма отложенной записи.




Увеличение глубины очереди до 16 команд приводит к тому, что i-RAM еще несколько увеличивает свою производительность. То же самое происходит и с жесткими дисками, в результате чего Fujitsu уже и при 10 % запросов на запись обгоняет твердотельные накопители, а вот с последними творится что-то странное. Точнее с одним из них, 64-ГБ моделью: если 32-ГБ модель вполне ожидаемо безразлично относится к увеличению глубины очереди команд (оптимизировать то нечего), то 64-ГБ модель резко снижает производительность на операциях чтения. Что это, ошибки контроллера и драйверов?




Дальнейшее увеличение глубины очереди команд уже не приводит к каким-либо серьезным изменениям в наблюдаемой нами картине.

В завершение хотелось бы рассмотреть еще пару диаграмм, на которых приведены графики пяти различных глубин очереди для каждого накопителя.


В первую очередь хотелось бы обратить внимание на результаты iRAM: при всех глубинах очереди, отличных от единицы, его производительность увеличивается примерно на 20 %.


С 32-ГБ моделью SSD все просто: на всех глубинах очереди во всех режимах, кроме чистого чтения, ее производительность постоянна и определяется временем доступа на запись и соотношением количества запросов на чтение и на запись. На чистом же чтении производительность стабильно возрастает с увеличением глубины очереди.


А вот 64-ГБ модель SSD ведет себя на чтении совсем по-другому. Максимальную производительность она демонстрирует при глубине очереди, равной единице, при увеличении глубины очереди до четырех команд производительность несколько снижается, а дальнейшее увеличение глубины очереди приводит просто к катастрофическому уменьшению количества операций чтения в секунду, причем до определенного уровня, не зависящего от того, 16 или 256 команд находится в очереди. Такое впечатление, что контроллер данного накопителя не справляется с обработкой большой очереди команд.

Для самых любознательных приводим те же диаграммы для остальных участников тестирования:

Результаты IOMeter: Database, Fujitsu MBA3300RC
Результаты IOMeter: Database, Samsung SpinPoint F1
Результаты IOMeter: Database, Hitachi 7K200
IOMeter: Multi-thread Read & Write

Данный тест позволяет оценить поведение накопителей при многопоточной нагрузке. В ходе него эмулируется ситуация, когда с накопителем работает от одного до четырех приложений, причем количество запросов от них изменяется от одного до восьми, а адресные пространства каждого приложения, роли которых выполняют worker-ы в "IOMeter", не пересекаются.

При желании, вы можете увидеть таблицы с результатами тестирования по соответствующим ссылкам, а мы же в качестве наиболее показательных рассмотрим диаграммы записи и чтения для ситуаций с глубиной очереди в один запрос, поскольку при количестве запросов в очереди, равном двум и более, значения скоростей практически не зависят от количества приложений.

Результаты IOMeter: Multi-tread Read
Результаты IOMeter: Multi-tread Write


При однопоточном чтении твердотельные диски Samsung оказываются в самом конце из-за своей низкой скорости последовательного чтения. А вот добавление второго потока приводит к тому, что жесткие диски снижают свою скорость примерно на треть. Накопители SSD и i-RAM в то же время попросту не замечают изменения характера нагрузки, в результате чего i-RAM на двух потоках обгоняет Fujitsu MBA3300RC, а 32-ГБ SSD Samsung демонстрирует скорость большую, чем Hitachi 7K200.


Дальнейшее увеличение количества потоков приводит к тому, что уже и Samsung SpinPoint оказывается медленнее, чем 32-ГБ SSD.


Расстановка сил при одном потоке на записи точно такая же, как и на чтении. Ну что ж, осложним ситуацию вторым потоком. В результате, резко теряет в скорости Fujitsu MBA3300RC и ощутимо снижает производительность Hitachi 7K200, в то время как SSD-накопители и Samsung SpinPoint F1 даже немного улучшают результаты. В итоге к 2,5-дюймовому диску вплотную подбираются твердотельные накопители, а Fujitsu пропускает вперед i-RAM и ставший лидером "терабайтник".


Дальнейшее увеличение количества потоков лишь окончательно уравнивает SSD-накопители и Hitachi 7K200 по скорости и выводит Gigabyte i-RAM в лидеры, поскольку Samsung SpinPoint все же несколько снижает свою производительность.
IOMeter: Webserver, Fileserver и Workstation

В данной группе тестов накопители тестируются под нагрузками, характерными для серверов и рабочих станций.

Напомню, что в "Webserver" и "Fileserver" эмулируется работа накопителя в соответствующих серверах, в то время как в "Workstation" мы имитируем работу накопителя в режиме типичной нагрузки для рабочей станции, с ограничением максимальной глубины очереди в 32 запроса. Тестирование в "Workstation" проводится как с использованием всего дискового пространства накопителя, так и при работе только с адресным пространством 32 ГБ.

На основе полученных данных построим графики и итоговые диаграммы с рейтингами быстродействия жестких дисков.

Для "Fileserver" и "Webserver" общий балл будем рассчитывать, как среднее значение скорости обработки контроллером запросов при всех вариантах нагрузки. Для "Workstation" балл рассчитывается по следующей формуле:

Rating (Workstation) = Total I/O (queue=1)/1 + Total I/O (queue=2)/2 + Total I/O (queue=4)/4 + Total I/O (queue=8)/8 + Total I/O (queue=16)/16..

Результаты IOMeter: Fileserver
Результаты IOMeter: Webserver
Результаты IOMeter: Workstation
Результаты IOMeter: Workstation, 32 ГБ





Как и следовало ожидать, Gigabyte i-RAM снова "впереди планеты всей". Что же касается остальных дисков, то превосходство Fujitsu со скоростью вращения пластин 15000 об./мин над ними видно невооруженным взглядом. В то же время, в группе "отставших" накопителей завязалась жестокая борьба: на малых глубинах очереди SSD в лидерах, причем 32-ГБ модель демонстрирует большую производительность, чем 64-Гб модель. С увеличением глубины очереди результаты жестких дисков увеличиваются, и в итоге Samsung SpinPoint F1 все же обходит 32-ГБ твердотельный накопитель, а 64-ГБ SSD проигрывает всем, включая Hitachi 7K200.


Большие значения IOps на малых глубинах очереди позволили SSD-накопителям в итоговом рейтинге обойти оба диска со скоростью вращения пластин 7200 об/мин. Обратите внимание, насколько велик отрыв Gigabyte i-RAM от всех остальных.




В отличие от предыдущего теста, в "Webserver" отсутствуют запросы на запись, и твердотельные накопители как нельзя лучше подходят для этой нагрузки. Даже Fujitsu MBA3300RC не в силах тягаться с более медленной 64-ГБ моделью, а 32-ГБ SSD уходит в значительный отрыв. Конечно, Gigabyte i-RAM она догнать не в силах, но ее результаты хотя бы можно с ним сравнивать, в то время как все остальные участники отстают более чем на порядок.


Итоговый рейтинг лишь еще раз подтверждает виденное нами на графике и не требует каких-либо особых комментариев.




А вот под нагрузками, характерными для рабочих станций, SSD чувствуют себя очень некомфортно, поскольку там велик процент запросов на запись. В результате на всех глубинах очереди твердотельные накопители проигрывают всем остальным участником тестирования. Пожалуй, по производительности они будут где-то на уровне 2,5-дюймовых жестких дисков со скоростью вращения 5400 об./мин.


Глядя на великолепные результаты i-RAM, в очередной раз с горечью вспоминаешь о всех его недостатках: на такой бы накопитель поставить операционную систему – вот это была бы действительно высокопроизводительная рабочая станция. Но, увы, места слишком мало. Впрочем, кто мешает разместить на нем те же файлы подкачки Windows или Adobe Photoshop?




Уменьшение рабочего пространства до 32-ГБ лишь увеличивает превосходство жестких дисков, поскольку они начинают работать в более быстрой части пластин, да и дальность перемещения головок уменьшается. На результатах же твердотельных накопителей уменьшение не сказывается никак – для них все ячейки памяти одинаковы. Gigabyte i-RAM, в силу своего малого объема, демонстрирует те же самые результаты.


И снова Gigabyte i-RAM недостижим для остальных.
WinBench 99

В WinBench 99 мы ограничимся лишь снятием графиков чтения.

График чтения SSD Samsung, 32 ГБ
График чтения SSD Samsung, 64 ГБ
График чтения Gigabyte i-RAM
График чтения Fujitsu MBA3300RC
График чтения Samsung SpinPoint F1, 1 ГБ
График чтения Hitachi 7K200, 200 ГБ

Сравним накопители по продемонстрированным скоростям чтения в начале и конце получившихся разделов:


О, а здесь мы видим несколько интересных моментов. В первую очередь хотелось бы сразу заметить, что падение скорости в конце 64-ГБ накопителя Samsung SSD не более чем ошибка тестовой программы – конечно же, все ячейки имеют равную скорость. Во-вторых, обратите внимание на скорости чтения, продемонстрированные твердотельными накопителями – они гораздо выше, чем продемонстрированные ими же результаты в "IOMeter Sequential Read". Как дело обстоит на самом деле, мы узнаем чуть дальше, на более приближенных к реальности тестах. Ну и наконец, хотелось бы отметить явное наглядное отличие SSD и i-RAM от жестких дисков – их скорость постоянна на всем пространстве накопителя, в результате средняя скорость чтения iRAM будет все же выше, чем у Fujitsu MBA3300RC, а SSD будут как минимум не медленнее, чем Hitachi 7K200.
FC-Test

Следующим в нашей программе тестирования идет FileCopy Test – утилита, чье поведение максимально приближено к реальности: зачастую это позволяет получить более интересные и адекватные результаты, нежели чисто синтетические тесты.

На накопителе создаются два раздела по 32 ГБ, размечаемые на двух этапах тестирования сначала в NTFS, а затем в FAT32, после чего на разделе создается определенный набор файлов, считывается, копируется в пределах раздела и копируется с раздела на раздел. Время всех этих операций фиксируется. Напомним, что наборы "Windows" и "Programs" включают в себя большое количество мелких файлов, а для остальных трех наборов ("MP3", "ISO" и "Install") характерно меньшее количество файлов более крупного размера.

В силу того, что объем Gigabyte i-RAM составляет всего лишь 4 ГБ, для него набор тестов ограничен лишь чтением и записью (FileCopy Test для операций копирования требует большего размера разделов, чем это возможно организовать на данном накопителе).

Поскольку результатов довольно много, то мы будем подробно рассматривать лишь значения, достигнутые на наборах файлов"Install", "ISO" и "Programs" в NTFS, являющихся наиболее характерными и показательными для накопителей.

Результаты FileCopy Test в NTFS
Результаты FileCopy Test в FAT32


Да, запись для твердотельных накопителей является самым трудной операцией – здесь они проигрывают абсолютно всем, причем со значительным отставанием. Удивляют нереально низкие результаты Fujitsu MBA3300RC, которые можно объясняются только особенностями работы используемого контроллера с SAS-накопителями (для других накопителей этого класса скорости находятся на схожем низком уровне). Как несложно было предположить, Gigabyte i-RAM снова впереди со значительным отрывом.

Хм, а вот скорость чтения у твердотельных накопителей соответствует результатам "WinBench 99", а не "IOMeter: Sequential Read". Таким образом, оба накопителя выступают примерно наравне с Hitachi 7K200. Обратите внимание, что они, как и Gigabyte i-RAM, в меньшей степени зависят от размера используемых файлов, чем жесткие диски. Именно из-за размера файлов Hitachi 7K200 заметно вырывается вперед на "ISO" и столько же проигрывает на "Programs". Точно так же на больших файлах Fujitsu MBA3300RC обгоняет Gigabyte i-RAM, ощутимо проигрывая ему на мелких. И еще пара моментов, на которые стоит обратить внимание: скорость работы с файлами у твердотельных накопителей почти равная, несмотря на то, что в "IOMeter" они показывали весьма разные результаты – более того, на этот раз чуть быстрее оказывается 64-ГБ модель. Также интересно, что с мелкими файлами они справляются несколько лучше, чем с крупными – по всей видимости, мы снова видим последствия работы драйвера и отсутствия буферной памяти.


На копировании в пределах раздела слишком большое влияние оказывает скорость записи, в результате чего твердотельные накопители снова на последнем месте, независимо от используемого набора файлов.


Как несложно было ожидать, увеличение «дальности» копирования мало чем способно помочь SSD-накопителям – они снова оказываются на последнем месте.

При желании вы можете посмотреть диаграммы для всех тестов в FAT32 по следующей ссылке: Диаграммы с результатами FileCopy Test в FAT32.
PCMark 2004

Ну а теперь сравним работу накопителей в тесте PCMark04. При помощи данного тестового пакета снимаются показатели работы жесткого диска в четырех характерных режимах: "Windows XP Startup" отображает обращение к накопителю во время загрузки операционной системы, "Application Loading" демонстрирует дисковую активность при последовательном открытии и закрытии шести популярных приложений, "File Copying" оценивает работу жесткого диска при копировании набора файлов и, наконец, "General Usage" отображает дисковую активность при работе ряда часто встречающихся приложений. На основании полученных данных строится итоговый индекс производительности накопителя.

Каждый тест мы проводили по десять раз, а в качестве итоговых использовали усредненные результаты.


О да, этот тест как раз относится к тем, где твердотельные накопители могут проявить свои великолепные возможности по малому времени доступа по чтению. Если не учитывать Gigabyte i-RAM, который, как всегда, оставил остальных далеко позади, то самым быстрым из накопителей оказалcя 64-ГБ SSD. Следом за ним с некоторым отставанием идет Fujitsu MBA3300RC, потом 32-ГБ SSD и в самом конце – диски на 7200 об./мин.


С загрузкой приложений твердотельные накопители справились также хорошо, обогнав все жесткие диски, включая Fujitsu с его 15000 об/мин.


В копировании в силу вступает не только скорость чтения, но и скорость записи, в результате чего SSD-накопители сразу откатываются на последние места, изрядно отставая даже от Hitachi 7K200. Что же касается лидера, то им бессменно является Gigabyte i-RAM.


Судя по всему, при работе часто встречающихся приложений операции чтения попадаются гораздо чаще, чем операции записи – впрочем, это ничуть не удивительно. В результате мы видим точно такую же расстановку сил, как и на загрузке Windows XP: твердотельные накопители заняли второе и третье места, а между ними вклинился Fujitsu MBA3300RC.


Итоговый рейтинг полностью совпадает с первым и последним тестами: Gigabyte i-RAM недостяжим для остальных, следом за ним идет 64-ГБ SSD Samsung, за которым по убывающей расположились Fujitsu MBA3300RC, 32-ГБ SSD Samsung и диски на 7200 об/мин.
PCMark 2005

Следующим в нашей череде тестов будет PCMark05 – обновленная версия предыдущего пакета. Хотя ее работа и вызывает у нас некоторые нарекания, мы все же решили использовать и ее. Из изменений в PCMark 2005 хотелось бы отметить то, что вместо "File Copying" теперь используется режим "File Write" (соответственно, оценивается скорость не копирования, а создания файлов), а также добавился режим "Virus Scan", в котором измеряется производительность жесткого диска во время такой распространенной операции, как проверка файлов в системе на вирусы.

Как и в прошлый раз, каждый тест мы проводили по десять раз, а в качестве итоговых использовали усредненные результаты.


И снова на загрузке Windows твердотельные накопители проявляют себя во всей красе. Картина полностью повторяет виденную нами в предыдущей версии теста.


На загрузке приложений никаких изменений: SSD-накопители опять опережают все жесткие диски.


Ну что тут сказать… версия теста изменилась, а расстановка сил все та же.


А вот на сканировании файлов явно происходит как их считывание, так и запись. В результате твердотельные накопители сразу же скатились на последние места и не в силах соревноваться даже с 2,5-дюймовым Hitachi 7K200.


Еще один новый режим, но уже полностью ориентированный на запись. Как и везде, где участвует этот тип нагрузки, SSD-накопители занимают последние места.


А что же с итоговым рейтингом? Увеличение количества тестов, ориентированных на запись, пагубно сказалось на позициях, занимаемых твердотельными дисками.
PCMark Vantage

Ну и в завершение приведем результаты, полученные в недавно появившемся пакете "PCMark Vantage". По сравнению с предыдущими версиями, он стал гораздо более обширным по количеству режимов, плюс более актуальным, как по набору режимов, так и по нацеленности на использование в операционной системе Windows Vista. Что же касается его результатов, то мы пока не заметили в них каких-либо серьезных противоречий с действительностью. Более подробно об этом пакете вы можете прочитать в статье наших коллег, а мы же ограничимся кратким рассмотрением новых тестовых режимов:

Windows Defender – режим, в котором жесткий диск работает под многопоточной нагрузкой, одним из потоков которой является сканирование файлов;
Gaming – в данном режиме эмулируется поведение накопителя под нагрузкой, характерной для компьютерных игр;
Photo Gallery – оценивается работа накопителя при загрузке изображений из галереи фотографий;
Vista Start Up – эмулируется поведение накопителя при загрузке операционной системы Windows Vista;
Movie Maker – оценивается производительность под нагрузкой, характерной для редактирования видеоматериалов;
Media Center – накопитель оказывается в ситуации, складывающейся при работе пользователя в "Media Center";
Media Player – эмулируется добавление файлов в "Windows Media Player";
Application Loading – демонстрирует скорость диска при работе популярных приложений.

На основании полученных данных привычно строится итоговый индекс производительности накопителя.

К сожалению, мы только начали осваивать этот тестовый пакет, поэтому для двух участников статьи данных у нас нет – их тестирование завершилось еще до начала использования нами PCMark Vantage.


Судя по результатам, "Windows Defender" ограничивается лишь чтением файлов. Как бы там ни было, записываем "очко" в пользу твердотельных накопителей – жесткие диски в данном тесте ощутимо медленнее.


В качестве накопителя для игровой станции 64-ГБ SSD оказывается также ощутимо лучше, чем жесткие диски. Вот только устанавливать игры вы будете ой как долго...


С загрузкой изображений из фотогалереи твердотельный накопитель также справляется лучше, чем жесткие диски.


Смена операционной системы с Windows XP на Windows Vista никак не сказалась на позиции 64-ГБ SSD – он по-прежнему проигрывает лишь Gigabyte i-RAM, результаты которого во всех тестах недостижимы для остальных участников тестирования.


А вот при создании фильмов приходится довольно много писать – и под такой нагрузкой твердотельные накопители ожидаемо откатываются на самое последнее место. Любопытно, что в этом тесте 2,5-дюймовый Hitachi 7K200 обогнал 3,5-дюймовый "терабайтник" Samsung.


В медиацентре SSD-накопитель также чувствует себя неуютно и пропускает вперед жесткие диски.


С добавлением файлов в "Windows Media Player" твердотельный накопитель справляется ощутимо лучше обоих жестких дисков. Да, малое время доступа при чтении – великая сила. Обратите внимание, что Hitachi 7K200 снова оказывается чуть быстрее, чем его старший собрат Samsung SpinPoint F1.


Приложения обновились, но для SSD это не имеет значения – он по-прежнему лучший.


В итоговом рейтинге 64-ГБ SSD Samsung уверенно обходит оба жестких диска и занимает второе место, сразу после Gigabyte i-RAM.

Любопытно, что во всех тестах "PCMark" 64-ГБ модель ощутимо опережает 32-ГБ модель, в то время как в "FileCopy Test" ее преимущество гораздо меньше, а в "IOMeter" вообще лидировала как раз модель объемом 32 ГБ, а не 64 ГБ.
Энергопотребление

Конечно же, нельзя обойти стороной и такой вопрос, как энергопотребление накопителей. Подробно о том, как проводится тестирование, вы можете прочитать в статье "Методика измерения энергопотребления жёстких дисков", нам же остается к изложенному в ней добавить лишь несколько слов о конкретных режимах работы дисков, в которых мы измеряем энергопотребление.

В данном случае мы решили ограничиться тремя режимами:

Idle – к накопителю не происходит никаких обращений, но он находится во включенном и полностью готовом к работе состоянии;
Random Read & Write – энергопотребление накопителя снимается при выполнении им операций случайного чтения и записи;
Sequential Read &Write – оценивается энергопотребление накопителя на операциях последовательного чтения и записи.

К сожалению, особенности организации питания в Gigabyte i-RAM не позволили нам измерить его энергопотребление, так что его результатов вы не увидите. В итоге перед вами сравнение 64-ГБ твердотельного накопителя Samsung и двух жестких дисков со скоростью вращения 7200 об/мин.


В состоянии покоя SSD потребляет лишь чуть меньше, чем 2,5-дюймовый Hitachi 7K200 со скоростью вращения пластин 7200 об/мин. Как мы знаем, у накопителей этого форм-фактора, но с меньшими скоростями вращения пластин, энергопотребление еще скромнее, а значит, в этом режиме они могут быть даже экономней, чем твердотельные накопители – удивительно, но факт. Что же касается 3,5-дюймового Samsung SpinPoint F1, то его энергопотребление больше почти на порядок.


А вот на операциях случайного чтения и записи твердотельные накопители потребляют в среднем в два раза меньше, чем Hitachi 7K200. Сравнивать же с ними Samsung SpinPoint F1 и вовсе несолидно – его энергопотребление более чем в три раза выше, чем у 7K200.

Если жесткие диски потребляют больше на операциях чтения, то твердотельные накопители потребляют больше на операциях записи, что легко объяснимо, достаточно вспомнить то, что каждая операция записи предваряется операцией стирания данных в ячейке.


На последовательных операциях накопители на флэш-памяти еще больше отрываются от жестких дисков. Интересно, что на операциях этого типа уменьшается разница энергопотребления между записью и чтением. Обратите внимание: Hitachi 7K200 на последовательном чтении потребляет меньше, чем на записи, в отличие от случайных операций.
Подведение итогов


Сначала хочется сказать несколько слов о Gigabyte i-RAM. На наш взгляд, это великолепная возможность значительно ускорить работу вашего компьютера, если вы можете выделить приложения, требующие высокой производительности дисковой подсистемы и при этом способные довольствоваться объемом 4 ГБ. Сходу можно предложить использовать эти накопители для размещения на них файлов подкачки Windows или Photoshop, а также баз данных малого размера в серверах с высокими требованиями к времени отклика дисковой подсистемы. Очень жаль, что до сих пор так и не появилось аналогичного устройства, поддерживающего больший объем памяти (причем актуальной DDR2, а не морально устаревшей, дорогой и постепенно исчезающей из магазинов DDR) и с интерфейсом SATA II. И еще раз хотелось бы отметить великолепную производительность этого устройства на всех типах нагрузок – все остальные накопители лишь изредка способны хотя бы сравниться с ним, а уж о превосходстве речи и не идет. Правда, неудобное для использования в серверах исполнение в виде полноразмерной платы расширения ограничивает сферу применения этого устройства исключительно рабочими станциями и серверами начального уровня. Максимальный же объем 4 ГБ выглядит просто несолидно, когда современные серверные платформы позволяют установить 64 ГБ памяти и выделить некоторую ее часть под виртуальный жесткий диск, полностью лишенный проблем со скоростью интерфейса. Ну и наконец, отсутствие возможности использования памяти с коррекцией ошибок не позволяет применять i-RAM для жизненно важных приложений, где цена малейшей битовой ошибки может оказаться высока.

Впрочем, давайте оставим i-RAM и перейдем к главной теме сегодняшнего тестирования: уточнению места твердотельных накопителей в современном компьютерном мире. Для начала, определимся с их производительностью относительно жестких дисков. По сравнению с 2,5-дюймовыми винчестерами, которые в нашем тестировании были представлены одной из их самых быстрых моделей, Hitachi 7K200, накопители SSD зачастую проигрывали в синтетических тестах, но взяли убедительный реванш во всех пакетах PCMark (что лишний раз подтверждает опасность использования синтетических тестов в качестве единственного инструмента измерения производительности). Соответственно, в реальной жизни у 2,5-дюймовых дисков со скоростью вращения 5400 об./мин, не говоря уж о более медленных, твердотельные накопители будут стабильно выигрывать – если только производитель не поставит совсем медленные чипы флэш-памяти.

Что касается 3,5-дюймовых дисков, то SSD-накопители снова оказываются заметно быстрее на операциях случайного чтения, но при этом проигрывают на последовательном чтении. В случае последнего надо учитывать характер нагрузки – на многопоточном чтении жесткие диски снижают свою производительность, в результате чего твердотельные накопители их вполне успешно догоняют. По скорости записи, конечно же, наши накопители на флэш-памяти однозначно проигрывают современным жестким дискам.

Ну и, наконец, сверхбыстрые диски с интерфейсом SAS и скоростью вращения 15000 об./мин, фактически, элита жестких дисков, уступают SSD-накопителям на нагрузках с преобладанием запросов на чтение данных со случайным адресом. На потоковых же операциях и на записи в данном сравнении твердотельные накопители выглядят очень слабо и не могут пока соревноваться с "пятнадцатитысячниками".

А где же, в результате, будет рационально использовать твердотельные накопители? В первую очередь, это, конечно же, промышленные компьютеры и ударопрочные ноутбуки, то есть те применения, где особенно будут востребована высочайшая устойчивость флэш-памяти к вибрационным воздействиям, в отличие от жестких дисков. По большому счету, в данном секторе у них нет серьезных соперников, а возросшие скорость и объем обеспечивают возможность выполнения этими компьютерами максимально широкого круга задач.

Во-вторых, твердотельные накопители наверняка будут получать все большее распространение в ноутбуках малых размеров: как правило, в них используются очень медленные жесткие диски размера 1,8" со скоростью вращения 4200 об./мин. Как мы видели выше, современные SSD-накопители вполне способны померяться производительностью и с куда более быстрыми 2,5-дюймовыми винчестерами – а значит, 1,8-дюймовые они обойдут достаточно легко. Открытым остается вопрос о сравнении энергопотребления – из проведенных нами на данный момент тестов нельзя сделать вывод, что SSD-накопители в среднем будут экономичнее – впрочем, разница в любом случае достаточно невелика и на времени автономной работы скажется мало (много меньше, чем, скажем, светодиодная подсветка экрана взамен флюоресцентной). Впрочем, в будущем мы надеемся прояснить этот вопрос более детально.

Вполне уместен SSD будет и в миниатюрных домашних системах, где на первое место выходит не производительность, а уровень шума (который у твердотельных накопителей, по понятным причинам, нулевой), малые размеры и малое тепловыделение.

И, наконец, твердотельные накопители будут уместны в тех серверах, где подавляющая часть нагрузки состоит в операциях случайного чтения. Как мы смогли с вами убедиться, по производительности в данной категории с SSD не могут сравниться даже очень быстрые жесткие диски с интерфейсом SAS и скоростью вращения пластин 15000 об./мин. Объем твердотельных накопителей уже достаточно вырос, чтобы не быть проблемой, а их малое энергопотребление и небольшие размеры будут огромным плюсом при их использовании в современных тонких серверах с высокой плотностью размещения компонентов.

Хотелось бы коснуться и такого момента, как стоимость хранения данных. В настоящий момент для твердотельных накопителей этот параметр значительно выше, чем для любого жесткого диска. Естественно, возникает вопрос: "А есть ли возможности для снижения цен у таких накопителей, за исключением закономерного прогресса с его ростом объема и снижением цены"? Чтобы ответить на него, достаточно заглянуть в прайс-лист и обнаружить там в розничной продаже USB флэш-накопители объемом 16 ГБ по цене порядка полутора-двух тысяч рублей. Умножаем на четыре – и получаем 6-8 тысяч рублей розничной цены на 64 ГБ флэш-памяти. Если же обратить свой взор на 8-ГБ "флэшки", то стоимость 64 ГБ памяти в таком случае опускается до 250 долларов – а ведь размеры SSD-накопиттелей вполне позволяют использовать несколько чипов не самого большого объема. Таким образом, чисто технологически ничто не мешает 64-ГБ SSD-накопителю стоить в пределах семи-десяти тысяч рублей, в то время как в настоящее время его цена выше в разы. Конечно, остается вопрос скорости чипов, но этот вопрос мы бы с удовольствием обсудили, имея на руках как быстрые, но дорогие, так и медленные, но более дешевые накопители.

Что же касается сравнительно мощных домашних рабочих станций, файловых серверов и серверов с высокой нагрузкой на запись, то в данных применениях жесткие диски пока еще остаются наилучшим вариантом по сочетанию стоимости, объема и скоростных характеристик. Надо лишь хорошо представлять, какие требования у вас к подсистеме хранения данных и, в соответствии с ними, строить систему из соответствующих дисков.

Если же говорить о том, что бы мы хотели пожелать обрести следующему поколению твердотельных накопителей, то, помимо вполне ожидаемых большего объема и больших скоростей, сюда войдет буферная память и многоканальная работа с флэш-памятью. Возможно, что ждать этого придется не так уж и долго, судя по тому, с какой скоростью сейчас развивается флэш-память и устройства на ее основе.

Другие материалы по данной теме

Маленькие гиганты – обзор пяти 2,5-дюймовых накопителей объемом 250ГБ
Обзор шести 160-ГБ жестких дисков форм-фактора 2,5 дюйма
Обзор жесткого диска Western Digital WD1600BEVS