Hitachi Deskstar 7K250: свидание с Ванкувером 3

Возвращение блудного Ванкувера

Признаюсь честно, ещё в сентябре 2002 г., когда IBM анонсировала винчестер с внутренним именем Vancouver 2, у меня зародилось подозрение, что с "ванкувером" мы встречаемся не в последний раз. Действительно, вполне удачная разработка не должна быстро сходить со сцены, ведь создание нового дизайна - это дорогое и, в наше время, очень опасное занятие. Кроме того, в линейке 180GXP не было Serial ATA моделей, но они обязательно должны были вскоре появиться, ибо конкуренты не дремлют. Однако, с передачей всего винчестерного бизнеса корпорации Hitachi, дальнейшая судьба "ванкувера" стала вовсе неочевидной. Deskstar 180GXP продолжил выпускаться под маркой Hitachi, но время шло, а Hitachi Global Storage надменно хранила молчание по поводу новых продуктов. Вот уже не только Maxtor c Seagate, но и Samsung объявили новые линейки с пластинами ёмкостью 80 ГБ и Serial ATA интерфейсами, а новостей от Hitachi всё не было.

Столь длительная задержка заронила тень сомнения в размышления о здравом смысле и нуждах производителей; казалось, что Hitachi занялась разработкой полностью нового дизайна для линейки Deskstar. Наконец, 25 июня 2003 года появился пресс-релиз, в котором анонсировалась новая линейка Deskstar 7K250. Полностью сменилась маркировка моделей, но интрига оставалась: что же сумела сделать Hitachi за прошедшее время? Вопрос разрешился лишь в августе, когда в рознице появились первые экземпляры новых моделей. В точности как Кларковские рамане, Hitachi не могла не завершить цикл. Ванкувер жив, господа, познакомьтесь с его третьей инкарнацией!

Предваряя наверняка назревающий у вас вопрос, приведу доказательства принадлежности 7K250 к семейству Vancouver.


Красным цветом я выделил признак семейства, а синим – указание на количество рабочих поверхностей. Теперь, когда сомнений в родственных связях между 180GXP и 7K250 больше не должно возникать, самое время поискать между ними отличия.

Что изменилось?

В первую очередь можно заметить, что изменилась система присвоения модельных номеров. На смену "наследственной" IBM-овской введена унифицированная для всех продуктов Hitachi Global Storage маркировка следующего образца.


Буковка V в поле generation code, скорее всего, также соответствует кодовому имени продукта – Vancouver.

В новой линейке заявлены модели вместимостью 40, 80, 120, 160 и 250 гигабайт, с буфером 2 и 8 МБ и двумя видами интерфейса, ATA и Serial ATA. Deskstar 7K250 унаследовал все черты и особенности своего предка (алюминиевые пластины вместо стеклянных, гидродинамические моторы), лишь увеличилась ёмкость пластин, да добавился Serial ATA интерфейс.


В линейке всё также присутствуют "низкопрофильные" модели с чуть более медленным поиском. Интересно, что данные по времени поиска в пресс-релизе слегка отличаются от приведённых в спецификациях. В пресс-релизе называются значения 8,5 и 8,8 мс, что, на мой взгляд, больше соответствует действительности. Мы будем иметь возможность проверить, так ли это.

На этот раз Hitachi не ограничилась двумя вариантами плотности дорожек (напомню, что в линейке Deskstar 180GXP появились low-TPI версии), добавив ещё и третий. Впрочем, максимальная плотность используется лишь во флагманских моделях объёмом 250 ГБ, потому как для неё необходимы пластины ёмкостью чуть больше 80 ГБ (а именно 83,4 ГБ). Пластины с уменьшенной плотностью дорожек применяются в однополастинных моделях с "LP" корпусом.

Для сравнения приведу фотографии старшей модели с Serial ATA интерфейсом, имеющей обычный корпус. Во избежание недоразумений особо отмечу, что тип корпуса не связан с типом интерфейса (ATA или Serial ATA), а только с количеством используемых пластин.

Как видите, LP корпус смотрится немного хилее обычного, и даже теплоотводящую пластину на него не ставят. Никак кроме "предельная экономия на младших моделях" этот факт не назовёшь.

На плате электроники Serial ATA модели мы видим давно знакомый "сериализатор" от Marvell, то есть поддержка этого протокола была "имплантирована" и не является врождённой.

Заявленные акустические характеристики в точности совпадают с данными от Deskstar 180GXP.


Гидродинамические подшипники сильнее всего снизили шумность у однопластинных моделей, тогда как для трёхпластинных улучшение ничтожно. На практике всё именно так и обстоит: однопластинные Deskstar 7K250 по бесшумности в бездействии находятся среди лидеров, чего не скажешь о моделях ёмкостью более 80 ГБ. При поиске в режиме Performance шум актуатора достаточно силён, резок и хорошо описывается словом "треск". Более того, никуда не исчезли типичные IBM-овские "спецэффекты", дикие слуху владельцев жёстких дисков других марок. Это трудно описать словами: кто-то называет их "мяуканьем", кто-то "повизгиванием". В общем, звуки, раздающиеся отнюдь не редко, имеют явно колебательную природу, очень неприятны на слух, но никак не сказываются на работоспособности винчестеров. Что интересно, в LP корпусе эти звуки намного слышнее.

А что изменилось в плане энергопотребления? Да тоже почти ничего, лишь Serial ATA модели отличились заметным повышением аппетитов по линии +5 В.


Из заявленных параметров сколько-нибудь удивляет лишь один: сегментация буфера при чтении. 128 сегментов это излишне много, и я позволю себе усомниться в реальности этой цифры. Впрочем, её мы тоже будем иметь возможность проверить на практике.

Вот вроде бы и всё ясно с новинкой, однако осталась ещё одна характеристика, не афишируемая большинством производителей, но очень сильно влияющая на производительность жёстких дисков – количество сервометок на треке.

Servo-sectors и их влияние на производительность

Впервые с данным параметром мы столкнулись при изучении Western Digital WD2500JB. Тогда мы долго не могли понять, за счёт чего новинка показывала столь хорошие результаты по сравнению с предшественником, ведь они лишь незначительно отличались по линейной скорости и другим характеристикам. При содействии Михаила Маврицына объяснение аномалии было найдено – в WD2500 заметно увеличилось количество так называемых сервометок или, если коротко, Sids. Чтобы разобраться, что это такое, необходимо немного углубиться в принципы работы современных накопителей на жёстких магнитных дисках.

Уже очень давно (даты мы приводили в обзоре IBM Deskstar 180GXP) рост плотностей записи данных привёл к отказу от отдельной поверхности, хранящей "навигационные" данные для механизма позиционирования головок, и к созданию так называемого Embedded servo. Дело в том, что ширина дорожек, на которые записываются данные, уменьшилась настолько, что поиск и удержание дорожки при помощи "дистанционного" сервоуправления стал невозможен. Даже тепловое расширение материалов могло привести к невозможности найти дорожку на её ожидаемом месте, не говоря уже про неточность сборки и износ деталей. Поэтому была разработана система управления при помощи сервоинформации, внедрённой прямо в область хранения данных. Для этого дорожки были поделены на группы секторов, между которыми оставили промежутки для сервометок. Магнитная головка, выбранная в данный момент, постоянно находится в режиме чтения и пытается по отдельным признакам распознать среди массы проносящейся мимо информации серводанные, а найдя их, узнаёт своё истинное местоположение, относительно которого затем вычисляется путь к необходимым данным. Если они находятся не на этом треке, точно дозированным импульсом система магнитных головок будет перемещена поближе к требуемой дорожке. Если данные находятся на текущей дорожке, то нужно всего лишь подождать, пока пластины довернутся на нужный угол.

Вот тут-то и проявляется прочная зависимость между количеством сервометок и "шустростью" винчестера. Чем выше плотность дорожек, тем большее их количество в единицу времени проносится мимо головок при операциях позиционирования. Поскольку быстродействие электроники не бесконечное, а точность механики не абсолютная, точное попадание на искомую дорожку случается далеко не всегда. При этом электроника не узнает, куда "прилетели" головки, пока под ними не мелькнёт "клин" с серводанными, из-за чего не сможет начать чтение/запись данных или скорректировать положение головок. Следовательно, увеличение плотности дорожек должно сопровождаться пропорциональным увеличением количества сервометок, если мы не хотим ухудшения скоростных характеристик изделия. Давайте посмотрим, как эти выкладки коррелируют с реальным положением дел. Информация о количестве серводанных на треке для некоторых моделей жёстких дисков была вновь любезно предоставлена Михаилом Маврициным (к слову, Maxtor иногда указывает это количество в документации).

Начнём с уже упомянутого случая с продукцией Western Digital.


Общий рост плотности, составивший 25%, был достигнут в большей мере увеличением количества дорожек, чем количества секторов на дорожке. Однако увеличение количества сервометок с лихвой перекрыло рост плотности дорожек, и мы наблюдали очевидное увеличение производительности новой модели. А как обстоят дела с нашим сегодняшним экзаменуемым, Deskstar 7K250? Давайте ради интереса рассмотрим его ближайших предков.


Немного посчитаем, пороемся в памяти и сопоставим воспоминания с расчетами.

60GXP vs. 75GXP: возрастание удельной ёмкости на треть сопровождалось 20% ростом плотности и количества дорожек. При этом количество сервометок подросло только на 11%, точно на столько же, насколько увеличилось количество секторов на треке. В результате мы получили модель, ненамного быстрее предшественника.

120GXP vs. 60GXP: удельная ёмкость возросла вдвое, а плотность дорожек на 66%.Однако количество сервометок увеличилось на 60%, и, как мы помним, Vancouver очень уверенно перегонял Ericsson.

180GXP vs. 120GXP: при росте удельной ёмкости в полтора раза, плотность дорожек возросла на 27%, а количество сервометок лишь на 9%. К чему привёл троекратный дисбаланс этих величин мы помним ещё очень ясно – 180GXP часто уступал своему предшественнику.

7K250 vs. 180GXP: из 40% увеличения удельной ёмкости львиную долю составило увеличение плотности дорожек. Однако на 30% большее количество треков пришлось почти 29% прироста количества сервометок. Поэтому мы в праве ожидать от 7K250 ощутимого повышения производительности. Что ж, очень скоро мы всё узнаем точно.

Так почему производители не делают количество столь важных сервометок таким, чтобы их хватало "с запасом"? Да потому, что каждый "клин" серводанных уменьшает площадь пластины, доступную для записи пользовательских данных, другими словами, на каждую дорожку войдёт тем меньшее количество секторов, чем больше на пластине Sids. Уменьшение количества секторов на дорожке при неизменной частоте вращения пластин означает снижение линейной скорости и, следовательно, производительности. Поэтому перед конструкторами всегда стоит дилемма: то ли увеличить количество секторов в ущерб быстроте поиска данных, то ли увеличить количество сервометок в ущерб линейной скорости, то ли просто увеличить количество дорожек, не меняя количество секторов и сервометок, получив ухудшение быстродействия.

Тестовая платформа и участники

Винчестеры с интерфейсом ATA тестировались на контроллере Promise Ultra133 TX2, BIOS 2.20.0.14, драйвер 2.0.0.29.
Винчестеры с интерфейсом Serial ATA тестировались на контроллере Promise SATA150 TX2, BIOS 1.00.033, драйвер 1.0.0.27.

Конфигурация тестового стенда:

материнская плата - Albatron PX865PE Pro II;
процессор - Intel P4 2400/533;
память – 256 MB PC2700 CL2;
системный диск - IBM DTLA 307015;
видеокарта - ATi Radeon VE;
операционная система - Windows 2000 Pro SP4.

Для тестирования использовались следующие версии программ:

WinBench99 2.0;
IOMeter2003.02.15;
FC-Test v0.5.3.

Для тестов в WinBench винчестеры размечались одним разделом FAT32 или NTFS с размером кластера по умолчанию (для разметки дисков в FAT32 использовалась программа Paragon Partition Manager). Тесты проводились по семь раз, учитывался максимальный результат. Винчестеры между тестами не охлаждались. Для тестов в FC-Test диск разбивался на два логических раздела по 32 ГБ. Тестирование в IOMeter проводилось на паттернах Sequential Read, Sequential Write, Database, Workstation, Fileserver и Webserver.

Паттерны FileServer и WebServer совпадают с используемыми StorageReview, а WorkStation был создан нами на основе анализа статистики обращений различных приложений к NTFS5 разделу, приведённой в методологии StorageReview. От серверных он отличается меньшим диапазоном нагрузок и бОльшим процентом операций записи (для серьёзной рабочей станции предполагается большой объём памяти).

Низкоуровневые характеристики

С особым удовольствием представляем Вам ещё одну (после FC-Test) нашу специальную разработку – тест, который позволит собирать наиболее точную информацию о самых интересных характеристиках испытуемых жёстких дисков. Работы над программой ещё далеко не завершены, однако мы уже можем воспользоваться некоторыми результатами. Например, прецизионно измерить среднее время поиска. Да, да, я не оговорился – именно время поиска.


Время поиска в данном случае вычисляется через среднее время доступа к случайному сектору и частоту вращения шпинделя, измеренные экспериментально. В колонке "Meas. Buffer" указан измеренный объём буфера чтения, который далеко не всегда совпадает с рапортуемым самим устройством. Сегментация – количество независимых участков данных, которые жёсткий диск хранит в буфере чтения. Look-ahead показывает, блоками какого максимального размера устройство производит упреждающее чтение; прочерк в этой колонке означает, что измерить данный параметр не удалось.

Внимательно изучая таблицу, можно заметить рекордно-низкое среднее время доступа у двух старших моделей с классическим ATA интерфейсом. Результаты измерений на полмиллисекунды превзошли заявленное время, что является буквально сногсшибательным явлением. Ведь в измеренное время входит и command overhead, который та же Hitachi регламентирует для операций поиска и чтения как величину порядка 0,5 мс. Мало того, что ни один производитель до сих пор не сумел добиться такой скорости поиска, так ещё и результат этот показан моделями с тремя пластинами, имеющими наиболее тяжёлый актуатор! Однако уже Serial ATA вариант этого же винчестера оказывается несколько медленнее. Странно. Двупластинные модели показывают типичное время, хотя оно и превосходит заявленное в спецификациях. Младшие же модели, как и обещано производителем, оказываются ещё медленнее.

Здесь следует дать пояснение насчёт результатов, помеченных звёздочкой. Дело в том, что первый экземпляр HDS722580VLAT20 не выдержал полного цикла тестирования, его показатели стали резко ухудшаться.


Когда график чтения приобрёл вышеуказанный вид, участник был снят с дистанции. На замену ему пришёл новый экземпляр, на котором в первую очередь были проведены тесты Winbench. Однако, мало того, что среднее время доступа второго претендента оказалось заметно хуже нормы, так ещё и он не вынес марафона. Поэтому в дальнейшем повествовании под моделью "7K250 80GB PATA 2MB" будет скрываться собирательный образ двух винчестеров, каждый из которых не осилил свою часть дистанции.

Теперь об обещанной проверке сегментации буфера чтения. Как видите, результаты измерений очень хорошо коррелируют со "справочными" данными на предыдущие модели: где заявлено 12, намерялось 11; где заявлено 21, намерялось 20. А вот для новой линейки заявленное значение составляет аж 128, однако мы не видим ничего подобного при непосредственных замерах. Да, на старших моделях сегментация увеличилась, но незначительно, а на младших и вовсе осталась без изменений!

Тут самое время пояснить, каким образом в нашем тесте выясняется наличие look-ahead. Если после чтения сектора с номером N и короткой паузы, следующий за ним сектор N+1 возвращается за время меньшее времени одного оборота, значит производится упреждающее чтение. И вот тут выяснилась интересная деталь относительно моделей линейки 7K250 с восьмимегабайтным буфером: они не производят принудительного упреждающего чтения при каждом обращении к диску! Таким образом, их работа оказывается больше похожа на диски SCSI, где упор делается не на потоковые операции, а на быстроту отклика на случайный запрос. Поскольку совсем без упреждающего чтения современный винчестер обходиться не может, остаётся предположить, что в firmware моделей с буфером 8 МБ заложен какой-то новый адаптивный алгоритм look-ahead. Что-то вроде hardware prefetch логики в Pentium 4.

Пусть измерение дистанции look-ahead оказывается не идеально точным (впрочем, при небольших величинах, как у Deskstar 120GXP, замеры выдают очень стабильный результат), можно констатировать, что у Vancouver2 (180GXP) и Vancouver3 (7K250) упреждающее чтение стало значительно более агрессивным. За каждое обращение они считывают в 6 раз больше данных, чем Deskstar 120GXP.

Осталось рассмотреть образцы графиков чтения и сказать пару слов о зонном распределении. Начнём с самых ёмких моделей.

Ах, вот оно что! По какой-то причине ёмкость самой старшей Serial ATA модели оказывается больше своего ATA аналога. Точнее, это ATA модель была урезана до круглого счёта в 250 миллиардов байт, чего раньше за Hitachi (перенявшей эту привычку от IBM) не наблюдалось. До сих пор Hitachi придерживалась политики "давать пользователю немного больше", и её винчестеры имели на несколько гигабайт большую ёмкость, чем продукция конкурентов, а тут… а тут совсем непонятная ситуация, когда две старшие модели оказались "укорочены", а остальные – нет. Отсюда и шокирующее среднее время доступа: отсечение части доступных дорожек приводит к уменьшению диапазона перемещения актуатора и, следовательно, к уменьшению среднего времени доступа. Будем иметь это ввиду при трактовке дальнейших результатов тестов!

Судя по графику, модель в 200 ГБ получена отключением одной из шести поверхностей у модели ёмкостью 250 ГБ. Полученная при этом ёмкость была также округлена до более-менее круглого количества секторов. Графики остальных винчестеров линейки 7K250 не принесли неожиданностей, за исключением одного. Взгляните на ЭТО:

По сильно растянутой форме графика можно подумать, что эта модель получена урезанием одной четверти доступных дорожек от HDS722580VLAT20, на что намекает и её название. Очень низкая скорость вынуждает предположить, что урезанию подверглись самые ёмкие дорожки, однако сопоставление зонного распределения не позволяет локализовать схожие участки, а показанное этой моделью среднее время доступа мало отличается от остальных. Следовательно, для 60 ГБ модели (кстати, о ней нет никаких упоминаний в спецификациях) использовалось индивидуальное зонное распределение. Но что заставило Hitachi сделать такую низкую плотность секторов? Для сравнения приведу график чтения первой модели Vancouver с плотностью хранения 40 ГБ на пластину.

Модель чуть ли не трёхгодичной давности показывает большие линейные скорости, чем мутант под названием HDS722580VLAT20 ёмкостью 60GB! Кстати, в связи с определённой путаницей в названиях, в дальнейших тестах испытуемые жёсткие диски будут именоваться не модельными номерами, а собирательными именами следующего вида:


Ну что ж, начнём наш обычный цикл тестирования рабочих качеств винчестеров.

Последовательное чтение/запись

Данное испытание является одним из самых простых для винчестеров, но, тем не менее, иногда преподносит сюрпризы. Оно позволяет оценить, насколько хорошо электроника жёстких дисков справляется с блоками данных различного размера. Таблица IOMeter Sequential.

Поскольку в таблице собрано много однотипных винчестеров, отличающихся только ёмкостью, мы выбрали несколько типичных результатов и свёли их на графиках. Начнём анализ с чтения.


Первое, что бросается в глаза, это полуторакратное отставание на мелких блоках всех поголовно моделей линейки 7K250 от их предшественников. Весьма неожиданное начало, неправда ли? Между прочим, мы явно наблюдаем тенденцию к ухудшению результатов с каждой новой моделью. К счастью, в жизни чтение блоками небольшого размера случается не часто, видимо этим фактом и руководствовались инженеры, принося эффективность работы в жертву… чему? Остаётся только догадываться.

Обратите внимание, как ведут себя модели 7K250 с двухмегабайтным буфером – они стабильно обгоняют собственных братьев с буфером 8 МБ. Помните сделанный в предыдущем разделе вывод об отсутствии у последних принудительного упреждающего чтения? Мы видим этому косвенное подтверждение. Но в целом их показатели близки, и можно сказать, что адаптивный алгоритм look-ahead у Hitachi удался.

Красным цветом на диаграмме выделен график отличившейся наихудшими результатами модели ёмкостью 60 ГБ. Судя по всему, её можно заранее списать со счетов – ждать от неё высокой производительности не приходится.


Последовательная запись оказывается куда менее обескураживающим мероприятием, хотя и здесь наблюдается тенденция к ухудшению результатов с каждой новой инкарнацией Vancouver. Неужели инженеры в самом деле медленно, но верно замедляют электронику? Косвенно это подтверждается и замерами времени отклика электроники на различные команды. Но зачем это нужно? Многие помнят, что микросхема центрального контроллера на жёстких дисках IBM при работе очень сильно нагревалась, можно предположить, что Hitachi таким образом борется за уменьшение тепловыделения до тех пор, пока не освоит производство нового чипа контроллера по более прогрессивной технологии.

IOMeter: среднее время доступа

Теперь рассмотрим среднее время доступа при чтении и записи, взяв два крайних случая паттерна Database (о котором подробно поговорим чуть позже) при постоянной нагрузке в один запрос. Таблица IOMeter Random data access.

Результаты среднего времени доступа при чтении мы сможем сравнить с измерениями нашей собственной утилиты, приведёнными выше. Для удобства мы также представим их в виде диаграммы.


Поскольку измерения производятся для блоков разного размера (8 КБ против одного сектора в нашей программе), ожидать 100% совпадения результатов было бы глупо. Тем не менее, порядок следования результатов, отсортированных по возрастанию времени, оказываются на удивление одинаковым. Лишь четыре двухпластинные модели в самой середине рейтинга обменялись местами. Неплохое начало для ранней версии нашего бенчмарка, не правда ли?


Теперь, когда мы удостоверились в близости результатов разных измерений времени доступа, можно подробнее остановиться на их анализе. Как мы уже говорили выше, все модели Deskstar 7K250 по времени поиска можно разделить на три группы, в соответствии с количеством пластин с данными. Однопластинные модели, точно следуя спецификациям, имеют самое плохое время доступа. К этой группе примыкает трёхпластинный Vancouver 2. В одном из прошлых обзоров мы выяснили, что в семействе Deskstar 180GXP самым медленным по поиску является именно он. В отличие от предшественников, у Vancouver 3 самыми быстрыми оказываются трёхпластинные варианты, но, как мы выяснили, за счет урезания части треков. В целом можно считать, что среднее время поиска по сравнению с первым Vancouver нисколько не изменилось.

Здесь мы видим и подтверждение теории о влиянии количества сервосекторов на скорость доступа к данным. По крайней мере, Deskstar 180GXP, имеющий самое низкое отношение количества сервосекторов к количеству треков, показывает результаты лишь чуть-чуть лучше однопластинных моделей 7K250 с замедленным на 0.3 мс поиском.


Быстродействие при записи по случайным адресам зависит не только от среднего времени поиска, но и от того, как много запросов firmware может "складировать" у себя в буфере, и насколько эффективно эти отложенные запросы сортируются. Здесь мы опять можем выделить одно-, двух- и трёхпластинные группы, и лишь один результат выпадает из системы. Это 250 ГБ модель с интерфейсом Serial ATA. Дать вразумительное объяснение её поведению сложно, можно лишь констатировать факт.

Отношение среднего времени отклика при чтении к среднему времени отклика при записи покажет нам эффективность реализации отложенной записи.


Итак, очевидно, что в Vancouver 3 было модернизировано не только упреждающее чтение, но и отложенная запись. Однако сказанное верно только для старших моделей с двумя и более пластинами.

Рекордсменом оказалась модель HDS722525VLAT80, сумевшая показать результат выше 2 и перекрыть давно державшийся за Western Digital рекорд. Двухпластинные модели показали стабильно высокий результат, а однопластинные даже не смогли превзойти предыдущие поколения, занявшие место точно посередине турнирной таблицы. Вот такая у Hatachi дискриминация продуктов: самое лучшее – в старшие модели, а младшие и так перебьются.

Кстати, Serial ATA варианты всегда отстают от ATA аналогов. Что это, плата за снижение быстродействия электроники? Ведь Vancouver 3 не имеет нативной поддержки Serial ATA и пользуется услугами чипа-транслятора. Особенно низки при записи оказались результаты Serial ATA модели максимальной ёмкости, и нам не остаётся ничего другого, как подозревать наличие у неё экспериментальной версии firmware.

IOMeter: Database

Пришла пора взяться и за паттерн Database, с помощью которого мы сможем наглядно изучить способности винчестеров комбинировать операции записи с операциями чтения. Таблица IOMeter Database.

Последовательная нагрузка, когда длина очереди команд равна нулю, является самым распространённым вариантом взаимодействия приложений с винчестером, поэтому наиболее полезным будет посмотреть характеры винчестеров именно в таком контексте. На графике собраны по одному представителю каждого сословия, чьи результаты являются типичными для своей группы.


Наш новоявленный рекордсмен – HDS722525VLAT80 – стабильно опережает всех при любых комбинациях чтения и записи. Вообще, характеры почти всех Vancouver оказались весьма схожими, как и положено родственникам, отличаются лишь модели 7K250 с буфером 2 МБ. Доступный размер буфера у них (относительно первого Ванкувера) немного уменьшился, а агрессивность упреждающего чтения значительно увеличилась. В результате, размера буфера не хватает для накопления и оптимизации запросов, из-за чего отложенная запись становится заметна лишь при 100% операций записи.

Очень близкие результаты показывают младшие модели 7K250 с буфером 8 МБ и предыдущие поколения Vancouver. Хорошо, когда в новом продукте проглядываются наследственные черты, жаль лишь, что модели разных ёмкостей искусственно поставлены производителем в неравные условия… кстати, а не изменилась ли масштабируемость по нагрузке? До сих пор продукция Hitachi (а ещё раньше – IBM) демонстрировала прекрасный аппетит.


При 100% чтении никаких сюрпризов, всё строго по науке, и разница между участниками пренебрежительно мала.


При 100% записи разница стала довольно большой, но сюрпризов по-прежнему не заметно: характер изменения производительности с ростом нагрузки похож у всех винчестеров, а лидеры и аутсайдеры нами были определены ещё в предыдущем разделе.


А вот в комбинированном режиме (усреднены данные для всех вариантов нагрузки, кроме двух уже рассмотренных выше) становится интереснее. Наилучшей масштабируемостью отличился самый первый Vancouver. Такой же профиль, но немного ниже по значениям, показали и “двухмегабайтные" 7K250. Похоже, разница в их показателях объясняется только разным средним временем поиска. У Serial ATA 7K250 характер схож с ATA собратьями с тем же размером буфера (8 МБ), а Vancouver 2 оказывается где-то между "прошлым и будущим".

Выясняется, что 7K250 с буфером 8 МБ менее охотно увеличивает производительность с ростом нагрузки. При измерениях низкоуровневых характеристик мы уже отмечали, что в них применён некий усовершенствованный алгоритм упреждающего чтения. Кроме того, там же можно заметить, что у них на треть сократился доступный объём буфера чтения. Возможно, это является следствием работы адаптивных алгоритмов, возможно нет, но это привело к некоторому ухудшению масштабируемости. Правда, до четырёх одновременных запросов разница пренебрежимо мала, а бОльшие нагрузки типичны лишь для высоконагруженных серверов. Так давайте посмотрим, как участники справятся с нашими паттернами, имитирующими сервера и рабочие станции.

Эмулирующие паттерны

Таблица IOMeter Workload-emulating patterns.

Для рабочих станций не характерны большие очереди запросов, поэтому паттерн Workstation запускался с небольшими нагрузками. Мы продолжаем использовать этот, критикуемый некоторыми коллегами, тест потому, что на типичной рабочей станции не бывает идеальных условий, в которых проводятся большинство других тестов. В частности, одновременно к диску обращается далеко не одно приложение, диск обычно порядочно заполнен данными, и данные нередко оказываются фрагментированными. Вот такой крайний случай и имитирует наш паттерн.


Лидируют, как и ожидалось, оба варианта HDS722525VLAT80 (с ёмкостями 250 и 200 ГБ). Меньшее среднее время доступа позволяет им показывать повышенные результаты; учитывая этот факт, победу приходится присудить самому первому Ванкуверу, а лишь за ним поместить ATA варианты 7K250 с буфером 8 MB. Скорее всего, именно адаптивное упреждающее чтение позволило им слегка опередить остальные модели семейства, расположившиеся очень плотной группой с Deskstar 180GXP во главе. Serial ATA варианты опять немного отстают от своих ATA аналогов, так что нам опять остаётся предположить негативное влияние используемых в них чипов-трансляторов.

Однопластинные модели с буфером 2 МБ, как им и полагается по задуманному Hitachi ранжиру, заняли место в конце строя. Правда одна модель из него выбивается: это уже обсуждавшийся в разделе "Низкоуровневые характеристики" странный и недокументированный вариант ёмкостью 60 ГБ. Не думаю, что на этом событии стоит заострять внимание, поэтому предлагаю перейти к серверным паттернам.

Дисковая система серверов может испытывать значительно большие нагрузки, чем винчестер персонального компьютера, поэтому и диапазон испытываемых нагрузок изменён в большую сторону.


Как это ни странно, но картина значительно изменилась. Во первых, Serial ATA модели скатились в самый конец списков. Хотя, если задуматься, всё вполне объяснимо: при анализе результатов Database мы уже отметили ухудшившуюся масштабируемость старших моделей линейки 7K250 по нагрузке в смешанных режимах, что и обусловило полученную в этом паттерне закономерность. Лидирует Deskstar 120GXP, в затылок ему дышат двухпластинные модели 7K250 с буфером 2 МБ, а уже после них равномерно распределились все остальные участники.

Теоретически, если совсем убрать запросы на запись, мы должны получить совершенно иную картину. Паттерн webserver как раз и отличается отсутствием запросов на запись.


Да, да и ещё раз да! При отсутствии записи вперёд выходят старшие модели ёмкостью 250 ГБ, а за ними следует Deskstar 120GXP (однако, очень бойкий оказался старичок). На этот раз Deskstar 180GXP скатился почти в самый низ списка, обойдя лишь бюджетные модели 7K250. Хотя в целом разница в результатах этого паттерна настолько мала, что о ней не стоит говорить всерьёз. Кроме того, она почти полностью объясняется отличиями в среднем времени поиска различных моделей.

Winbench

Перейдём к старожилу нашего тестового набора – Ziff Davis Winbench 99. Таблица Winbench 99.

Как я уже неоднократно упоминал в предыдущих статьях, если учесть его сильную зависимость от объёма диска, Winbench 99 хорошо отражает особенности firmware жёстких дисков. Для правильного анализа лишь необходимо рассматривать порознь каждый из включенных в состав Disk Winmarks тестов, что позволит получить достаточно верное представление о способностях современных винчестеров.

Как обычно, business winmarks очень трепетно относятся к наличию у винчестеров буфера объёмом 8 МБ: в этом случае результаты сразу возрастают на 27%. В остальном же всё весьма закономерно, если не считать неожиданную победу Deskstar 120GXP над своими более молодыми аналогами. Обладая номинально одинаковым (если вспомнить низкоуровневые тесты, то это оказывается не совсем так) размером буфера, но намного большей плотностью записи данных, 7K250 умудряется проиграть. Дать этому объяснение лично я не возьмусь.

Уже на примере Advanced Visualization Studio мы начинаем наблюдать вышеупомянутую прямую зависимость результатов от объёма винчестера. Хотя на FAT32 закономерность не такая чёткая, да и разрывы поменьше, чем на NTFS. Что интересно, 7K250 ёмкостью 120 ГБ опять не сумел обогнать своего предка, а Deskstar 180GXP также очень успешно противостоит молодому поколению. Складывается ощущение, что Hitachi вообще ничего не меняла в алгоритмах firmware, хотя мы с Вами уже точно знаем, что это не так. Ладно хоть ничего не испортили :).

А вот FrontPage, как обычно, выдаёт самые противоречивые результаты. Вроде бы налицо зависимость от размера буфера, но побеждает Desksrat 120GXP. Вроде есть связь с объёмом диска и скоростью чтения/записи, а закономерности никакой не наблюдается. Странный тест.

С Microstation куда проще, хотя и тут возможны мелкие неожиданности вроде мощного рывка наверх Serial ATA модели ёмкостью 80 ГБ или непривычно низких результатов двухпластинных моделей 7K250 на FAT32. Но это, скорее, случайности, тогда как закономерности остаются достаточно чёткими: увеличенный размер буфера превалирует над зависимостью от ёмкости диска, на FAT32 обеспечивая до четверти прироста производительности, а Serial ATA немного медленнее классического ATA.

И снова предшественники ни в чём не уступают молодому поколению! Это уже начинает становиться подозрительной тенденцией.

Adobe Photoshop, благодаря давно отмеченной нами привязанности к линейной скорости, немного её (зарождающуюся тенденцию) нарушает. Хотя и здесь преимущество 7K250, мягко говоря, иллюзорно, потому что Deskstar 180GXP борется на равных. А вот калека ёмкостью 60 ГБ отстал весьма солидно.

Более того, в Adobe Premier Deskstar 180GXP умудряется выйти в лидеры на NTFS! 60 ГБ модель отстаёт ещё больше, а буфер 8 МБ перестаёт быть гарантией большей производительности. Просто мистика какая-то!

Совершенно другой тест, который обычно был весьма чувствителен к отложенной записи, опять не помогает нам дифференцировать три поколения Vancouver. Deskstar 120GXP упорно не желает заметно отставать от 7K250, а Deskstar 180GXP всё также норовит выиграть! Видимо, я несколько поторопился с выводом о том, что Hitachi ничего не испортила.

Ну, наконец, хоть немного порядка! На FAT32 увеличенный буфер обеспечивает до 20% прироста производительности, на NTFS несколько поменьше. Deskstar 120GXP и 180GXP по-прежнему не сдаются, и теперь уже можно утверждать, что это – не случайность.

В заключение, рассматривая интегральный показатель High-End Disk Winmarks, подведём промежуточные итоги.

Высказанная нами в разделе "Среднее время доступа" гипотеза о замедлении электроники в Deskstar 7K250 нашла полное подтверждение во всех без исключения тестах Winbench. Обладая лучшими физическими данными, Vancouver 3 c огромным трудом опережает своих предшественников. Внутри же линейки ситуация такая.

Serial ATA модели стабильно немного уступают классическому ATA.
Увеличенный размер буфера не так уж сильно улучшает производительность.
Результаты странной модели ёмкостью 60 ГБ иначе как плачевными не назовёшь.
Модель ёмкостью 40 ГБ, несмотря на показанную в разделе "Физические параметры" развитую сегментацию, ничем особенным в тестах себя не проявила.

FC-Test

Традиционно закончим изучение анализом скорости реальных файловых операций, для чего воспользуемся специально разработанным для этих целей тестом. Таблицы FC-Test, FAT32 и FC-Test, NTFS.

Дабы сократить объём картинок, на этот раз в диаграммах представлены результаты не всех паттернов, а лишь некоторых особо показательных или особо полезных комбинаций.

Как это ни парадоксально, по скорости записи уверенно лидирует прежнее поколение Vancouver (да и самое первое поколение смотрится молодцом), тогда как новое отчего-то не блещет. В принципе, назвать скорость записи 7K250 низкой язык не поворачивается, но и высокими показанные результаты никак не назовёшь. Из неожиданностей можно отметить стабильное преимущество 250 ГБ моделей над остальными представителями линейки 7K250 и необычно низкие результаты 200 ГБ модели. Честно говоря, ума не приложу, чем это может быть вызвано; разве что различиями в firmware? Примечательно также то, что увеличенный размер буфера почти не сказывается на скорости записи.

Скорость чтения файлов больше зависит от линейной плотности хранения данных, чем от firmware и других факторов, поэтому здесь новое поколение Vancouver всё же обгоняет своих предшественников. Хотя с уменьшением размера файлов это преимущество тает. В тестах линейного чтения IOMeter мы видели, как сильно ухудшилась эффективность электроники на кластерах небольшого размера, теперь мы видим подтверждение того же в реальном тесте. Восьмимегабайтный буфер и здесь приносит мало пользы, возможно потому, что винчестеры IBM всегда умели грамотно распорядиться даже буфером небольшого размера.

Вот, наконец, при копировании появились первые сдвиги к лучшему. На FAT32 старшие модели 7K250 намного обогнали Deskstar 180GXP, а на NTFS стала очевидна разница между объёмом буфера 2 и 8 МБ. Однако уже старенький Deskstar 120GXP ничуть не уступает младшим 7K250, временами даже их опережая! Serial ATA винчестеры стабильно уступают своим ATA аналогам, и это неудивительно, если не забывать о реализации нового интерфейса при помощи так называемого "сериализатора".

Копирование файлов из раздела в раздел дало таки более-менее стабильную картину быстродействия: больший буфер увеличивает скорость копирования более чем на 50%, а модели 7K250 с буфером 2 МБ никак не могут обогнать старичка Deskstar 120GXP! Deskstar 180GXP уступает старшим 7K250 довольно много. Стала понятна и причина отставания Serial ATA моделей: HDS722516VLSA80 единственный был протестирован на новой версии драйвера для Promise SATA150 TX2, и, как видите, он даже немного обогнал свой ATA аналог.

Здесь мы можем наблюдать и самые впечатляющие разрывы в одной линейке: модель 250 ГБ копирует файлы из раздела в раздел в два раза быстрее модели 80 ГБ!

Заключение

Выводы из этого тестирования, похоже, получатся не очень оптимистичными. Судя по всему, эра бурного увеличения производительности жёстких дисков, когда каждое новое поколение легко опережало старое во всех областях применения, закончилась. Стремительному росту производительности мы были обязаны совершенствованием микропрограмм firmware жёстких дисков; теперь же развитие прекратилось. Фантазии и мастерству программистов есть предел, и вот все производители достигли примерно равной производительности своих продуктов. Дальнейшее её увеличение идёт чисто количественными методами: ростом плотности хранения данных, увеличением размера буфера, большей частотой вращения шпинделя. Ожидать какого-то резкого скачка приходится только от новых технологий, более совершенного протокола взаимодействия операционной системы с винчестером. Да, да, я говорю о приближающемся распространении интерфейса Serial ATA II и его главной вкусности – NCQ. Хотя, загадывать – дело неблагодарное, давайте просто подождём этого момента и всё увидим воочию, благо ждать осталось совсем недолго.

Но надо сказать несколько слов и о предмете сегодняшнего исследования – линейке Hitachi Deskstar 7K250.

Главное, и самое парадоксальное открытие состоит в том, что производительность трёх поколений Vancouver оказалась примерно равной в большинстве тестов! Выходит, IBM так высоко подняла планку, что ни она сама, ни, теперь, Hitachi, не могут её покорить вот уже на протяжении почти трёх лет. Конечно, определённый прогресс наблюдается, но ему всегда сопутствует малоприятный регресс. Вытягиваем голову – увязает хвост, и наоборот. Какие цели преследовали инженеры Hitachi, создавая 7K250 таким, каким он получился, с чем боролись – мы можем только гадать.

Первое отличие 7K250 от предшественников открыто взору любого наблюдателя. Это перевод производства микросхемы центрального контроллера на производственные мощности Infineon. Пока без значительной модификации логики, без смены ядра процессора – система команд 7K250 полностью повторяет уже знакомую ремонтникам систему команд винчестеров IBM. Возможно, именно сменой производителя контроллера объясняется некоторое замедление электроники 7K250, приведшее к ухудшению производительности на мелких блоках данных. Сказалось ли это на надёжности, покажет время. Пока мы можем лишь отметить, что многие однопластинные модели 7K250 страдают точно теми же проблемами, которые мы наблюдали у первых экземпляров Deskstar 180GXP, попавшими в нашу лабораторию. Речь об ухудшении производительности, вызванном нестабильностью чтения данных, появляющейся после тестирования винчестера серьёзной нагрузкой. Тогда как все старшие модели с честью выдержали полный цикл испытаний.

Кроме того, Hitachi намеренно поставила старшие и младшие модели в неравные условия, введя ряд ограничений на уровне firmware. В результате, безусловным фаворитом выглядят самые старшие модели в линейке, ёмкостью 250 ГБ, являющиеся на сегодняшний день одними из самых производительных винчестеров в мире. Остальные уступают им в большей или меньшей степени, поэтому при сравнении 7K250 с конкурентами необходимо всегда делать оговорки о ёмкости моделей.

Неприятный сюрприз преподнесла наименее ёмкая модель линейки, о которой можно смело сказать "нелюбимое дитя". Она стабильно отставала от всех на заметную глазом величину, поэтому приходится рекомендовать при выборе винчестера не обращать на неё никакого внимания.

Основным нововведением в линейке 7K250 оказалось появление моделей с Serial ATA интерфейсом, но и здесь ничего удивительного не произошло – производительность таких решений нисколько не превосходит классические.