Seagate Momentus 5400.3 емкостью 160 Гб - с технологией перпендикулярной записи!

Суперпарамагнитный тупик

В начале двадцать первого века производители жёстких дисков были охвачены форменной эйфорией. Переход на использование GMR-головок сулил долгосрочные перспективы в увеличении плотности записи на долгие годы вперёд. Только уменьшай постепенно размеры головок и размер зерна в магнитном слое пластин – и дело в шляпе.
Можно раз в восемь-девять месяцев рапортовать о выпуске новой линейки жёстких дисков с максимальной ёмкостью в полтора, а то и два раза большей, нежели у предыдущего поколения и раз в квартал рапортовать о прибылях.

Однако, как и все долгосрочные прогнозы, этот тоже не оправдался. Проблема оказалась в том, что при уменьшении размеров магнитных зёрен увеличивается вероятность самопроизвольной смены зерном полярности намагниченности, которая происходит под действием магнитных сил от соседних зерён. Так как при текущем уровне плотности записи один домен содержит всего несколько десятков зерен, то осцилляция всего одного зерна может вызвать лавинообразный эффект. Очевидно, что в таком случае проблема надёжности хранения записанной информации встаёт очень остро.
Как же бороться с таким эффектом? Использовать на нанесения на пластины материал с бОльшей коэрцитивной силой нельзя – понадобится увеличивать размер магнитной головки (нужно же будет увеличить силу магнитного поля), а это недопустимо, так как от размеров головки зависит и плотность записи.
Неужели нет способа преодолеть этот суперпарамагнитный барьер? Ан, есть!

Перпендикулярный мир

Свет в конце тоннеля забрезжил, когда специально обученные учёные под угрозой сокращения грантов на исследования вспомнили об известном уже более чем сотне лет способе перпендикулярной записи.
Не всё простое – гениально, но всё гениальное, воистину, просто, как апельсин.
Суть метода перпендикулярной записи – ориентировать магнитные домены не вдоль по ходу движения головки, а перпендикулярно!

Вот так примерно выглядит «традиционная» головка чтения записи для «продольной записи»


Слева мы видим читающую часть головки - GMR-датчик, а справа – подковообразную головку записи. Генерируемое головкой магнитное поле замыкается между полюсами через пластину, ориентируя проходящие под ней домены в одном либо другом направлении в зависимости от полярности подводимого к головке тока. При этом, как наглядно показано на иллюстрации, домены ориентируются в продольной плоскости.

Головка чтения/записи для перпендикулярного метода записи выглядит примерно так:


Обратите внимание на два момента. Во-первых, читающая головка не претерпела никаких изменений. Во-вторых, головка записи, судя по всему, заработала флюс на одну щёку. :)
Один её полюс значительно толще другого! За счёт этого, вкупе с наличием специального магнитопроводящего слоя в пластине, изменилось направление магнитного поля. Теперь оно с узкого полюса головки «проникает» в пластину до магнитопроводящего слоя и замыкается через широкий полюс. Достигнутый за счёт разницы в геометрических размерах полюсов дисбаланс в плотности магнитного поля позволяет писать данные под узким полюсом и «не стирать» данные – под широким.
Конечно, для того, чтобы этот метод работал, необходимо не только изменение формы головки, но и новая конструкция пластины. Необходимо было добавить тот самый магнитопроводящий слой и…барабанная дробь… избавиться от алюминия!


Вот так выглядит в разрезе пластина для перпендикулярной записи. Под защитным покрытием находится магнитный слой, ниже него – два слоя из магнитопроводящего материала, разделённые тонким слоем хорошо знакомого нам AFC (Antiferromagneticall coupling). Ещё ниже мы видим адгезивный слой и что-то с замысловатым названием «Substrate». Возможно, у кого-то сейчас кольнёт в груди… Это – СТЕКЛО!
Всё возвращается на круги своя и вот опять стекло вернулось в индустрию жёстких дисков. Будем надеяться только, что новое поколение слоя адгезии обеспечит лучшую адгезию (прошу прощения за тавтологию) металла и стекла.
Вернёмся к «SoftUnderlayer» - обратите внимание, что на иллюстрации с «перпендикулярной» головкой в магнитопроводящем слое изображено зеркальное отражение головки. Действительно, этот слой как бы становится второй головкой, «летящей» под магнитным слоем.
Забавно, но если мысленно повернуть обе головки – нормальную и зеркальную – вправо на 90 градусов, то мы увидим… головку с первой иллюстрации! Вот такой получается перпендикуляр! :)

Seagate Momentus 5400.3 ST9160821A

Всегда приятно первым добиться успеха в каких-то делах. Компанию Seagate нельзя назвать первооткрывателем технологии перпендикулярной записи, позволяющей существенно увеличить емкость жестких дисков и улучшить скоростные характеристики, и не она первая применила ее на практике. Несмотря на это пионером в какой-то мере можно считать и ее, поскольку именно она смогла первой реализовать перспективную инновацию в винчестерах 2.5" форм фактора. Речь идет о приводах семейства Momentus 5400.3. Событие, если не эпохальное, то весьма значимое. Дело в том, что следом за ними последуют другие накопители, произведенные с использованием технологии перпендикулярной записи от прочих производителей, обладающие существенно лучшими характеристиками по сравнению с моделями, выполненными традиционным способом. И это касается не только приводов 2.5" форм-фактора, но и 3.5" устройств, которые, вероятно, интересуют наших читателей в большей степени.
Так как ёмкость накопителей всё-таки остаётся одним из самых важных критериев для покупателей, производители накопителей на жестких дисках начали внедрять технологию перпендикулярной записи в первую очередь с наиболее компактных устройств, объем которых является наиболее критичным (что важно для пользователей) и существует возможность получения максимальной прибыли на проданный винчестер (что очень интересно самим компаниям).

В наше распоряжение попала самая емкая модель семейства Seagate Momentus 5400.3, имеющая объем 160 Гб и мы, разумеется, не смогли пройти мимо возможности сравнить этот накопитель с аналогичными приводами других компаний, чья емкость составляет не менее 100 Гб, которые были протестированы ранее и имеют аналогичную скорость вращения шпинделя (См. например, статью). С техническими характеристиками всех этих устройств можно познакомиться по следующей ссылке.


Семейство накопителей выполненных с использованием принципиально новой технологии состоит из шести моделей объемом 40, 60, 80, 100, 120 и 160 Гб. Как видим, из приведенного списка, диапазон емкостей предоставляет широкие возможности для выбора пользователям наиболее адекватного своим запросам устройства. Скорость вращения шпинделя составляет 5400 об./мин. Объем буера равен 8 Мб. Среднее время поиска составляет 12.5 мс, а латентность – 5.6 мс. Накопители поддерживают интерфейс Ultra ATA/100. Среди особенностей приводов данного семейства можно отметить со слов производителя специальный дизайн, обеспечивающий повышенную прочность винчестеров и устойчивость к ударным нагрузкам – в рабочем состоянии до 350 Gs и нерабочем – до 900 Gs. Компания Seagate подчеркивает, что, несмотря на скорость вращения шпинделя 5400 об./мин реальное энергопотребление жестких дисков семейства 5400.3 соответствует моделям со скоростью вращения шпинделя 4200 об.мин. Быстродействие же также по заявлению производителя примерно на 50 % выше.
Розничная стоимость винчестера в нашей стране пока неизвестна, поскольку официально он пока еще не продается. Можно только предположить, что стоить он будет не меньше 400 у.е – поначалу, разумеется.

Методика тестирования

Для тестирования использовались следующие программы:

WinBench 99 2.0;
FC-Test 1.0;
PCMark05;
IOMeter 2003.02.15.

Тестовая система была следующей:

Системная плата – Albatron PX865PE Pro;
Центральный процессор – Intel Pentium 4 2.4 ГГц;
Жесткий диск – IBM DTLA-307015 15 Гб;
Графический адаптер – Radeon 7000 32 Мб;
ОЗУ – 256 Мб;
Операционная система – Microsoft Windows 2000 с Service Pack 4.

Тестирование осуществлялось с "дефолтными" 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 также с размером кластера по умолчанию.

IOMeter: Sequential Read & Write

С помощью низкоуровневого теста IOMeter проводилось изучение скоростных характеристик накопителей во время выполнения ими операций линейного чтения и записи. В процессе тестирования на них подавался поток запросов на чтение/запись с глубиной очереди команд, равной четырём и раз в минуту меняется размер блока данных. В результате этих действий мы получили зависимость скорости линейного чтения/записи приводов от размера блока данных.

Сначала взглянем на положение дел со скоростью линейного чтения. На первой диаграмме отчетливо видна существенная разница между показателями винчестера Seagate ST9160821A и прочих накопителей. Новый жесткий диск заметно быстрее всех своих оппонентов при размере блока данных начиная с 8 Кб.

Вторая диаграмма отражает скорость линейной записи. Сразу бросается в глаза, то, что картина, которую мы видим, очень напоминает предшествующую. Опять Seagate ST9160821A превосходит по быстродействию все другие приводы, начиная с блоков данных размером 8 Кб.
Таким образом эффект от внедрения новой технологии в виде увеличения скоростей чтения и записи в данном случае неоспорим.

WinBench 99

Уже при просмотре графика линейного чтения мы видим, что новый винчестер благодаря своей повышенной плотности записи добивается весьма высоких показателей по скорости чтения. Обратите внимание, что линия на диаграмме не имеет ярко выраженных ступенек с длинными горизонтальными участками.


Дело в том, что в этом накопителе Seagate использовала технологию адаптивного форматирования. Суть этой технологии в том, что для каждой пары поверхность-головка выбирается та схема распределения плотности по зонам, которая наилучшим образом сочетает скорость и надёжность.
Если параметры головки и пластины высокие – на треке можно разместить больше секторов – растёт продольная плотность. Если головка либо поверхность подкачала – ничего страшного – на этой поверхности нарежут большее количество треков.

Кстати, с началом применения этой технологии утрачивает свою смысловую нагрузку термин «N-гигабайтные пластины» - ёмкость конкретной пластины не обязательно составляет половину или треть от ёмкости накопителя, так как вполне вероятен случай, что на обоих сторонах одной пластины попались неудачные головки. Ничего страшного – общую ёмкость накопителя можно «вытащить» за счёт другой/других пластин. Или, в самом неудачном случае – уменьшить ёмкость накопителя на ступень.
Главный бонус от применения такой технологии – нет надобности заранее тестировать головки на сходность параметров перед сборкой пакета головок и практически полное отсутствие брака при изготовлении жёстких дисков.

Итак, а как же узнать, что там у нового диска внутри? Cколько секторов на треке у нового диска и велика ли разница в плотности записи на различных поверхностях?
У нашего диска (так как форматирование – адаптивное, то каждый диск, можно сказать, -уникален) зонная карта оказалась такой:


На диаграмме мы «в масштабе» нарисовали истинную карту зон плотности записи по каждой головке. Отлично видно, что для всех четырёх головок эта схема – уникальна. Показательно и то, что каждая поверхность имеет разное количество треков.
В этом, кстати, кроется причина некоторой нестабильности измерения времени случайного доступа. В связи с тем, что большинство тестов использует для определения времени случайного доступа небольшое количество запросов (обычно 256 – 2500) распределение запросов между пластинами отнюдь не равномерное…
Что же касается плотности записи, то на двух головках достигнуто SPT(SectorPerTrack) = 1120 секторов. Если бы не низкая скорость вращения шпинделя, то Momentus 5400.3 мог бы опередить по скорости линейного чтения диск Barracuda 7200.7!

Посмотрим, насколько отразилось использование технологии перпендикулярной записи на общем быстродействии винчестера, измеренного в показателях Disk WinMark. Сначала рассмотрим ситуацию, связанную с использованием файловой системы FAT32.

То, что мы видим на диаграмме, можно назвать в некоторой степени сюрпризом. По интересующему нас в первую показателю High-End Disk WinMark винчестер Seagate ST9160821A оказался не самым лучшим, существенно уступив накопителю Fujitsu MHV2100AH. Точно такая же ситуация и по Business Disk WinMark. Увы, только второе место.

Теперь, перейдем к случаю, когда накопитель был размечен под файловую систему NTFS.

Судя по результатам тестирования, представленным на диаграмме, ситуация с положением жесткого диска Seagate ST9160821A не претерпела никаких изменений в лучшую сторону. Более того, представитель семейства Momentus 5400.3 смог занять только четвертое место по показателю High-End Disk WinMark.


На графике, отражающем линейную скорость чтения в начале и в конце диска, мы становимся свидетелями триумфа технологии перпендикулярной записи – безоговорочная победа винчестера Seagate ST9160821A.


Последняя диаграмма данного раздела демонстрирует время доступа. Наш главный герой выступил весьма неплохо – не лидер, но и не аутсайдер.

FC-Test

Теперь посмотрим, каких результатов добился новый накопитель компании Seagate в тестах проведенных с помощью программы FC-Test. Показатели быстродействия приводов, полученные подобным образом, являются наиболее реалистичными, поскольку с помощью этой утилиты воссоздаются конкретные жизненные ситуации, возникающие в процессе эксплуатации винчестеров.
Достоверность данных базируется на принципе действия программы FC-Test. В процессе тестирования производится измерение времени, необходимого на проведение операций создания (записи), чтения и копирования определенных наборов файлов, которые отличаются между собой размерами и количеством входящих в них файлов. Затем на основе зафиксированного времени осуществляется вычисление практической скорости работы накопителей.
Напомним, что наборы Windows и Programs включают в себя большое количество мелких файлов, а остальным трем паттернам (ISO, MP3 и Install) свойственно ограниченное количество файлов более крупного размера. Во время операций копирования диски разбиваются на два равных логических раздела объемом по 32 Гб. Паттерны копируются либо внутри одного раздела, либо из одного раздела в другой. Несмотря на то, что в таблицах приведены все показатели для всех пяти рассмотренных нами ситуаций, в итоговых диаграммах для простоты и удобства восприятия мы ограничили число паттернов до трех. Жесткие диски на них мы сгруппировали по производителям, а рядом с винчестером Seagate ST9160821A, ближайший к нему накопитель по емкости, имеющий объем 120 Гб.


Посмотрим, какие результаты были получены и начнем со случая использования файловой системы FAT32. Правда, в данном случае отсутствуют показатели для привода компании Hitachi, который в своё время не смог пройти этот тест.


На первой диаграмме представлена скорость записи (создания) файлов. Интересующий нас винчестер Seagate ST9160821A оказался одним из самых быстрых, продемонстрировав практически такую же производительность, как и его родственник объемом 120 Гб. Особенно большой отрыв от остальных накопителей заметен при работе с наборами крупных файлов.


Следующий график отражает результаты, полученные при измерении скорости чтения приводов. Мы видим, что жесткий диск Seagate ST9160821A по этому показателю опережает всех своих оппонентов – его превосходство сомнению не подлежит.


Копирование файлов в пределах одного раздела показывает, что при работе с наборами крупных файлов винчестер Seagate ST9160821A оказывается самым быстрым. В случае, когда размер файлов незначителен, новый жесткий диск начинает проигрывать своим основным конкурентам в лице приводов Fujitsu MHV2100AH и Seagate ST9120821A.


В случае копирования файлов из одного раздела в другой винчестер Seagate ST9160821A по быстродействию мало отличается от другого привода той же компании - ST9120821A. Оба этих накопителя продемонстрировали примерно эквивалентные показатели по итогам, но последний все же чуть-чуть быстрее.

Пришла очередь разобраться с результатами, продемонстрированными при тестировании с использованием файловой системы NTFS.


Во время выполнения операции записи (создания) файлов накопитель Seagate ST9160821A демонстрирует быстродействие, которое позволяет ему занять место сразу за победителем, каковым оказался его родственник – Seagate ST9120821A. Интересующий нас новичок отстал от него совсем на немного, и даже смог обойти при работе с одним из паттернов.


Скорость чтения винчестера Seagate ST9160821A оказалась достаточной для того, чтобы могли считать его победителем в данном тесте. При использовании трех паттернов из пяти он оказался быстрее двух своих главных оппонентов, каковыми в данном случае стали приводы Fujitsu MHV2100AH и Seagate ST9120821A.


Диаграмма с результатами измерения скорости копирования файлов в пределах одного раздела позволяет прийти к выводу, что быстродействие жесткого диска Seagate ST9160821A оказывается примерно на таком же уровне как у накопителей Fujitsu MHV2100AH и Seagate ST9120821A. Можно констатировать примерное равенство сил.


Последний график дает нам возможность оценить скорость копирования файлов из одного раздела в другой. В очередной раз мы видим, что абсолютного лидера по быстродействию нет, но если мы примем во внимание результаты, показанные при работе со всеми пятью паттернами, то предпочтение все же можно отдать винчестеру и Seagate ST9120821A. Герою нашей статьи можно присудить второе место, поскольку он, в целом, выглядит несколько быстрее еще одного из своих главных оппонентов – привода Fujitsu MHV2100AH.

PCMark04

Для того, чтобы более всесторонне оценить производительность нового винчестера, мы в очередной раз прибегли к использованию программы PCMark04. С ее помощью снимались показатели работы накопителя в пяти различных режимах. Windows XP Startup отражает обращение к приводу во время загрузки операционной системы. Application Loading демонстрирует дисковую активность при последовательном открытии и закрытии шести популярных приложений. File Copying показывает эффективность работы винчестера при копировании набора файлов. Hard Disk Drive Usage отражает дисковую активность при работе ряда часто встречающихся приложений. Затем в программе на основе четырех данных параметров определяется итоговый индекс производительности дисков по формуле

HDD Score= (XP Startup Trace x 120) + (Application Load trace x 180) + (File Copy Trace x 28) + (General Usage x 265).

Более подробно можно познакомиться с данной программой в следующей статье.
В нашем тестировании проводилось десять замеров. Затем на их основе были выведены среднеарифметические показатели, которые приведены в итоговой таблице, а далее были построены соответствующие диаграммы.

На первой из представленных диаграмм мы видим, что по показателю Windows XP Startup новый винчестер Seagate ST9160821A оказывается только третьим, пропустив вперед себя накопители Seagate ST9120821A и Toshiba MK1032GSX.


Еще хуже дела обстоят в случае определения показателя Application Loading. Увы, в этом тесте интересующий нас "толстячок" занял прочное последнее место, заметно отстав от ближайшего к нему привода.


Есть чему порадоваться при изучении диаграммы с результатами измерения показателя File Copying. В этом случае винчестер Seagate ST9160821A стал безоговорочным победителем.


Еще один показатель - Hard Disk Drive Usage и новое разочарование. Хотя в это раз Seagate ST9160821A оказался не последним, а предпоследним, но, как говорят, "хрен редьки не слаще".


Итоговая диаграмма с интегральным показателем говорит нам о том, что винчестер Seagate ST9160821A в этом тесте выглядел откровенно слабо. Будем надеяться, что серийные диски будут побыстрее нашего сэмпла…

Подведение итогов

Итак, чем может быть интересен пользователям новый жесткий диск Seagate Momentus 5400.3 ST9160821A. Конечно, в первую очередь своим большим объемом. Благодаря своей емкости в 160 Гб он пока просто не имеет конкурентов среди накопителей данного типа. Важное свойство для тех, у кого этот параметр является принципиальным моментом при выборе привода. Во-вторых, это быстродействие нового винчестера. Как показало наше тестирование Seagate ST9160821A, хотя и не стал рекордсменом по скорости абсолютно во всех тестах, но продемонстрировал весьма высокие показатели в большинстве реалистических испытаний и в ряде рассмотренных ситуаций обошел все другие приводы.

Таким образом, в винчестере Momentus 5400.3, с которым мы познакомились, сочетается большая емкость и достаточно высокое быстродействие, делающее его оптимальным выбором для приобретения в ряде ситуаций. Высокая цена, по которой, скорее всего, будут продаваться все представители нового семейства жестких дисков компании Seagate, в ближайшем времени начнет, очевидно, снижаться, поскольку конкуренты не спят, и постепенно все накопители данного типа будут производиться с использованием технологии перпендикулярной записи. Кстати о последней, как мы смогли увидеть в тестах на скорость линейной записи и линейного чтения, это смогло действительно существенно приподнять потолок скорости линейного чтения, создав задел для наращивания производительности приводов.
Ждём воплощения перпендикулярной записи в винчестерах 3.5" форм-фактора!