Intel X25-M SSD: первое знакомство

Введение

Еще совсем недавно, буквально год назад использование флеш-памяти в качестве основного накопителя для компьютера было уделом лишь энтузиастов да немногих узкоспециализированных промышленных компьютеров. Причин тому было много: малый объем, низкие скорости линейных операций, очень высокие, по сравнению с жесткими дисками, стоимость хранения, неудобный интерфейс (напомню, в качестве накопителей использовались карты Compact Flash, подключаемые как PATA-накопители через переходники). Но резкое снижение цен на Flash-память привело к тому, что в последний год наблюдается бум выпуска SSD (Solid State Drive) – твердотельных накопителей, выполненных в форм-факторе стандартных 2,5-дюймовых жестких дисков и оснащенных интерфейсом SATA.

Причинами столь высокого интереса стали очень и очень привлекательные преимущества, которыми обладают накопители на флеш-памяти по сравнению с привычными жесткими дисками, в которых информация хранится на магнитных пластинах. В этот набор достоинств входят:

очень малое время доступа к данным;
постоянная скорость при любой последовательности выборки данных, поскольку все ячейки равноправны, как следствие скорость случайного чтения сравнима со скоростью последовательных операций;
полное отсутствие движущихся частей, а значит минимальный (нулевой) уровень шума;
высокая устойчивость к вибрационным нагрузкам;
малое энергопотребление.

Но, как мы знаем, нет ничего идеального в нашем мире, и к указанным преимуществам прилагаются и определенные недостатки:

малая, по сравнению с жесткими дисками, скорость линейных операций;
высокая стоимость хранения данных;
срок службы ограничивается определенным количеством циклов перезаписи ячеек.

Еще полгода назад, когда мы на примере первых SSD от Samsung подробно говорили о достоинствах и недостатках накопителей этого типа в сравнении с другими, рынок SSD практически не существовал – первенцы только-только появлялись в продаже. Летом выбор стал шире, но все равно не очень уж и велик: на рынке «толкалось» множество мелких производителей, но ему явно не хватало крупных игроков. И они не замедлили появиться: в августе на проходящем в Америке очередном IDF компания Intel озвучила в полный голос свои внушительные планы по выпуску твердотельных накопителей. Причем было заявлены как "быстрые" модели, предназначенные для серверного рынка, так и "массовые". И не было причин сомневаться в успешной реализации этих планов: компания Intel славится своей репутацией, и, если уж берётся за что-нибудь, то доводит это до логического завершения в виде выпуска внушающими уважение партиями. Тем более, что у этого гиганта электронной индустрии давно есть свое, совместное с компанией Micron, производство флеш-памяти типа "NAND". Приятно удивляли заявленные скорости: даже для массовых накопителей на более дешевой и медленной многоуровневой MLC-памяти заявлялись скорости 250 МБ/с на чтении и 70 МБ/с на записи. Появление игроков такого масштаба с очень интересными предложениями в секторе быстро развивающихся и перспективных продуктов предсказать было несложно. Остается лишь посочувствовать компаниям меньшего уровня: скорее всего сейчас на рынке начнется активная война на выживание, примеры которой мы уже неоднократно видели, вспомните историю развития жестких дисков или времена активного развития процессоров для настольных компьютеров. В итоге, скорее всего, уже в ближайшее время на рынке останутся лишь наиболее крупные компании, имеющие собственное производство Flash-памяти (Intel, Samsung, Toshiba…), в то время как все остальные будут вытеснены в такие узкие сегменты, как совсем уж недорогая продукция и очень специфические устройства под строго определенные задачи. Мы же, как пользователи, в результате этой битвы получим значительное снижение цен на устройства, что не может не радовать.

Ну что ж, прошло совсем немного времени, и компания Intel сдержала свое обещание: в наших руках находится Intel X25-M – твердотельный накопитель массовой серии, объемом 80 ГБ и форм-фактора 2,5".

SSD Intel X25-M

В настоящий момент линейка твердотельных накопителей Intel включает в себя три серии. Две из них, X25-M и X18-M, построены на MLC-памяти, имеют объем 80 ГБ и различаются размерами – первая относится к 2,5-дюймовому форм-фактору, а вторая – к 1,8". Третья же серия, X25-E, построена на одноуровневой SLC-памяти, и имеет объем 32 ГБ. В конце года компания обещает расширить все три серии, добавив в них накопители с вдвое большим объемом, то есть, доведя его до 160 ГБ и 64 ГБ, соответственно, для массовой и экстремальной серии.

Попавший к нам на тестирование X25-M внешне ничем не отличается от аналогов: такая же прямоугольная коробочка, совпадающая по форм-фактору с 2,5-дюймовыми жесткими дисками: те же размеры, стандартное крепление, привычное расположение внешних разъемов. Внутри располагается двадцать чипов памяти по 32 Гбит (4 ГБ) c маркировкой 29F32G08 (найти эту память в сети нам не удалось, но вот очень схожие по маркировке и характеристикам чипы Micron нам попались, а мы хорошо помним с кем у Intel совместное производство), изготовленных по 50-нм техпроцессу, контроллер PC29AS21AA и 16-МБ модуль памяти SDRAM с частотой 166 МГц Samsung K4S281632I. Ну что ж, нам не пришлось долго ждать появления в SSD буферной памяти – вот она, родимая. Конечно, еще вопрос, служит ли она для внутренних целей накопителя (а чуть позже мы поговорим, какими они могут быть), или используется именно в качестве буферной для организации очереди. Но сам факт ее наличия, честно говоря, уже радует.

Что же касается контроллера, то именно ему накопитель обязан своими высокими скоростями, поскольку он является десятиканальным (на каждый канал приходится по два чипа памяти). Таким образом, мы имеем аналог массива RAID0 из десяти чипов – контроллер равномерно распределяет нагрузку на все чипы. В результате итоговая скорость всего накопителя примерно равна скорости одного чипа, умноженной на количество каналов. Вот и ответ на вопрос, каким образом компании Intel удалось достичь столь высоких скоростей линейных операций на весьма небыстрых MLC-чипах. Ход вполне ожидаемый: если уж простые флеш-накопители с интерфейсом USB сейчас имеют двухканальный контроллер, то в SSD многоканальность просто таки напрашивается. Именно многоканальность в сочетании с буферной памятью способна решить проблемы низких линейных скоростей флеш-памяти, ставших основной причиной того, что в предыдущем обзоре по SSD-накопителям они оставили о себе несколько неоднозначное впечатление. К каким же скоростным возможностям привело это решение, мы с вами сегодня и посмотрим.


Заявленные технические характеристики приятно радуют глаз великолепными скоростями. Скорость записи пусть и не догоняет 3,5-дюймовые жесткие диски последнего поколения, шагнувшие за 100 МБ/с, но для флеш-памяти (тем более, для многоуровневых ячеек) очень хороша. Скорость же чтения потрясает: 250 МБ/с – это очень и очень много. Приятно радует диапазон рабочих температур: если долгое время для большей части флэш-памяти максимальной температурой являлось 55 °С, то у X25-M диапазон доходит до 70°С – такие значения некоторое время назад заявлялись лишь для используемой в промышленности флеш-памяти, заметно отличавшейся от обычной по цене.

Отдельного и достаточно подробного разговора требует такой параметр как срок службы. Дело в том, что обычно для флеш-памяти он заявляется как количество циклов перезаписи и для современных MLC-чипов составляет десять тысяч циклов (кстати, для одноуровневых SLC-ячеек этот параметр выше ровно на порядок – сто тысяч циклов, и это является вторым, после скорости записи, весомым различием этих двух типов флеш-памяти). Понятно, что такой подход несколько неудобен: абсолютно непонятно, как это сравнить со сроком жизни жестких дисков, да и вообще не очень понятно, сколько же проработает SSD. Конечно, можно перемножить количество ячеек (а если быть более точным, то количество страниц, поскольку именно страницы в случае флеш-памяти являются минимальной изменяемой единицей информации, у X25-M размер страницы равен 4 кБ) на их объем и на количество циклов и получить максимальное количество записываемой на накопитель информации. Для X25-M это значение составит 800 ТБ. Казалось бы, огромное число, но тут проявляется две проблемы.

Во-первых, как определить, какое количество информации будет записано? Это ведь общее количество всех возможных операций записи, в том числе и служебных. Энтузиасты уже успели на своем горьком опыте убедиться, что доля служебных запросов на запись при установке системы на флеш-накопитель весьма велика, а время его работы неожиданно мало. Даже такая операция, как запись времени обращения к файлу является, простите за тавтологию, операцией записи и, соответственно "съедает" ресурс накопителя. И таких не очень очевидных для простого пользователя действий в компьютере происходит весьма значительное количество, поскольку современные дисковые системы и программы ведут всевозможные логи, активно работают с таблицей размещения файлов (которая располагается все на том же диске) и изменяют свои внутренние файлы. Да один только файл подкачки чего стоит. А ведь все это является теми самыми операциями записи. В итоге 800 ТБ вовсе не являются тем объемом файлов, который пользователь может записать на накопитель (конечно же, стирая старые и записывая новые), реальные цифры гораздо меньше, даже если постараться уменьшить число таких "скрытых" операций записи, отключив файл подкачки и проведя настройку операционной системы. Очень, кстати, интересно: а получающие все большее распространение ноутбуки на твердотельных накопителях проходят такую оптимизацию?

Вторая проблема кроется еще глубже, в самом алгоритме работы флеш-накопителей и их взаимодействии с операционными системами и состоит из нескольких частей. Если минимальным размером записываемой информации является страница, то минимальным объемом стираемой информации является блок из нескольких страниц – это обуславливается самим механизмом стирания данных во флеш-памяти. Для X25-M размер такого блока составляет 128 страниц, то есть 512 кБ или полмегабайта. В результате, если поступает запрос на стирание (или перезапись) одной страницы, накопителю приходится вместо этого стирать 128. Соответственно, если в них была полезная информация (а так, скорее всего и было), то ее приходится сперва считывать в кэш, а после этого записывать заново. В итоге мы имеем многократное увеличение количества операций записи, что, естественно, уменьшает ресурс нашего накопителя.

Второй стороной проблемы является то, что нагрузка на ячейки распределяется крайне неравномерно. В каких то ячейках информация хранится очень долго без изменений, поскольку эти файлы лишь читаются, в то время как другие ячейки подвергаются достаточно частой перезаписи. В итоге мы получаем неравномерный износ накопителя: в то время как часть ячеек еще имеет солидный резерв "прочности" в виде большого количества циклов перезаписи, другие уже его полностью выбирают.

Ну и, наконец, третьей частью проблемы является взаимодействие твердотельных накопителей с файловой системой. Напомню, что операционная система через файловую систему общается с накопителем при помощи LBA-адресов блоков данных, к которым происходит обращение. Для жестких дисков эта система является логичной, но ведь у флеш-памяти нет никаких вращающихся пластин, поделенных на дорожки и сектора. У последних есть лишь транслятор адресов, в памяти которого записано, какая физическая ячейка соответствует какому LBA-адресу, то есть его логическая структура никак не соответствует реальной. Казалось бы, а в чем здесь проблема? А проблема в том, что в современных протоколах стирание файла не вызывает запроса на удаление данных из всех LBA-адресов, оно лишь изменяет состояние таблицы размещения в той части, которая относилась к данному файлу. В сумме с транслятором адресов это приводит к тому, что однажды записанная в ячейку памяти часть данных будет считаться действительной и неудаленной даже тогда, когда с точки зрения файловой системы файл уже был удален. А в сочетании с описанными выше особенностями удаления данных на физическом уровне это приводит к тому, что при поступлении практически любого запроса на удаление данных приходится обратно записывать даже те данные, которые относятся к уже удаленному файлу. Этот момент несколько тяжел для понимания, поэтому на всякий случай сформулируем его еще раз несколько по-другому: транслятор LBA-адресов, заведующий удалением данных из ячеек, соответствующих LBA-адресам, ничего не знает о той информации, которая хранится в файловой системе, при этом в процессе удаления файлов система не посылает запрос на удаление данных по всем LBA-адресам, соответствующим удаляемому файлу. В результате для SSD-накопителя информация в ячейках остается действительной (то есть важной, необходимой для дальнейшего хранения – с точки зрения внутренней логики самого SSD-накопителя) даже тогда, когда эти ячейки относятся к файлам, уже удаленным с точки зрения операционной системы.

Вся работа, по уменьшению потерь (а именно – ресурса записи ячеек) от описанной выше проблемы ложится на транслятор адресов. Дело в том, что таблица соответствия LBA-адресов физическим ячейкам является не раз и навсегда определенной и неизменной, а динамической. То есть в разные моменты времени одному и тому же LBA-адресу могут соответствовать абсолютно разные ячейки. Соответственно, алгоритмы транслятора стараются при помощи изменения этой таблицы сделать нагрузку одинаковой для всех ячеек, по возможности уменьшая неравномерный износ последних. Да именно ему очень кстати приходится тот модуль оперативной памяти, которой размещен на плате накопителя. Тот же ретранслятор отвечает и за то, чтобы уменьшались потери от стирания ячеек целыми блоками. Думаю, несложно догадаться, что уровень сложности этих алгоритмов и их эффективность самым непосредственным образом влияют как на срок службы накопителя, так и на его производительность. Так, при серьезной смене нагрузки (например, с линейных операций записи на случайные) накопителю требуется некоторое время, чтобы адаптироваться к ней.

Однако вернемся из глубин особенностей функционирования к сроку службы накопителя. Компания Intel предложила достаточно изящное решение: определять срок службы исходя из среднего объема данных записываемых на SSD, а описанные выше технические проблемы, приводящие к тому, что реальный объем записываемых данных будет меньше теоретического учитывать при помощи двух поправочных коэффициентов. Первый из них, "коэффициент увеличения записи", отражает как раз столь подробно описанную выше ситуацию с увеличением объема перезаписываемых данных, а второй, "коэффициент неравномерности износа", отвечает за уменьшение срока службы, связанное с тем, что одни ячейки выбирают свой ресурс циклов перезаписи раньше других. Надо сказать, что Intel очень высоко оценивает качество работы алгоритмов своего накопителя: если "в среднем по больнице", то есть для продукции конкурентов на MLC-памяти она приводит значение коэффициента увеличения записи равное 20 и коэффициента неравномерности износа равное 3, то для своей продукции она их оба заявляет равными 1,1. Ну что ж, опустим справедливость этих изысканий на совесть Intel, фактически проверить их мы все равно не можем и все же вернемся к сроку службы. В итоге, при условии записи на накопитель каждый день по 100 ГБ Intel гарантирует, что накопитель прослужит пять лет. Интересно, что при этом гарантию на свою продукцию компания все же дает трехлетнюю. И все же, остается нераскрытым вопрос, как обычному человеку определить, какой объем записи происходит на его компьютере. Похоже, что пока пользователям придется довольствоваться лишь статистическими данными да обещаниями производителей.

А теперь вопрос для самых внимательных: а что же все таки компания Intel подразумевает под средним временем между отказами (MTBF), равным 1,2 миллиона часов (137 лет между прочим, не шутки)? Точнее, как было получено это внушительное число и что оно означает? Понятно, что получено оно на основе статистики и означает вероятность выхода устройства из строя в течении некоторого промежутка времени. Но вот как при этом учитывались нагрузки на накопитель, и какими они были для нас, честно говоря, так и осталось одной из загадок, которые этот накопитель оставил нам на будущее.

Ну что ж, а теперь самое время посмотреть, какие скоростные возможности продемонстрирует X25-M. Мы не стали особо мудрствовать при подборе достойных конкурентов и обратились к нашей предыдущей статье, посвященной твердотельным накопителям, благо жесткие диски, участвовавшие в том тестировании, до сих пор остаются одними из лучших в своих сегментах рынка. Соответственно, в список соревнующихся помимо сегодняшнего героя вошли:

Samsung SSD, 64 GB - форм-фактор 2,5 дюйма, объем 64 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.

Возможно, кого-то удивит, что мы не включили в тестирование ни одного 2,5-дюймового жесткого диска, но на наш взгляд, это было бы бессмысленным загромождением графиков и диаграмм: у них просто не было бы шансов.

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;
IOMark 0.30b14.

Тестовая система была следующей:

системная плата ASUSTeK P5WDG2 WS Pro;
процессор Intel Core 2 Duo E2160;
жесткий диск IBM DTLA-307015 объемом 15 ГБ в качестве системного диска;
видеокарта Radeon X600;
1 ГБ системной памяти DDR2 с частотой 800 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. Во всех случаях, кроме указанных отдельно, накопители подключались к контроллеру Promise SATA300 TX4302, установленному в слот PCI-X. При необходимости, жесткие диски переводились из "тихого" режима функционирования (то есть из режима, когда активирован Advanced Acoustic Management – AAM) в обычный. SAS-накопитель подключался к контроллеру LSI SAS3041E-R. Конечно же, все диски тестировались при включенном AHCI (кстати, компания Intel очень настоятельно рекомендует его включать).

К сожалению, эта статья представляет собой именно что "первое знакомство": в силу малого количества времени, в течение которого мы "наслаждались общением" с Intel X-25M, вы не увидите части тестов – нам пришлось пока обойтись без теста IOMeter: Database", столь полюбившегося всем PCMark Vantage и очень интересных тестов энергопотребления, не говоря уж о чем-либо особом. Клятвенно обещаем в будущем исправиться, и обязательно еще раз вернуться к тестированию SSD Intel, но уже по полной (а, скорее всего, даже расширенной) программе.

Низкоуровневые тесты

Начнем тестирование с одного из самых простых тестов – снятия графиков чтения в "WinBench 99".

"Упс", – сказали мы и протерли глаза. Картинка перед глазами, как ни странно, меняться не пожелала и осталась той же: идеальной прямой, как и должно быть в теории, но… на уровне 138000 кБ/с, что на заявленные производителем 250 МБ/с не тянуло никак. Поскольку вот так сходу заподозрить компанию Intel в столь грандиозном завышении характеристик нам не позволяла совесть, то мы заподозрили сбои оборудования и решили снять еще раз график чтения, но уже не на привычной тестовой системе, где накопители подключаются к контроллеру Promise, а на другой. Сказано – сделано, благо стенд для снятия данных в IOMark, нашей внутренней программе для тестирования жестких дисков, полностью аналогичен, но накопители на нем подключаются к ICH7 (это необходимо для функционирования IOMark).

О, совсем другое дело. Максимальная скорость составила 249000 кБ/с, что совсем незначительно отличается от заверений производителя. Обратите внимание на значительные колебания скорости, составляющие первую половину графика и продолжающиеся в течение порядка двух с половиной минут. Судя по всему, это не какие-то сбои в работе, а подстройка транслятора адресов (перед этим, напомню, накопитель проходил полный тест в WinBench 99, включающий в себя достаточно разнообразную нагрузку) с целью обеспечения максимальной производительности в данном режиме работы. Это вполне стандартный режим работы транслятора, и компания Intel открыто говорит об этом. С одной стороны, две с половиной минуты – не так уж и долго, если итогом является такое функционирование накопителя, что его алгоритмы одновременно обеспечивают минимальные потери ресурсов ячеек и максимальное быстродействие. С другой стороны – все же несколько неприятно осознавать, что некоторое время в накопителе происходит какая-то его, внутренняя жизнь, снижающая производительность. Да, похоже, что он некоторых шаблонов поведения накопителей, привычных для нас по жестким дискам, придется отвыкать.

Для сравнения, графики чтения конкурентов на контроллере Promise:

Ну и в завершение сведем результаты в диаграмму:


Ну что тут можно сказать, даже будучи необъяснимым образом замедленным на контроллере Promise Intel SSD X25-M оказывается быстрее всех существующих жестких дисков, включая пятнадцатитысячники, а ведь последние являются элитой современных жёстких дисков. А уж на ICH7, где SSD работает в полную силу, он и вовсе уходит в грандиозный отрыв: для достижения такой же линейной скорости придется ставить два жестких диска в RAID0. На наш взгляд более чем наглядная результативность работы десятиканального контроллера – просто сравните результаты с SSD Samsung.

Чтобы удостовериться, что со скоростью действительно все в порядке, мы обратились за дополнительным набором сведений к IOMark. Конечно, он в основном предназначен для тестирования жестких дисков, но все же способен кое-что рассказать и про SSD. Во-первых, X25-M сразу же признался, что у него есть буфер чтения, объемом 3281 кБ и что он очень даже знаком с понятием "упреждающее чтение": оно осуществляется блоками по восемь секторов (восемь секторов = 4 кБ – какая знакомая цифра, ровно размер страницы во флеш памяти). Но нас, конечно же, больше всего интересовали скорости.


И здесь с линейным чтением все в порядке: весьма аккуратный график доходит до 248 МБ/с, абсолютно спокойно воспринимая блоки даже очень больших размеров. Обратите внимание, что запись даже превосходит обещания производителя: подавляющая часть соответствующего графика располагается на отметке 79 МБ/с.


А вот результаты работы с буферной памятью несколько удивляют: скорость чтения из него оказывается ниже линейной скорости (хотя и значительно выше того, что мы видели на контроллере Promise). С записью тоже не все в порядке: она то прыгает до очень больших значений, то снижается до линейной скорости записи. Похоже, перед нами плод совместного труда отложенной записи и алгоритмов транслятора адресов.

Итоги низкоуровневых тестов весьма неоднозначны: с одной стороны, накопитель сумел полностью продемонстрировать, что заявленные производителем цифры абсолютно верны, и линейные скорости действительно очень и очень высоки, а скорость чтения действительно недостижима для любого современного жесткого диска (заметьте, мы говорим о последовательных операциях, самом больном месте первых SSD, а вовсе не о операциях со случайной адресацией). А с другой, на контроллере Promise его результаты неожиданно скромны. Честно говоря, создается впечатление, что у нас либо контроллер выдал диску режим SATA 150, вместо SATA 300 (а делает он это автоматически, без всяких галочек), либо у нас не хватило пропускной способности шины (а ее в теории должно было хватить, ведт контроллер стоит в слоте PCI-X с частотой 100 МГц, а не 33 МГц). В общем, в силу малого количества времени мы решили весь цикл провести все же на контроллере Promise, а вам еще раз клятвенно обещаем через некоторое время непременно вернуться к тестированию SSD Intel, но уже без столь "странных" особенностей.

IOMeter: Sequential Read & Write

Блок тестов в IOMeter начнем с привычных нагрузок 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 достижимые скорости.

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

Результаты IOMeter: Sequential Read


У X25-M мы не видим не только обещанных 250 МБ/с, но и даже тех 134 МБ/с, что следовали из графика чтения. Похоже, что здесь вина не только контроллера, хотя говорить с уверенностью, конечно же, можно будет только после второго этапа тестов, когда мы уже будем уверенны в полной достоверности результатов. Впрочем, компании Intel все равно есть чем гордиться: даже в таких условиях теста предназначенный для массового рынка накопитель на MLC идет вровень с лучшими 3,5-дюймовыми современными жесткими дисками, ощутимо отставая лишь от SAS-накопителя со скоростью вращения пластин 15000 об/мин. Прогресс по сравнению с первыми моделями, проигрывавшими даже 2,5-дюймовым накопителям явно налицо. Интересно, что, в отличие от жестких дисков, скорость X25-M продолжает расти вплоть до самого правого края графика. Такое впечатление, что если использовать блоки еще большего размера, то в итоге он обойдет и SAS-накопитель.

Результаты IOMeter: Sequential Write


С записью у накопителя дела обстоят несколько хуже: в конце концов, для MLC-памяти именно эти операции являются самыми сложными. Но и здесь мы видим картину, которую уже никак нельзя назвать провальной: конечно, 3,5-дюймовые жесткие диски демонстрируют большие максимальные скорости, но 70 МБ/с – это уже совсем не 30 МБ/с, с этим вполне можно жить и нормально работать. Особенно заметен прогресс в области блоков малых размеров, где X25-M обходит Samsung F1 и вплотную подбирается к Fujitsu, на стороне которого огромная кэш-память, отточенная прошивка и очень быстрые пластины. Да, приобретение буферной памяти и хорошего многоканального контроллера просто таки становится панацеей для накопителей на флеш-памяти.

IOMeter: Disk Response Time

Для измерения времени отклика мы в течении десяти минут при помощи IOMeter отправляем на диск 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.


Время отклика флеш-памяти на чтении является одним из ее основных козырей – даже самые первые модели твердотельных накопителей опережали жесткие диски с 15000 об/мин более чем на порядок по этому параметру. Intel же улучшил его еще в три раза: в нашем тесте оно составило исчезающе малую величину на уровне 0,07 миллисекунд (70 микросекунд). Потрясающе! По всей видимости, благодарить за это стоит быстрый контроллер. А ведь время отклика на чтении является тем параметром, который столь важен для системы (именно им определяется задержка при считывании малых файлов, а вовсе не линейной скоростью), и который при этом столь тяжело улучшается. Фактически, для жестких дисков существует лишь один способ уменьшить время отклика на чтении – увеличить скорость вращения пластин, поскольку скорость работы головок и электроники оказывает по сравнению с этим весьма малый эффект. Даже объединение дисков в RAID-массив ничего не дает: оно способно увеличить количество операций в секунду при больших нагрузках, поскольку запросы расходятся на разные диски, но время доступа к конкретному блоку все равно будет зависеть от скорости вращения пластин в используемых дисках.

Впрочем, этот прогресс меркнет по сравнению с тем, что произошло со временем отклика на записи. Если первые SSD демонстрировали огромные значения, в несколько раз большие по величине, чем времена отклика жестких дисков, то у X25-M время отклика на записи стало очень и очень малым. Честно говоря, масштабы прогресса настолько ошеломительны, что в них сложно проверить, но то, что вы видите – это правда, и она будет подтверждаться дальнейшими тестами (да и методика этого нашего теста не позволяет накопителям "мухлевать" – ну куда ему деть эту уйму запросов?). Многоканальность контроллера, плюс эффективные алгоритмы плюс буферная память сотворили вместе маленькое чудо: X25-M не только догнал лучшие жесткие диски, но и обогнал их почти в шесть раз.

IOMeter: Random Read & Write

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

Результаты, полученные при работе со случайной адресацией данных, рассмотрим в двух вариантах. На блоках малого размера построим зависимости количества операций в секунду от размера используемого блока, а на больших блоках вместо количества операций возьмем в качестве критерия производительности скорость в мегабайтах в секунду. Такой подход позволяет оценить работу накопителей сразу в двух типичных случаях нагрузки: работа малыми блоками характерна для баз данных, и для нее более важно количество операций в секунду, чем привычная скорость; а вот работа большими и очень большими блоками близка к реальной работе с файлами, и здесь уже на первый план выходит именно скорость в привычных мегабайтах в секунду.

Начнем с чтения.

Результаты IOMeter: Random Read, операций/с


Случайное чтение небольшими блоками – это та область, где флеш-памяти нет равных (если, конечно, не принимать во внимание такие узкоспециализированные устройства, как накопители на основе RAM). Даже первые SSD на таких нагрузках способны совершать такое количество операций чтения в секунду, что жесткие диски было с ними сравнивать просто смешно. Использованный же в X25-M десятиканальный контроллер еще больше увеличивает производительность: так, к примеру, на блоках по 8 кБ (не самый маленький размер блока, но весьма часто используемый) производительность достигает почти шести тысяч операций в секунду, в то время как лучшие из жестких дисков только подбираются к двум сотням. Несложно понять, что даже многодисковый RAID-массив из дисков не способен достигнуть таких результатов.

Результаты IOMeter: Random Read, МБ/с


На больших блоках, разница производительности уже не столь велика, но X25-M по-прежнему лидирует, в то время как Samsung SSD после определенного размера блока уже начинает проигрывать жестким дискам из за малой линейной скорости.

Результаты IOMeter: Random Write, операций/с


Радикальнейшее снижение времени отклика на записи позволило X25-M выйти на первое место и в случайной записи мелкими блоками, в то время как Samsung SSD проигрывает абсолютно всем (в прошлом тесте он отставал даже от 2,5-дюймовых жестких дисков), причем весьма значительно. Двукратный перевес над "пятнадцатитысячниками" по количеству операций записи со случайной адресацией – это великолепный результат. Кстати, обратите внимание, на резкий прыжок производительности на 2-кБ блоках. К сожалению, наша стандартная программа тестирования не включает в себя 4-кБ блоки, поэтому у нас появляется еще один вопрос, который мы надеемся раскрыть в следующей статье: "Перед нами снижение производительности на блоках 512 Байт или резкое повышение на блоках, близких по размеру к 4 кБ?" Впрочем, в любом случае перед нами просто отличный результат для накопителя на MLC-памяти.

Результаты IOMeter: Random Write, МБ/с


На очень больших блоках уже сказывается скорость линейной записи. Именно поэтому Samsung SSD несколько увеличивает скорость с ростом размера блока (напомню, что для него время доступа при записи являлось даже большей проблемой, чем низкая линейная скорость), а X25-M держится на одном уровне. И хотя последний несколько проигрывает современным жестким дискам на очень больших блоках, но этот проигрыш уже не нельзя назвать очень большим – десятиканальный контроллер памяти в очередной раз выручает этот накопитель.

IOMeter: Multi-thread Read & Write

Конечно, мы не могли обойти стороной и столь актуальный вопрос, как работа при многопоточной нагрузке.

В ходе данного теста 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

Если для жестких дисков многопоточное чтение является очень сложной операцией, поскольку их головкам в буквально смысле приходится метаться между несколькими потоками, расположенными в разных частях пластин, то для SSD такая нагрузка очень слабо отличается от обычного линейного чтения – им ведь абсолютно без разницы, в какой последовательности обращаться к блокам. В результате при увеличении числа потоков X25-M не только не теряет скорость, но даже несколько ее увеличивает, что делает его лидером и в этом тесте – с линейной скоростью то у него уже все в порядке.


С многопоточной записью ситуация несколько сложнее. С одной стороны, дискам уже несколько проще – они могут набирать потоки в кэш, после чего писать их достаточно большими порциями. С другой, для SSD запись является более сложной операцией, чем чтение и линейные скорости накопителя на ней гораздо ниже, хотя им по-прежнему не приходится ничего перемещать между рабочими зонами. В итоге SSD при нескольких потоках просто работает со скоростью, очень близкой к линейной. Благодаря тому, что линейная скорость у X25-M находится на вполне приличном уровне, то его проигрыш жестким дискам весьма невелик.

IOMeter: Webserver, Fileserver и Workstation

Ну а в завершение тестирования в IOMeter рассмотрим нагрузки, характерные 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 достаточно большим количеством обращений к накопителю, с ограничением максимальной глубины очереди в 32 запроса. Тестирование в "Workstation" проводится как с использованием всего дискового пространства, 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

А вот и результат значительно возросших скоростей: если первые SSD находятся на уровне обычных жестких дисков в этом тесте и проигрывают типично серверным Fujitsu с большой скоростью вращения пластин, то X25-M уходит от всех претендентов в просто потрясающий отрыв по производительности.

Кстати, очень интересно поведение новичка: на сравнительно небольших глубинах очереди он чувствует себя просто великолепно, демонстрируя резкий скачок производительности.


Итоговый рейтинг дает X25-M более чем семикратное превосходство над ближайшим конкурентом – в стане жестких дисков такой отрыв по производительности представить просто невозможно.


В отличие от предыдущей нагрузки, в "Webserver" нет операций записи, то есть перед нами практически идеальные условия для SSD. Соответственно, даже Samsung SSD в этом тесте опережает все существующие жесткие диски, а уж X25-M и вовсе демонстрирует по четыре и более тысячи операций в секунду. Даже если предположить существование массива с идеальным масштабированием, то чтобы догнать X25-M придется использовать не менее восьми SAS-накопителей со скоростью вращения пластин 15000 об/мин.

И снова X25-M демонстрирует свою приверженность к малым очередям. Есть, правда, и маленький неприятный момент: при глубине очереди 32 запроса производительность накопителя даже несколько меньше, чем при отсутствующей, то есть с глубиной в один запрос, очереди.


Итоговый рейтинг рисует для X25-M ну очень длинный столбик. И немудрено: новый SSD Intel быстрее своего собрата производства Samsung почти в восемь раз, а ведь тот в этом тесте уже лучше всех существующих жестких дисков.


В высоконагруженных рабочих станциях новичок чувствует себя также весьма хорошо, в то время как Samsung SSD проигрывает жестким дискам. Любопытно, что если жесткие диски в этом тесте с ростом глубины очереди увеличивают производительность, то SSD – наоборот, снижают, причем особенно это заметно у X25-M.


Поскольку наш рейтинг дает большие весовые коэффициенты результатам с малой глубиной очереди, то X25-M в который уже раз получает многократное превосходство над всеми остальными.


А вот если рабочую зону теста ограничить всего 32 ГБ, то у X25-M разительно меняется поведение на малых глубинах очереди. Он неожиданно теряет всю прыть и по поведению он начинает напоминать жесткие диски. При этом на больших глубинах очереди его производительность значительно выше, чем в предыдущем тесте, когда ему был доступен полный объем.


Из-за изменившегося поведения отрыв X25-M уже не столь велик, как в прошлом тесте, но он все равно демонстрирует трехкратное превосходство над лучшим из противников.

FC-Test

Следующим в нашей программе тестирования идет FileCopy Test. На накопителе создается 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 паттернов ("MP3", "ISO" и "Install") характерно меньшее количество файлов более крупного размера, причем в "ISO" используются самые большие файлы.

Маленькая ремарка: в очередной раз хотелось бы обратить ваше внимание на то, что тест копирования не только говорит о скорости копирования в пределах одного накопителя, но и позволяет судить о его поведении под сложной нагрузкой. Фактически, во время копирования накопитель одновременно работает с двумя асинхронными потоками, причем один из них на чтение, а второй на запись. Поэтому результаты этого теста несут в себе несколько больше информации, чем просто данные о скорости копирования.

Предлагаем ограничиться подробным рассмотрением результатов лишь в NTFS, желающие же узнать аналогичные данные для FAT32 могут обратиться к следующей таблице:

Результаты FC-Test: FAT32


Сразу хочется сделать ремарку по поводу ну очень низких результатов Fujitsu: все SAS-накопители в этом тесте демонстрируют схожую производительность – по всей видимости, у нас где-то происходит конфликт драйверов. Однако вернемся к герою нашего обзора. Десятиканальная архитектура в самом прямом смысле подняла SSD из зоны низких скоростей на уровень соответствующий лучшим современным жестким дискам. Обратите внимание, диск Samsung F1 с его очень плотными пластинами сумел вырваться вперед лишь в "ISO", то есть на очень больших файлах. Как только мы уменьшаем размер используемых файлов – вперед сразу же выходит X25-M, причем, чем меньше размер файлов, тем больше его превосходство. А ведь именно с мелкими файлами мы чаще сталкиваемся в обычной жизни.


На чтении X25-M и вовсе абсолютный лидер. Ему, в отличие от жестких дисков, практически безразличен размер файлов, поэтому на мелких файлах его превосходство абсолютно бесспорно, лишь на очень больших файлах к нему вплотную подбирается Fujitsu. Но тут самое время вспомнить, что наш контроллер явно ограничивает возможности накопителя – скорее всего в следующий раз, в нормальных условиях тестирования мы будем наблюдать абсолютное превосходство и скорости выше 200 МБ/с.


На копировании в пределах раздела X25-M также занимает первое место на всех наборах файлов, особо выделяясь в "Programs" и "Windows". Даже на "ISO" Samsung F1 не в силах догнать прыткого новичка, хотя и вплотную подходит к нему.


Увеличение дальности копирования не вызывает никаких изменений в расстановке сил – X25-M непобедим.

PCMark 2004

Последним этапом данного тестирования становятся тесты в пакетах PCMark, являющихся наиболее приближенными к реальным нагрузкам.
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 проводится по десять раз, а в качестве итоговых используются усредненные результаты.


Конечно, это тест не абсолютно точно отражает загрузку системы, и результаты по секундомеру не будут отличаться во столько же раз, поскольку PCMark является трассовым тестом. Поэтому наш вердикт будет звучать так: X25-M показывает втрое большую производительность на загрузке операционной системы. Даже Samsung SSD, с его низкими линейными скоростями, выигрывает в этом тесте у жестких дисков за счет отличного случайного чтения, а уж герою нашего обзора, с его архитектурой было просто предначертано стать здесь лидером.


Точно такую же картину, вызванную теми же причинами, мы видим и на загрузке приложений. Причем здесь выигрыш X25-M по сравнению с жесткими дисками еще больше – он пятикратный.


Результаты копирования файлов обычно повторяют то, что мы видели в FC-test. Так случилось и на этот раз: в то время как Samsung SSD из-за малых линейных скоростей уходит на последнее место, X25-M за счет многоканальной архитектуры (соответственно, и высоких скоростей) и отличной работы с мелкими файлами уверенно выходит на первое место.


Статистика гласит, при обычном использовании компьютера мы гораздо чаще читаем данные с накопителя, чем пишем. Соответственно, SSD и здесь оказываются на лидирующих местах: даже старая модель производства Samsung обгоняет жесткие диски, а уж Intel X25-M в очередной раз уходит на абсолютно недосягаемую для остальных позицию.


Итоговый результат, думаю, не вызывал ни у кого сомнений: победил X25-M. Но еще раз обратите внимание, что даже своего предшественника он превосходит в три раза, по отношению же к серверному диску с 15000 об/мин он лучше уже четыре раза, ну и в пять раз быстрее, чем один из самых быстрых современных настольных дисков.

PCMark 2005

Ну и в завершение рассмотрим результаты в PCMark05 – обновленной версии предыдущего пакета. Обратите внимание: 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.

Эти три теста полностью повторяют картину, виденную нами на таких же нагрузках в предыдущей версии PCMark: впереди с огромным отрывом идет X25-M, второе место остается за Samsung SSD, а жесткие диски в самом конце. Честно говоря, разница в производительности такова, что в отношении жестких дисков хочется употребить такой оборот как "избиение младенцев". Хотя с точки зрения габаритов и возраста "младенцем" является как раз X25-M – 2,5"-дюймовый форм-фактор, да и жизнь серии только начинается.


И все же, жесткие диски не сдаются без боя, хотя в этой войне им, похоже, победа не суждена в принципе. На проверке системы на вирусы Fujitsu все же вырывает первое место у X25-M – судя по всему, за счет большого кэша и развитых алгоритмов работы с ним. Интересно, а сохранится ли такая расстановка сил, когда SSD вернет себе полную силу, а не будет зажат контроллером.


И все же, есть еще один тип нагрузки, на котором жесткие диски быстрее твердотельных накопителей – операции записи. Впрочем, у нас еще не было на тестов SSD на одноуровневой SLC-памяти, которая демонстрирует большие скорости записи. Но пока перед нами последний бастион жестких дисков.


В этой версии пакета Fujitsu все же обходит несовершенные Samsung SSD по итоговому рейтингу. Но герой нашей статьи, Intel SSD X25-M и не собирается уступать первое место – его результаты почти вдвое лучше, чем у пятнадцатитысячника.

Подведение итогов

Десятиканальная архитектура взаимодействия контроллера с чипами, хороший процессор с эффективными алгоритмами и буферная память позволили создать компании Intel очень и очень высокопроизводительный накопитель в лице X25-M. Наши искренние аплодисменты этой компании – их стараниями гадкий утенок с хорошими задатками, на которого были так похоже первые SSD, превратился в пускай еще молодого, но уже лебедя. И это при том, что X25-M построен на многоуровневой MLC-памяти, которая заметно дешевле одноуровневых SLC-чипов, отличаясь от них меньшими скоростями записи и меньшим сроком службы.

Да, скоростные возможности этого 2,5"-дюймового твердотельного накопителя таковы, что он легко будет обгонять массивы RAID0 из нескольких дисков, являющиеся на текущий момент одним из немногих способов заметно повысить производительность дисковой подсистемы компьютеров, при этом выгодно отличаясь от них как энергопотреблением, так и размерами. Пожалуй, на долю массивов (кроме совсем уж многодисковых) остаются лишь роли хранилищ данных с избыточностью записываемой информации и те случаи, когда требуется одновременное сочетание высоких скоростей и больших объемов.

У жестких дисков осталось лишь весьма небольшое количество достоинств, по сравнению с SSD: низкая стоимость хранения информации, большие объемы накопителей и пока чуть большая скорость записи. Почему пока? Да потому что для экстремальной серии накопителей на SLC-памяти X25-E, появление которой ожидается в самое ближайшее время, заявлена скорость записи 170 МБ/с. А вот жестких же дисков с такой же скоростью записи в ближайшем будущем как-то не ожидается.

Что же касается объема хранимой информации, то в данном вопросе SSD весьма заметно отстают от жестких дисков, хотя и пытаются сократить этот разрыв. В то время как объем нашего героя составляет 80 ГБ, а в течение четвертого квартала этого года компания Intel обещает представить 160-ГБ модель, 2,5-дюймовые жесткие диски всех производителей уже достигли 320 ГБ, и выходят на рубеж 500 ГБ, в то время как 3,5-дюймовые диски собираются от рубежа 1 ТБ шагнуть еще дальше.

Впрочем, вопрос объема неразрывно связан со стоимостью накопителей. А в данном аспекте твердотельные накопители отличаются от жестких дисков далеко не в лучшую сторону: за высокие скорости и малое время доступа приходится расплачиваться по весьма дорогой таксе. Если технически увеличить объем SSD несложно, взяв большой корпус и большое количество чипов памяти, то вот стоимость такого изделия составит весьма внушительную сумму. Судите сами, В то время как для жестких дисков стоимость хранения гигабайта уже упала до четырех рублей за гигабайт для 3,5-дюймовых моделей и семи – для 2,5-дюймовых, флеш-память остается весьма дорогой. Так, отпускная стоимость 80-ГБ Intel X25-M составляет 595 долларов, а это значит, что для пользователей стоимость гигабайта будет составлять около двухсот рублей. Впрочем, положительный прогресс в данном вопросе явно налицо, а запас "места" для маневра, определяемый себестоимостью чипов, у производителей явно есть. Так что нам остается лишь дождаться начала ценовых войн, после чего пожать их плоды. Ну а пока же рисуется вполне логичная картина: сравнительно маленькие, но очень быстрые твердотельные накопители используются там, где действительно важна скорость работы и не так уж и критичны объем и стоимость, в то время как привычные жесткие диски хранят на себе основную массу данных и работают основными накопителями в тех случаях, где их скорости явно хватает.

Пожалуй, лишь одна характеристика осталась для нас действительно невыясненной на практике, и именно она тревожит больше всего, как и полагается неизвестности. Так что же все-таки со сроком службы у SSD? Сколько времени прослужит тот же X25-M в дорогом ноутбуке, высокопроизводительной рабочей станции или сервере? На сколько в действительности хватит пользователям десяти тысяч операций перезаписи, гарантированных для современной MLC-памяти, даже при отличной работе алгоритмов уменьшения износа? А сколько прослужит в высоконагруженном сервере модель на SLC-чипах, с их ста тысячами гарантированных записей в ячейку, ведь серверы порой получают весьма значительный поток операций записи? В общем, в этой теме еще достаточно вопросов без ответа, требующих дальнейшего подробного изучения.

И все же, хотелось бы завершить обзор на положительной ноте. Intel X25-M обеспечивает недостижимо малые для жестких дисков и многих предшествующих SSD время доступа к данным и демонстрирует столь же великолепную производительность на операциях со случайной адресацией (причем не только на чтении, но и на записи), подкрепляя это очень высокой скоростью линейного чтения и вполне достаточной скоростью записи. В общем, на небосклоне высокопроизводительных накопителей загорелась новая, и очень яркая звезда. И мы обещаем вам обязательно еще раз уделить ей свое пристальное внимание.

Другие материалы по данной теме

В ритме «три четверти»: обзор 750-ГБ жестких дисков
"Мост в Терабитию", или шесть раз по терабайту
SSD, i-RAM и все-все-все...