Измеряем энергопотребление накопителей не в попугаях

Вступление

Вот уже много лет мы в тестах жёстких дисков c магнитными пластинами и твердотельных накопителей измеряем потребляемую накопителями мощность. Для этого мы используем специальный стенд, оборудованный осциллографом (о том, почему нельзя измерять потребление накопителей при помощи мультиметра, подробно написано здесь.) Но при помощи такой установки мы меряем потребление накопителя только в нескольких режимах с использованием синтетической нагрузки, создаваемой тестом IOMeter (случайное чтение, случайная запись, последовательное чтение, последовательная запись). Это даёт нам возможность оценить максимальное потребление накопителя, но ничего не говорит о потреблении накопителя в реальных условиях эксплуатации.
В то же время, судя по активному обсуждению в форумах, пользователей сильно интересует потребление накопителей именно что в боевых условиях – при работе в реальных приложениях. Соответственно, возникла идея – взять ноутбук и использовать его, как измерительное оборудование!

Постановка задачи

Итак, нам нужно сравнить между собой твердотельные накопители и жёсткие диски с магнитными пластинами. Сравнивать мы их будем опосредованно – через измерение времени работы ноутбука. При этом мы, конечно, не получим в явном виде цифры потребления накопителей, но зато сможем оценить масштабы влияния прожорливости накопителя на общее потребление всех систем ноутбука.
Не так давно компанией Futuremark был выпущен тестовый пакет PCMark8, в котором появилась возможность измерять время работы ноутбука от батареи в различных сценариях. Тестовый пакет содержит в себе усечённые версии реальных приложений и, в зависимости от запущенного сценария, имитирует работу пользователя в нескольких типичных приложениях.


Наша задача проста – меняем накопители в ноутбуке и запускаем тест. Из многообразия тестовых сценариев PCMark8 нами был выбран сценарий «Home», как наиболее близкий идеологически к сфере применения ноутбуков – домашняя развлекательная станция - средство для просмотра страниц в интернете, создания несложных документов, казуальных игр и общения по сети с использованием вебкамеры.

Методика тестирования

В любезно предоставленный компанией Samsung ноутбук NP530U4C-S01RU устанавливается тестируемый накопитель, на который, в свою очередь, устанавливается операционная система Windows 8 Enterprise, на которую, в свою очередь устанавливаются все доступные пакеты обновлений.
Далее устанавливается тестовый пакет PCMark8 и компьютер выключается в ожидании полной зарядки батареи.
После включения ноутбука мы убеждаемся, что батарея действительно полностью зарядилась, ждём 15 минут и потом запускаем PCMark8. Выбираем тест «Home» и режим «Battery life». В качестве OPenCl 1.1 -устройства выбираем видеокарту NVIDIA GT 620M и запускаем тест.
Дожидаемся появления на экране окошка с указанием вытащить из ноутбука адаптер питания и, нежно и трепетно, выполняем его. Тест идёт несколько часов, так что у тестера есть время заняться чем-нибудь полезным.

Участники тестирования

Для сравнения мы подобрали с десяток популярных SSD-дисков, парочку гибридных дисков и несколько дисков с магнитными пластинами. В число дисков с магнитными пластинами мы включили как диски с разной скоростью шпинделя, так и «тонкую» однопластинную модель. Объём SSD-дисков варьировался от 240 до 256ГБ, в зависимости от модели.
Полный список протестированных накопителей приведён в таблице:

Результаты тестирования

В приведённой ниже таблице приведены как цифры по времени работы ноутбука от батареи, так и показатели быстродействия в баллах. В столбце «batteryconsumption» приведен процент разряда батареи на момент остановки теста. Программисты Futuremark заложили в PCMark8 следующий алгоритм: тест не разряжает батарею в ноль, а останавливается по мере достижения уровня заряда батареи в 20 процентов. Как видим, во всех случаях вовремя остановится тест не смог – всегда батарея разрядилась чуточку больше, чем планировалось. :)
Но это, в общем-то и неважно. Главное – мы получили время работы нотбука от батареи.


Начнём с анализа влияния накопителя на итоговый балл по скорости выполнения теста.

Как видите, при оценке скорости работы системы PCMark8 отдаёт предпочтение SSD-накопителям. Только одному диску с магнитными пластинами удалось прорваться в группу лидеров. Удивительно, но системы с гибридными накопителями не сумели показать существенного преимущества над старыми добрыми жёсткими дисками, хотя сценарий работы теста подразумевает циклическое повторение подтестов в приложениях. Вероятно, объём прокачиваемых тестом данных превышает возможности системы кэширования гибридных накопителей.

Результаты группы лидеров очень близки, так что, памятуя о дисперсии, мы победителя объявлять не будем. Имеет лишь смысл сказать о разнице между лучшим и худшим результатами. Она оказалась довольно велика – более десяти процентов.

Давайте лучше посмотрим на время работы ноутбука от батареи:

И тут нас ожидает неприятный сюрприз – оба гибридных диска оказались не на высоте. Впрочем, это легко объяснить: гибридные диски сочетают в себе два устройства – обычный диск с магнитными пластинами и контроллер, работающий с микросхемой флеш-памяти. В зависимости от характера обращения к гибридному накопителю контроллер и флешь-память могут, как экономить электроэнергию, так и увеличивать её расход. Если судить по баллам теста на скорость, система кэширования данных в гибридных дисках сработала вхолостую и лишь увеличила потребление накопителя в целом.
Далее по диаграмме наблюдаем группу SSD-накопителей, «заряженных» на максимальную производительность. Plextor M5 Pro, Corsair Neutron GTX – всё сплошь топовые модели. Видимо, для достижения максимальной скорости экономичностью накопителей решили пожертвовать…
Очень неплохо выступили жёсткие диски классической архитектуры, особенно диски Hitachi. Но не они стали победителями в этом тесте. Победил здесь не самый быстрый, но, как оказалось, самый экономичный диск – Kingston SSDNow V+ 200 series. В шаге от него оказались два диска Samsung, и это надо отметить особо, потому что их мы «не быстрыми» назвать не можем. Наоборот, по нашим тестам производительности это одни из самых быстрых дисков на рынке.

Но, постойте! Мы совершенно забыли один досадный факт – полученное время работы от батарей для разных накопителей нельзя сравнивать напрямую! Мы же не учли, что в некоторых случаях батарея разряжалась сильнее (т.е. тест работал дольше). Как же нам привести данные к общему знаменателю?

Давайте примем для себя, что характер разряда батареи – линейный. Тогда мы можем экстраполировать полученные в тесте данные для случая полного разряда батареи:

Внутри диаграммы наблюдаются небольшие перестановки, но, в целом, картина сильно не изменилась. Как и в случае тестов на производительность, оценим разброс результатов по времени работы – примерно на 7.5 процентов можно продлить время работы ноутбука в PCMark8-Home, поменяв в нём Seagate Momentus XT на Kingston SSDNow V+ 200 series.

Итак, получены ответы на многие вопросы. Осталось только понять - какой же диск лучше использовать в ноутбуке, если мы хотим сочетать и производительность, и долгое время автономной работы?

Если принять, что оба параметра для нас одинаково важны, то можно просто посчитать среднее геометрическое от баллов PCMark8 и времени работы. Тогда у нас получается вот такой расклад:

Неожиданно, правда? Но еще более любопытно то, что Hitachi HTS547550A9E384 – штатный диск ноутбука NP530U4C-S01RU, и именно поэтому он был включён в это тестирование.
Инженерам Samsung – моё почтение. :)

Выводы

Проведённые тесты позволили нам не только приобрести бесценный опыт, но и помогли развеять несколько устоявшихся мифов.
Тестирование в PCMark8 показало, что:

При типичной работе в ноутбуке SSD-диски не намного экономичнее классических жёстких дисков.
При типичной работе в ноутбуке SSD-диски не намного быстрее классических жёстких дисков (а, зачастую, они и медленнее!)
Гибридные накопители оказались не быстрее классических жёстких дисков при большем энергопотреблении.

Хотя, быть может, это частное мнение Futuremark... ;)