Обзор Western Digital Caviar WD2000BB

Корпорация монстров

Корпорация Western Digital на протяжении последнего года потчует нас «деликатесами» – производительными (с частотой вращения шпинделя 7200 об/мин) жёсткими дисками гигантского объёма.

Не так давно «королём великанов» была IBM, в чьих винчестерах могли вертеться до пяти пластин, но с ростом плотности записи данных делать многопластинных монстров становилось всё менее и менее выгодно. Переходя на пластины ёмкостью 20 ГБ, IBM сократила максимальное их количество до 3, а большинство производителей, в числе которых были Fujitsu, Maxtor, Quantum, Seagate и Samsung, сочли возможным ограничиться всего двумя пластинами. WD же традиционно использует трёхпластинный дизайн.

В июле 2001 года Western Digital объявила о выпуске самого ёмкого в истории винчестера с частотой вращения шпинделя 7200 об/мин, Caviar WD1000BB с невероятным объёмом 100 гигабайт! Достичь такой ёмкости удалось благодаря нестандартным пластинам ёмкостью 33 ГБ. Примерно в это же время стали появляться продукты конкурентов с плотностью 40ГБ на пластину, но их максимальная ёмкость составляла “всего” 80 ГБ. А в октябре 2001 пластины по 40 ГБ освоила и WD, в результате чего был установлен новый рекорд объёма – 120 ГБ.

Нельзя не отметить, что после выпуска Caviar WD1000BB, Western Digital совершила ещё одно «из-ряда-вон-выходящее» дело, оснастив свой и без того выдающийся винчестер кэш-буфером объёмом 8 МБ, диск был назван WD1000BB SE. Позже таким буфером были снабжены модели 120, 80 и даже 40 гигабайт, при этом первая из двух букв BB маркировки заменялась на J. Вплоть до осени 2002 года буфер 8 МБ оставался своеобразной визитной карточкой Western Digital.

Что новенького?

И вот, в июне 2002 года WD объявила новую линейку дисков с ёмкостями от 120 до 200 ГБ, т.е. менее чем за год плотность хранения данных была удвоена! Диски 120 и 180 гигабайт построены на пластинах ёмкостью 60 ГБ, а очередной колосс вновь использует нестандартные пластины по 66 ГБ. Правда мне не совсем понятно, почему корпорация не захотела выпустить однопластинный вариант объёмом 60 ГБ? ;-)

Однако новым Caviar есть чем похвастаться кроме рекордной ёмкости. В них, впервые для Western Digital, стали применяться гидродинамические подшипники, правда они заявлены как опция, в то время как у Seagate Barracuda ATA четвёртого и пятого поколений, а также у Maxtor Diamond Max Plus 9, они «обязательны».

Конечно же, превышение объёма 120 гигабайт не было бы возможным без модификации электроники диска. Новые Caviar поддерживают команды с 48-битной адресацией, однако самым быстрым протоколом передачи данных остался UltraDMA/100. Напомню, что 48-битная адресация и UltraDMA/133 это два совершенно разных явления. Первое уже является стандартом (включено в ATA/ATAPI-6), а второе пребывает на рассмотрении в составе стандарта ATA/ATAPI-7. Подробнее об этом вы можете прочитать в обзоре Maxtor D540X-4G.

Ну и, разумеется, Western Digital не могла обойтись без своего фирменного восьмимегабайтного буфера :) Все три новинки могут им комплектоваться. Однако первым в нашу лабораторию попал вариант с «классическим» буфером 2 МБ, зато с «неклассической» ёмкостью 200 ГБ.


Ещё одно отличие новых «Кавиаров» от прежних заключается в сроке гарантии – он сокращён до одного года. Правда модели с 8 МБ буфером продолжают обеспечиваться трёхлетней гарантией.

Условия и методика тестирования

Состав тестовой системы:

материнская плата - ASUSTeK P3B-F;
процессор - Intel P3 600E;
память - 2*128Mb SDRAM Hyundai PC100 ECC;
винчестер - IBM DPTA 372050;
видеокарта - Matrox Millennium 4Mb;
Promise Ultra100 TX2 и Promise Ultra133 TX2;
операционная система - Windows 2000 Professional SP2.

Использовались следующие версии тестовых программ:

HDTach 2.61
WinBench 99 2.0
IOMeter 1999.10.20
FC-Test v0.3

Перед тестами винчестеры переводились в "быстрый" режим при помощи IBM Feature Tool. Для тестов в WinBench винчестеры размечались в FAT32 и NTFS одним разделом с размером кластера по умолчанию, тесты проводились по четыре раза, учитывался максимальный результат. Винчестеры между тестами не охлаждались. Тестирование в IOMeter проводилось на паттернах SequentialRead, SequentialWrite, Database, Workstation, Fileserver и Webserver. За подробным описаниями паттернов Вы можете обратиться к нашим предыдущим материалам.

Спецификации

Получив в своё распоряжение очередной самый ёмкий диск в истории, мы, конечно же, решили сравнить его с предыдущими чемпионами объема, чтобы посмотреть, как прогрессировали «кавиары» за прошедший год. К сожалению, достать вариант WD1000BB с пластинами по 33 ГБ нам не удалось (эту модель перевели на пластины 40 ГБ), поэтому пришлось довольствоваться результатами WD1000JB (с буфером 8 МБ). Ну ничего, заодно мы сразу увидим, сможет ли увеличение плотности в два раза «перевесить» увеличение объёма буфера в четыре раза :)

Вот какие цифры мне удалось узнать из официальных данных:


Кому-то может показаться, что приведено слишком мало данных. Но, во-первых, WD довольно скрытна и не публикует пикантных подробностей, а, во-вторых, все три винчестера построены абсолютно одинаково и разница заключается только в плотностях установленных в них трёх пластин. Плотность же напрямую влияет только на физическую скорость чтения/записи. Скорость я привёл? ;)

Итак, заявленная скорость возросла по сравнению с «сорокагибайтным» поколением на 24.5%, что, вроде бы очень хорошо. Однако дальше выясняется, что возрастание плотности на 100% привело всего к 40% увеличению скорости! Заявленное же среднее время доступа осталось неизменным.

Ещё в новой линейке изменилась версия микропрограммы управления диском (firmware). Изменилась кардинально:


Таким образом, мы можем ожидать от новинки серьёзных отличий от предшественников – и мы их увидим!
Пора от официальных данных переходить к результатам испытаний.

Результаты HDTach

Как обычно, первое слово за HDTach.


* HDTach не смог достичь максимальной скорости этого диска!


И сразу мы сталкиваемся с первой «неувязочкой» – у WD1200BB и WD1000JB действительно одинаковое среднее время доступа, тогда как у WD2000BB оно возросло на шесть десятых миллисекунды! Что это, случайность или особенность новых моделей?

Отнимая среднее время ожидания сектора, получим замеренное среднее время поиска:

WD2000BB – 9,4 мс
WD1200BB – 8,8 мс
WD1000JB – 8,8 мс

Как видим, предыдущие «флагманы» укладывались в заявленное время, в отличие от WD2000BB.
Рассмотрим скоростные характеристики.


Ещё один сюрприз – скорость чтения из буфера у WD2000BB значительно упала. Она ухудшилась до уровня Seagate Barracuda ATA IV и винчестеров ныне отошедшей от дел Fujitsu. Довольно странное явление. Утешает лишь то, что скорость чтения из буфера слабо влияет на производительность.

На следующей диаграмме мы можем увидеть эволюцию пластины (не забываем, что скорость чтения напрямую связана с продольной плотностью записи).


Напомню, что скорость на внешних треках для WD2000BB была замерена неправильно. На самом деле она равна примерно 57 МБ/с, что можно увидеть на графике Winbench. Но, даже учитывая правильное значение скорости, мы видим не более 15% прогресса по сравнению с WD1200BB. А где же обещанные 24%? Не берусь утверждать, но похоже, что WD озаботилась увеличением надёжности своих новых продуктов и увеличила количество служебных данных на треке. По крайней мере, графики протестированных WD2000BB и WD1800BB оказались идеально ровными.

Результаты Winbench

График чтения WD2000BB
График чтения WD1200BB
График чтения WD1000JB

Обратите внимание, что для WD2000BB и WD1000JB Winbench также сообщает заниженную скорость чтения в начале диска (а цифры «в конце» некорректны вообще для всех винчестеров). Именно поэтому я стал вычислять скорости чтения в начале и в конце по логу HDTach, однако и этот подход начал давать осечки. Для всех винчестеров, у которых скорость чтения превышает 50МБ/с, HDTach тоже даёт заниженные результаты. Придётся срочно искать им замену :(

Взглянем на результаты Winmark.


Как видим, WD2000BB здесь похвастаться нечем. Результат Business слегка упал, что является прямым следствием бОльшего среднего времени доступа. Результат High-End немного возрос, но не настолько, чтобы обогнать модель годичной давности с буфером 8 МБ.

Но судить по интегральной оценке – дело неблагодарное, поэтому перейдём к покомпонентному рассмотрению.


Практически во всех приложениях результаты WD2000BB и WD1200BB совпали, что позволяет сделать вывод о неизменности основных алгоритмов firmware. Исключением стал Sound Forge, традиционно чувствительный к реализации отложенной записи. Радует, что ухудшение скорости чтения из буфера никак не повлияло на результат нового Caviar, даже во FrontPage. Наверное, скорость записи в буфер у WD2000BB осталась на высоте :)

Что у него получается на NTFS?


А на NTFS мы можем констатировать легкое, но безоговорочное отставание новинки от предков.


Судя по практически идентичной производительности моделей с 2 и 8 МБ кэш-буфера, здесь основное влияние оказывает опять же среднее время доступа.

Результаты IOMeter

Начнём с последовательного чтения/записи.


Та-ак, в чтении у новинки определённо наблюдаются сдвиги в лучшую сторону. Там, где WD1000JB и WD1200BB «тушевались», WD2000BB заметно их обходит.


А странные спады скорости записи на блоках в 1КБ переродились у WD2000BB в полную неприязнь всего, что мельче двух килобайт. В остальных случаях он ожидаемо лидирует.

Теперь хочу предложить вашему вниманию графики паттерна Database. Этот паттерн позволяет полнее раскрыть характер винчестера с помощью изменяемого соотношения количества операций записи к операциям чтения.

На этот раз оказалось возможным ограничиться графиками для всего двух нагрузок, минимальной и максимальной. В остальных случаях результаты буквально интерполируются.




Обратите внимание на странный спад скорости при 100% чтении, наметившийся при самой лёгкой нагрузке и достигший своего апофеоза при максимальной.


Сие поведение очень необычно, и единственное ему объяснение – ошибка в firmware.

Однако, как только появляются запросы на запись, результаты WD2000BB сразу приходят в норму.


Напомню, что цифры для смешанного характера запросов получаются усреднением результатов для всех соотношений запросов на запись и чтение, исключая случаи 100% чтения и 100% записи.

Четко видно, что WD1000JB, имеющий самое старое firmware, намного хуже двух других Caviar. За прошедший год WD проделала неплохую работу по оптимизации алгоритмов отложенной записи.


Что можно сказать после анализа результатов Database? WD2000BB всегда медленнее, чем WD1200BB и не всегда это объясняется разницей в среднем времени доступа.

Вот цифры времени доступа для блоков 8КБ.


Коэффициент эффективности кэширования записи мы вычисляем как отношение среднего времени доступа при чтении к среднему времени доступа при записи.


В новом firmware WD удалось ещё немного улучшить и без того находившуюся на недосягаемой для конкурентов высоте эффективность отложенной записи.

Теперь, досконально изучив поведение винчестеров, посмотрим на показанные ими результаты в паттернах, эмулирующих реальную нагрузку.

Паттерн Workstation призван имитировать интенсивную работу одного пользователя в различных приложениях при файловой системе NTFS5.


WorkstationRating = IOps(1) + IOps(2) + IOps(4) + IOps(8)/1,5 + IOps(16)/2


WD2000BB превзошёл WD1200BB на 8%, но праздник испортил WD1000JB (буфер 8МБ), результат которого оказался ещё немного лучше.

Хочу особо прокомментировать этот момент. Обратите внимание на график WD1200BB, он начинается значительно ниже двух других моделей WD, но в конце приближается к ним вплотную. Этому есть простое объяснение: в новом, из упаковки, винчестере перемещение актуатора демпфировано и среднее время доступа несколько завышено до тех пор, пока винчестер не разработается. Такое поведение я впервые наблюдал у винчестеров Western Digital в далёком 1994 году. В дальнейшем мы будем внимательнее следить за результатами, назначая винчестерам в случае необходимости «обкаточные» процедуры.

Наш второй псевдо-реальный паттерн имитирует нагрузку на файловый сервер.


FileServerRating = IOps(1) + IOps(4) + IOps(16) /1,5 + IOps(64)/2 + IOps(256)/3


Как видим, в данном паттерне, несмотря на его относительную схожесть с предыдущим, победил WD1200BB. Из чего я и сделал вывод о том, что в предыдущем случае «спортсмен» был просто не «не разогрет».

Ну а отличие паттерна веб-сервер от двух предыдущих состоит в том, что с винчестера данные только читаются, но не пишутся.


WebServerRating = IOps(1) + IOps(4) + IOps(16) + IOps(64)/1,5 + IOps(256)/2


И вот мы опять сталкиваемся с необъяснимым падением производительности WD2000BB с ростом нагрузки, в результате чего он занял последнее место. Как же так, исправляя небольшие огрехи в алгоритмах firmware WD допускает ещё бОльшие ошибки :(

Результаты FC-Test

Если IOMeter больше настроен для изучения производительности при случайном характере запросов и его результаты в значительной мере зависят от среднего времени доступа, то FC-Test, наоборот, больше благоволит к линейной скорости чтения/записи.


Поскольку по таблице довольно непросто что-либо понять, я построил диаграммы. Диаграмм, как обычно, получилось 9 :)




В обеих файловых системах соотношение результатов разнИтся не сильно. Так, при записи WD2000BB безоговорочно лидирует и, вообще, места распределились точно в соответствии с возрастом винчестеров.




И при чтении примерно то же самое, только WD1200BB подтянулся ближе к лидеру.




При копировании преимущества WD2000BB в сырой скорости тают. И в копировании больших файлов ему абсолютно нечего противопоставить винчестеру с 8-ю МБ кэш-буфера.




При копировании из раздела в раздел соблюдается та же расстановка сил. На больших файлах WD1000JB на треть обгоняет своих более молодых родственников, а последнее место, как это ни странно, оказалось за WD2000BB. На мелких и средних файлах все три винчестера поочерёдно занимают последие места.

Следующая диаграмма призвана отражать скорость загрузки приложений. Она построена по результатам чтения паттернов Programs и Windows и показывает среднее число файлов, прочитанных за секунду.


В деле чтения мелких файлов новый WD преуспел всё же несколько больше своих предшественников и это единственное утешение после невпечатляющих результатов копирования.

Шум и нагрев

Новый WD Caviar очень похож на своих предшественников шумности. А именно: звук вращения шпинделя вполне ощутим, а головки «шебуршат» при поиске довольно тихо. Температура корпуса (в середине боковины) винчестера после интенсивной работы IOMeter составила внушительные 46 градусов, поэтому для этого винчестера крайне желательно дополнительное охлаждение. И, по-прежнему, винчестер не сообщает о своём нагреве через S.M.A.R.T. :(

Резюме

Похоже, что с введением 48-битной адресации WD решила переработать firmware, особенности которого не менялись уже несколько лет. Но в погоне за этой благородной целью она допустила несколько ляпов, из-за которых новый блин оказался «комом»:

во-первых, это значительное снижение скорости чтения из буфера,
во-вторых, это неприлично низкая скорость последовательной записи мелких блоков данных.

И если эти два момента мало сказались на производительности, то провал скорости случайного чтения при нагрузках более 16 одновременных запросов сразу же отразился на скорости веб-сервера. Вполне допускаю, что это особенность первой версии нового firmware и впоследствии всё будет исправлено.

В целом, WD2000BB (очевидно, также как и WD1800BB и новый WD1200BB) НЕ БЫСТРЕЕ предыдущей модели WD1200BB (а также последних вариантов WD1000BB, WD800BB), но она ёмче и, возможно, надёжнее.

С увеличившимся средним временем доступа пока не всё ясно. То ли это отклонение нашего экземпляра, то ли недокументированная особенность последнего поколения. Также мы ещё не видели результатов новых винчестеров с кэш-буфером 8 мегабайт, поэтому мы обязательно будем искать для тестов другие варианты новинок от WD.