Достоинства и недостатки технологии Intel Smart Response

Детальное исследование влияния SSD-кэширования на производительность жестких дисков


Почти два года назад в свет вышел топовый на тот момент чипсет Intel Z68, а вместе с ним дебютировала и технология Smart Response. Казалось бы, новая, но на деле имеющая глубокие корни — идея совместить в одной системе сильные стороны традиционных винчестеров и твердотельных накопителей давно витала в воздухе. Что для этого нужно? Нужно к винчестеру добавить некоторый объем флэша в качестве кэш-буфера. В идеальном случае в него со временем должны попасть секторы, к которым система обращается чаще всего, что и приведет к серьезному повышению производительности — доступ к SSD осуществляется быстрее. А на винчестере будут просто лежать данные и редко выполняемый код, благо его емкости для такого достаточно, а скорость запуска редко используемых программ не слишком критична. Еще более идеальным вариантом, конечно, является использование SSD большой емкости, но это решение идеально лишь с точки зрения производительности — стоимость хранения информации на твердотельных накопителях в разы выше, чем на винчестерах. А гибридизация позволяет обойтись относительно небольшим количеством флэша, что недорого и, в идеале, почти столь же быстро, как и использование одного только SSD.

Производители винчестеров подошли к решению вопроса со своей стороны, встраивая флэш-буфер прямо в винчестеры. С такими решениями мы уже знакомились и, в общем и целом, пришли к выводу, что они оправданы. Правда, до последнего времени они встречались лишь среди ноутбучных моделей, в чем есть большой смысл: сделать в условиях ноутбука гибридную систему своими руками (т. е. из нескольких накопителей) не всегда возможно. Поэтому надо ужиматься в один корпус, причем такой, который поместится в ноутбук, что всегда заставляло идти на компромиссы. В частности, те же Seagate Momentus XT содержали лишь 4 ГБ флэш-памяти в первом поколении и 8 ГБ — во втором. А вот в настольном компьютере гибкость больше. Можно, в общем-то, и просто поставить SSD гигабайт так на 240, чтоб туда все программы влезли, и большой винчестер для данных. А можно взять SSD поменьше и воспользоваться Smart Response. Тем более, что год назад количество «пригодных» чипсетов сильно увеличилось: к Z68 добавились новые Z77, H77 (несколько более дешевый), корпоративный Q77 и некоторое количество ноутбучных модификаций. Словом, есть где развернуться.

Поэтому сегодня мы решили более подробно исследовать работу технологии Smart Response. Вкратце-то мы с ней уже познакомились когда изучали Z68, но именно, что вкратце. А вот теперь — посмотрим подробно: что ускоряет, как ускоряет, что замедляет

Что ускоряем?

В качестве рабочего тела мы решили взять Western Digital Green WD30EZRX, уже знакомый нам по одной из предыдущих статей. Очень хороший, как нам кажется, объект — «зеленая» серия (стало быть, не самая высокая производительность), да и в ее рамках накопитель не самый выдающийся из-за использования пластин низкой (с точки зрения современности) плотности. В общем, как мы уже убедились, использование его в роли системного и единственного — не слишком оправдано. Но может быть, Smart Response позволит нам переломить ситуацию?

Чем ускоряем?

Производители SSD постепенно раскачались, и сегодня выпускают уже немалое количество специальных кэширующих серий накопителей. Хотя, в принципе, подходят и обычные. Тем более, у многих энтузиастов остались некогда купленные твердотельные накопители емкостью 32-64 ГБ (на что, очень может быть, в Intel и рассчитывали, запуская Z68). Но мы решили подойти к вопросу «честно» и взяли кэширующий SSD AData Premier Pro SP300. Впрочем, ориентацию на подобное применение в основном выдает только его емкость в 32 ГБ и интерфейс mSATA. А так — вполне типичный твердотельный накопитель на базе уже немного устаревшего контроллера LSI SandForce SF-2141 с прошивкой версии 5.0.2a. В общем, если кому-то нужен небольшой SSD с таким интерфейсом (например, к такой вот плате в пару), то можно пользоваться. Мы же сегодня используем SP300 по прямому назначению :)

Как ускоряем?

Для работы технологии требуется плата на соответствующем чипсете, как минимум Windows Vista, установленный Intel Rapid Storage и RAID-режим дискового контроллера. Абсолютно все эти условия нашим стандартным тестом выполняются. В том числе, и RAID-режим, который мы используем всегда (даже для одиночных накопителей) как раз ради совместимости (т. е. пригодности для сравнения) результатов.

А дальше — все просто. Обнаружив наличие свободного SSD после загрузки компьютера, Intel Rapid Storage предлагает включить «ускорение работы». Далее нужно выбрать SSD, кэшируемый накопитель (если их несколько, как в нашем случае), определиться с выделяемой для кэширования емкостью (20 ГБ или весь объем SSD, но не более 64 ГБ — это полезно, если хочется «откусить» кусочек от большого накопителя, а оставшуюся часть использовать «нормальным» образом) и, самое главное, выбрать режим кэширования. Последних два: Enhanced и Maximized, отличающихся подходом к записи. Первый (который и выбран по умолчанию) ее, фактически, не кэширует — данные попадают на SSD только по решению драйвера: в основном по критерию частоты использования. Второй же, по сути, встраивает SSD между винчестером и системой: практически все операции записи перенаправляются именно на твердотельный накопитель, а на винчестер копируются уже с него — большими порциями и спустя определенный промежуток времени. Понятно, что вести они должны себя по-разному: в первом случае остается больше места для быстрого запуска программ, зато второй в теории должен позволять сильно ускорить операции записи со случайным доступом. Однако в нем больше вероятность вытеснения полезных данных чем-нибудь, что планировалось просто «сбросить и забыть», да к тому же есть определенная вероятность потерять данные: а вдруг SSD выйдет из строя до того, как успеют обновиться файлы на винчестере? В общем, Intel рекомендует использовать Enhanced, но мы, естественно, проверили оба режима.

Методика тестирования

Методика подробно описана в отдельной статье. Там можно познакомиться с используемым аппаратным и программным обеспечением.

Тестирование

Буферизованные операции

Тот самый случай, когда ускориться ничего в принципе не может, зато может замедлиться: одно дело — записать что-то в буфер винчестера, и совсем другое — хаотические метания драйвера в попытках понять, нет ли этих данных на SSD (при чтении) и что вообще с ними надо делать (при записи). В общем итоге, как и следовало ожидать, ничего хорошего.

Время доступа

Запросы идут по всем 3 терабайтам винчестера, так что нет ничего удивительного, что в SSD они ничего не находят. Но хоть медленнее не становится — и то хорошо.

Здесь хорошо видно отличие режима Maximized ото всех остальных: записали на SSD, получили ответ о том, что операция выполнена успешно, и можно к следующим операциям переходить, а не ждать ответа именно от винчестера, что, как видим, требует в 50 раз больше времени.

В AS SSD та же картина. Только запись ускорилась сравнительно с Everest в «обычных» режимах, но не в Maximized — там уже и улучшать-то нечего :)

Последовательные операции

С определенного момента читать начинаем с SSD, а не с винчестера, а первый у нас пошустрее (хоть и не какая-нибудь модель «реактивной» производительности), так что все ускоряется. А вот в Maximized все плохо из-за усложненной логики: сначала драйвер проверяет, не были ли эти данные недавно записаны на SSD, а потом уже обращается к винчестеру, так что порцесс замедляется.

При записи картина обратная — тут уже режим Maximized способен немного увеличить производительность. Особенно на небольших блоках, что для SSD является более удобной операцией. А вот Enhanced лишь замедляет процесс: ведь нужно не только записать данные на винчестер, но и провести анализ, не стоит ли их сразу же и в кэш поместить.

В общем, как видим, иногда технология Smart Response способна повысить и производительность операций низкого уровня, но способна и понизить ее, как только мы переходим к нагрузке другого типа. Причем, как и следовало ожидать, Enhanced и Maximized по поведению отличаются кардинально.

Случайный доступ

Что естественно, при чтении данных все ведут себя одинаковым образом: запросы-то непосредственно к винчестеру. Но есть и нюансы: как видим, при большом количестве запросов гибридный накопитель из-за накладных программных расходов оказывается медленнее, чем собственно винчестер. Не так чтобы очень — каких-то 15%. Но и этим пренебрегать не стоит.

А здесь отличается только режим Maximized из-за слишком уж сложной логики работы: быстро записываем данные на флэш, получаем следующий запрос, выполняем его, получаем следующий — и выясняем, что пора бы уже данные предыдущих записать на винчестер. В общем, несмотря на то, что на совсем низком уровне, как мы видели выше, этот режим сильно ускоряет накопитель, на практике это способно не дать ничего или даже обеспечить отрицательный эффект.

Что особенно отчетливо наблюдается в шаблонах баз данных, где Enhanced не дает ничего (почти ничего — немного, все же, скорость падает), а Maximized умудряется замедлить винчестер (хотя, казалось бы, куда уж дальше). Впрочем, как раз при большой доле операций записи все варианты приходят к общему знаменателю, так что это немного другая проблема — слишком запутанные алгоритмы.

Производительность в приложениях

Вот, собственно, то, ради чего все затевалось — производительность вырастает в два и более раз. Даже VelociRaptor в PCMark7 набирает лишь 2737 баллов, а это самый быстрый винчестер в настольном сегменте — так что, казалось бы, вот оно счастье. Но не будем спешить открывать шампанское — у нас еще много тестов.

На трассе «защитника» выигрыш в скорости уже приблизился к трехкратному.

Режим Maximized отыгрался за два предыдущих случая и показал, что когда речь идет о записи данных, именно он может оказаться самым быстрым.

И звездный час технологии — тут даже порядок величин разный. Одиночный SSD, конечно же, в пару раз быстрее (если говорить о высокопроизводительных моделях), но это уже разы. А от «обычных» винчестеров гибридную систему отделяет уже порядок величин.

На «игровой» трассе прирост скромнее, но он все-таки есть. Причем такой, что, опять же, даже самым быстрым винчестерам нечего ловить рядом с «зеленой» моделью, ускоренной при помощи Smart Response.

Приехали. Даже если не обращать внимание на то, что Maximized «завалил» работу на шаблоне ContentCreation (это-то легко поддается объяснению), остальные результаты оптимизма тоже не вызывают. Почему же так различается поведение PCMark7 и NASPT? А они работают по-разному. В PCMark7 есть семь записанных трасс, имеющих не такой уж большой суммарный объем. Причем прогоняются они по три раза, и первый — столь же медленный, как и при использовании винчестера. Однако ко второму все данные уже оказываются на SSD, так что тестируем мы по большей части именно его. Причем, заметим, три трассы все равно ускорить не удалось.

В NASPT тоже используется многократный запуск тестов, но всех — включая и шаблоны, «ворочающие» файлами по 32 ГБ. Таким образом, между двумя исполнениями «рабочих» шаблонов в обе стороны успевает «пролететь» пара сотен гигабайт. И каким бы умным ни был драйвер, в подобном раскладе, судя по всему, его мыслительных способностей недостаточно для того, чтобы разобраться, что надо держать в кэше, а что «записали и забыли». Если немного изменить методику тестирования, «прогоняя» несколько раз только группы из указанных шаблонов, подыграв тем самым технологии, все становится замечательно — начиная со второго раза скорость резко возрастает. Однако очевидно, что в реальной жизни бывает всякое: и «хорошие» ситуации, и «плохие», так что неудивительно, что и в тестировании оказались и те, и другие.

Эту диаграмму мы помещаем, скорее, из озорства, однако раз уж у нас есть результаты, то почему бы на них не посмотреть? А пример весьма показательный и открытым текстом намекающий на то, что пытаться ускорить при помощи Smart Response несистемные диски смысла не имеет. Впрочем, остановимся на этом вопросе чуть более подробно.

Работа с большими файлами

Как и следовало ожидать, никакого эффекта — кэширование при помощи технологии Smart Response не упреждающее. Да и упреждающее не слишком бы помогло при последовательном  (пусть и многопоточном в одном тесте) чтении объема данных, равного полному объему флэш-кэша.

При записи данных Smart Response сильно замедляет работу. В максимальной степени — при использовании режима Maximized, что понятно: попытка реализовать отложенную запись 32 ГБ данных при помощи флэшки на те же 32 ГБ изначально обречена на провал. Ну а в режиме Enhanced этой проблемы нет, но есть другая: драйверу надо данные не только записывать, но и анализировать для последующего (возможного) использования. Так что неудивительно, что «прямая запись» оказывается самой быстрой — тут-то никаких сложностей нет.

Вот что иногда может улучшиться — так это производительность псевдослучайной записи одновременно с чтением. И то — незначительно. При последовательном же доступе к информации Smart Response немного замедляет работу. Тоже — незначительно.

Общий средний балл

Несмотря на все виденное выше, мы получили вполне уверенный прирост от Smart Response в среднем. Почему? Ну, как мы видели, в том же PCMark7 выигрыш очень весомый, что оказалось лишь частично скомпенсировано проигрышем в других тестах. К тому же низкоуровневая синтетика часто ведет себя очень интересным образом, причем далеко не все выкрутасы SR были показаны выше. Для примера рассмотрим пару шаблонов AS SSD, активно используемых нами в тестах SSD, но обычно «спрятанных с глаз» при тестировании винчестеров.

Все просто — тест работает с файлом размером 1 ГБ, который, естественно, мгновенно оказывается на SSD, так что в режиме Enhanced мы, практически, SSD и измерили. Maximized из-за своей специфики медленно работает с одним потоком чтения (накладные расходы сравнимы с основными), хотя даже тут «ускоряет» винчестер в 4 раза. Ну а на 64 потоках — во все 20 раз.

Запись практически ничего не дает Enhanced, поскольку данные все равно приходится записывать в файл на винчестере, зато если выбрать режим Maximized, получаем подтверждение рекламы Smart Response: ваш HDD будет работать как SSD! :) Такие результаты, естественно, тоже сказались на среднем балле, хотя, как видим, общий итог не такой уж и внушительный.

С подробными же результатами всех тестов, как мы и обещали, можно познакомиться, скачав таблицу в формате Microsoft Excel.

Итого

Анонс Z68 и Smart Response заинтересовал многих красотой идеи: берем маленький и дешевый SSD, емкий винчестер и… Получаем быструю гибридную систему хранения данных, собравшую в себе плюсы обеих технологий. Многим нравилось, что SSD вроде как будет кэшировать весь винчестер, что казалось преимуществом по сравнению с использованием SSD и HDD по отдельности — когда дисковая система четко разделена на «быструю» и «медленную» части. Словом, сплошной профит. Однако реальное положение дел оказалась чуть-чуть более сложным и неоднозначным.

Во-первых, как мы видим, от кэширования всего жесткого диска больше вреда, чем пользы — многие «типично винчестерные» операции замедляются, а не ускоряются. Во-вторых, дала трещину концепция «маленький и дешевый», поскольку сильно упали цены на твердотельные накопители. Работать над Smart Response в Intel начали порядка трех лет назад (может, двух с половиной, но не меньше — два года назад уже готовые продукты появились), когда стоимость 1 ГБ информации на твердотельном накопителе составляла порядка 3 долларов. Сейчас она упала ниже одного доллара, причем, поскольку снижение происходило в основном за счет увеличения плотности новых микросхем, цена от объема зависит нелинейным образом — чем больше, тем относительно дешевле. В практическом смысле это приводит к тому, что сегодня твердотельные накопители на 32 и 128 ГБ по цене различаются всего в два раза, а в абсолютных цифрах вся экономия скукоживается до примерно 50 долларов. А что такое 128 ГБ? Это емкость, достаточная для операционной системы и большого количества прикладных программ. У многих пользователей еще и на хранение данных при этом место останется. Ну а для той информации, скорость доступа к которой не критична, в настольной системе можно просто использовать винчестер большого объема. Самое же главное, что такой подход дает предсказуемость, которой не может похвастаться Smart Response, т. е., независимо от сценариев работы, программы всегда запускаются быстро. А не как получится :) В гибридной же системе может быть почти так же быстро, как с SSD, а может быть и столь же медленно, как при использовании одного лишь винчестера. Говоря простым языком, если какой-нибудь геймер день за днем играет в одну и ту же игру, то от Smart Response он получит такой прирост, как мы выше видели на трассе «Gaming» PCMark7 — ускорение в весомые два-три раза. А вот если у него установлен десяток игр, и каждый раз он выбирает из них одну случайным образом (что называется, «под настроение»), то получит он… шиш с маслом, который нам продемонстрировал NASPT: данные в флэш-кэше будут постоянно меняться, так что загрузка уровней, к примеру, останется столь же медленной, как и при использовании только винчестера: ведь, в основном, именно он и будет работать.

С другой стороны, назвать технологию бесполезной мы тоже не можем — все зависит от сценария использования. В том же игровом компьютере может быть интересной схема с двумя SSD и винчестером. Просто потому, что современные игры велики по объему, и держать их на основном твердотельном накопителе накладно — слишком большой и дорогой требуется. Но проблем можно избежать. К примеру, ставим SSD на 128 ГБ — под систему и основные приложения. Для игр и прочих «тяжелых» программ, которые не поместятся на первом накопителе, используем быстрый винчестер относительно небольшой емкости, дополнительно ускоренный при помощи SSD на 32 ГБ. А для хранения всяких мультимедийных данных, типа фильмов и прочего (что нынче нередко «живет» в больших количествах и на игровых компьютерах) — еще один винчестер. Большой по объему, низкооборотистый (стало быть, экономичный) и безо всяких «бустеров», которые при таком сценарии использования могут только помешать, но не помочь. Сложно? Дорого? Да, но вполне реализуемо. И такой способ использования разных технологий как раз и позволяет получить тот максимум, на который они способны.

В общем, как видим, несмотря на снижение цен на флэш-память (и, соответственно, твердотельные накопители), технология Smart Response до сих пор имеет право на жизнь, поскольку в некоторых сценариях использования увеличивает производительность системы хранения данных. Важно только учитывать, что панацеей на все случаи жизни она не является: где-то полезна, а где-то и напротив — вредна. Таким образом, прежде чем ей пользоваться, стоит заранее взвесить все pro и contra, понять, что именно вы собираетесь сделать и как это должно работать. Впрочем, это верно для всех современных технологий.




Дополнительно

ВИКТОРИНА TT

Материнские платы какого форм-фактора можно устанавливать в корпус Thermaltake Versa C22 RGB Snow Edition?

Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

Код для блога бета

Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.