Гибридные винчестеры Seagate трех поколений и сравнение двух технологий гибридизации


За прошедшие несколько лет твердотельные накопители из дорогостоящей экзотической игрушки превратились в полноправных членов семейства устройств хранения информации. В первую очередь это было связано со снижением стоимости хранения этой самой информации — от долларов за гигабайт мы как-то незаметно перешли к десяткам центов. Впрочем, и существующие темпы устраивают далеко не всех пользователей — все-таки даже при таких относительных величинах абсолютная стоимость SSD на несколько сотен гигабайт составляет несколько же сотен долларов. У винчестеров такой проблемы нет — их тоже не раздают бесплатно, однако каждый гигабайт стоит уже единицы центов, т.е. на порядок дешевле, нежели флэш-память. Однако и с точки зрения производительности эти накопители живут в разных практически не пересекающихся мирах. И пока такое состояние дел будет сохраняться, единственным вариантом совместить все достоинства разных технологий продолжит оставаться использование их обоих.

Идеальным с точки зрения производительности вариантом является полная независимость устройств хранения данных — быстрый SSD для хранения операционной системы и необходимого набора приложений и емкий винчестер для хранения данных. Но есть у этого способа и пара недостатков. Во-первых, далеко не в любой компьютер можно установить одновременно несколько накопителей. Впрочем, активное внедрение интерфейса mSATA в последнее время несколько ослабило проблему, однако не решило ее полностью — далеко не всеми ноутбуками поддерживается до сих пор. Причем наиболее «обделенными» оказываются два практически непересекающихся, но многим интересных класса — самые дешевые и самые компактные модели. И в первом из них положение дел усугубляет «во-вторых»: для того, чтобы поместились все нужные приложения, емкость SSD должна составлять хотя бы несколько десятков гигабайт. Учитываем то, что сказано в начале, вспоминаем, что в сегменте минимальной емкости удельная стоимость хранения информации обычно выше, чем в массовом, и приходим к тому, что раздельный подход увеличивает стоимость системы как минимум на сотню долларов. Причем вряд ли в ближайшее время ситуация сильно изменится — увеличение емкости кристаллов флэш-памяти (благодаря чему в основном и падают цены) приводит к тому, что слишком мелкие по объему твердотельные накопители выпускать не только не выгодно, но и вообще технически невозможно. А для бюджетного компьютера или ноутбука сто долларов — весомая сумма: он и сам по себе может всего раза в три дороже стоить.

Таким образом, до сих пор сохраняется актуальность более тесной гибридизации: не на уровне накопителей, а в составе одного накопителя — гибридного винчестера. Появились такие устройства пару лет назад (более ранние попытки базировались совсем на ином подходе, ныне не применяющемся), так что их достоинства и недостатки давно всем известны. С первыми все просто — требуется всего один дисковый отсек и производительность при удачном раскладе оказывается существенно более высокой, нежели у «обычных» винчестеров. Со вторыми, в общем-то, тоже: во-первых, и цена занимает промежуточное положение, между последними и SSD, а во-вторых, не всякий «расклад» оказывается удачным. Т.е. предсказуемости результатов нет: с твердотельного накопителя, например, программы всегда стартуют быстро, а от гибридного можно получить и почти такую же скорость запуска, и аналогичную винчестеру. Причина — понятна: чтобы доступ к накопителю всегда был быстрым, требуемые данные должны быть всегда во флэш-буфере, а чтоб они там были всегда, его размер должен быть достаточным для хранения их всех. В общем, в пределе приходим к тому же, от чего уходили — требуется несколько десятков гигабайт флэш-памяти (как минимум), которые будут стоить от 100 долларов и выше. Хотим сэкономить? Придется мириться с недостатками — все-таки лучше получать ускорение иногда, нежели никогда, а стоимость хранения информации на гибридах намного ниже, нежели свойственно SSD: пусть не центы, но чуть более 10 центов за гигабайт получить уже можно. Во всяком случае, это верно для наиболее емких моделей современных гибридных винчестеров, к которым наш сегодняшний герой не относится.

С другой стороны, и сфера применения Seagate Laptop Thin SSHD ST500LM000 более широка, нежели у последних. По очень простой причине — плотность записи на магнитные пластины ограничена. Максимум, чего удалось добиться на текущем этапе — 500 ГБ для пластины диаметром 2,5″ или 1 ТБ на 3,5″. Соответственно, если мы хотим добиться от ноутбучного винчестера емкости в 750 ГБ или 1 ТБ, приходится использовать две магнитные пластины, что неминуемо приводит к толщине корпуса в 9,5 мм. Долгое время это считалось стандартным значением, но сейчас в моде тонкие устройства, так что все чаще и чаще пользователи сталкиваются с отсеками, глубиной 7 мм. Для твердотельных накопителей такое уменьшение толщины проблем не составляет, а вот винчестеры ограничивает одной пластиной, что дает нам максимальную емкость в 500 ГБ. Электроника же «тонких» и «обычных» моделей одинакова, так что и стоит одинаково, что особенно сильно бьет по гибридам, где она банально дороже. В результате Laptop Thin SSHD на 500 ГБ стоит лишь в полтора раза дешевле терабайтного Laptop SSHD, т.е. если минимальная толщина не нужна, последний куда более предпочтителен с точки зрения цены хранения информации. Впрочем, когда нужно только ее хранение, еще лучше смотрятся «классические» винчестеры — при одинаковой емкости они примерно в полтора раз дешевле гибридов. В данном случае это приводит вообще к неприятному эффекту — за те же деньги, что просят за ST500LM000, можно приобрести терабайтный «обычный порошок». Но если производительность важна (со всеми свойственными гибридам оговорками, разумеется), то все не так уж плохо: за указанную сумму можно найти в продаже лишь SSD на 60/64 ГБ.

Впрочем, вся эта арифметика важна только в одном случае — непосредственно при покупке. Нам же на данный момент более важно то, что Laptop Thin SSHD и Laptop SSHD различаются только количеством пластин. Сами же пластины у них одинаковы, равно как и электроника, так что производительность этих линеек Seagate тоже будет одинаковой или максимально близкой. В будущем, конечно, мы постараемся протестировать и других представителей новейшего поколения гибридных винчестеров компании, но для сравнения с предыдущими нам пока хватит и одной этой модели.

Технические характеристики

  Seagate Momentus 7200 ST9750420AS (SR) Seagate Momentus XT ST95005620AS Seagate Momentus XT ST750LX003 Seagate Laptop Thin SSHD ST500LM000
Форм-фактор 2,5″+mSATA 2,5″ 2,5″ 2,5″
Толщина, мм 9,5 9,5 9,5 7
Емкость, ТБ 0,75 0,5 0,75 0,5
Емкость флэш-памяти, ГБ 32 4 8 8
Скорость вращения шпинделя, об/мин 7200 7200 7200 5400
Объем буфера, МБ 16 32 32 64
Количество головок 4 4 4 2
Количество дисков 2 2 2 1
Интерфейс SATA300 SATA300 SATA600 SATA600
Энергопотребление (+5), А 0,7 0,58 0,7 0,7

Итак, для сравнения с испытуемым мы взяли представителей двух поколений Momentus XT — именно под этой маркой ранее продавались гибридные винчестеры Seagate (в незапамятные времена был еще и Momentus PSD, однако особых следов на рынке он не оставил, да и вообще это совсем отдельная история). Что сразу заметно — меньшая скорость вращения пластин: от 7200 об/мин мы вернулись к 5400 об/мин. Причины этого легко объяснимы: ранее «оборотистость» была единственным способом увеличения производительности при «рабочих» нагрузках, сейчас же эти задачи принято решать гибридизацией. Что же касается производительности при линейных операциях, то она должна возрасти за счет увеличения плотности записи. Зато низкооборотистые винчестеры издают меньше шума и потребляют меньше энергии, хотя на заявленных цифрах это не сказалось.

Что еще изменилось, так это тип флэш-памяти. Ранее Seagate применял в гибридах исключительно SLC, причем компания регулярно подчеркивала преимущества данной технологии в плане ресурса и производительности. Однако и на этом сегменте рынка применение одноуровневых ячеек тихой сапой кануло в лету, причем уже без каких-либо громких заявлений. Неудивительно — с технической точки зрения это шаг назад. С одной стороны. С другой современные контроллеры давно уже нивелировали различия SLC и MLC в производительности, да и надежность продуктов на базе последней благодаря совершенствованию алгоритмов выравнивания нагрузок стала высокой. А SLC большой емкости уже и не купишь просто-напросто. Так что очевидным на первый взгляд шагом было бы увеличение емкости флэш-кэша, однако по экономическим соображениям компания сначала  на это не пошла, ограничившись теми же 8 ГБ, что и в Momentus XT второго поколения. Однако в мае сего года линейка Laptop SSHD была обновлена, причем вполне предсказуемым образом — анонсированы накопители уже с 32 ГБ флэш-памяти. Собственно, именно они в ближайшее время должны занять позиции топовых моделей, на что намекают даже названия: терабайтный Laptop SSHD с 8 ГБ флэш-памяти «обзывается» ST1000LM014, а с 32 ГБ — ST1000LX003, что недвусмысленно намекает на родство со вторым Momentus XT — ST750LX003. Аналогичные процессы произойдут и с Laptop Thin SSHD — ST500LM000 (который мы сегодня и будем тестировать) превратится в модель начального уровня, а самым требовательным пользователям вместо него будет предложен ST500UM000. Однако пока модели с 32 ГБ флэша ни до розницы, ни до тестовых лабораторий не добрались, так что это тема будущих исследований.

Откуда взялся четвертый участник тестирования? Это совершенно обычный Momentus 7200 ST9750420AS, но пришпоренный технологией Smart Response в режиме Enhanced. Как и в прошлый раз для собственно кэширования мы использовали SSD AData Premier Pro SP300, емкостью 32 ГБ, что в разы больше, чем собственный буфер гибридных винчестеров. Зато последние занимают всего один дисковый отсек, да и «фирменные» алгоритмы кэширования теоретически могут иметь более высокое качество реализации. И не зависят от операционной системы и прочего окружения, что некоторым пользователям тоже важно. В общем, идея «столкнуть лбами» два подхода к гибридизации давно витала в воздухе, а теперь для нее и хороший повод нашелся :) Тем более, что, как мы уже писали, в плане механики  ST9750420AS и ST750LX003 очень похожи.

Методика тестирования

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

Буферизованные операции

Как мы уже не раз отмечали, скорость обмена данными с буфером винчестера сильным местом накопителей Seagate никогда не являлась. Не стал исключением и Laptop Thin SSHD, отстающий и от Momentus XT второго поколения. Впрочем, насколько измеримые низкоуровневыми бенчмарками цифры применимы к реальным нагрузкам — вопрос открытый. Так что стоит лишь заметить, что, в отличие от Smart Response, «внутренняя гибридизация» их хотя бы не портит.

Время доступа

Задача на механику — флэш-память может как-то сказаться лишь в режиме Maximized Smart Response, но не в Enhanced. Подход Seagate, насколько нам известно, тоже ближе именно к этому алгоритму работы — данные во флэш-буфер попадают только с магнитных пластин, но не напрямую. Так что нет ничего удивительного, что Laptop Thin SSHD независимо от конкретного характера нагрузки всегда оказывается самым медленным — в остальной тройке испытуемых пластины вращаются быстрее, а это на времени доступа всегда сказывается. Особенно когда речь идет об операциях записи — при чтении-то отставание невелико. Но есть оно, повторимся, всегда, что было априори понятно.

Последовательные операции

При последовательном чтении высокая плотность записи позволила нивелировать эффект от снижения скорости вращения, что тоже можно было предположить заранее. А на блоках небольшого размера сказываются и улучшения электроники, без которых в новом поколении гибридов тоже не обошлось.

На записи эффект сохраняется. И усиливается, похоже, тем, что с попытками накопителя переместить свежезаписанные данные и во флэш покончено. На больших блоках, впрочем, оно и раньше не мешало, так что наиболее важным для нас является то, что в этих случаях производительность ST500LM000 и ST750LX003 оказывается одинаковой (как и при чтении). И это очень неплохо, поскольку, как мы уже говорили, новый Laptop Thin SSHD — единственный из всей четверки испытуемых со скоростью вращения 5400 об/мин.

Случайный доступ

Снова ожидаемые результаты — низкооборотистым винчестерам такие нагрузки даются с большим трудом, нежели их более «шустрым» собратьям. С другой стороны, разница вполне терпимая — как видим, внедрение Advanced Format испортило показатели при записи куда сильнее. На что все равно пришлось идти для повышения плотности пластин — иначе бы те же тонкие модели, к примеру, до сих пор были бы ограничены 250 или, в лучшем случае, 320 ГБ.

Производительность в приложениях

А теперь переходим к самой важной и  интересной части истории — ведь для таких нагрузок гибридные технологии и были задуманы.

И сразу же видим, что производительность росла с каждым поколением, несмотря на то, что на последнем шаге компании пришлось некоторые характеристики накопителей ухудшить, а некоторые — не улучшить. В результате и прирост был большим при переходе от первого Momentus XT ко второму: там скорость вращения осталась прежней, но увеличились и плотность записи, и емкость флэш-буфера. А последнее, судя по всему, имеет значение — быстрее всех оказывается использование Smart Response, где флэша 32 ГБ, а не 4 или 8, как в гибридных винчестерах.

Трасса «защитника» Windows, похоже, от этого параметра только и зависит — две модели с 8 ГБ оказались почти одинаковыми, заметно обогнав «старичка» с четырьмя, но столь же заметно отстав от конфигурации с двумя устройствами.

Импорту картинок гибридизация очень помогла, ускорив ST9750420AS вдвое сравнительно с его собственными показателями. Но гибридные винчестеры второго и третьего поколений почти не отстают от достигнутых результатов. А вот первое — заметно медленнее.

Здесь по вполне понятным причинам никакой пользы от гибридных технологий нет, так что все как и ожидалось: винчестер с самой высокой плотностью впереди, за ним две модели с меньшей, но большей частотой вращения, а замыкает таблицу «старичок» со своими 500 ГБ на две пластины, что не смогла исправить и «оборотистость».

Такое же положение дел и на трассе медиацентра, крайне редко «всплывающей» в наших статьях. Собственно, потому и редко, что хотя бы 10% разницы можно найти либо тогда, когда скорость вращения пластин различается в пару раз, либо когда плотности записи соотносятся аналогичным образом — как сегодня.

Как видим, инженеры Seagate сложа руки не сидели, что привело к заметному прогрессу в производительности гибридных винчестеров от поколения к поколению. Особенно впечатляющим оказался последний (на данный момент шаг) — ведь на нем емкость флэша не увеличилась, а скорость вращения пластин даже снизилась. В общем и целом сравнительно с Momentus XT первого поколения результаты выросли уже более, чем в два раза. Особенно это впечатляет если вспомнить, что и первый-то на этой трассе демонстрировал лучший результат, нежели VelociRaptor. Т.е., говоря прямо, альтернативы гибридным технологиям нет. Правда вот и подход к гибридизации может быть разным — как видим, ST9750420AS с «внешним» кэшированием в полтора раза быстрее, нежели новенький ST500LM000 (и немудрено — «самого себя» без SSD он обогнал в семь раз). Конечно, такому варианту требуется больше места, так что применим он далеко не в каждом ноутбуке (особенно старом, где и аппаратной поддержки Smart Response не бывает в принципе), но это просто в очередной раз показывает, что у любой технологии есть свои плюсы и минусы, что и приводит к тому, что на рынке они вынуждены существовать одновременно.

На игровой трассе все скромнее, однако и здесь гибридные технологии почти безальтернативны — лучших результатов может добиться разве что полностью твердотельный накопитель. Правда и выигрыш последних у гибридов здесь скромнее, чем в предыдущем случае, а размеры сегодняшних игр таковы, что хранить все на флэше дороговато. Ну и в очередной раз Smart Response оказывается быстрее «внутреннего кэширования». Что, впрочем, легко объяснимо, если вспомнить разницу в емкости флэш-памяти — 32 ГБ и 8 ГБ это две большие разницы. Особенно на этой трассе, где первоначальный вариант Momentus XT оказался явным аутсайдером — там флэша было лишь 4 ГБ.

А вот «рабочие» шаблоны NASPT отдают предпочтение «встроенному» кэшированию. Smart Response, впрочем, сумел немного «подстегнуть» ST9750420AS в ContentCreation, но до более низкого уровня, чем свойственен гибридным винчестерам, а в двух других шаблонах использование SR вообще снижает производительность. Ну и молодцом держится ST500LM000, причем несмотря на заметно более низкую частоту вращения пластин, чем у других участников тестирования — высокая плотность записи и последняя на данный момент итерация гибридизации дают о себе знать.

И еще один важный момент — в отличие от Smart Response, внутренняя гибридизация не пытается работать при «ближнем» копировании файлов в пределах винчестера. Вполне возможно, что это достоинство «низкоуровневой» гибридной технологии является продолжением ее недостатка в виде малого количества флэш-памяти, однако оно имеет место быть и от этого никуда не уйти.

Работа с большими файлами

На этих шаблонах гибридизация никак не сказывается, так что получаем чистую скорость механики. Новый Laptop Thin SSHD «тянет назад» низкая скорость вращения, но «подталкивает вперед» высокая плотность записи, что приводит в конечном итоге к взаимной аннигиляции эффектов :)

А вот здесь Smart Response сильно тормозит ST9750420AS, поскольку пытается работать и тогда, когда не нужна. «Изначальные» гибридники, напротив, ведут себя куда более предсказуемо. И наш новичок сумел оказаться самым быстрым, что радует — все таки Momentus XT всегда относились к более высокому классу.

Вот при одновременной записи и чтении ST500LM000 «сдувается» до уровня, свойственного относительно старым моделям с той же частотой вращения при линейном сценарии, но неплохо ведет себя на псевдослучайном доступе. Что ж — очевидно, что 5400 об/мин не всегда можно скомпенсировать новыми технологиями, но это было понятно изначально. Ничего хорошего в этом, конечно, нет, но и страшного тоже — например, WD10JPVT с той же частотой вращения и аналогичными пластинами вел себя даже чуть хуже. А у конкурентов более высокого класса, разумеется, всегда выигрывать невозможно.

Общий средний балл

Результаты вполне предсказуемые — в общем и среднем Laptop Thin SSHD оказался примерно равен «обычным» моделям на 7200 об/мин. Несмотря на то, что это «тонкий» винчестер, имеющий еще и низкую частоту вращения, т.е. в своем классе, пожалуй, это наиболее производительное предложение. Причем способное при удачном стечении обстоятельств демонстрировать результаты, которые никаким «обычным» винчестерам и не снились. Правда вот нужно помнить, что обстоятельства будут не всегда складываться удачно, что для любых гибридных технологий верно.

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

Итого

Итак, что мы имеем в сухом остатке? Новое поколение гибридных винчестеров компании, безусловно, удалось — несмотря на то, что в нем инженеры Seagate пошли на удешевление механики, производительность зачастую оказывается даже более высокой, чем у старых гибридов. Но и недостатки технологии тоже сохранились — фактически, гибридные винчестеры занимают промежуточное положение между «обычными» и твердотельными накопителями. То же самое верно и для Smart Response и других технологий флэш-буферизации, причем у них есть как явный недостаток — требуется два накопителя, то есть два дисковых отсека (или, хотя бы, один плюс дополнительный разъем mSATA), так и преимущество в производительности. Во многом, конечно, последнее обусловлено тем, что флэша в их случае банально больше. Поэтому интересно будет посмотреть на очередное (уже анонсированное) поколение гибридных винчестеров, где объем буфера доведен до 32 ГБ: при равенстве низкоуровневых параметров «встроенная» гибридизация должна оказаться не только более компактной, но и более быстрой, чем «внешняя» — можно лучше отладить алгоритм ее работы (SR, все-таки, часто «обманывается» на простейших и весьма распространенных сценариях). Ну а максимальную производительность и полную предсказуемость результатов можно будет получить тогда, когда емкости флэш-памяти станет достаточно чтобы раз и навсегда закэшировать все приложения, часто используемые данные и еще небольшой резерв на «ошибки» предсказания оставить. Собственно, в этом направлении развитие технологии, по-видимому, и будет идти. Насколько далеко зайдет — будет зависеть от динамики цен на флэш-память и потребностей пользователей. Прямо сейчас даже при всех своих недостатках гибридные винчестеры выглядят привлекательно — все-таки получить аналогичный объем посредством одного лишь SSD стоит примерно в пять раз дороже. Пусть это и всегда быстро, а не как повезет. А «обычный» винчестер, аналогичный нашему герою, стоит лишь в полтора раз дешевле, зато работать будет всегда медленно. Как будет развиваться прогресс дальше — покажет время. А мы продолжим следить за процессом.




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.