Диета НЖМД: энергопотребление и тепловыделение

Тесты 35 жестких дисков форм-фактора 3,5 дюйма, ATA и SCSI


Проблема энергопотребления и тепловыделения современных компьютерных компонентов не нуждается в особых «обоснованиях» и «введениях». Она есть, и с этим надо что-то делать. Наиболее остро она стоит перед нынешними процессорами и видеокартами, но сейчас речь пойдет не о них, а о других весьма критичных к перегреву элементах компьютеров — накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД) или, проще говоря, «винтах». Мало того, что нынешним жестким дискам производители «отмеряют» весьма скромный диапазон рабочих температур — как правило, от +5 до +55 градусов Цельсия (реже от 0 до +60 С), что явно меньше, чем для тех же процессоров, видеокарт или чипсетов. Так еще и надежность/долговечность работы этих накопителей существенно зависит от их рабочей температуры — исследования показывают, что повышение температуры жесткого диска на 5 градусов оказывает такое же влияние на надежность, как переход от 10-процентной к 100-процентной загрузке диска работой! А каждый градус его температуры вниз эквивалентен 10-процентному росту времени жизни накопителя.

Понятно, что в серверах и профессиональных системах хранения данных вопросу охлаждения жестких дисков уделяется особое внимание — диски расположены в специальных металлических корзинах и принудительно обдуваются вентиляторами. Опыт эксплуатации дисков в таких корзинах показывает, что даже при интенсивной нагрузке их температура находится в пределах 30-40 градусов (а порой и вообще близка к комнатной), что гонит прочь беспокойство по поводу их перегрева.

Однако в более «потребительских» случаях, к коим можно отнести и персональные компьютеры (промышленной или самостоятельной сборки), и рабочие станции, и даже серверы начального уровня, уже не говоря о набирающей силу «компьютеризированной» потребительской электронике с винчестерами внутри (игровые приставки, персональные цифровые видеорекордеры и пр.), проблеме охлаждения дисков уделяется куда меньше внимания. Так получается отчасти, в силу меньших требований к надежности подсистемы хранения данных, отчасти — по экономическим причинам, а также потому, что любой дополнительный вентилятор повышает шумность работы устройства, а последнее порой весьма нежелательно. В этих условиях особую важность приобретают два момента:

  1. Конструктив для размещения и крепления диска (дисков) в корпусе устройства (относительно других активных систем охлаждения, основных потоков воздуха внутри корпуса и относительно хорошо отводящих тепло пассивных поверхностей — металлических шасси корпуса); но наша статья все же не об этом, точнее — не совсем об этом.
  2. Тепловыделение самих накопителей в различных режимах работы. И вот именно об этом наша статья.

Надеюсь, не нужно пояснять, почему мощность тепловыделения жестких дисков практически в точности равна потребляемой ими электрической мощности от источника питания. Если мы исключим из рассмотрения ту ничтожную механическую работу, которую производят некоторые плохо сбалансированные накопители по вибрации себя и окружения (в котором они закреплены), а также не станем удостаивать вниманием мощность звуковых и электромагнитных (радиодиапазона) колебаний, порождаемых работающим диском, то иных форм передачи энергии дисков вовне, кроме тепловой, просто не останется. А поступает энергия в диск исключительно в виде электричества (нагрев диска от внешних источников мы пока что благоразумно проигнорируем ;)). То есть мы имеем классическую «электрическую печку» в виде жесткого диска (как, впрочем, имеем ее и в виде процессора — центрального или графического), и интересовать нас в данной статье они будут исключительно в этом качестве. :)

 

Фетиш температурных измерений винчестеров

Некоторые наивно полагают, что достаточно измерить температуру накопителя во время работы или тестов, и про его тепловыделение сразу станет все понятно. А если несколько дисков сравнить по этой измеренной в «бытовых» условиях температуре, то можно сделать глубокомысленные выводы, что де один винт холоднее другого, то есть «круче» и выделяет меньше тепла. И некоторые авторы статей про жесткие диски даже строят на этом некоторую статистику, заблуждаясь на предмет ее справедливости и отношения к реальной действительности. А их читатели думают, что вот куплю я этот или тот диск, и он будет греться у меня не выше 42 или, скажем, 47 градусов — ведь так «грамотные дяди» написали-натестировали…

Почему это является заблуждением? Да потому, что для того, чтобы грамотно провести подобные измерения, то есть по температуре диска попытаться судить о его тепловыделении и, тем более, попытаться установить, какая у того или иного диска будет реальная температура в работе по сравнению с другими дисками, требуется, как минимум, пуд соли или одна жирная собака. :)

А если серьезно, то для того, чтобы гарантировать точность и достоверность измерений температуры дисков с погрешностью хотя бы 1-2 градуса, необходимо поместить их в термокамеру и обеспечить одинаковые для всех дисков условия теплоотвода (крепление на шасси, циркуляцию воздуха), измеряя температуру внешним (то есть не встроенным в диск) датчиком, по крайней мере, на нескольких участках поверхности накопителя (измерение температуры внутри дисков является областью интересов скорее их производителей, поэтому нами здесь не рассматривается). Согласитесь — организовать проведение подобных измерений, да еще и на систематической основе в условиях даже обычной «компьютерной тестовой лаборатории» весьма проблематично: требуется специальное дорогостоящее технологическое оборудование, позволить себе которое могут далеко не все. А в противном случае все измерения «на коленке», в подручных условиях или в «системных блоках» скажут вам о температуре накопителя с определенностью в лучшем случае градусов 10, что, согласитесь, сродни пресловутой «средней температуре по больнице». И тем более не стоит в этих условиях пытаться сравнивать между собой температуру разных дисков, отличающуюся на 2-5 градусов. Это совершенно бесполезно и даже вредно, поскольку вводит слишком доверчивых в заблуждение!

Более того, даже если вы потратились на хорошую термокамеру и другие «аксессуары» для проведения «грамотных» термоизмерений, то полученные с их помощью результаты тоже в определенной мере будут бесполезны для тех, кто захочет узнать, какая реальная температура будет у диска, установленного в его системный блок! Из-за совершенно разных условий теплоотвода в реальных системах, детально просчитать которые очень сложно. Вывод: придется ставить конкретный системный блок в большую термокамеру (с заданными условиями циркуляции воздуха) и проводить отдельные измерения. Если же вы рискнете проводить такие измерения без термокамеры, в обычной комнате, то из-за дрейфа комнатной температуры и локальных потоков воздуха большая погрешность измерений сведет на нет всю идею таких экспериментов. Впрочем, даже если и эти измерения вам удастся провести, вы все равно не сможете утверждать, что в другом корпусе у этого диска будет сравнимая температура в работе, поскольку условия охлаждения накопителей от системы к системе могут меняться весьма существенно.

Отдельный вопрос — чем измерять температуру жесткого диска (если ее все же хочется измерить ;)). Разумеется, опираться здесь на показания встроенного в диск термодатчика ни в коем случае не стоит! Да, на этот термодатчик можно грубо ориентироваться в повседневной «бытовой» практике (чтобы, например, быть уверенным, что диск не перегревается выше опасного уровня), но сравнивать разные накопители по таким показаниям нельзя! Дело в том, что у разных моделей термодатчик расположен в разных местах накопителя и измеряет температуру совершенно разных его частей, которые в работе могут нагреваться по-разному — даже в одном и том же диске при разных режимах работы! К сожалению, единого индустриального стандарта на этот счет пока не существует. Поэтому если все же хочется иметь представление о реальной температуре корпуса диска (именно она, как правило, лимитируется в спецификациях), и, тем более, сравнивать различные диски по температуре корпуса в работе, то стоит использовать внешний термометр соответствующего класса точности.

 

Энергопотребление — «правильная» мера тепловыделения

Впрочем, довольно об измерениях температуры — ведь мы совершенно не собираемся их проводить в данном обзоре. :) Поскольку мерой тепловыделения накопителей мы будем считать их энергопотребление (см. выше). Более того, энергопотребление оказывается гораздо более гибкой характеристикой в этом плане, поскольку позволяет за весьма короткое время и с отличной точностью получить данные о тепловыделении диска при его работе в совершенно различных режимах (от idle до поиска, чтения и записи), что «по температуре» было бы сделать крайне проблематично. И тем более, термически невозможно измерить, например, потребление дисков во время старта. К тому же, измерение энергопотребления несравненно проще термоизмерений при заданной степени точности.

Таким образом, наиболее «правильным» мерилом нагрева диска является потребляемая им в работе электрическая мощность. Но энергопотребление накопителей важно нам не только поэтому, но еще и потому, что для современных компьютерных систем его экономия — дело едва ли не первостепенное. Растет потребление процессоров и видеокарт, на фоне этих «подстоваттных» печек десяток-другой ватт винчестера не кажется таким уж критичным, но это смотря как посмотреть: если блок питания бюджетный (250-300 ватт), то добавление одного-двух винчестеров (или даже простейшего RAID-массива) может повлечь за собой необходимость поменять блок питания на «на ступень» более мощный. Да и проблему большого стартового тока дисков при включении никто не отменял — например, простенькая Barracuda 7200.8 при старте может «кушать» от +12 В ток до 2,5 ампер. Прибавьте сюда 3 ватта от +5 В и получаем пиковую мощность до 33 ватт в момент старта! А если таких дисков в системе два или три? То придется перестраховываться и брать блок питания как минимум на 100-150 ватт мощнее, чем того требует процессор+видео+материнская плата. Есть, над чем задуматься.

Итак, цель настоящего обзора — сравнить между собой мощность энергопотребления и тепловыделения современных жестких дисков форм-фактора 3,5 дюйма в различных режимах работы. В основном, мы будем рассматривать настольные модели с интерфейсами Serial ATA и UltraATA как наиболее интересные большинству наших читателей, но для ориентира возьмем также и несколько недавних SCSI-моделей.

 

Характеристики жестких дисков

Чтобы нам было, от чего оттолкнуться, в таблице 1 приведу данные по энергопотреблению основных серий дисков, указанные в их спецификациях. Плясать будем именно «от этой печки». :)

Таблица 1. Мощность энергопотребления (ватт) ATA-дисков последних поколений форм-фактора 3,5 дюйма в различных режимах работы (согласно спецификациям).

Серия дисков
Idle Seek Read Write Start
Hitachi Deskstar 7K400 9,0 (pata) / 9,6(sata) 30 (2A@12V)
Hitachi Deskstar 7K250 5-7 (pata) / 5,6-7,6 (sata) (в зависимости от емкости) 24 (1,7A@12V)
Hitachi Deskstar 180GXP 5,0-7,0 (в зависимости от емкости) 28 (2A@12V)
Maxtor MaXLine III 6,7 (sata) / 6,3 (pata)
Maxtor DiamondMax 10 7,6
Maxtor MaXLine Plus II 8,8 12,6
Maxtor DiamondMax Plus 9 7,35 12,2
Samsung SpinPoint P120 SATA 7,5 9,5
Samsung SpinPoint P120 UATA 7,0 9,0
Samsung SpinPoint P80 7,0 8,6
Seagate Barracuda 7200.8 7,2 12,4 12,8
Seagate Barracuda 7200.7 и 7200.7 Plus 7,5 12,5 12,0
Seagate Barracuda ATA V 9,5 13,0 12,0
Seagate Cheetah 15K.4 U320 SCSI 8,0-12,0 (в зависимости от емкости) 13,5-17,5 (в зависимости от емкости)
Seagate Cheetah 10K.7 U320 SCSI 6,8-10,1 (в зависимости от емкости) 11,7-16,4 (в зависимости от емкости)
Seagate Savvio 10K.1 U320 SCSI 4,8-5,1 8,1
Western Digital Caviar SE WD3200JD SATA 8,75 9,0 9,0
Western Digital Caviar SE WD3200JB UATA 8,1 8,6 8,6
Western Digital Caviar SE WD2500JD/JB (80GB/platter) 8,8 12,5 12,5
Western Digital Caviar RE WDxx00SD SATA 8,75 9,5 9,5
Western Digital Raptor WD740GD и WD360GD 7,9 8,4 8,4

Невзирая на «паспортные данные», следует четко понимать, что они — не панацея и не смогут дать полного представления о реальности. Ведь иногда производители указывают лишь верхние границы значений, иногда — типичные значения, а иногда их вообще сложно привязать к реальной ситуации, если сравнивать с непосредственно измеренными для дисков данными. Тем не менее, спецификации есть и с ними нам придется считаться.

Еще одним забавным заблуждением является то, что пользователи нередко смотрят на крышку диска и наивно полагают, что указанные на ней значения энергопотребления накопителя имеют статус «истинности» для конкретного экземпляра диска («не зря де производитель их здесь написал!» ;)). Ниже, сравнив эти «надписи» с реальными цифрами, мы убедимся, что это далеко не всегда так. Более того, эти значения нередко расходятся даже со спецификациями самих дисков, и понять, по какому принципу каждый из производителей наносит эти «циферки» на «морду» винчестеров, порой, не так просто.

 

Участники и методика испытаний

В наших испытаниях приняли участие 35 моделей современных жестких дисков форм-фактора 3,5 дюйма всех основных производителей. Диски перечислены ниже в таблице результатов тестов. Для измерений энергопотребления жестких дисков применялся стенд в составе:

  1. Процессор Intel Pentium 4 3.0C
  2. Материнская плата Gigabyte GA-8KNXP Ultra-64 на чипсете Intel E7210 (i875P с южным мостом Hance Rapids 6300ESB с шиной PCI-X)
  3. Системная память 2×256 Мбайт DDR400 (тайминги 2.5-3-3-6)
  4. Контроллер Ultra320 SCSI Adaptec AIC-7902B на шине PCI64
  5. Основной жесткий диск Maxtor 6E040L0
  6. Блок питания Zalman ZM400A-APF, 400 ватт
  7. Корпус Arbyte YY-W201BK-A

Потребление дисков измерялось в различных режимах работы: при простое (только вращение, Idle), работе интерфейса связи с хост-контроллером (ATA или SCSI Bus Transfer), чтении (Read), записи (Write), активном случайном поиске (Seek) и дополнительно — в режиме тихого поиска, когда это поддерживалось накопителем (Quiet Seek), а также при включении питания (Start). Именно эти параметры в комплексе наиболее полно отражают картину как с нагревом диска (произведение тока на напряжение питания дает рассеиваемую диском тепловую мощность), так и с его экономичностью. Режимы работы накопителя задавались соответствующими подтестами программы AIDA 32 Disk Benchmark, для режимов чтения и записи измерялись показания «в начале» диска (на внешних, наиболее часто используемых в работе дорожках; на внутренних дорожках ток потребления, как правило, несколько меньше). Испытания проводились под управлением операционной системы MS Windows XP Professional SP2. Винчестеры тестировались неразмеченными на разделы. Перед тестированием диски прогревались в течение 20 минут запуском программы с активным случайным доступом.

Измерение токов потребления дисками от источников питания +5 и +12 вольт (точные напряжения на выходе указанного выше блока питания были равны +5,08 В и +11,82 В) проводилось одновременно при помощи двух цифровых амперметров класса точности 1.5 с сопротивлением не более 0.15 Ом (включая сопротивление подводящих проводов). Время обновления показаний приборов составляло примерно 0,3-0,4 с. В таблице результатов приведены средние за несколько секунд значения (обычно флуктуации тока во время измерений не превышали 30 мА), кроме случая стартового тока, для которого приведены максимальные значения.

 

Результаты тестов

Результаты измерений приведены в таблице 2. В последней колонке указаны данные, приведенные на «крышке» дисков.

Таблица 2. Ток потребления (в мА) жестких дисков от источника питания в различных режимах работы.

Диск
V Idle ATA Seek Quiet Seek Read Write Start Данные на корпусе
Hitachi Deskstar 7K250 250GB SATA 5 360 400 690 690 1040 960 610 500
12 380 380 740 470 380 380 1300 700
Hitachi Deskstar 7K400 400GB SATA 5 460 530 830 1250 910 670 780
12 480 480 880 480 480 1200 980
Hitachi Deskstar 7K400 400GB UATA 5 330 410 700 1100 890 450 780
12 480 480 870 480 480 1250 980
Maxtor MaXLine III 7B250S0 SATA 5 560 780 760 750 990 1000 710 н/д
12 400 440 790 550 440 440 1420 н/д
Maxtor MaXLine III 7B300S0 SATA 5 550 730 800 1130 1070 700 740
12 440 490 820 490 490 1400 1520
Maxtor MaXLine III 7B300R0 UATA 5 430 590 640 960 920 700 740
12 450 500 800 500 500 1300 1520
Maxtor DiamondMax 10 6B300R0 UATA 5 445 520 540 850 860 540 740
12 405 460 550 460 460 1350 1520
Maxtor DiamondMax 10 6B200P0 UATA 5 430 500 560 530 830 840 520 740
12 300 340 660 430 340 340 1320 1280
Maxtor DiamondMax 10 6B200M0 SATA 5 550 720 800 1150 1080 700 740
12 380 420 750 420 420 1400 1280
Maxtor DiamondMax Plus 9 6Y120M0 SATA 5 770 850 840 820 1190 1010 760 670
12 370 370 700 500 370 370 1300 960
Maxtor DiamondMax Plus 9 6Y120P0 UATA 5 680 730 740 1100 940 670 670
12 380 380 680 380 380 1350 960
Samsung SpinPoint P80 SP1614C SATA 5 550 630 630 620 850 630 550 600
12 350 350 550 480 350 400 1660 500
Samsung SpinPoint P80 SP1614N UATA 5 440 520 510 740 500 450 600
12 350 350 540 350 400 1450 500
Samsung SpinPoint P120 SP2004C SATA 5 585 620 630 620 830 900 590 700
12 330 330 570 480 330 330 1650 500
Samsung SpinPoint P120 SP2014N UATA 5 500 530 530 530 700 780 500 600
12 320 320 540 450 320 320 1600 500
Seagate Barracuda 7200.8 400GB SATA, disk 1 5 450 480 500 770 950 570 460
12 450 450 660 450 450 2200 560
Seagate Barracuda 7200.8 400GB SATA, disk 2 5 500 510 550 820 970 600 460
12 440 440 630 440 440 2280 560
Seagate Barracuda 7200.8 400GB UATA 5 330 380 380 650 840 450 460
12 440 440 650 440 440 2200 560
Seagate Barracuda 7200.8 300GB SATA 5 460 480 510 770 930 590 460
12 450 450 660 450 450 2250 560
Seagate Barracuda 7200.8 250GB UATA 5 340 360 400 710 830 450 460
12 390 390 590 390 390 2250 560
Seagate Barracuda 7200.8 200GB SATA 5 480 490 520 820 950 560 460
12 360 360 560 360 360 2260 560
Seagate Barracuda 7200.7 Plus 200GB UATA 5 410 680 550 1190 820 630 720
12 330 330 610 330 330 1220 350
Seagate Barracuda 7200.7 Plus 160GB SATA 5 670 890 800 1360 1080 850 650
12 350 350 790 350 350 1200 370
Seagate Barracuda ATA V 120GB SATA 5 740 830 780 1040 990 800 650
12 400 400 810 400 400 1450 370
Seagate Cheetah 15K.4 147GB U320 SCSI 5 780 900 680 1030 1120 760 800
12 790 800 1250 800 800 1600 1200
Seagate Cheetah 10K.7 74GB U320 SCSI, disk 1 5 500 850 950 1100 990 700 800
12 360 360 660 360 360 1230 800
Seagate Cheetah 10K.7 74GB U320 SCSI, disk 2 5 510 860 950 1100 990 710 800
12 360 360 660 360 360 1200 800
Seagate Savvio 10K.1 73GB U320 SCSI 5 450 810 620 840 900 630 800
12 190 190 510 190 190 1200 500
Western Digital Caviar SE WD3200JD SATA 5 490 550 510 510 760 810 520 650
12 370 370 620 500 370 370 1300 900
Western Digital Caviar SE WD3200JB UATA 5 370 420 390 390 640 700 500 650
12 370 370 600 510 370 370 1350 900
Western Digital Caviar SE WD2500JD SATA 5 470 510 550 550 700 700 540 920
12 350 350 620 400 350 350 1150 900
Western Digital Caviar SE WD2500JB UATA 5 350 390 420 420 580 580 400 650
12 360 360 620 420 360 360 1220 900
Western Digital Caviar RE WD1200SD SATA 5 470 510 490 700 700 510 920
12 290 290 600 300 300 1190 900
Western Digital Raptor WD740GD 5 510 550 640 640 770 770 520 700
12 380 380 690 690 380 380 1670 750
Western Digital Raptor WD360GD 5 760 800 960 1280 1040 930 930
12 300 310 630 310 310 1550 750

Цифр в таблице много и комментировать каждую из них, видимо, особого смысла нет — они и так говорят сами за себя. Однако в дополнение к результатам таблицы необходимо отметить, что для диска Samsung SP2004C, поддерживающего интерфейс SATA II (с удвоенной до 3 Гбит/с скоростью передачи данных), измерения были проведены также при подключении к контроллеру Silicon Image SiI3124-2, который поддерживает этот новый интерфейс. Результаты оказались предсказуемыми — по шине +12 В потребление не изменилось, а по шине +5 В ток возрос на 20-40 мА (по сравнению с использованием контроллера ICH5 SATA 1,5 Гбит/с) в тех режимах, где был задействован трансфер по шине (+40 мА в режиме Read, +30 мА в режиме Bus transfer, +20 мА при поиске). Таким образом, применение более быстрого интерфейса SATA II пока вряд ли заметно прибавит реальной скорости вашей системе хранения данных, но несколько (на 0,1-0,2 ватта) увеличит ее нагрев.

Если же к контроллеру SiI3124 подключить диск SATA 1.0, но с поддержкой NCQ (эксперимент был проведен на примере диска Maxtor MaXLine III 7B250S0), чтобы проверить, влияет ли как-нибудь поддержка NCQ на энергопотребление дисков, то оказывается, что ток во всех указанных режимах остается тем же (возможную экономию средней мощности от более быстрого выполнения некоторых задач мы здесь не оценивали). Исключение составил лишь режим Idle, в котором ток был существенно больше, чем при работе с контроллером ICH5 (720 мА против 560 мА от +5 В и 440 мА против 400 мА от +12 В) — видимо, в данном случае хост SiI3124 не умел взаимодействовать с электроникой диска (или наоборот?) в плане использования энергосберегающих режимов в паузах между обращениями.

Отдельного внимания заслуживает тот факт, что если сравнить «одинаковые» диски, оснащенные разными интерфейсами — Serial ATA и UltraATA, — то окажется, что последовательный интерфейс значительно прожорливее параллельного! Действительно, для Hitachi Deskstar 7K400 разница «из-за интерфейса» составляет около 130 мА по шине +5 В (а это почти 0,7 ватт, рассеиваемых в одиночку контроллером диска!), для Maxtor MaXLine III 7B300S/R0 «расходы» на Serial ATA повышаются до 150 мА (почти 0,8 Вт), для Maxtor DiamondMax 10 6B200M/P0 они перевалили за 200 мА (более ватта!), да и для «стареньких» Maxtor DiamondMax Plus 9 6Y120M/P0 разница в 100-120 мА не кажется такой уж безобидной. Samsung тратит «на SATA» около 100 мА, Seagate Barracuda 7200.8 — в среднем около 150 мА (есть некоторый разброс от диска к диску), впрочем, Seagate Barracuda 7200.7 Plus тратила еще больше — 200-250 мА! Даже отличающиеся своей «экономичностью» WD Caviar SE расходуют на поддержку Serial ATA около 120 мА от +5В. Более наглядно это видно на следующей диаграмме, где приведена потребляемая диском мощность от источника +5 В (только) в режиме передачи данных по интерфейсу (без обращения к магнитным пластинам). Диски здесь сгруппированы по сериям.


Мощность потребления жестких дисков по шине питания +5 В при передаче данных по интерфейсу

Вывод прозрачен: если вы все еще уверены, что SATA-диски быстрее своих аналогов с параллельным интерфейсом, то приготовьте примерно лишний ватт (а то и больше, учитывая хост-контроллер) на каждый свой SATA-диск. :) По сравнению со 100 ваттами мощного процессора это, конечно, «копейки», но если ваша система более экономична и вы стараетесь сделать ее максимально тихой, используя каждую возможность снижения тепловыделения, то массив SATA-дисков — не для вас. Даже если исходить из общего тепловыделения таких дисков, то только использование SATA добавляет ему до 10%, а то и больше!

Насчет совпадения паспортных данных с измеренными — картина достаточно разрозненная. Где-то можно видеть схожесть, где-то, напротив, заметные различия (сравнивать удобнее таблицу 1 с таблицей 3 ниже).

По поводу корреляции между данными потребления, указанными на корпусе накопителей, с реально измеренными значениями в различных режимах, — здесь наблюдается полная разноголосица! Можете попробовать догадаться сами, что имел ввиду каждый из производителей, когда наносил эти «циферки» на диски. :) Например, у Hitachi «пятивольтовое» значение на корпусе явно меньше тех, что наблюдаются при поиске, чтении и записи, тогда как «двенадцативольтовое» значение «покрывает» эти операции с запасом и уступает только пусковому току. У новых Maxtor «12-вольтовое» покрывает даже реальный пусковой ток, но «пятивольтовое» явно не дотягивает до реальных значений при чтении и записи. Могу лишь предположить, что у некоторых дисков Seagate и Samsung указанные на корпусе значения соответствуют максимальному току в режиме Idle (и то с изрядной долей условности), но кому, скажите, нужны такие значения? У большинства дисков цифры потребления на корпусе никак не зависят от того, SATA или UATA это модель. И это тоже неправильно. Короче, этим «циферкам» на корпусе определенно верить нельзя, они фактически бесполезны и даже вредны, поскольку дезинформируют! :( И тем более, по ним нельзя судить о реальном тепловыделении накопителей!

Любопытные выводы можно сделать из сравнения потребления дисков одной серии с разным количеством пластин. Например, у Hitachi Travelstar ток от +12 В при переходе с трех (для 7K250) на 5 пластин (для 7K400) возрос всего на четверть (а не пропорционально количеству пластин), зато у Maxtor DiamondMax 10 (UATA/133) переход от 200 к 300 Гбайт (2 и 3 пластины) обошелся в 35% (почти пропорционально количеству пластин, хотя в данном случае удивил больший ток вращения SATA-модели 6B200M0). Для Seagate Barracuda 7200.8 модели емкостью 400 и 300 Гбайт имеют почти одинаковый ток потребления по шине +12 В (у «трехсотки» чуток больше), тогда как их младшие сестрички (емкостью 200 и 250 Гбайт) имеют на ~20% меньший ток, из чего можно заключить, что трехсотка имеет три пластины, а 250-ка — две. Кстати, ток по шине +12 В у 2,5-дюймового SCSI-десятитысячника Seagate Savvio 10K.1 оказался гораздо ниже не только, чем у Seagate Cheetah 10K.7, но и чем у всех (!) современных настольных ATA-дисков.

Что же касается экономии электроэнергии и тепла при использовании режима тихого медленного поиска (вместо обычного быстрого), то это проявляется только при активном случайном поиске (в остальных режимах разницы нет) и касается, в основном, лишь тока по шине +12 В (используется меньший ток для «профилирующего» позиционирования кронштейнов с головками). Экономия составляет 3,2 Вт для Hitachi Deskstar 7K250, 2,8-2,9 Вт для современных дисков Maxtor (и 2,4 Вт для двухпластинных DiamondMax Plus 9), около одного ватта для дисков Samsung SpinPoint P80 и P120 (собственно, для них и время поиска меняется при этом очень мало), около ватта же для WD3200JD/B и 2,5 Вт для WD2500JD/B предыдущей серии (с пластинами 80 Гбайт). Стоит ли эта игра свеч — решать вам, поскольку данная, в общем-то, немалая экономия (до 3 Вт) станет ощутима лишь в очень специфических задачах с активным частым поиском по всему диску (типа серверных нагрузок), на которых замедление поиска как раз скажется негативно. Однако учитывая то, что, судя по моим многочисленным тестам, в режиме тихого поиска современные ATA-диски практически не теряют своей производительности при выполнении подавляющего большинства типичных «настольных» задач (за исключением, может быть, только активного «свопирования», если в системе недостаточно оперативной памяти), перевод таких накопителей в режим тихого поиска принесет только пользу — они станут тише и даже немного «холоднее». :) Лично я именно так и предпочитаю их использовать.

 

Стартовый ток

Отдельно стоит отметить стартовый ток дисков. По шине +5 В он укладывается в 500-700 мА (исключение — WD Raptor первого поколения с 930 мА и старенькие Барракуды с 800-850 мА), но главная нагрузка, безусловно, идет по линии +12 В, где пиковые токи (усредненные за десятые доли секунды) доходят до полутора-двух ампер. Причем, наиболее «гуманными» (по отношению к блоку питания при старте) оказались диски Hitachi Deskstar 7K250/7K400, WD Caviar SE и RE (стартовый ток не более 1300 мА от +12 В), а также Seagate Barracuda 7200.7 Plus (около 1200 мА). Впрочем, все «семитысячники» Maxtor последних двух поколений также «вписались» в список «гуманистов» со стартовым током 1,3-1,4 А. Чуть хуже в этом плане выглядят диски Samsung SpinPoint P80 и P120 (до 1660 мА) и WD Raprot WD740GD/ WD360GD (около 1600 мА), хотя по сравнению с прожорливыми Seagate Barracuda 7200.8 (всех емкостей и интерфейсов), требующими при старте ток 2,2-2,3 ампера от +12 В, даже они кажутся «паиньками». Уж не знаю, зачем Seagate пошла здесь на почти двукратное увеличение пускового тока по сравнению со своими же настольными моделями предыдущих поколений, но то, что они «ни в какие ворота не лезут» по сравнению со всеми остальными современными настольными жесткими дисками и даже высокопроизводительными SCSI-дисками самой Seagate, остается печальным фактом.

Кстати, радует, что свежие SCSI-диски Seagate со скоростью вращения 10 тыс. и даже 15 тыс. об./мин. оказались не такими уж «страшными» в плане стартового тока: 1200 мА для одно-двухпластинных дисков-«десятитысячников» и всего 1,6 А для самого старшего четырехпластинного «пятнадцатитысячника» — это очень щадящие показатели! Объясняется это очень просто — в «динамике» пусковой ток SCSI-дисков Seagate «размазан» на достаточно большой промежуток времени (разгон происходит за добрые 10 секунд, в течение которых пусковой ток ограничивается электроникой диска на заданном уровне). Тогда как большинство ATA-моделей стартуют гораздо быстрее, и график их пускового тока напоминает скорее резкий импульс с ниспадающем наклоном, нежели долгое «плато». На следующей диаграмме диски выстроены по мере увеличения максимальной мощности, потребляемой от блока питания в момент старта.


Стартовая мощность потребления жестких дисков

 

Тепловыделение дисков

Собственно токи потребления (особенно, по двум линиям питания) не очень наглядны при оценке тепловыделения, поэтому мы на их основе вычислим потребляемую мощность для каждого из режимов работы дисков (см. таблицу 3). Разумеется, мощность в данном случае считалась с учетом падения напряжения на внутреннем сопротивлении амперметров в цепях питания, то есть соответствует данному конкретному случаю. При других напряжениях питания мощность может быть немного иной.

Таблица 3. Мощность потребления и тепловыделения (в Вт) жестких дисков в различных режимах работы.

Диск
Idle ATA Seek Quiet Seek Read Write Start
Hitachi Deskstar 7K250 250GB SATA 6,29 6,49 12,15 8,99 9,65 9,26 18,26
Hitachi Deskstar 7K400 400GB SATA 7,97 8,31 14,47 11,84 10,19 17,40
Hitachi Deskstar 7K400 400GB UATA 7,32 7,72 13,71 11,12 10,09 16,88
Maxtor MaXLine III 7B250S0 SATA 7,53 9,08 13,08 10,22 10,11 10,16 20,14
Maxtor MaXLine III 7B300S0 SATA 7,95 9,42 13,63 11,38 11,09 19,86
Maxtor MaXLine III 7B300R0 UATA 7,46 8,85 12,60 10,67 10,47 18,70
Maxtor DiamondMax 10 6B300R0 UATA 7,01 8,03 9,18 9,66 9,71 18,49
Maxtor DiamondMax 10 6B200P0 UATA 5,70 6,52 10,57 7,73 8,15 8,20 18,04
Maxtor DiamondMax 10 6B200M0 SATA 7,24 8,55 12,81 10,66 10,32 19,86
Maxtor DiamondMax Plus 9 6Y120M0 SATA 8,21 8,61 12,42 9,98 10,26 9,39 19,00
Maxtor DiamondMax Plus 9 6Y120P0 UATA 7,89 8,13 11,70 9,94 9,16 19,13
Samsung SpinPoint P80 SP1614C SATA 6,89 7,29 9,63 8,76 8,37 7,87 22,11
Samsung SpinPoint P80 SP1614N UATA 6,34 6,74 8,92 7,83 7,23 19,19
Samsung SpinPoint P120 SP2004C SATA 6,83 7,00 9,87 8,76 8,04 8,38 22,19
Samsung SpinPoint P120 SP2014N UATA 6,29 6,44 9,02 7,96 7,28 7,67 21,17
Seagate Barracuda 7200.8 400GB SATA, disk 1 7,56 7,71 10,27 9,15 10,03 28,38
Seagate Barracuda 7200.8 400GB SATA, disk 2 7,70 7,75 10,17 9,28 10,01 29,44
Seagate Barracuda 7200.8 400GB UATA 6,85 7,10 9,56 8,44 9,38 27,79
Seagate Barracuda 7200.8 300GB SATA 7,61 7,71 10,32 9,15 9,94 29,05
Seagate Barracuda 7200.8 250GB UATA 6,31 6,41 8,95 8,15 8,74 28,35
Seagate Barracuda 7200.8 200GB SATA 6,66 6,71 9,20 8,34 8,98 29,02
Seagate Barracuda 7200.7 Plus 200GB UATA 5,96 7,30 9,94 9,79 7,99 17,43
Seagate Barracuda 7200.7 Plus 160GB SATA 7,48 8,57 13,28 10,85 9,49 18,29
Seagate Barracuda ATA V 120GB SATA 8,42 8,86 13,41 9,89 9,64 20,93
Seagate Cheetah 15K.4 147GB U320 SCSI 13,2 13,88 18,03 14,52 14,96 22,46
Seagate Cheetah 10K.7 74GB U320 SCSI, disk 1 6,76 8,49 12,49 9,71 9,17 17,89
Seagate Cheetah 10K.7 74GB U320 SCSI, disk 2 6,81 8,54 12,49 9,71 9,17 17,60
Seagate Savvio 10K.1 73GB U320 SCSI 4,51 6,29 9,11 6,44 6,73 17,20
Western Digital Caviar SE WD3200JD SATA 6,82 7,12 9,85 8,45 8,16 8,41 17,81
Western Digital Caviar SE WD3200JB UATA 6,23 6,48 9,02 7,97 7,57 7,87 18,29
Western Digital Caviar SE WD2500JD SATA 6,49 6,69 10,05 7,48 7,63 7,63 16,17
Western Digital Caviar SE WD2500JB UATA 6,01 6,21 9,41 7,06 7,16 7,16 16,29
Western Digital Caviar RE WD1200SD SATA 5,78 5,98 9,52 7,04 7,04 16,49
Western Digital Raptor WD740GD 7,04 7,24 11,32 11,32 8,33 8,33 22,08
Western Digital Raptor WD360GD 7,34 7,65 12,19 9,99 8,83 22,72

В дополнение к уже сказанному выше по поводу повышенного потребления SATA и возможной экономии мощности на тихом поиске отметим, что удивительно низкое энергопотребление в режиме Idle показал 2,5-дюймовый SCSI-десятитысячник Seagate Savvio 10K.1 — браво! Среди 3,5-дюймовых накопителей по этому параметру лучшими стали многие диски WD Caviar SE и отдельные ATA-модели Maxtor, Seagate, Samsung и Hitachi, а также порадовал SCSI-десятитысячник Seagate Cheetah 10K.7.


Типовая мощность потребления и тепловыделения жестких дисков в режиме Idle

При активном случайном поиске диски расположились по энергопотреблению и тепловыделению следующим образом:


Средняя мощность потребления и тепловыделения жестких дисков в режиме случайного поиска.

Снова ATA-диски Samsung и WD немного лучше основных конкурентов (кстати, то же самое наблюдалось и для «ноутбучных» моделей этих производителей, см. наш обзор). Впрочем, отдельные модели Seagate тоже выглядят неплохо, а вот Maxtor и Hitachi не отличаются экономичным поиском — однако напомним, что именно для них экономия при использовании тихого поиска получается наибольшая, в районе трех ватт, поэтому они в таком режиме имеют все шансы спорить за общее лидерство, снижая свое потребление в этом режиме до уровня 8-9 ватт!

Интересно также, что WD Raptor WD740GD делит список дисков в обеих категориях (Idle и Seek) ровно пополам, то есть этот диск оказался не таким уж прожорливым и горячим — даже по сравнению со многими менее «оборотистыми» (менее производительными) соперниками.

Чтобы привести цифры таблицы 3 к общему, более простому и полезному для читателя «знаменателю», мы вычислили два практически полезных параметра: усредненную потребляемую мощность дисков при типичной работе пользователя и при интенсивной (постоянной) работе ПК с винчестером. Для вычисления этих оценочных показателей, не претендующих, вообще говоря, на какую-то «истину в конечной инстанции», я применил две характерные модели использования дисков:

1. При типичной неспешной работе пользователя (например, офисной или при редактировании графики) модель среднего потребления диска описывается формулой:

P typ =(Idle *90%+ Write *2.5%+ Read *7.5%)/100%,

где буквенные режимы означают мощность потребления диском от обоих источников напряжения в соответствующих режимах обращения к нему, а цифры, на которые эти токи умножаются — процент по времени, в течение которого диск находится в этом режиме (для чтения и записи берутся максимальные значения тока потребления, соответствующие начальным участкам диска; режим Seek здесь фактически учитывается через чтение и запись). В основу этой модели положено, в частности, то, что при типичной работе пользователя с настольным ПК диск читает/пишет в течение примерно 10% от общего времени работы.

2. Аналогично, для интенсивной работы с диском (например, дефрагментация, сканирование поверхности, копирование файлов, фоновая антивирусная проверка и пр.) среднее потребление численно описывается формулой:

P max =(Write + Seek + Read *3)/5

По вычисленным данным потребляемой мощности построены следующие диаграммы.


Средняя мощность жестких дисков в режиме типичной работы настольного ПК

Эти результаты, очевидно, близки к расстановке «сил» по режиму Idle — победители по экономичности потребляют при такой работе ПК всего 5-6 ватт, наиболее «холодными» смотрятся диски WD Caviar SE и Samsung SpinPoint, хотя отдельные модели конкурентов тоже попадаются весьма экономичные. В принципе, отрыв победителей (если не брать в расчет Savvio и Cheetah 15K.4) от «проигравших» здесь не так уж велик — 6 и 8,5 ватт, а потребление основной массы ATA-дисков находится на уровне 7 ватт плюс минус 0,8 ватта. Поэтому и разница в их рабочей температуре в одинаковых условиях охлаждения будет всего несколько градусов. Можно также отметить, что наибольшее потребление показали ATA-диски Maxtor и Seagate предыдущих поколений, то есть в последнем поколении экономичность накопителей явно улучшилась.

Усредненная потребляемая мощность дисков при интенсивной (постоянной) работе компьютера с винчестером показана ниже:


Средняя мощность жестких дисков в режиме интенсивной работы компьютера с накопителями

Здесь снова видно, что ATA-диски WD Caviar и Samsung ощутимо «холоднее», чем у остальных производителей, причем даже WD Raptor WD740GD поднялся выше середины списка! Диски Seagate, Maxtor и Hitachi в среднем оказываются на несколько ватт «погорячее», хотя многое все же зависит от конкретной модели, и среди них тоже можно подобрать достаточно экономичную. При интенсивной нагрузке тепловыделение ATA-дисков находится в диапазоне от 7,5 до 12 ватт, а в среднем равно примерно 10 ваттам. Именно на эту мощность и стоит ориентироваться при выборе системы охлаждения одиночных накопителей внутри корпуса. В принципе, эти данные неплохо согласуются с указываемыми в спецификациях дисков значениями энергопотребления при чтении-записи-поиске.

 

Заключение

Собственно, все основные выводы из проведенных нами экспериментов по измерению энергопотребления и тепловыделения современных жестких дисков форм-фактора 3,5 дюйма мы уже сделали по ходу изложения результатов, поэтому в заключение остается лишь сказать, что:

1. Измерение энергопотребления является удобным и мощным инструментом оценки тепловыделения жестких дисков в различных режимах работы, способным снабдить внимательного экспериментатора множеством дополнительной полезной информации.

2. К температурным оценкам тепловыделения (и рабочих терморежимов) жестких дисков следует относиться с большой осторожностью. Решение об установке активной или пассивной системы охлаждения на жесткий диск следует принимать не по «чужим» (пусть даже «авторитетным») измерениям температуры жестких дисков данной модели или серии, а только исходя из собственноручно проведенных экспериментов с конкретным диском, установленным в конкретном окружении.

3. К данным об энергопотреблении дисков, указанным в их спецификациях и, тем более, на «крышках» самих дисков, следует относиться очень критически. Далеко не всегда по ним можно судить об истинных «масштабах» прожорливости и нагрева накопителей! Доверять лучше «реальности, данной нам в ощущениях».

4. Тепловыделение настольных дисков в последнее время неуклонно снижается, хотя этому явно не способствует появление модных последовательных интерфейсов SATA 1.0 и SATA II. Вместе с тем, использование режима тихого поиска в некоторых случаях способно снизить тепловыделение накопителя значительно больше, чем оно повышается из-за использования интерфейса SATA.

5. В определенных случаях следует уделять особое внимание обеспечению надлежащей нагрузочной способности блока питания во время старта жестких дисков — это касается даже некоторых современных ATA-моделей, и особенно — их массивов.

6. Некоторые современные высокопроизводительные SCSI-диски очень «гуманны» в плане тепловыделения, соревнуясь в этом даже с настольными ATA-дисками, и порой допускают работу только с пассивным охлаждением. А Seagate Savvio 10K.1 вообще оказался самым экономичным из высокопроизводительных накопителей, опередив даже все ATA-диски форм-фактора 3,5 дюйма!



Благодарим компанию «Никс» за предоставленные для испытаний накопители







Дополнительно

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.