Продолжаем знакомство с современными жесткими дисками форм-фактора 2,5 дюйма для ноутбуков среднего и высшего звена, начатое в материалах:
- Samsung SpinPoint M60 HM100JC на 100 Гбайт
- Fujitsu MHV2160BT и MHV2120AT — емкость 160 и 120 Гбайт при 4200 об./мин.
- Hitachi Travelstar 5K100 с интерфейсами Serial ATA и UltraATA
- Мобильные 120 Гбайт от Samsung и Seagate с интерфейсами UltraATA и SATA
- Fujitsu MHV2120BH, MHV2100BH и MHV2100AH — 120 и 100 Гбайт с 5400 об./мин.
- Seagate Momentus 5400.3 160 Гбайт — винчестеры с перпендикулярной записью для ноутбуков
- Seagate Momentus 7200.1 ST910021A— первый мобильный винчестер Seagate со скоростью вращения 7200 об./мин.
На очереди еще один очень любопытный продукт — первый винчестер Hitachi GST форм-фактора 2,5 дюйма с перпендикулярной магнитной записью. Серия этих дисков Travelstar 5K160, получившая звучное кодовое имя Suruga-B (новое для дисков Hitachi, поскольку сама серия новаторская), появилась совсем недавно (в середине лета 2006 года), и мы оказались первой в России лабораторией, получившей эти диски на тест. 
Устройство и характеристики
Исторически накопители этой серии стали вторыми после Seagate Momentus 5400.3 дисками форм-фактора 2,5 дюйма для ноутбуков с использованием перпендикулярной магнитной записи (PMR). Они имеют скорость вращения магнитных пластин 5400 об./мин. и во многом похожи на первенцев от Seagate, которые появились в начале 2006 года. Хотя, безусловно, есть и различия.
Основные технические характеристики этих накопителей в сравнении с предшественниками и конкурентами приведены в таблице 1. Сравнить их с характеристиками некоторых других мобильных пятитысячников и четырехтысячников можно, например, воспользовавшись сводной таблицей.
| Серия | Seagate Momentus 5400.3 | Hitachi Travelstar 5K160 | Hitachi Travelstar 5K120 |
|---|---|---|---|
| Модели | ST9160821A ST9120822A ST9100828A ST980815A ST960815A ST940815A | HTS541616J9AT00 HTS541612J9AT00 HTS541680J9AT00 HTS541660J9AT00 HTS541640J9AT00 HTS541616J9SA00 HTS541612J9SA00 HTS541680J9SA00 HTS541660J9SA00 HTS541640J9SA00 | HTS541212H9AT00 HTS541210H9AT00 HTS541280H9AT00 HTS541260H9AT00 HTS541212H9SA00 HTS541210H9SA00 HTS541280H9SA00 HTS541260H9SA00 |
| Емкость моделей, Гбайт | 160 120 100 80 60 40 | 160 120 80 60 40 | 120 100 80 60 |
| Число головок/пластин | 4/2 3/2 3/2 2/1 2/1 1/1 | 4/2 4/2 2/1 2/1 1/1 | 4/2 4/2 3/2 2/1 |
| Скорость вращения пластин, об./мин. | 5400 | ||
| Размер буфера, Мбайт | 8 | ||
| Среднее время поиска, мс, чтение/запись | 12,5 | 11/13 | 11/13 |
| Макс. внутренняя скорость чтения данных, Мбит/с | 44 Мбайт/с | 540 (466) | 510 (465,8) |
| Интерфейс | UltraATA/100 | UltraATA/100 (ATA-7) и SATA/150 NCQ | UltraATA/100 (ATA-7) и SATA/150 NCQ |
| Ударостойкость в работе (2 мс), G | 350 | 325 | 300 |
| Ударостойкость при хранении (1 мс), G | 900 | 1000 | 1000 |
| Акустически шум вращения, дБА, тип. | 23 | 22 (25 макс.) | 22 (25 макс.) |
| Акустически шум поиска, дБА, тип. | 29 | 24 (27 макс.) | 24 (27 макс.) |
| Температура, С, вкл.(выкл.) | +0…60 (-40…+70) | +5…55 (-40…+65) | |
| Потребление энергии, ватт, при: запуске-раскрутке поиске/записи-чтении в покое (idle)/выкл. (standby) | 5 2,0/2,0-1,8 0,8/0,2 | 5 (5) 1,8/1,8 (1,8/1,8) 0,8/0,2 (0,85/0,25) | 5 (5) 1,8/1,8 (1,8/1,8) 0,75/0,2 (0,85/0,28) |
Все диски серии Travelstar 5K160 имеют буфер 8 Мбайт и используют пластины, отформатированные на емкость 80 или 60 Гбайт, причем в линейке отсутствует 100-гигабайтная модель и модели с тремя головками (внимание: 120-гигабайтная имеет 4 головки). Из-за разной плотности пластин для разных моделей максимальная линейная скорость чтения пластин тоже различна: она составляет 540 Мбит/с для моделей емкостью 160, 80 и 40 Гбайт и лишь 466 Мбит/с для моделей емкостью 120 и 60 Гбайт.
Как и у дисков Seagate Momentus 5400.3, максимальная плотность записи в дисках серии 5K160 составляет 131,5 Гбит на кв. дюйм (для сравнения — у 5K120 максимальная плотность составляет 103,5 Гбит на кв. дюйм), хотя 120- и 60-гигабайтные модели серии 5K160 имеют еще меньшую плотность записи — всего 98,5 Гбит на кв. дюйм. При этом форматирование пластин распределено при помощи традиционных для дисков Hitachi данного форм-фактора 24 зон, на одной дорожке помещается максимум 1272 секторов (обычно немного меньше; фактически это столько же, сколько в настольных винчестерах совсем недавнего прошлого). Максимальная плотность записи на дорожке равна 902 KBPI (и 769 KBPI для 120- и 60-гигабайтных моделей; кстати, у моделей той же емкости из серии 5K120 эта плотность оказывается куда выше — до 906,1 KBPI !!!), а максимальная плотность дорожек составляет 146 и 128 KTPI соответственно, что почти на 30% выше, чем у аналогичных моделей без PMR серии 5K120 (максимум 114,2 KTPI для всех). Таким образом, можно заключить, что применение перпендикулярной магнитной записи в этих моделях Hitachi привело в основном к росту поперечной плотности записи (то есть уплотнению дорожек вдоль радиуса), а не продольной плотности (и, значит, скорости) вдоль дорожек.
Напомним, что ту же тенденцию мы наблюдали и в первых PRM-дисках Seagate Momentus 5400.3 (где поперечная плотность возросла на 30%, а продольная — всего на 3-5%). А, учитывая, что Seagate, по словам некоторых ее руководителей, покупает некоторую долю пластин для своих 2,5-дюймовых накопителей у сторонних производителей (что, очевидно, делает и Hitachi), то не исключено, что диски M5400.3 и TS 5K160 могут использовать одинаковые магнитные пластины. ;) Хотя Hitachi форматирует их немного по-другому, обеспечивая более высокую продольную плотность/скорость.
Из других важных параметров отметим возросшую ударостойкость (325G в работе и 1000G при хранении являются сейчас одними из лучших параметров в классе), на 1 мс меньшее среднее время поиска при чтении по сравнению с серией 5K100 и несколько уменьшившееся энергопотребление в работе (поиске/обращениях), объявляемое Hitachi «лучшим в классе». Как и у предшественников Travelstar 5K120/5K100 и дисков Seagate Momentus 5400.3, у накопителей Travelstar 5K160 отличный показатель гарантированных циклов Load/Unload — не менее 600 тысяч! Помимо традиционных для Hitachi технологий, в этих дисках применяются специальные антикоррозионные технологии и IrMnCr-головки чтения с новыми предусилителями (и PMR-пластины и головки записи уже второго (!) поколения), улучшающие производительность и надежность работы. Высота полета головки над пластиной корректируется в зависимости от температуры при помощи технологии TFC (Thermal Fly-height Control). Сообщается, что первые PRM-накопители Hitachi обладают лучшей надежностью, чем их предшественники с продольной магнитной записью.
Модели серии 5K160 оснащаются интерфейсами UltraATA/100 (ATA-7 с технологией SmoothStream для видеоприменений, известной прежде как Streaming Feature Set) и Serial ATA 1,5 Гбит/с, причем последние имеют поддержку NCQ (что не столь важно для ноутбуков и внешних накопителей, но может пригодиться при использовании этих дисков в малогабаритных серверах и блейдах). 
Разумеется, этими дисками поддерживается управление акустикой поиска через регистр AAM, управление энергопотреблением (APM, Interface Power Management) и другие общепринятые уже функции. При стандартных габаритах 100×70×9,5 мм диски этой серии весят не более 102 грамм и имеют традиционный температурный диапазон работы и хранения. Все они RoHS-совместимы.
Диски серии Travelstar 5K160 предназначаются производителем не только для высокопроизводительных ноутбуков, внешних накопителей и игровых консолей, но и для портативных медиаплееров, причем специально подчеркивается, что на 160 Гбайтах можно хранить до 160 часов стандартного видео, 57 фильмов, 40 тысяч 4-минутных песен или 80 видеоигр. :)
На вид новые Travelstar 5K160 мало, чем отличаются от прежних 5K100:
Почти та же на вид «гермобанка» с прокладкой,
той же формы и компоновки элементов плата контроллера, хотя разводка у нее уже заметно иная (используется плата пятого поколения Takeno-50, в отличие от плат 3-4-го поколения для 5K100).
Да и процессор контроллера применяется совершенно новый, ранее не встречавшийся в мобильных дисках этой компании.
Отметим также, что в отличие от мобильных семитысячников Hitachi и большинства современных настольных дисков этого производителя на плате 5K160 не оказалось отдельного датчика ускорения (он отсутствует также у дисков серий 5K100, но есть, например, у Travelstar 7K100. На первый взгляд, может показаться, что такой датчик не обязателен для компактных винчестеров с низкой скоростью вращения. Однако на практике это можно поставить под сомнение, поскольку, во-первых, в 5K160 резко (на 30%) уменьшилось расстояние между дорожками (то есть резко повысились требования к точности попадания и удержания головки над дорожкой), а во-вторых, никто не отменял внешних вибраций, которым могут быть подвержены и мобильные винчестеры. И, в частности, оказалось, что оба побывавших у меня на тестировании образца 5K160 чрезмерно чувствительны к внешним вибрациям, и их производительность резко падает при наличии даже незначительных вибраций — в отличие от их предшественников и конкурентов.
Влияние вибрации на производительность 5K160
Чтобы не быть голословным, приведу несколько примеров влияния незначительных (в «бытовом» понимании) вибраций на производительность 5K160. (Для большинства остальных 2,5-дюймовых пятитысячников в тех же условиях практически никакой разницы в показаниях тестов замечено не было). В верхней строчке диаграмм ниже даны результаты для накопителя 5K160, жестко зафиксированного в невибрирующем корпусе, в середине — результаты для этого же свободно лежащего накопителя, а внизу — для этого же диска, жестко закрепленного в корпусе настольного ПК вблизи («через отсек» от) обычного 3,5-дюймового SATA-винчестера Seagate Barracuda SATA V (имеющего небольшие, обычные собственные вибрации и передающего их на корпус). Для обоих «закрепленных» вариантов конфигураций тесты были проведены как в режиме нормального поиска, так и в режиме тихого/замедленного поиска, и в последнем случае некоторые выводы могут показаться, на первый взгляд, неожиданными.
Кстати, в ноутбуках или внешних накопителях винчестер далеко не всегда намертво зафиксирован на шасси, и порой его фиксация весьма условна и «мягка», а тот же процессорный кулер или оптический привод в ноутбуке может вибрировать на уровне настольного жесткого диска и передавать эти вибрации на мобильный винчестер ноутбука (я уже не говорю о тряске от интенсивного стука по клавиатуре или в «походных условиях» эксплуатации).
Итак, данные оценочные результаты не претендуют на серьезное техническое исследование, поскольку получены не на специальном сертифицированном вибростенде, а просто в «обычных жизненных» условиях. Поэтому они призваны лишь обозначить наличие некоторой проблемы, связанной с дальнейшим повышением плотности магнитной записи и переходом на PMR. Возможно, позднее мы вернемся к этому вопросу на более технически подготовленной и систематизированной базе.
Пока же мы видим, что, например, среднее время доступа к диску Hitachi 5K160 существенно зависит от механических условий его эксплуатации. И в условиях даже незначительных, на первый взгляд, вибраций (которые обычным винчестерам «по барабану») эти новички ведут себя неуверенно — среднее время поиска при чтении возрастает почти на 3 мс.
Кстати, любопытно, что в режиме замедленного (тихого) поиска замедление доступа при наличии вибрации не столь велико (около 1,5 мс), что, видимо, связано с тем, что замедленный поиск характеризуется иным, более «спокойным и аккуратным» выходом головки на заданную дорожку (более плавным изменением управляющего напряжения на VCM в конце цикла перемещения).
«Неуверенным» при наличии даже незначительных вибраций является и линейное чтение с поверхности накопителя Hitachi Travelstar 5K160, что наглядно видно из сравнения следующих графиков (и этот справа еще не самый худший из полученных нами графиков ;)).
 |  |
Fixed | Free Lying |
Кстати, эта проблема (скорости линейного доступа) в большей мере проявляется при записи, чем при чтении. Например, в программе HD Tach 3.0.1.0 даже для свободно лежащего диска 5K160 (уже не говоря о «вибрируемом» :)) график скорости линейной записи (который обычно при медленном/детальном измерении почти в точности повторяет график чтения; они показаны бордовым и красным цветом соответственно) здесь оказывается существенно подпорченным, то есть потери в скорости линейной записи составили более половины от ее номинального значения! И потери в среднем тем выше, чем дальше от центра пластины находится трек. 
Проблемы со скоростью записи при незначительных, на первый взгляд, вибрациях 5K160 проявляются и при случайном доступе. В следующем тесте на среднее время доступа при записи, которое в данном случае отчасти отражает и эффективность кэширования случайной записи в буфере винчестера, мы видим почти двукратное увеличение времени при наличии вибраций и полуторакратное, если диск лежит свободно.
Это полностью подтверждается аналогичным тестом при помощи программы IOMeter.
Причем, что любопытно, снова мы видим, что в режиме замедленного поиска, когда головка «садится» на дорожку более плавно, показатели для вибрирующего накопителя куда лучше, чем при быстром поиске.
Разумеется, такое поведение в целом никак нельзя назвать приемлемым, и быстродействие накопителя в пользовательских приложениях не замедлит ухудшиться (простите за невольный каламбур :))
В тестах многопотоковой записи мы видим, что для «нормальной» эксплуатации 5K160 тихий поиск приводит к некоторому ухудшению быстродействия (что ожидаемо), однако при наличии даже небольшой вибрации картина меняет полярность и тихий поиск оказывается в выигрыше, хотя в любом случае падение производительности накопителя 5K160 является ощутимым.
По детальным результатам теста многопотоковой записи можно видеть, что основное ухудшение показаний приходится на случаи, когда записываемые (или читаемые) потоки разнесены на значительное расстояние, то есть диску приходится активно двигать головками между краем и центром (по объему) пластин.
Что касается потоков, записываемых (или читаемых) вблизи друг друга (в данном случае «расстояние между близкими потоками» составляет менее 100 Мбайт), то здесь ухудшения общей производительности винчестера почти нет (проценты не в счет), причем как при чтении, так и при записи.
Это может натолкнуть на мысль, что основное негативное влияние вибрации оказывают на кронштейны во время их перемещений между удаленно разнесенными дорожками, в то время как при квазилинейном поведении (над соседними или близкими дорожками) технологиям Hitachi (вроде TrueTrack и аналогичных) более или менее удается скомпенсировать паразитное влияние вибраций.
В тестах Disk WinMark 99 из пакета WinBench 99 ситуация в целом при наличии вибраций не настолько катастрофическая, чтобы бить по этому поводу тревогу. Особенно мала разница в Business-тесте, сильно завязанном на кэшировании.
Впрочем, свободно лежащий диск в WinBench 99 оказывается в явно худшем положении, чем остальные конфигурации (особенно в High-End-тесте). А использование файловой системы NTFS вместо FAT32 несколько усугубляет картину при наличии вибраций.
Производительность винчестеров при типичной работе персонального пользователя мы оцениваем также по двум комплексным трековым тестам — Futuremark PCmark 04 и C'T H2benchW.
В первом из них недостаточная забота о фиксации накопителя 5K160 способна привести к потере примерно 13% быстродействия.
Однако в другом похожем тесте (H2benchW) даже малейшие вибрации приводят к резкой потере скорости диска.
В этих условиях ценность приобретают и результаты быстродействия диска в различных серверных и workstation-паттернах в программе IOmeter. Тем более если кто-то решится применить эти накопители для профессиональных систем, где вибрация может оказаться немалой. Сначала — усредненные результаты по традиционным серверным паттернам File Server, Web Server и Database.
Потеря быстродействия 5K160 при наличии вибраций здесь очевидна. Как и в паттерне «Рабочая станция».
И мы снова наблюдаем, что в этих условиях более правильным станет использование режима замедленного поиска, который позволяет спасти хоть десяток-другой процентов скорости накопителя. Хотя в «нормальных» условиях эксплуатации этих дисков тихий поиск, безусловно, противопоказан для серверных задач.
В более «персональных» задачах типа чтения, записи и копирования крупных и мелких файлов, производительность в которых мы оцениваем по собственным паттернам со случайным характером обращений в пределах всего накопителя, можно снова отметить и существенное падение производительности диска 5K160 при наличии внешних вибраций или самовибрации, и «пользу» от режима замедленного поиска в таких условиях эксплуатации.
Если детальнее посмотреть на отдельные задачи, то окажется, что скорость записи крупных и мелких файлов страдает значительно больше, чем скорость чтения. А потери при копировании файлов составляют от 13 до 45%, что тоже нельзя назвать малым.
Неожиданностью теперь не станет и существенное замедление процедуры дефрагментации жесткого диска (хуже на FAT32, чем на NTFS).
Зато в паттернах потоковых чтения-записи файлов крупными или мелкими блоками (имитирующих, например, работу цифрового магнитофона с функцией timeshifting или нагрузку на диск при редактировании видео, что является одним из профилей использования данных дисков) неожиданно оказывается, что наличие вибраций практически не портит картины, как на крупных, так и на мелких блоках (за исключением свободно лежащего диска).
И это, к сожалению, едва ли не единственная задача, где вибрация почти не повлияла на производительность винчестера Travelstar 5K160.
Таким образом, в лице новых винчестеров Hitachi Travelstar 5K160 с перпендикулярной магнитной записью мы неожиданно обнаружили объекты, весьма капризные по отношению даже к незначительным вибрациям (внешним или самовибрациям). И это отличает их от подавляющего большинства исследованных нами дисков для ноутбуков. Возможно, виной тому стало существенное уменьшение расстояния между дорожками на поверхности магнитных пластин — ведь оно теперь составляет всего 170 нм (у предшественников было 220 нм). И недостаточное внимание разработчиков к решению/устранению наметившейся проблемы… Но поскольку диски серии 5K160 «очень» свежие, мы будем надеяться, что когда они появятся на прилавках и в ноутбуках, производитель уже позаботится о «наболевшем» и повысит вибростойкость своих изделий. Тем более что в остальном они демонстрируют себя с очень хорошей стороны, в чем мы убедимся далее, сравнив их с предшественниками и конкурентами.
