SSD-накопитель Intel X25-M


Когда-то (причем не так уж и давно) казалось, что в ближайшее время серьезной альтернативы накопителям на жестких дисках типа винчестер как основным рабочим накопителям не появится. Низкая цена хранения мегабайта информации, высокая скорость работы, большая емкость (растущая даже быстрее, чем потребности пользователей) — все это делало конкуренцию с жесткими дисками невозможной. Более того — они не только оставались основным типом рабочих систем хранения информации, но и вторгались в смежные области, такие, как перенос больших объемов данных или резервное копирование информации. Однако бурный прогресс в области полупроводниковых носителей информации (в первую очередь — флэш-памяти) в последнее время привел к тому, что в некоторых областях деятельности у винчестеров уже появился крайне серьезный конкурент.

Преимущества и недостатки флэш-накопителей

Ныне прогресс в сфере жестких дисков замедлился, в то время как полупроводниковая память начала развиваться все более быстрыми темпами. К чему это привело? Во-первых, скорость работы у винчестеров давно уже прирастает весьма небольшими темпами, «упираясь» именно в механику. Давно уже списан со счетов стандарт АТА100, а винчестеры, которым пропускной способности этой вариации интерфейса РАТА недостаточно, появились относительно недавно. Причем все они относятся к моделям с форм-фактором 3.5 дюйма, т.е. достаточно громоздким и прожорливым, в то время как все большее распространение портативных компьютеров (объем продаж которых уже примерно равен объему продаж десктопов, а в некоторых странах и превосходит последний) наибольшие требования предъявляло к более компактным накопителям. Да и хоть какой-то рост производительности можно наблюдать лишь в области линейной скорости записи и чтения — случайные операции продолжают оставаться медленными, ибо не отказываясь от механики что-то путное сделать со временем доступа уже невозможно. Емкость продолжает расти, однако тоже все медленнее и медленнее. Впрочем, она уже превысила основные требования массового пользователя к рабочему накопителю (разумеется, в области хранения больших объемов информации такого не наблюдается, так что внешние или внутренние массивы, емкостью в несколько терабайт, так и будут долго еще строиться исключительно на базе винчестеров) — сотни гигабайт для этого уже много, а ведь это «стартовый» объем для многих линеек винчестеров, поскольку меньше делать просто невыгодно. Да, место на диске это ресурс, которого вечно не хватает — чем забить гигабайты свободного пространства всегда найдется, но часто такое «забивание» происходит именно потому, что «лишняя» емкость уже есть. Не будь ее — можно и ограничить потребности, либо решить задачу другими способами. Если будет для того стимул — например, более высокая скорость работы и низкое энергопотребление.

Посмотрим, что нам в данном случае могут предложить флэш-накопители. Основные их достоинства проистекают из самой сущности флэш-памяти: это чисто электронный полупроводниковый носитель. Соответственно, чем «тоньше» техпроцессы, тем больше ячеек памяти можно уместить в тот же физический объем, так что рост емкости чипов флэш-памяти может быть вполне линейным. Емкость одной микросхемы ныне уже исчисляется гигабайтами. Вроде бы немного, однако это одна микросхема. Соответственно, самые компактные флэш-карты, в которые больше одного чипа не вмещается, имеют емкость в те самые несколько гигабайт, более крупные карты типа CompactFlash или флэшдрайвы содержат несколько чипов, так что самые емкие их представители уже могут предложить нам десятки гигабайт доступного места, а уж в корпус винчестера хотя бы на пластинах диаметром 1.8 дюйма, не говоря уже о более крупных «ноутбучных» моделях на пластинах по 2.5 дюйма,  можно вместить очень много чипов флэш-памяти — тут уже счет пойдет на сотни гигабайт. Но ведь до сих пор массово продаются и покупаются ноутбуки с винчестерами по 160-200 ГБ — значит, в ряде случаев этого достаточно, а такие величины современным флэш-накопителям уже доступны. Завтра же мы получим новые технологии и дальнейший рост емкости в расчете на микросхему, а значит и более емкие накопители.

Вторым следствием «электронной сущности» флэш-памяти является крайне низкое время доступа к любому блоку информации. В винчестерах мы вычисляем, где он находится, потом перемещаем блок магнитных головок на нужную дорожку, потом ждем, пока нужный сектор окажется под головкой — вторая и третья операции оптимизации не поддаются, поскольку зависят уже от физических параметров самих дисков: никакие более тонкие технологии их ускорить не могут. А во флэше все просто — вычисляем адрес нужного блока и сразу же получаем к нему доступ. Никаких механических операций — все время уходит на дешифрацию адреса и, собственно, передачу блока. Чем быстрее контроллер, тем быстрее и доступ к данным. Причем хаотические запросы к разным областям жесткого диска (а такое в современных многозадачных операционных системах происходит сплошь и рядом — с винчестером работают сразу несколько приложений) еще больше усугубляют ситуацию: для полупроводниковых носителей ничего страшного нет, винчестеры же вынуждены постоянно «гонять» головки по всей поверхности «блинов» и даже переупорядочивание очереди команд спасает не всегда.

Третий плюс флэша — энергопотребление. В винчестере блок дисков сначала нужно раскрутить, а потом поддерживать постоянную скорость его вращения. И даже в те моменты, когда он не совсем нужен, нам все равно требуется подавать энергию электромотору: если диски просто остановить, то, во-первых, мы потратим много энергии на последующий их старт, во-вторых, будем наблюдать достаточно длительные задержки как только нам потребуется информация (время выхода в рабочий режим не так уж и мало), а в-третьих, очень может быть, что быстро доведем накопитель до преждевременной кончины. С флэшем все проще: нужен — подаем питание, не нужен — отключаем. «Выход из спячки» практически мгновенный, да и ничего не испортится в отличие от постоянно останавливаемого и запускаемого электродвигателя. Соответственно, имеем более низкое энергопотребление и в работе (не нужно расходовать энергию на вращение дисков) и, в особенности, в состоянии покоя.

Но есть у флэш-памяти и недостатки. Во-первых, общая емкость накопителей уже достаточно велика, но, все же, пока заметно меньше, чем у винчестеров. Во-вторых, стоимость хранения каждого гигабайта информации в разы выше. Это пока ставит крест на применении флэш-памяти там, где нам реально нужны большие массивы информации. «Пока», поскольку развивается эта технология быстрее винчестеров, так что со временем эти два недостатка сойдут на нет. В свое время, кстати, подобная история была с оперативной памятью на магнитных сердечниках — остальные схемы компьютеров уже перешли на полупроводниковые элементы, а вот ОЗУ оставалось все таким же архаичным: так получалось дешевле, да и компактнее. И ничего — со временем развитие полупроводниковых технологий позволило от отдельных транзисторов перейти к интегральным микросхемам, которые магнитные сердечники и похоронили. В-третьих же не все просто со скоростью работы. Да, доступ к любой ячейке осуществляется почти мгновенно, а вот само по себе ее чтение и передача информации по шине уже занимает достаточно большое количество времени. В частности, на сегодняшний момент, типичные скорости чтения информации с одной микросхемы составляют 20-25 МБ/с, в то время, как многие массовые модели винчестеров шагнули уже за 100 МБ/с. Еще хуже ситуация с операциями записи. Во-первых, мы не можем просто взять и изменить содержимое любой ячейки — стирание информации происходит достаточно большими блоками. Соответственно, нам нужно этот блок считать, нужное изменить и перезаписать обратно. Соответственно, при реализации записи просто «в лоб» ничего хорошего мы не получим. Во-вторых, даже при последовательной записи больших объемов информации (где нам не обязательно использовать вышеприведенные сложные схемы), скорость записи достаточно невелика — 15-20 МБ/с для микросхем с одноуровневыми ячейками (SLC) и всего 5-10 МБ/с для многоуровневых чипов (MLC). Причем при массовом применении о первых цифрах нам можно сразу забыть, ориентируясь на вторые: SLC-чипы банально дороже и объем их ниже, так что для массовых решений подходит только MLC. Но даже если с первыми двумя проблемами мы что-то сделать можем, то встает в полный рост третья — операции стирания не полностью обратимы, так что со временем ячейки флэш-памяти банально разрушаются. Ресурс достаточно высок, но далеко не бесконечен. А самое неприятное то, что изнашиваться будут разные области неравномерно. Это фотографам с флэш-картами хорошо — обычно карта отснимается целиком, потом целиком же и очищается. В данном случае обещанных теорией 10000 операций стирания/записи для ML-ячейки хватает как раз примерно на те же 10000 раз полного заполнения карты. Даже если делать это по три раза в день без выходных, проработает 10 лет: скорее всего, ненужной окажется раньше, чем физически «отбросит копыта». Ресурс же SL-ячеек в 10 раз выше, так что тут поводов для волнений вообще особых нет. А у рабочего накопителя на базе флэш-памяти все гораздо хуже: некоторые блоки будут перезаписываться редко, зато некоторые — постоянно. Например, возьмем такую «милую» файловую систему, как FAT, до сих применяемую в индустрии. В ней большинство операций изменения файлов приводит к необходимости что-либо поменять и в самой таблице размещения файлов, которая достаточно компактна и легко может вместиться в несколько блоков. В результате через некоторое время мы рискуем получить следующую картину: все блоки флэш-накопителя выработали ресурс дай боже на 5%, а те, куда попадала сама FAT, уже умерли смертью храбрых из-за постоянного стирания и записи. И не стоит думать, что более современные файловые системы этой напасти лишены в принципе — активно используемые системные области есть всегда.

Все эти проблемы в полный рост встали перед пользователями SSD первого поколения. Дело в том, что сама по себе идея использования флэш-накопителей не только в качестве устройств сменной памяти особой новизной не отличается — компактные DOM-накопители (устанавливаемые прямо на плату), либо в более «традиционных» корпусах винчестерного форм-фактора применялись давно. Но, в основном, для специфических применений — например, в терминальных или встроенных решениях. Фактически все, что от них требовалось — хранение специальных версий операционных систем, оптимизированных именно на такую работу. Большая емкость не требовалась — нередко обходились и накопителями, емкостью в несколько сотен или даже десятков мегабайт. Соответственно, и цена была относительно невысокой. Большая скорость тоже не нужна — загрузка выполняется один раз за весь сеанс работы. Ну а об операциях записи вообще и думать не требовалось — разве что, обновление прошивки раз в несколько месяцев и все: остальное время накопитель использовался только для чтения. Однако по мере снижения цен и роста объемов, данные накопители начали потихоньку проникать на массовый рынок, поскольку некоторые их характеристики (в частности, бесшумность и низкое энергопотребление) весьма импонировали пользователям. Плюс добавился еще один недорогой вариант создания SSD «своими руками», основанный на совместимости CompactFlash с Parallel ATA, что позволяло использовать эти карты совместно с весьма простыми переходниками (нередко даже полностью самодельными). И вот тут-то все и началось! Оказалось, что типовые «настольные» операционные системы даже загружаются с флэш-накопителей очень неторопливо, не говоря уже о постоянной работе. Ну, основанные на SLC еще куда ни шло, а вот массовые MLC оказались совсем неудобными для постоянного использования. Да и в последующем желательно было подвергать систему специальной настройке. И, несмотря на это, иногда «флэшки» выходили из строя достаточно быстро. В общем-то ничего удивительного, что доверие к SSD-накопителям вскоре оказалось достаточно сильно подорвано, причем как раз в рядах энтузиастов, призвание которых обычное нести новые идеи в массы :)

«Умный» контроллер как способ решения проблем

Есть ли способ решить очерченные выше проблемы, не отказываясь от использования сегодняшних чипов флэш-памяти (тем более что заменить последние пока просто нечем — другие технологии полупроводниковой энергонезависимой памяти нескоро еще выйдут из лабораторий)? Да, есть. Но для этого контроллер накопителя должен быть не «тупым» посредником между шинным интерфейсом накопителя и самой памятью, а обладать достаточной степенью «интеллекта».

Проще всего решается проблема скорости. В самом деле — издревне известен способ увеличить «мощность» любой системы: если одна лошадь не тянет, в упряжку нужно впрячь несколько. Более того — этот принцип родился еще до того, как человек приручил домашних животных: еще первобытные люди при создании убежищ наваливались на особо тяжелые глыбы вместе :) Если без шуток, то подобное распараллеливание усилий применяется в технике очень часто. В том числе, и в компьютерной. В том числе, и в системах хранения данных — достаточно вспомнить RAID-массивы с чередованием. Неудобство их создания на базе винчестеров проистекает только из-за того, что даже один винчестер устройство достаточно крупное и прожорливое, не говоря уже о нескольких. Именно поэтому производители серверов и прочего оборудования, где без массивов не обойтись, давно уже прорабатывают идею уменьшения основного форм-фактора винчестеров – массив из пяти дисков на 2.5 дюйма займет столько же места, как и пара 3.5". Но в случае флэш-накопителей дискретность куда меньшая — атомарной единицей является не целый винчестер, а всего одна микросхема. Недаром уже даже в USB-флэшдрайвах практически не применяются одноканальные контроллеры: двухканальный обойдется практически в те же деньги, зато при наличии двух микросхем поможет поднять скорости чтения и записи почти вдвое. А в SSD «винчестерных» форм-факторов микросхем флэш-памяти можно поместить не две и даже не четыре, тем более что их все равно нужно много — дабы обеспечить большую емкость. Следовательно, каналов может быть еще больше, а результирующая скорость легко способна превысить аналогичную для одиночного винчестера.

Для борьбы с неравномерным износом требуются схемы балансирования нагрузки. Контроллер должен хранить информацию о том, сколько раз какие блоки перезаписывались уже и изредка «менять их местами», благо эта операция простая — ничего физически переносить не требуется: только трансляцию адресов перенастроить. В этом случае можно даже с FAT побороться — таблицы размещения файлов будут просто «кочевать» по всему объему накопителя прозрачным для внешней системы образом. И не только с ней, но и с любыми другими «унаследованными» от традиционных винчестеров особенностями работы систем хранения информации, портящим жизнь флэш-накопителей. Разумеется, все в реальности куда сложнее, чем можно объяснить «на пальцах», алгоритмы борьбы с «лишними» операциями записи могут быть весьма «хитрыми», но факт остается фактом — решение задачи существует, так что тут уже все зависит от того, насколько производители ответственно займутся этим.

Обычно флэш-накопители, кстати, лишены кэш-памяти, объем которой в современных винчестерах дошел уже до 32 МБ. Сделано так не из вредности, а просто потому, что в типичных сферах применения тех же флэшдрайвов или SD-карт надобности в кэшировании нет. В SSD она есть, так что буферизация обязательна. И не только потому, что это позволит увеличить скорость работы во многих приложениях, но и для борьбы с вредными последствиями операций записи. Последняя всегда должна быть отложенной — тогда и со временем доступа на операциях записи проблем особых не будет. Да и постоянно переписывать один и тот же блок, возможно, не придется — может оказаться так, что изменять придется сразу несколько секторов в одном блоке, что можно будет сделать одной операцией. Управление очередью команд тут тоже нам пригодится, ну а поскольку на ее реализацию в РАТА-контроллерах все давно махнули рукой (так что осталась TCQ лишь теорией), наш «гипотетический» идеальный контроллер SSD-накопителя должен быть native SATA и полностью поддерживать NCQ. Замечу, что даже последнее несложное условие во многих сериях представленных на рынке недорогих SSD не выполняется — используются дополнительные чипы-сериализаторы, приделанные к контроллерам РАТА-флэш, пришедшими непосредственно из карт CompactFlash! Очевидно, что ожидать от подобных накопителей хороших результатов просто не приходится. Два-четыре канала флэш-памяти в лучшем случае способны обеспечить нам скорости в 50-100 МБ/с, причем только при применении SLC-микросхем. Очевидно, что в недорогих высокоемких моделях можно встретить только MLC со всеми вытекающими отсюда последствиями, типа скорости записи в 20-30 МБ/с, а то и меньше. Кроме того, «тупой» контроллер будет честно и последовательно пытаться выполнять все поступающие к нему команды, так что в результате некоторые блоки будут переписываться раз так в несколько чаще, чем это требуется. Что касается балансировки нагрузки и тому подобного, так не требовалось это для флэш-карт (как и для старых специализированных DOM — там все подобные особенности обычно специализированная ОС учитывала, когда это было нужно), так что не стоит искать подобных схем во многих SSD, позиционируемых их производителями в качестве массовых универсальных устройств.

Но, к счастью, не все так уж печально на рынке — «правильные» SSD (а не сделанные наспех без учета кучи факторов) на нем присутствуют. В частности, свое решение не так давно предложила компания Intel, вообще говоря смотрящая на конкуренцию SSD с HDD с большим энтузиазмом (что вполне логично, если учесть, какими технологиями Intel занимается и какими нет) ;)

Вот так компания прогнозирует будущее массовых накопителей. Как видим, доля «простых» винчестеров (которые Intel ни в коем виде не производит) должна сократиться к 2012 году более чем втрое — сейчас на них приходится 90% рынка, а будет в районе 30%. Аналогичный кусок займут «чистые» SSD и процентов 40 должно прийтись на «гибридные» винчестеры, представляющие собой объединение собственно винчестера и флэш-памяти. В общем, флэш-памяти нужно будет много, даже очень много, причем в тех сферах, где раньше она вообще не требовалась, так что «затоваривание» рынка прекратится, и все производители флэша (к которым относится и Intel) получат дополнительную прибыль. Впрочем, продолжают ходить слухи о том, что свою долю в совместном с Micron предприятии Intel может продать кому-то из производителей винчестеров (чаще всего называют Seagate), что тоже неплохо коррелирует с такими вот прогнозами — чтобы винчестерные вендоры были посговорчивее, их следует напугать как можно сильнее ;) А насколько прогнозы коррелируют с практикой... трудно сказать. Те же гибридные накопители были крайне модной темой для обсуждений год назад, сейчас же о них вообще ничего интересного не слышно, а ведь им по прогнозам Intel вообще на первое место выходить к 2012 году. Когда они будут это делать? Если тот же Seagate даже сейчас продолжает утверждать, что серьезной угрозы винчестерам на массовом рынке не наблюдается в принципе — в некоторых нишах да, а если считать по суммарному объему поставляемых устройств (как в прогнозе от Intel), то нет.

В общем, вскрытие покажет, какие прогнозы были верными, какие —  неверными. Факты же ныне таковы — SSD реально существуют, они достаточно серьезно отличаются по конструкции, а накопитель от самой Intel явно способен претендовать на лидирующие позиции (что априори ясно после краткого изучения разработанного компанией контроллера). Насколько велик его потенциал — сейчас и посмотрим.

Семейство Х в целом

Посмотрим, что же Intel готова уже сейчас предложить покупателям. Как мы видим, семейство логически разбивается на три линейки, две из которых, различающиеся только форм-фактором (1.8 и 2.5 дюйма соответственно в «винчестерной» терминологии), нацелены на массовый сегмент рынка и построены на базе многоуровневых чипов флэш-памяти, а одно предназначается для наиболее требовательных пользователей и базируется на SLC. C этим связана и разница в объемах — MLC имеют большую емкость, так что уже доступны накопители 80 ГБ, а в конце года должны появиться модели на 160 ГБ, Extreme же стартует в конце года с емкостей 32 и 64 ГБ. Большего выжать из 50 нм чипов невозможно, но уже в следующем году нас ожидает переход на 34 нм с соответствующим ростом емкости и снижением стоимости — скорее всего, менее чем через год X25-M на 160 ГБ будет стоить дешевле, чем сегодняшний на 80 ГБ (более «тонкий» техпроцесс сам по себе снижает себестоимость в полтора раза, к чему добавится еще и ее снижение в процессе отладки производства).

Но отличиями в чипах и форм-факторе все и заканчивается — главным элементом всех накопителей Х-серии является один и тот же контроллер, в котором учтены все указанные выше проблемы. В частности, он десятиканальный, что позволяет нам получить итоговую скорость почти в десять раз большую, чем можно добиться от одной микросхемы. Кроме того, большое внимание уделено обеспечению равномерности нагрузки и борьбе с лишними операциями записи. По заявлению Intel, их в типичных накопителях на MLC-чипах в 20 раз больше, чем собственно, полезных, циклов записи/стирания, а вот для SSD X-серии — лишь на 10% больше, чем необходимо. Так это или не так — покажет время и практика использования, однако сама компания в свои технологии верит, так что декларирует для всех накопителей этой серии достаточно большое время наработки на отказ. Разумеется, поддерживается NCQ и есть 16 МБ кэш-памяти, обеспечивающей контроллеру возможность функционировать столь «продвинутым» образом. Единственный его недостаток — сложная схема функционирования требует время на «подстройку» при резком изменении характера нагрузки, но лучше уж пусть накопитель иногда немного «притормаживает», чем всегда «тормозит» (да еще и гробит непроизводительным образом сам себя).

  X25-E X25-M X18-M
Форм-фактор 2.5" 2.5" 1.8"
Интерфейс SATA300 with NCQ
Емкость, ГБ 32/64 80/160 80/160
Скорость последовательного чтения, МБ/с 250
Скорость последовательной записи 170 70 70
Время доступа при чтении, мкс 75 85 85
Напряжение питания, В 5 5 3.3
Энергопотребление под нагрузкой, Вт 2.4 0.15 0.15
Энергопотребление в покое, Вт 0.06 0.06 0.06
Рабочий диапазон температур, градусов 0-70
MTBF, миллионов часов 2 1.2 1.2

Посмотрим на краткие технические характеристики, приведенные в таблице. Уважения сразу же заслуживает скорость чтения — такие значения ни для одного современного винчестера просто недоступны. А время доступа на этих операциях вообще потрясает: счет уже пошел на микросекунды. Скорость записи в mainstream-моделях не столь шокирующая, однако вполне на уровне многих настольных винчестеров, не говоря уже об их портативных собратьях. А для конкуренции с наиболее производительными накопителями есть X25-E. Конечно, винчестеры можно объединить в RAID-массив, но и с SSD можно проделать тоже самое. Только проще — они компактнее, да и энергопотребление просто копеечное: как мы видим, даже X25-E при типичной (в данном случае — серверной) загрузке потребляет не более 2.4 Вт, а Х25-М — так и вовсе 0.15 Вт при своих нагрузках. Замечу, что долгий опыт тестирования ВЖД на базе 2.5 дюймовых дисков показывает, что последним даже стандартных для шины USB 2.5 Вт хватает далеко не всегда, а уж об энергопотреблении «больших» настольных винчестеров и вовсе говорить не приходится. Показатели надежности также вызывают уважение, но по их поводу что-то путное можно будет говорить только после того, как по данным накопителям будет собрана хоть какая-то статистика. В принципе, если будут отрабатывать хотя бы гарантийные три года — уже неплохой результат (за это время технологии шагнут далеко вперед, так что устройство вполне сможет устареть), ну а если верны цифры из спецификаций, так и вообще думать не о чем :) Кстати, и температурный режим вполне способен «порадовать» тех, кому приходится работать в экстремальных условиях: для винчестеров критичны как высокие, так и низкие температуры, а здесь хоть на полюс отправляйся, хоть на экватор.

Таким образом, в теории все выглядит превосходно. Проверить все параметры на практике в рамках тестирования невозможно, но уж, хотя бы, скоростные показатели мы измерить можем. Чем сейчас и займемся.

Осторожно — совместимость

Формально накопители должны работать везде, где трудятся SATA-винчестеры: даже в спецификациях Intel отдельно подчеркивает и совместимость со старыми SATA150-контроллерами. Реально же у меня SSD напрочь отказался работать на компьютере, который обычно используется для тестов ВЖД. Очень может быть, что вина в этом не самого чипсета NVIDIA nForce4 SLI (тем более, что его дисковый контроллер формально отвечает всем последним на текущий момент спецификациям SATA), а устаревшего BIOS (все-таки материнская плата EPoX 8NPA SLI к особо современным не относится, а последняя версия BIOS датируется позапрошлым годом), который не сумел «опознать» новинку, в результате чего не удавалось загрузить Windows (подключение же накопителя «в горячем режиме» наглухо систему завешивало), но факт остается фактом — не в любой компьютер можно установить SSD. А некоторые наши коллеги тестировали накопитель подключенным к контроллеру Promise SATA300 TX4302, совместно с которым он, хотя и работал, но выдавал несколько низковатые (мягко говоря) результаты. В общем, не все так уж гладко с совместимостью. Однако решить проблему в большинстве случаев можно. Нам же просто пришлось собрать новый тестовый стенд, совместно с которым функционирование X25-M вопросов не вызывало.

Методика тестирования

Поскольку на данный момент наша методика тестирования внутренних накопителей находится все еще в стадии разработки, пришлось импровизировать. Результаты этой импровизации вы и увидите в дальнейшем. Кому-то их будет более чем достаточно, кто-то предпочел бы больший набор тестов, но тут уж ничего не поделаешь — чем богаты, тем и рады. В принципе, ответить на главный вопрос современности, а именно «Способны ли SSD конкурировать с HDD сегодня, и если да, то в каких областях», проведенные тесты вполне позволяют.

Тестовая платформа

Тестирование проводилось на компьютере следующей конфигурации:

  • MSI P45 Platinum (MS-7512) на чипсете Intel P45 (южный мост ICH10R)
  • Intel Core 2 Duo E6750
  • 2 ГБ РС2 6400 DDR2 SDRAM
  • видеокарта на базе NVIDIA GeForce 8600GT
  • системный винчестер Hitachi Travelstar HTS541010G9SA00
  • Windows XP + SP3

Испытуемые

Разумеется, главным нашим сегодняшним героем был SSD Intel X25-M, емкостью 80 ГБ (точный артикул SSDSA2MH080G1GN). Именно его мы их хотели протестировать. А для сравнения было решено взять два вполне «традиционных» HDD:

  • Seagate Barracuda 7200.11 ST31000340AS — 3,5", скорость вращения 7200 об/мин, емкость 1 ТБ, кэш-память 32 МБ, интерфейс SATA300
  • Seagate Momentus 5400.4 ST9250827AS — 2,5", скорость вращения 5400 об/мин, емкость 250 ГБ, кэш-память 8 МБ, интерфейс SАТА300

Задача найти «самые-самые» винчестеры для конкуренции с SSD не ставилась. Можно было, конечно, вместо «щучки» взять последний Raptor, а вместо Momentus 5400.4 — его однофамильца по имени 7200.3, однако это был бы уже в некоторой степени выход за пределы mainstream, на который ориентируется X25-M. Да и, к тому же, кардинальной разницы между современными жесткими дисками нет. Ее можно найти, если сравнивать SAS-винчестер на 15000 оборотов с ультрапортативной моделью на пластинах диаметром 1.8 дюймов, да и то — получится всего несколько раз. Между устройствами же близких классов разница вообще исчисляется в процентах. Вот и интересно — X25-M быстрее ли массовых винчестеров и, если да, то в какой степени: на несколько процентов, в несколько раз или... на несколько порядков ;)

Тестовые приложения

Я взял наш традиционный набор для тестирования ВЖД и несколько его расширил. Скорость выполнения буферизованных операций, а также время доступа при записи и чтении (что нам суммарно дает четыре теста) измерялись при помощи Lavalys Everest 4.5 (раз уж все равно пришлось собирать отдельный компьютер, я взял версию посвежее, нежели обычно). А линейные и случайные операции записи и чтения тестировались при помощи IOMeter. Большинство ее «стандартных» шаблонов интереса не представляют, поскольку практически всегда пропорциональны скорости случайного чтения (эти операции занимают львиную их долю), но поведение шаблона Database при разной нагрузке крайне интересно. Кроме того, я воспользовался дисковыми тестами пакета PCMark05. Официально они тестируют производительность «реальной работы». Насколько последняя в понимании FutureMark близка к реальности вопрос отдельный, но для сравнения накопителей в одинаковых условиях результаты PCMark вполне сгодятся.

Everest — низкоуровневые тесты

Что ж — действительно SATA300. Правда обещанных в спецификациях «до 250 МБ/с» мы явно не увидим (вернее, «до» увидим, а 250 — уже нет), но и без того неплохо.

Да и скорость записи контроллер ограничивать не будет. Причем таких результатов хватило бы и X25-E, а для X25-M остается еще огромный запас.

Немного шокирующие результаты, особенно при записи данных. В принципе, накопители, в которых время доступа при чтении измеряется десятыми долями миллисекунд в руки попадаются часто, была и пара флэшек на SLC, где время доступа при записи составляло лишь несколько миллисекунд и было лучше, чем у винчестеров, но чтоб такое... Даже и не ожидал. Спасибо контроллеру и алгоритмам его работы в первую очередь.

IOMeter — последовательное чтение и запись данных

Комментировать тут нечего — полный разгром «традиционных» винчестеров. Даже достаточно крупный и прожорливый накопитель форм-фактора 3.5" обойден более чем вдвое, а портативная модель (с которой наш новичок вполне может поконкурировать за одинаковые сферы применения) вообще почти в четыре раза. И сделать тут уже ничего нельзя. Взял бы я самый скоростной винчестер — разрыв бы только уменьшился где-то до полутора раз и все. Не более того.

С записью все не так радужно, хотя, как мы видим, на блоках небольшого размера новинка быстрее всех винчестеров, а дальше — быстрее своих непосредственных конкурентов того же форм-фактора. Это очень хороший результат. А что не получилось столь же безоговорочной победы, как при чтении информации, так ничего страшного — для этого как раз предназначена серия X25-E, способная по скорости записи «похоронить» не только типичные настольные и мобильные модели винчестеров, но и накопители высокого уровня.

IOMeter — случайные операции

Еще более сокрушительная победа, чем на тесте линейного чтения. На фоне блестящих результатов SSD, обусловленных в первую очередь, микроскопическим временем доступа, все винчестеры выглядят одинаково. Просто порядок величин разный — в 30-50 раз отличаются результаты. И с этим просто ничего не поделаешь — скорость выполнения случайных операций чтения даже RAID0-массив не поправит никак.

На операциях записи выигрыш куда скромнее, но даже тут он есть и немаленький — до 1.5-2 раз. Таким образом, никакие технологии, судя по всему, никогда не позволят одиночному «классическому» винчестеру догнать одиночный «правильно спроектированный SSD на этих операциях.

IOMeter — шаблон Database при разной нагрузке

Закономерное окончание этой группы тестов, традиционно разгромное для винчестеров. Видно, что чем больше доля операций чтения, тем лучше себя чувствуют SSD-накопители, отрываясь от конкурентов на два порядка. При росте количества запросов на записи их производительность весьма резко снижается, но даже при 40% запросов на запись все еще держится на уровне 1500 IOPS, обгоняя винчестеры на порядок, а в худшем случае примерно в 1.5 раза превосходит их показатели. И это накопитель на MLC, а что получится с X25-E, специально оптимизированным для серверных задач? Даже и подумать страшно :)

PCMark05 — «реальное» быстродействие

Стоит иметь ввиду, что в реальности скорость загрузки Windows будет отличаться не столь сильно, как в данном тесте — это всего лишь воспроизведение дисковой трассы без учета прочих факторов, от винчестера не зависящих (например, кроме чтения информации с диска добавятся еще задержки на инициализацию устройств и т.п.), но его результаты более чем показательны. Владельцы ноутбуков до последнего времени могли только завидовать пользователям нормальных настольных компьютеров просто потому, что их устройства работали в любом случае медленнее — из-за более медленных винчестеров, однако использование SSD позволяет о зависти забыть :) Большое количество мелких файлов, которые необходимо считывать с диска во время загрузки ОС, выводит на первый план скорость случайного чтения, а с ней у полупроводниковых накопителей, как мы уже убедились, дела обстоят много лучше, чем у винчестеров. Соответственно, результаты имеют разный порядок.

Аналогичная картина наблюдается и при работе теста скорости запуска приложений — винчестер на пластинах по 3.5 дюйма и скоростью вращения 7200 об/мин обойдет своего «коллегу» того же поколения, но на 2.5" и 5400 об/мин примерно на треть, а SSD легко обгонит его примерно в 20 раз. Вообще говоря, подобные приросты крайне редко наблюдаются в компьютерной технике: как правило, эволюция оборудования позволяет на каждом шаге получить лишь несколько процентов быстродействия, реже — увеличить его раза в полтора-два, а здесь мы наблюдаем, что переход с HDD на SSD является уже не эволюцией, а настоящей революцией в ряде случаев.

«Типичное использование» настольного компьютера заключается не только в загрузке приложения и прочих операциях чтения — иногда данные нужно и записывать, а тут, как мы уже убедились, выигрыш флэш-накопителей куда как скромнее, нежели при чтении, но все равно — результаты теста имеют разный порядок. Т.е. на поставленный в начале тестовой части статьи можно ответить утвердительно — есть такие сферы применения, где SSD на порядок быстрее, нежели HDD (а если посмотреть на тест баз данных, то видно, что бывают моменты и когда результаты отличаются не на один, а на два порядка).

Глядя на результаты последних двух тестов, возникает крамольная мысль, что программисты FutureMark таким образом «замаскировали» линейное чтение и запись — дабы не было обвинений в том, что в пакет входят банальные низкоуровневые тесты :) Результат — вполне «ожиданный»: тестируемый SSD вне конкуренции в первом тесте и закономерно показывает не лучший, но очень хороший результат во втором.

Цены

В таблице ниже перечислены средние розничные цены всех протестированных сегодня накопителей в Москве, актуальные на момент чтения вами данной статьи:

Seagate Barracuda Seagate Momentus Intel X25-M
Н/Д(0) Н/Д(0) Н/Д(0)

На момент написания статьи, впрочем, SSD Intel X25-M в широкой продаже в наших краях вообще отсутствовал. Его отпускная цена в партиях от 1000 штук составляет 595 долларов, реальная розничная в «забугорье» стартует с 750 долларов, а здесь его готовы продавать под заказ примерно по 830.

Размышления о будущем

Итак, мы протестировали SSD от Intel — одно из первых устройств, способных составить реальную конкуренцию накопителям на жестких магнитных дисках. Причем скоростные его показатели таковы, что последним вполне может прийтись худо. Единственное, что пока спасает винчестеры — низкий объем и крайне высокая цена SSD. Фактически пока за каждый гигабайт информации на флэш-памяти нужно платить порядка 10 долларов, в то время, как аналогичный параметр для 3.5 дюймовых винчестеров составляет порядка 15 центов, а для их 2.5 дюймовых собратьев — в районе 30 центов. Разница в 40-70 раз очень велика. Да, в некоторых тестах разница в производительности сравнима, но все ли готовы столько платить за производительность? Пока нет. А вот в будущем — очень может быть многие пойдут на такие расходы. Скорее всего, психологической границей будет цена гигабайта в 2 доллара, т.е. накопитель на 160 ГБ должен стоить долларов 300-350. Но ведь это будет, причем не так уж и долго ждать осталось! Скорее всего, уже в следующем году после освоения технического процесса в 34 нм мы и увидим такие цены, а дальше — больше. Попробуем спрогнозировать, что будет при этом происходить с рынком винчестеров, благо он достаточно неоднороден.

Очевидно, что массовым «настольным» моделям высокой емкости бояться пока нечего. Даже подешевев в 5 раз, SSD-накопители все равно будут превосходить их по удельной стоимости более чем на порядок. Плюс малый объем — в конце года мы увидим SSD на 160 ГБ и HDD на 1.5 ТБ: разница на порядок. Так что времена, когда для хранения больших объемов информации будут применяться именно SSD, наступят очень нескоро.

Куда интереснее события будут развиваться в сегменте накопителей «для энтузиастов». В частности, Raptor от Western Digital придется несладко ;) Эти накопители имеют емкость в 150 и 300 ГБ, причем для первых удельная (на гигабайт) стоимость составляет порядка 1.4 доллара, а для последних — около одного. Т.е., как мы видим, емкость уже слабо отличается от SSD, да и по стоимости хранения информации разрыв уже не десятки раз, а всего разы. Покупать вместо «Раптора» на 300 ГБ за 300 долларов X25-M на 80 ГБ за 800, конечно, мало кто из энтузиастов станет, а вот хотя бы за 350... Я даже не уверен, что успею попасть в первые ряды желающих :) Для использования накопителя в роли системного диска такого объема вполне достаточно, для хранения данных все равно имеет смысл добавить в корпус один-два «нормальных» винчестера что в одном, что в другом случае, а производительность просто несравнимая.

Очень интересно будут складываться дела и там, где люди готовы платить за производительность высокие цены. Не просто имеют желание, как компьютерные энтузиасты, а вынуждены. Сейчас индустрии им предлагает, например, SAS-винчестеры со скоростью вращения 15000 об/мин и удельной стоимостью в районе 2-3 долларов за гигабайт. Не правда ли — это очень близко уже к X25-M? Причем в ходу RAID-массивы, собранные из винчестеров по 73 ГБ, так что и емкость каждого винчестера нередко вполне сравнимая. Да, разумеется, X25-M не рассчитан на такое применение, да и при большом количество операций записи будет проигрывать SAS-винчестерам, но ведь есть задачи, где запись встречается не очень часто, важна скорость и есть деньги на ее обеспечение. Тут, кстати, может оказаться «ко двору» еще и компактность и низкое энергопотребление SSD, что позволит с легкостью делать на их базе более крупные, чем на винчестерах, массивы. Причем специального предложения Intel для этого рынка мы еще не видели — может статься так, что X25-E окажется настолько быстр, что у многих пользователей серверов и выбора-то особого не останется, как «перевесить» на такие все данные, скорость обработки критична (а для больших объемов остальных прекрасно подойдут и низкооборотистые дешевые модели SAS-винчестеров).

Выше речь шла о сегменте винчестеров на пластинах диаметром 3.5" — на рынке более компактных устройств все будет еще веселее. Они не могут похвастаться емкостью в терабайтах, они имеют более высокую удельную стоимость, они демонстрируют куда более слабую производительность — отличная мишень для SSD-накопителей. Разумеется, после снижения цены: если переход на SSD повысит цену ноутбука премиум-класса с 2000 до 2500 долларов, это будет, все же, сильно заметно, а если до 2200, то уже не так и страшно ;) Для этого как раз и нужно указанное выше — накопитель на 160 ГБ должен подешеветь долларов до 350. После этого самые тонкие и легкие ноутбуки перейдут на SSD, а более крупные их собратья, очень может быть, освоят «гибридную» схему: SSD небольшого объема для системных нужд и HDD гигабайт на 500 для хранения данных. Места для хранения данных будет в этом случае даже чуть больше, чем если ограничиться одним лишь винчестером, скорость работы окажется в разы более высокой, а энергопотребление даже снизится сравнительно с единственным HDD «для всего», поскольку большую часть времени он будет проводить в режиме экономии энергии.

Ну а винчестерам на пластинах диаметром 1.8 дюйма и меньше пора готовиться занимать местечко в музеях, а не на рынке. По емкости они уже уступают SSD, по удельной стоимости гигабайта информации сравнимы с последними, а по скорости нередко проигрывают даже самым простым полупроводниковым накопителям. Появление же в продаже Intel X18-M и его аналогов от других фирм (а они появятся — сомнений тут быть не может: слишком уж перспективное направление) быстро сделает из миниатюрных винчестеров бифштекс; скорее всего, с кровью.

Итого

Сегодня мы с вами познакомились с крайне интересным накопителем. Можно даже сказать, что мы заглянули в будущее систем хранения данных — достичь такого уровня производительности обычным винчестерам просто не светит, так что им остается уповать лишь на цену и емкость. Однако все мы уже были свидетелями того, как быстро умеет дешеветь флэш-память — всего 10 лет назад емкость основанных на ней устройств измерялась единицами мегабайт, и цена каждого мегабайта составляла более 10 долларов. Сейчас же счет уже идет на десятки гигабайт (а завтра он пойдет на сотни), а за 10 долларов можно купить себе не мегабайт, а гигабайт одного из самых производительных устройств (бюджетные модели заметно дешевле, так что потенциал снижения цены огромный). Впрочем, к тому дело шло все последние годы и то, что, наконец-то, процесс начал облекаться в материальную форму, не может не радовать — фактически сегодня дисковая подсистема уже превратилась в одно из узких мест компьютера, существенно тормозящее дальнейший рост его общей производительности. Революция же предлагаемая производителями SSD вряд ли пройдет мгновенно и бескровно, зато она способна будет открыть перед компьютерами новые горизонты.






Дополнительно

iXBT BRAND 2016

«iXBT Brand 2016» — Выбор читателей в номинации «Процессоры (CPU)»:
Подробнее с условиями участия в розыгрыше можно ознакомиться здесь. Текущие результаты опроса доступны тут.

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.