WD Caviar RE2 WD4000YR и Caviar SE16 WD4000KD

400 Гбайт для работы и развлечений


После знакомства с 400-гигабайтным профессиональным Serial ATA накопителем серии NL35 от Seagate в сравнении с рядом конкурентов и его непосредственным «прародителем» из десктопной серии Seagate Barracuda 7200.8 нам следует обратить внимание на две другие модели-близнеца емкостью 400 Гбайт, одна из которых также принадлежит к сегменту Desktop, а другая позиционируется как профессиональная, хотя и ведет свои корни от первой. Речь пойдет о первом 400-гигабайтном накопителе компании Western Digital серии Caviar SE16 и о его «наследнике» из новой серии WD Caviar RE2 — моделях WD4000KD и WD4000YR.


Жесткий диск WD Caviar RE2 WD4000YR (WD4000KD) изнутри.

Выпуском этих двух моделей компания WD перешла, наконец, свой Рубикон и внедрила 4-пластинные конструкции в производство. Честно говоря, я сходу не припомню тех далеких времен, когда WD еще выпускала винчестеры с четырьмя пластинами. По крайней мере, в обозримом прошлом (то есть со времени появления GMR-головок) у WD таких моделей вроде бы не было (WD всегда была достаточно скрытной насчет количества головок и пластин в ряде своих моделей, предпочитая варьировать эти параметры «на ходу» в угоду «гибкости» производства). Возможности наращивания плотности записи при помощи GMR-технологии уже практически исчерпаны, но WD упорно не спешит с внедрением TMR-головок и перпендикулярной записи в массовые продукты, и единственным способом наращивания емкости жестких дисков (а наращивать уже нужно, время и пользователи требуют) остается увеличение количества магнитных пластин и головок. У Hitachi GST в старших моделях их давно уже 5 и 10 соответственно, Seagate удалось покорить рубеж в 400 Гбайт лишь тремя пластинами (хотя позднее для 500 Гбайт ей все же потребовалось 4 пластины), и WD оказалась фактически третьей на рынке компанией, которая в середине 2005 года покорила рубеж емкости в 400 Гбайт, опередив в этом Maxtor и Samsung. И второй на рынке, которая «вернулась» к использованию 4-пластинной конфигурации в дисках сегмента Desktop. Попутно перейдя на использование буфера объемом 16 Мбайт и ряда других интересных технологий. Фактически, WD4000KD стали первыми дисками WD, которые поддерживали Native Command Queuing (NCQ), поскольку до этого WD могла похвастать только поддержкой устаревшей TCQ в Рапторах второго поколения. 

 

Серии WD Caviar SE16 и Caviar RE2 в области больших объемов

Серию WD Caviar SE16 в области средних объемов мы уже рассматривали, поэтому просто укажем, что отличие первой 400-гигабайтной модели этой серии от остальных заключается в том, что она: (a) стала первой, использующей 4 пластины вместо трех, то есть получила совершенно новый корпус («гермоблок»), (б) использует отличный от других контроллер диска с поддержкой NCQ и интерфейса Serial ATA 1,5 Гбит/с, тогда как остальные диски этой серии уже имеют интерфейс Serial ATA II со скоростью передачи данных до 3 Гбит/с.



Диски WD серии Caviar SE16 (вид с обратной стороны): модель WD4000KD объемом 400 Гбайт (вверху) и WD2500KS (WD3200KS и меньшей емкости) (внизу).

WD4000KD — это особенная модель данной серии, не похожая на остальных ни внешне, ни внутренне. И отношение к ней у нас тоже будет особенное. :)



Диски WD серии Caviar SE16: модель WD4000KD объемом 400 Гбайт (вверху) и WD2500KS (WD3200KS и меньшей емкости) (внизу).

Несколько проще обстоит дело с моделью WD4000YR. При скорости вращения 7200 об./мин., интерфейсе Serial ATA 1,5 Гбит/с (с NCQ) и прочих используемых технологиях и компонентах настольных дисков WD линейки Caviar SE16, а точнее — именно модели WD4000KD, жесткие диски серии Caviar RE2 в лице первенца WD4000YR предназначены, прежде всего, для профессиональных применений, например, в системах хранения данных или серверах/рабочих станциях при работе в RAID-массивах, то есть имеют повышенный по сравнению с настольными аналогами уровень надежности и иную, по-видимому, управляющую микропрограмму. Насколько велики их отличия от традиционных Caviar SE16, мы и попробуем разобраться.



Диски WD объемом 400 Гбайт: WD4000KD (вверху) и WD4000YR (внизу).

Внешне эти два диска — WD4000KD и WD4000YR — однояйцовые близнецы, которых даже мама (WD? ;)) с трудом различает. :) Разницу можно выявить только по маркировке:


Платы контроллеров этих двух 400-гигабайтных накопителей разных серий тоже идентичны и заметно отличаются от таковой для остальных дисков серии Caviar SE16, уже имеющих интерфейс Serial ATA II и реализованных на более новом микроконтроллере Marvell 88i6545.




Платы контроллеров старших дисков WD4000KD (вверху) и WD4000YR (в центре). Внизу показаны основные используемые в этих контроллерах микросхемы.

Заметим, что в данном случае WD применила двухчиповый дизайн (вместо более традиционного нынче одночипового). Когда за интерфейс Serial ATA и обмен с кэш-памятью отвечает контроллер WD70C42 самой WD, а обслуживанием головок занимается микросхема Marvell 88C6590 (в остальных современных дисках WD меньшей емкости за все эти функции отвечает всего один компактный чип Marvell 88i6545, хотя года два назад WD также применяла двухчиповое «сердце» контроллера в дисках WD2500JD, основанное на паре микроконтроллеров WD70C26 и Marvell, см. наш обзор). Разумеется, это вынужденная мера, связанная с необходимостью работать с возросшим до восьми количеством головок и обслуживанием четырех пластин. Последней причиной, отчасти, вызвана и замена драйвера электромеханики новой микросхемой Smooth L6284 вместо использующейся в менее емких моделях WD микросхемы Smooth L6283.


Фрагмент платы контроллеров дисков WD4000KD и WD4000YR.

На последней фотографии, кстати, можно видеть еще один важный радиоэлемент: это датчик ускорения (в верхнем левом углу на фото). У наших героев их по 2 — в разных углах платы (тогда как у их предшественников на плате расположен только один такой датчик), и они служат для того, чтобы определять вибрацию накопителей во время работы и позволять контроллеру оперативно компенсировать паразитные микроперемещения/микроускорения кронштейна с головками, вызванные этими вибрациями. То есть позволять более быстро и точно попадать на нужную дорожку даже в условиях повышенной вибрации. Эта технология у WD имеет название RAFF (Rotary Acceleration Feed Forward).

Результат использования такой технологии не замедлил сказаться: на графике ниже представлена полученная в лаборатории WD зависимость скорости линейного доступа к диску в зависимости от степени вибрации накопителя в диапазоне частот от 10 до 500 Гц.

Как нетрудно догадаться, в качестве соперников WD4000KD/YR выступают накопители Seagate Barracuda 7200.8 (розовый цвет), Maxtor MaXLine III (темный циан) и Hitachi Deskstar 7K400 (зеленый). Результаты весьма красноречивы: фактически, в условиях повышенной вибрации лишь пятипластинный диск Hitachi (оснащенный, кстати, похожей технологией) может соперничать с WD4000YR по скорости линейного доступа, и то для самой высокой вибрации на уровне 30-50 рад/кв.с диск WD оказывается наиболее производительным, теряя лишь 30-50% скорости, тогда как конкуренты теряют гораздо больше.

Справедливости ради замечу, что исследованные мной диски WD4000KD/YR имеют уровень самовибрации и акустического гула, заметно больший, чем даже трехпластинные модели WD сходных серий, то есть компенсация вибраций улучшена, видимо, не от хорошей жизни. Вместе с тем, ее наличие позволяет такому диску демонстрировать «гладкий» график скорости линейного чтения даже в свободно лежащем состоянии, тогда как для многих других современных дисков большой емкости «гладкий» график получается только если накопитель жестко закреплен на массивном шасси (чем, кстати, не следует пренебрегать во время тестирований и штатной работы). :)

Из других конструктивных особенностей данных накопителей стоит отметить максимально утолщенную в теле «банку» диска (чтобы комфортно расположить там 4 пластины), специальную выемку под плату в корпусе с выступами под две наиболее греющиеся микросхемы (Smooth и WDC) для лучшего их охлаждения.

Между платой и корпусом накопителя имеется прокладка для лучшего теплоотвода и электроизоляции.




Некоторые компоненты дисков WD4000YR и WD4000KD под платой.

А прижимные игольчатые электроконтакты используются как для сигналов с головок и управления актуатором, так и для шпиндельного мотора (на фото — внизу). Оба они надежно прижимаются к плате при помощи близко расположенных винтовых соединений.

Основные паспортные характеристики интересующих дисков представлены в таблице.

Таблица 1. Основные характеристики жестких дисков WD серий Caviar RE2 и Caviar SE16 в сравнении с аналогичными накопителями Maxtor и Seagate с интерфейсом Serial ATA.
Серия WD Caviar RE2 WD Caviar SE16 WD Caviar SE16 (SATA II) Maxtor MaXLine III Seagate NL35 Seagate Barracuda 7200.8 Seagate Barracuda 7200.9
Модели (WD5000YS)
WD4000YR
WD4000KD WD5000KS
WD4000KS
WD3200KS
WD2500KS
7V300F0 7V250F0 7L300S0 7L250S0
ST3500841NS
ST3500641NS
ST3400832NS
ST3400632NS
ST3400833NS
ST3400633NS
ST3250823NS
ST3250623NS
ST3250824NS
ST3250624NS

ST3400832AS
ST3300831AS
ST3250823AS
ST3500641AS
ST3400633AS
ST3300622AS
ST3250824AS
Емкость магнитных пластин, Гбайт 100 (125) 100 >100 100 133 или 167/125 до 133 до 167
Емкость моделей, Гбайт (500)
400
400 500
400
320
250
300
250
500
400
250
400
300
250
500
400
300
250
Число головок/пластин 8/4 8/4 8/4 и ниже 6/3 и 5/3 8/4 и ниже 6/3 и ниже 8/4 и ниже
Скорость вращения пластин, об./мин. 7200
Размер буфера данных, Мбайт 16 16 16 16 8 или 16 8 8 или 16
Интерфейс SATA/150 (SATA/300) SATA 1.5Gb/s SATA 3.0Gb/s SATA/300
SATA/150
SATA 1.5Gb/s SATA 3.0Gb/s SATA 1.5Gb/s SATA 3.0Gb/s
Макс. скорость интерфейса, Мбайт/с 150 (300) 150 300 300
150
150 или 300 150 Мбайт/с 300 Мбайт/с
Макс. скорость чтения/записи данных на пластину 65 (70) Мбайт/с 748 Мбит/с (65 Мбайт/с) 70 Мбайт/с 760 (754 для 500 ГБ) Мбит/с 760 Мбит/с <867 Мбит/с
Среднее время поиска при чтении/записи, мс 8,7/9,8 8,9/10,9 8,9/10,9 9,0 / — 8 / 9 8 / 9 8 (8,2) / 9
MTBF, часов 1,2 млн. 1 млн. 1 млн.
Гарантированное количество старт-стоп циклов 50 000 50 000 50 000 50 000 50 000 50 000 50 000
Акустически шум вращения, дБА 29 (28) 28 28 27 28 28 25-28
Акустически шум поиска, дБА, Quiet/Normal Seek 31 / 34 (33) 29 / 33 29 / 33 29 / 37 32 / 37 — / 33-37
Ударостойкость в работе (2 мс), G 65 65 65 60 63 63 63
Ударостойкость при хранении (2 мс), G 250 250 250 300 300
(350 для 500 ГБ)
300 350 (300)
Температура, С, вкл.(выкл.) +5…55 (-40…+65) +5…55 (-40…+71) +0…60 (-40…+70)
Потребление, Вт, не более, при:
чтение/запись
в покое (idle)
и сне (standby)

10 (10,7)
8,8 (8,9)
1,70 (2,0)

9,5
8,75
1,60

9,5
8,75
1,60


6,7

12,8 (13)
7,2 (10,4)
1,2 (0,8)

12,8
7,2
1,4

8,2
6,95
0,33
Вес, не более, г 600 600 600 630 726 635 580-710

Сперва отметим, что характеристики новейшей 500-гигабайтной модели WD5000YS серии Caviar RE2 (на момент написания этого обзора она еще не дошла до конечного потребителя) несколько отличаются от таковых для WD4000YR, поэтому в обсуждениях мы делаем упор именно на 400-гигабайтную модель.

Основные особенности данных дисков WD4000KD и WD4000YR:

  • использование буфера объемом 16 Мбайт (впрочем, в дисках WD такой большой объем буфера пока не приносит заметной выгоды в плане производительности, в отличие от дисков некоторых конкурентов),
  • интерфейс Serial ATA 1,5 Гбит/с, но с поддержкой NCQ,
  • 4 пластины и 8 головок,
  • чуть худшая, чем у конкурентов и менее емких дисков WD, ударостойкость при хранении,
  • более высокое, чем у конкурентов, паспортное энергопотребление при вращении,
  • технология SecureConnect — это более надежное соединение разъемов SATA, требует наличия специального кабеля от WD,
  • FlexPower — наличие как SATA, так и IDE-разъемов питания,
  • толщина диска по спецификациям 26,1 мм.

Основные отличия WD4000YR от WD4000KD, если верить спецификациям, заключаются в следующем:

  • чуть меньшее среднее время поиска (на 0,2 мс при чтении и на 1,1 мс при записи),
  • MTBF 1,2 млн. часов для WD4000YR (самый высокий показатель в классе),
  • чуть более шумная работа,
  • чуть больше энергопотребление в работе и сне,
  • специальная технология TLER (RAID-specific time-limited error recovery) — уникальная технология, позволяющая существенно сократить время, требуемое для восстановления ошибок чтения, снижает процент отказа RAID (см. ниже),
  • технология RAFF (Rotary Acceleration Feed Forward) — см. выше (вероятно, RAFF может применяться и в WD4000KD, хотя официально об этом не сообщается),
  • 5 лет гарантии от производителя против трехлетней для WD4000KD.

WD приводит на своем сайте следующее популярное изложение сути технологии TLER (устранение ошибок с ограничением по времени):

«Обычные жёсткие диски для настольных компьютеров всегда пытаются защитить и восстановить данные. Иногда это приводит к тому, что они приостанавливают работу на время вплоть до нескольких минут, чтобы обеспечить восстановление данных. В RAID-массивах, где устранением ошибок занимаются RAID-контроллеры, накопителям нет необходимости надолго приостанавливать свою работу для того, чтобы восстановить данные. Более того, героические попытки устранения ошибок со стороны накопителя могут привести к тому, что RAID-контроллер исключит такой накопитель из массива. Накопители WD Caviar RE2 призваны предотвратить выпадение накопителей из RAID-массивов благодаря сокращению времени, затрачиваемого накопителем на процедуру устранения ошибок. Стандартная для данных накопителей длительность этой процедуры составляет 7 секунд. За это время накопитель может попытаться исправить ошибку, дать возможность RAID-контроллеру запротоколировать её и продолжить работу».

Интерфейсом Serial ATA 3.0 Гбит/с оснащены модели серии Caviar SE16, имеющие индекс KS (то есть все, кроме WD4000KD), а также все более новые диски Caviar RE2, кроме WD4000YR (они обозначаются с YS на конце). Отмечу также, что WD не считает нужным использовать в этих своих дисках специальные audio-video-команды (известные также как Streaming Feature Set). По этому поводу мнение WD звучит так:

«Расширения A/V, реализуемые некоторыми нашими конкурентами, — это реликты, оставшиеся со времён, когда жёсткие диски были гораздо медленнее и требовали наличия сложных процедур обработки ошибок при поступлении на запись слишком больших объёмов данных. Современные устройства работают значительно быстрее, и поэтому такие расширения им не нужны. Попробуйте сами поработать с накопителями WD Caviar RE2 в своих системах редактирования аудио и видео».

С поддержкой упорядочения очереди команд (Native Command Queuing или NCQ) в этих дисках дело обстоит следующим образом. Все модели серии Caviar RE2, включая WD4000YR и более поздние YS, в обязательном порядке поддерживают NCQ с глубиной очереди до 32 команд.

При этом WD даже гордо демонстрирует результаты серверных тестов, в которых WD4000YR при работе с NCQ-хост-контроллером показывает отличные результаты:

Как нетрудно догадаться, на этих диаграммах в качестве конкурентов выступают следующие SATA-диски: старшие модели Seagate Barracuda 7200.8 и 7200.9 (Competitor A), Maxtor MaXLine III (Competitor B) и Hitachi Deskstar 7K500 (Competitor C).

Что касается модели WD4000KD, то, как и в остальных дисках серии Caviar SE16 (напомню, что данный вопрос мы ранее уже рассматривали подробно), в них поддержка NCQ официально НЕ заявлена и даже отрицается. Однако для некоторых вариантов поставок таких дисков она все же может присутствовать. То есть часть моделей WD4000KD все-таки обладает поддержкой NCQ (как, например, многие ранние партии). Различить диски WD4000KD с поддержкой NCQ, видимо, можно так: третий символ в обозначении типа firmware (а если точнее — модификации диска, поскольку ревизия firmware называется по-другому) как раз говорит о наличии или отсутствии поддержки NCQ — если это «M» , то NCQ отключена, если это «N», то NCQ работает. Например, у нас на тестировании побывали диски WD4000KD с поддержкой NCQ (00NAB0, см. скриншот). Попутно обратим внимание, что версия firmware (01.06A01) у обоих исследованных нами моделей дисков (WD4000KD и WD4000YR) оказалась одной и той же!

Впрочем, мы оттестировали WD4000KD в двух режимах — с NCQ и без NCQ, чтобы понять, в чем может «собака порыться». :) Напомню кратко, что суть «проблемы NCQ» в дисках WD (то есть почему компания стала поставлять большинство своих настольных дисков с отключенной NCQ, хотя номинально диски вполне способны NCQ поддерживать) заключается в том (и об этом WD прилюдно говорит в своей презентации для WD4000KD), что, например, модель WD4000KD при включении NCQ демонстрирует заметно худшую производительность в ряде «настольных» приложений и тестов, чем без NCQ:

Под названиями Competitor A/B/C на этих диаграммах легко угадываются:

  • Competitor A — диски Seagate Barracuda 7200.8 и 7200.9 на 400 и 500 Гбайт,
  • Competitor B — диск Maxtor DiamondMax 10 на 300 Гбайт,
  • Competitor C — диски Hitachi Deskstar 7K400 и 7K500 соответственно.

Так что «простому настольному пользователю» придется хорошо подумать, прежде чем решить, стоит ли ему использовать NCQ вместе с WD4000KD и WD4000YR. Мы постараемся ему в этом помочь, проведя всесторонний анализ и попытавшись выявить причину проблемы.

Еще одно сомнение может поджидать пользователя WD4000KD, когда он попытается определить тип интерфейса, которым этот диск оснащен. Некоторые продавцы в прайс-листах, а также некоторые диагностические утилиты (см., например, предыдущий скриншот, причем, в отличие от такого же скриншота для WD4000YR!) информируют о поддержке Serial ATA II, хотя и производитель в спецификациях, и драйверы контроллеров SATA II, к которым этот диск подключен, четко докладывают о поддержке накопителем лишь первого поколения скорости Serial ATA в 1,5 Гбит/с.

Таким образом, 3 Гбит/с в этих двух дисках WD искать не стоит. :) Зато эта скорость интерфейса появляется во всех остальных жестких дисках серий Caviar SE16 и Caviar RE2 (см. таблицу 1). И уже в тех дисках появляется наклейка на корпусе, как можно переключить скорость интерфейса между 1,5 и 3 Гбит/с. Для WD4000KD и WD4000YR джамперами на интерфейсном торце корпуса можно менять только SSC (размывание частотного спектра) и PM2 (управление электропитанием):

Производитель рекомендует использовать диски серии Caviar RE2 для следующих применений:

  • Серверы
  • Сетевые хранилища данных
  • Научные вычислительные системы
  • Науки о жизни
  • Видеонаблюдение
  • Корпоративные средства резервного копирования
  • Работа с документами и изображениями
  • Обработка и хранение аудио- и видеоданных
  • Прочие сложные системы с большим объёмом операций записи

WD особо отмечает, что «for high performance desktop applications, consider WD Caviar SE16 drives», то есть для тех, кто хочет использовать такие диски в настольных приложениях, специально предназначена серия Caviar SE16 (WD4000KD и иже с ним)! (Это к вопросу о многочисленных постах в конференциях, что, мол, возьму-ка я себе WD4000YR в домашний компьютер и буду гнуть пальцы от его надежности и скорости). :)

Для WD4000KD производитель подчеркивает , что эти диски «Designed for use in the fastest PCs on the market, including high-performance business computers, multimedia and gaming systems». То есть, «используй их, мил человек, именно в высокопроизводительных ПК и всевозможных приставках. :) И помогут тебе в этом три традиционных фирменных «вестерновских» технологии — Data Lifeguard, Data Lifeguard Tools и ShockGuard, описание которых можно найти, например, на русскоязычном сайте компании».

 

Участники испытаний

В настоящем сравнении принимают участие диски WD4000YR и WD4000KD, информация о которых представлена на скриншотах выше. Специально заметим, что эти накопители разных серий имеют одну и ту же прошивку версии 01.06A01. NCQ в модели WD4000KD поддерживается, но мы оттестируем на одном и том же контроллере (SiI3124-2) как с поддержкой NCQ, так и без нее. Кстати, оба этих диска (а точнее — все 6 экземпляров таких дисков, исследованных в нашей лаборатории) отказались корректно работать с мостом ICH5R на материнской плате ABIT IC7-G (с последней версией BIOS). Хотя диски WDxxxxKS, например, таких проблем с совместимостью не испытывали (видимо, виноват особенный контроллер моделей WD4000KD/YR). Поэтому WD4000YR и WD4000KD были исследованы нами в этом материале только при помощи контроллера SiI3124-2.

Для сравнения с нашими героями были привлечены различные накопители сходного класса из наших предыдущих обзоров. Для большей ясности в представлении результатов тестов основная часть соперников также была испытана нами на контроллере SiI3124: результаты тестов дисков на SiI3124 приведены в верхней части диаграмм. Случаи использования или неиспользования NCQ с теми или иными дисками, поддерживающими NCQ, отмечены на диаграммах соответствующим образом (если иного не указано, то NCQ с SiI3124 задействована). Тем не менее, для некоторых винчестеров мы сочли возможным привести для сравнения результаты и с контроллером ICH5R (разумеется, без поддержки NCQ) — эти результаты сгруппированы в 3-4 нижних строчках диаграмм под соответствующей отбивкой «ICH5R:».

 

Методика тестирования скоростных показателей

Для тестов жестких дисков с интерфейсом ATA применялся стенд в составе:

  1. Процессор Intel Pentium 4 3.0C
  2. Материнская плата ABIT IC7-G на чипсете i875P
  3. Контроллер SiI3124-2 интерфейса Serial ATA II (NCQ, до 3Гбит/с) на шине PCI
  4. Системная память 2×256 Мбайт DDR400 (тайминги 2.5-3-3-6)
  5. Видеокарта Matrox Millennium G400
  6. Основной жесткий диск Seagate Barracuda SATA V
  7. Блок питания Zalman ZM400A-APF, 400 ватт
  8. Корпус Arbyte YY-W201BK-A

Диски жестко закреплялись на металлическом шасси корпуса системного блока и подключались к контроллерам SiI3124-2 (на шине PCI32/33) и моста ICH5R на материнской плате. Для диска WD4000KD на контроллере SiI 3124 были проведены тесты как с включенной (по дефолту) поддержкой NCQ, так и с отключенной через реестр поддержкой NCQ.

Испытания проводились под управлением операционной системы MS Windows XP Professional SP1. Винчестеры тестировались как неразмеченными на разделы (в тестах Intel IOmeter, H2Benchw и AIDA32), так и разбивались и форматировались штатными средствами операционной системы в зависимости от вида теста: одним NTFS-разделом максимально возможной емкости для тестов среднего времени доступа и снятия графика скорости чтения в WinBench 99 и двумя равновеликими разделами NTFS или FAT32 для остальных тестов (WinBench Disk WinMark 99, копирования файлов различными паттернами, теста ATTO Disk Benchmark, теста многопотокового чтения/записи Nbench 2.4 и теста быстродействия дисков в программе Adobe Photoshop). Разделы NTFS имели размер в половину объема диска каждый (то есть второй раздел начинался ровно со второй половины диска), а разделы FAT32 имели размер по 32768 Мбайт, причем, первый начинался в начале диска (на самых «быстрых» дорожках), а второй — ровно с середины диска по объему. Размер кластеров NTFS и FAT32 выбирался по умолчанию — 4 и 16 Кбайт соответственно. Для определения физических характеристик дисков (среднего времени доступа, скорости интерфейса и линейной скорости чтения/записи пластин) использовались тесты AIDA32, H2benchw и WinBench 99. Для оценки общей производительности мы используем многочисленные паттерны в Intel Iometer, неплохой тест C'T H2Benchw, работу с диском программы Adobe Photoshop, многопотоковые чтение и запись файлов и общепризнанный WinBench 99 (хотя на последний мы не очень опираемся в выводах, поскольку неоднократно была замечена оптимизация дисков и контроллеров именно под него).

 

Результаты базовых тестов

Сначала — графики скорости линейного чтения для дисков (кликните по ним, чтобы посмотреть полные рисунки).

WD4000YR
WD4000KD
WD3200JD
WD2500KS/JS
Seagate NL35 ST3400832NS v5.00
Seagate B7200.8 ST3400832AS v3.02
Hitachi Deskstar 7K500 Hitachi Deskstar 7K400
Samsung SP2504C
Hitachi Deskstar T7K250 HDT722525DLA380

Как нетрудно заметить, графики скорости линейного чтения для дисков WD4000YR и WD4000KD одинаковы, что несложно было предвидеть. ;) Если сравнивать их с графиками для моделей WD3200JD и WD2500KS на 100-гигабайтных пластинах, то окажется, что 400-ка чуть быстрее в среднем, чем 250-ка (при равенстве на внешних дорожках, но ином зонном разбиении) и немного медленнее, чем 320-ка, пластины которой отформатированы на 107 Гбайт. Это подтверждает и диаграмма:

100-гигабайтные пластины 400-ок оказываются в среднем почти на 3% быстрее, чем такие же пластины 250-гигабайтных дисков WD того же поколения. Вместе с тем, все эти накопители WD по скорости линейного доступа, как правило, уступают дискам конкурентов последнего поколения (Seagate, Samsung и Hitachi) и опережают лишь винчестеры Maxtor на 100-гигабайтных пластинах выпуска конца 2004-начала 2005 года.

По скорости работы интерфейса Serial ATA неожиданностей нет — диски WD демонстрируют вполне достойные показатели, порой даже опережая традиционных лидеров от Hitachi. Занятно, что контроллер WD4000KD/YR даже опережает более прогрессивное одночиповое решение для SATA II (WD2500KS), хотя шина PCI все равно лимитирует возможности на уровне не более 110 Мбайт/с.

По измеренному среднему времени доступа 400-гигабайтные диски WD демонстрируют неплохие для данного класса накопителей показатели, хотя и уступающие немного таковым у аналогичных дисков Hitachi и Seagate, но опережающим, например, поиск для WD2500KS, Samsung и Maxtor MaXLine III. Видимо, те 0,2 мс, которые отличают поиск WD4000YR и WDxxxxKS в спецификациях, существуют и на практике.

Об эффективности работы алгоритмов отложенной записи firmware диска и кэширования записываемых данных в буфере диска можно попытаться судить по тому, как падает среднее, измеренное операционной системой, время доступа при записи относительно чтения при включенном write-back кэшировании накопителя. Для этого мы используем результаты тестов C'T H2benchW и IOmeter.

Кэширование случайной записи у WD4000xx осталось на том же уровне, что и у менее емких дисков WD с буфером 16 Мбайт. В целом, этот уровень достаточно хорош, хотя и чуть хуже, чем для последних 250-гигабайтных дисков Hitachi и Samsung с буфером 8 Мбайт, а тем более — существенно хуже, чем для Maxtor с 16-мегабайтным буфером. Поработать над более эффективным использованием вдвое увеличившегося буфера программистам WD еще стоит.

Результаты аналогичного сравнения при помощи теста IOmeter подтверждают сделанные ранее выводы, хотя демонстрирует немного большие (на 0,01-0,2 мс) значения времени доступа.

Другим показательным тестом «внутреннего устройства» и эффективности firmware дисков является тест на скорость чтения и записи файлов различного объема блоками разного размера — от 512 байт до 1 Мбайт. Для этого мы используем тест ATTO Disk Benchmark. На скриншотах ниже показаны результаты для четырех размеров тестового файла — 128 Кбайт, 1 Мбайт, 4 Мбайт и 32 Мбайт. Если первый и второй, как правило, гарантированно кэшируются буфером диска (причем, кэширование записи и чтения для мегабайтного файла не так однозначно), то последний просто в него «не влезает», а кэширование предпоследнего зависит не только от объема буфера, но и от специфики работы firmware накопителя.

В этот раз мы немного отойдем от традиции и покажем результаты этого теста не для одной очереди запросов, как делаем обычно, а сразу для трех: для глубины очереди (QD от Queue Depth) 1, 4 и 9. Они совмещены здесь на анимированных гифах (с подписями QD=1, QD=4 и QD=9) для каждого из традиционно показываемых нами случаев. Так что на каждом из скриншотов можно «в динамике» наблюдать, как меняется характер работы диска с блоками различного размера при изменении глубины очереди. Это, в частности, позволит нам подробнее разобраться, что все-таки не так с NCQ «в датском королевстве». :)

(Кстати, если у вас медленный Интернет-канал и вы захотите добиться примерно одновременного переключения анимации в разных гифах, что удобнее для восприятия, просто перезагрузите страничку, используя кэш браузера. Опробовано мной лично на достаточно медленном DSL канале.)

Тестовый файл 128 Кбайт:
WD4000YR (NCQ)
WD4000KD (NCQ)
WD4000KD (non-NCQ)
Тестовый файл 1 Мбайт:

WD4000YR (NCQ)
WD4000KD (NCQ)
WD4000KD (non-NCQ)
Тестовый файл 4 Мбайт:

WD4000YR (NCQ)
WD4000KD (NCQ)
WD4000KD (non-NCQ)
Тестовый файл 32 Мбайт:

WD4000YR (NCQ)
WD4000KD (NCQ)
WD4000KD (non-NCQ)

Результаты теста ATTO Disk Benchmark 2.02 для дисков WD Caviar.

Результаты этого теста заставляют крепко задуматься «о жизни»... Жизни дисков, конечно. :) Казалось бы — одинаковые диски с одинаковыми контроллерами и даже одной и той же (судя по номеру) прошивкой... А такой разнобой выдают!

Сначала — про чтение файлов, как наименее проблемную область работы этих дисков. При чтении (зеленые столбики на рисунках) поведение винчестеров WD4000YR и WD4000KD практически одинаково, если NCQ активировано. Наблюдается хорошая скорость, как на мелких блоках, так и на крупных, достигая предела кэширования (упираясь в скорость интерфейса) для крупных блоков объемом 128 Кбайт и выше. Упреждающее чтение (кэширование при чтении) одинаково (высоко)эффективно работает как на средних файлах объемом 128-1024 Кбайт, так и крупных 4-мегабайтных файлах, что можно только приветствовать (и это отчасти заслуга 16-мегабайтного буфера). При единичной глубине очереди скорость чтения блоками всех размеров для NCQ-дисков вполне закономерно ниже (хотя и не намного, поскольку обращения и так псевдопоследовательны), чем при глубине очереди 4 и 9 (разницы между двумя последними при чтении здесь почти не видно, хотя на самых мелких, а также на 8-килобайтных блоках для 32-мегабайтного файла случай QD=4 слегка лучше).

Если мы запретим использование NCQ для диска WD4000KD, то обнаружится, что скорость чтения эффективно кэшируемых файлов (то есть объемом 4 Мбайт и менее) немного упадет, хотя и не сильно, а характер кэширования при чтении почти не изменится относительно описанного выше, хотя отдельные выпадения для блоков некоторых размеров станут наблюдаться. То есть данные результаты свидетельствуют о том, что микропрограмма жесткого диска и без применения NCQ осуществляет весьма эффективное упреждающее чтение и хорошо кэширует файлы объемом до 4 Мбайт включительно. А использование NCQ добавляет лишь небольшую долю в общую производительность при чтении в данном тесте.

Теперь запасемся валидолом и перейдем к записи (красные столбики на диаграммах; их цвет как нельзя лучше отражает нашу тревогу). :) Сначала взглянем на наиболее чистый случай, когда NCQ отключена — это правая колонка скриншотов. Самые крупные файлы (32 Мбайт) записываются практически с такой же скоростью, как и читаются, а несколько меньшая скорость работы на самых мелких блоках при единичной глубине очереди (по сравнению с QD=4 и 9) легко объясняется кэширующим действием микропрограммы самого диска и, возможно, применяемого контроллера. Пока все хорошо, а высокая скорость работы с мелкими блоками у данного диска не может не радовать.

На файлах размером менее 4 Мбайт в работу все активнее вступает отложенная запись, реализованная программистами WD с учетом 16-мегабайтного кэша. При объеме файла 4 Мбайт и единичной глубине очереди запросов отложенная запись эффективна только на блоках 64 Кбайт и менее, а на более крупных блоках скорость записи падает до уровня физического носителя (то есть отложенная запись фактически перестает приносить плоды). Однако если глубину очереди запросов при этом увеличить до 4-9, то отложенная запись начнет весьма эффективно работать и для обращений крупными блоками, повышая скорость записи таких файлов почти до скорости интерфейса. Для файлов размером 1 Мбайт тенденция работы отложенной записи примерно та же, только для блоков размером 256-1024 Кбайт ситуация становится немного хуже. Наконец, для 128-килобайтного файла отложенная запись, реализованная в WD4000KD, практически так же высокоэффективна, как и упреждающее чтение, только явно подводит работа с самыми мелкими блоками (от 512 байт до 4 Кбайт) и мегабайтным блоком. Рост глубины очереди запросов несколько повышает эффективность работы отложенной записи, хотя она и так находится для WD4000KD на вполне достойном уровне — даже лучшем, чем для накопителя WD2500KS этой же серии, но с другим контроллером (тоже с отключенной NCQ).

Сюрпризы начинаются, когда мы задействуем NCQ в этих дисках! Особое внимание на экран — тех «парадокса друзей» (если по Пушкину), кто по каким-либо причинам все еще полагает, что NCQ при записи не работает или её в этом случае не может быть в принципе. :) Начнем снова со случая 32-мегабайтных файлов, целиком кэшировать которые в буфере диска невозможно. WD4000KD на одном и том же контроллере (с NCQ и без) демонстрирует практически идентичные результаты с NCQ и без нее, если очереди запросов на запись отсутствует. Такой же результат при QD=1 — и у WD4000YR с NCQ. То есть контрольный пункт пройден успешно, начинаем гонку очереди команд. При QD=4 для WD4000KD с NCQ мы явственно наблюдаем существенный провал скорости записи на блоках размером от 1 до 128 Кбайт — о близости к скорости физического носителя на блоках размером от 8 до 128 Кбайт (как было для случая с отключенной NCQ) теперь не может быть и речи! Правда, при увеличении очереди команд до 9 для блоков 16-128 Кбайт скорость немного повышается, но все равно до QD=1 ей далеко. Немногим лучше ситуация для WD4000YR (с NCQ): при QD=4 провал скорости работы блоками от 1 до 32 Кбайт для файла 32 Мбайт значителен, а рост очереди до 9 приводит только к ухудшению скорости для блоков 8-128 Кбайт. Вывод прозрачен: наличие поддержки NCQ при записи в firmware этих дисков конфликтует с достаточно оптимальными алгоритмами отложенной записи в них же, и это резко снижает общую производительность накопителя при записи.

Идем дальше. Теперь о записи файлов размером 4 Мбайт и менее. Здесь отложенная запись в WD4000KD, как мы видели по правым скриншотам, может работать весьма эффективно. Если при QD=1 результаты для всех трех дисков (с NCQ и без) весьма схожи (с небольшими вариациями), а для 128-килобайтного файла отложенная запись в дисках WD4000YR и WD4000KD работает почти идеально (давая снижение скорости только на самых крупных блоках), то появление очереди запросов на запись вновь резко ухудшает картину. При QD=4 для файлов 128 Кбайт винчестер WD4000YR еще как-то пытается противостоять конфликтам, возникающим между алгоритмами работы отложенной записи и «нативной» сортировкой очереди команд по версии программистов WD :), и ему (диску) это даже удается для блоков размером 64 Кбайт и менее, хотя рост очереди команд до 9 и его ввергает в ступор — запись блоками от 32 до 1024 Кбайт резко теряет в скорости. Еще хуже дела у WD4000KD с NCQ: и при QD=4, и при QD=9 скорость записи 128-килобайтного файла на нем в разы (если не на порядок) хуже, чем при отсутствии очереди команд!!! Увеличение размера тестового файла до 1 Мбайт не приносит явного улучшения: для WD4000KD с NCQ скорость записи блоками от 1 до 64 Кбайт резко (в несколько раз!) падает при появлении очереди команд (QD=4), хотя случай с QD=9 немного лучше, чем QD=4 в области блоков размером от 32 до 128 Кбайт. Для диска WD4000YR картина с записью при NCQ снова лучше, чем для WD4000KD: для блоков размером от 0 до 32 (64) Кбайт скорость записи только выигрывает от появления очереди запросов, и резкий провал есть только при QD=4 для блоков 64-256 Кбайт. Наконец, для 4-мегабайтного тестового файла винчестер WD4000YR благодаря поддержке NCQ способен даже явно увеличить свою производительность при записи блоками 32, 64 и 128 Кбайт (для QD=4), хотя рост очереди влияет негативно. Но все же NCQ-шный вариант WD4000KD опять оголяет свои тылы, если появляется очередь запросов на запись, и его скорость на мелких блоках (размером до 32 Кбайт включительно) резко падает. Особенно заметно это в сравнении со случаем, когда NCQ для работы с этим диском на стороне хост-контроллера не используется.

Таким образом, результаты проведенных тестов наглядно (куда уж нагляднее) демонстрируют, что диски WD4000KD и WD4000YR умеют распознавать директивы NCQ при записи и показывают при этом результаты по скорости обработки различных потоков команд, явно различные с тем, когда NCQ-директивы от хост-контроллера не поступают (или очередь команд на запись отсутствует). Вместе с тем, следует признать, что реализация поддержки NCQ на запись программистами WD в этих дисках просто никудышная — отработка NCQ при записи в большинстве исследованных нами в этом тесте случаев катастрофически конфликтует с весьма отлаженными и оптимальными алгоритмами классической отложенной записи в данных накопителях с большим буфером, и при этом финальная скорость записи при наличии очереди команд резко падает. Обезопаситься от этого можно только одним — отключив подачу директив NCQ (то есть поддержку NCQ) на стороне хост-контроллера, к которому подключен такой винчестер от WD. Впрочем, справедливости ради, замечу, что поведение моделей WD4000YR и WD4000KD при наличии NCQ существенно различно (и это для меня пока загадка, учитывая их внешнюю идентичность и одинаковую версию прошивки): профессионал WD4000YR ведет себя сообразно своему высокому статусу и теряет (все же теряет ;)) от поддержки NCQ при записи значительно реже (и в меньшем объеме), чем его настольный собрат (последний порой «умирает», если есть NCQ и очередь команд на запись).

Что касается NCQ при чтении, то рассмотренные жесткие диски WD поддержку таковой демонстрируют, и эффект для них от NCQ при чтении пока только положительный (в рамках проведенных тестов ATTO Disk Benchmark). Впрочем, нам еще предстоит подтвердить или опровергнуть это в других задачах. Пока оставляем нашего читателя в раздумье относительно уже прочитанного, а во второй части мы выясним, как все эти особенности винчестеров WD4000YR и WD4000KD с NCQ и без оной отражаются на производительности накопителей при выполнении различных потребительских задач и популярных тестов-приложений.

Окончание следует





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.