Энергопотребление и тепловыделение современных накопителей на жестких магнитных дисках, имеющих, как правило, значительно меньший диапазон рабочих температур (от +5 до +55 градусов Цельсия, реже от 0 до +60 С), чем большинство других компьютерных компонентов — это одна из проблем, на которую пользователи все чаще обращают внимание. Производительность жестких дисков растет, как и скорость процессоров или графических ускорителей. Но, к счастью, здесь нет того бурного роста тепловыделения (с увеличением быстродействия), который наблюдается у центральных и графических процессоров в последние лет десять. Тем не менее, общие требования по экономии электропитания и по лимитированной нагрузочной и охлаждающей способности конкретных компьютерных шасси все чаще заставляют пользователей задумываться и о том, сколько «кушают» их винчестеры. Причем, данные вопросы задаются не только пользователями (и производителями) ноутбуков, где каждые полватта способны повлиять не только на температуру накопителя в узком и плохо вентилируемом пространстве, но и на время автономной работы всего ноутбука (за которое обычно всеми силами борются). И не только потребителями и сборщиками настольных персональных компьютеров, где вследствие резкого роста прожорливости процессоров и видеокарт на винчестеры остается лишь крупица мощности бюджетных блоков питания.
Но вопросы потребления и тепловыделения накопителей все настойчивее волнуют и тех, кто по долгу службы работает с высокопроизводительными профессиональными средствами хранения данных на жестких дисках, принадлежащих к так называемому сегменту Enterprise, то есть дискам для корпоративных применений. Помимо прочего, здесь играет роль и то, что надежность и долговечность работы этих накопителей существенно зависит от их рабочей температуры — исследования показывают, что повышение температуры жесткого диска на 5 градусов оказывает такое же влияние на надежность, как переход от 10-процентной к 100-процентной загрузке диска работой! А каждый градус его температуры вниз эквивалентен 10-процентному росту времени жизни накопителя. Применение же мощных охлаждающих систем не всегда оправдано ввиду их большого шума и немалой стоимости. В целом же, экономия и экономичность — это те факторы, о которых никогда не следует забывать при принятии решений. Поэтому наша попытка в очередной раз обратиться к теме энергопотребления и тепловыделения жестких дисков в практической плоскости носит не только «познавательный», но и чисто прикладной характер.
Напомню, что ранее мы уже рассматривали на систематизированной основе вопросы энергопотребления и тепловыделения трехдюймовых жестких дисков для настольных компьютеров и производительных двухдюймовых накопителей для ноутбуков. И будем возвращаться к этой теме еще не раз. Но сегодня пришла пора поговорить о наиболее дорогих и критичных к отказам (в том числе, из-за перегрева или проблем с питанием) накопителям Enterprise-сегмента, к коим мы вслед за производителями причисляем жесткие диски форм-факторов 3,5 и 2,5 дюйма со скоростью вращения 10 и 15 тысяч оборотов в минуту и интерфейсами Ultra320 SCSI и Serial Attached SCSI (SAS) (Fibre Channel пока оставим в стороне). А также определенные профессиональные модели со скоростью вращения 7200 об./мин, интерфейсом Serial ATA (позднее SATA 2.5) и высокой емкостью (400-500 Гбайт, пока недоступной SCSI-моделям), выполненные на базе существующих настольных винчестеров этих же производителей, но слегка модернизированных по конструкции и управляющей микропрограмме с целью повысить надежность и улучшить работу в профессиональных задачах. К последним, то есть к профессиональным жестким дискам с интерфейсом Serial ATA и скоростью вращения 7200 об./мин., мы отнесем традиционные серии Maxtor MaXLine III и MaXLine Pro 500 (а также более раннюю MaXLine II), недавно появившуюся Seagate NL35 (проф. аналог старших моделей Barracuda 7200.8 и 7200.9), а также Western Digital Caviar RE и RE2 (в частности, недавно появившуюся 400-гигабайтную модель WD4000YR). К сожалению, Hitachi GST не выделяет свои диски Deskstar 7K400 и 7K500 (объемом 400 и 500 Гбайт соответственно) в «профессиональную» линейку, хотя по многим характеристикам они могут быть к ней причислены. Поэтому мы в данном обзоре привлечем к рассмотрению и их, наряду с вышеперечисленными семитысячниками и всеми текущими SCSI-сериями, обзор которых сделан нами, например, в недавней статье. Кроме того, здесь примет участие и первый (из реально появившихся в России) из дисков с SAS-интерфейсом — Seagate Cheetah 15K.4 SAS.
Подробные обоснования нашего подхода к анализу энергопотребления и тепловыделения жестких дисков (и почему в единицах мощности это практически одно и то же) вы можете найти в нашем предыдущем обзоре на эту тему. Поэтому без лишних слов переходим к цифрам. Напомню лишь, что мы сознательно не будем использовать температуру жестких дисков как меру их тепловыделения, поскольку, на наш взгляд, делать это в типичных случаях просто бесполезно, то есть почти не имеет практического смысла (обоснование нашего подхода см. по лику выше). Кроме того, измеряя энергопотребление (вместо температуры), мы получаем ряд полезной дополнительной информации.
Спецификации энергопотребления жестких дисков
Чтобы нам было, от чего оттолкнуться, в таблице 1 приведу данные по энергопотреблению основных серий профессиональных дисков, указанные в их спецификациях.
Таблица 1. Мощность энергопотребления (ватт) жестких дисков для профессиональных применений (согласно спецификациям)
| SCSI- и SAS-диски со скоростью вращения 15 000 об./мин. | ||||
|---|---|---|---|---|
| Серия | Fujitsu MAU3147 15K | Hitachi Ultrastar 15K147 | Maxtor Atlas 15K II | Seagate Cheetah 15K.4 |
Модели | MAU3036NC/NP MAU3073NC/NP MAU3147NC/NP | HUS151437VL38 HUS151437VL36 HUS151473VL38 HUS151473VL36 HUS151414VL38 HUS151414VL36 | 8E036L0 8E036J0 8E073L0 8E073J0 8E147L0 8E147J0 | ST336754LW ST336754LC ST3733454LW ST3733454LC ST3146854LW ST3146854LC |
Емкость моделей, Гбайт | 36,7 / | 36,7 / | 36,7 / | 36,7 / |
Число головок/пластин | 2/1, 4/2 и 8/4 | 3/2, 5/3 и 10/5 | 2/1, 4/2 и 8/4 | 2/1, 4/2 и 8/4 |
Температура, С, вкл. (выкл.) | +5…55 / макс. {T корпуса =60 C для Fujitsu и Maxtor} | |||
Потребление, ватт, не более, при: |
|
|
|
|
Обзор на сайте iXBT.com | ||||
| SCSI-диски со скоростью вращения 10 000 об./мин. | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Серия | Hitachi Ultrastar 10K300 | Fujitsu MAT3300 10K | Maxtor Atlas 10K V | Seagate Cheetah 10K.7 | Seagate Savvio 10K.1 | |
Модели | HUS103073FL38 HUS103073FL36 HUS103014FL38 HUS103014FL36 HUS103030FL38 HUS103030FL36 | MAT3073NC MAT3073NP MAT3147NC MAT3147NP MAT3300NC MAT3300NP | 8D073L0 8D073J0 8D147L0 8D147J0 8D300L0 8D300J0 | ST373207LW ST373207LC ST3146707LW ST3146707LC ST3300007LW ST3300007LC | ST936701LC ST973401LC | |
Емкость моделей, Гбайт | 73,4 / | 73,5 / | 73,5 / | 73,4 / | 36,7 / | |
Температура, С, вкл. (выкл.) | +5…55 / макс. {Tкорпуса=60 C для Maxtor} | |||||
Потребление, ватт, не более, при: |
|
|
|
|
| |
Обзор на сайте iXBT.com | ||||||
Серия дисков | Idle | Seek | Read | Write | Start |
|---|---|---|---|---|---|
| Hitachi Deskstar 7K400 | 9,0 (pata) / 9,6(sata) | — | — | — | 30 (2A@12V) |
| Hitachi Deskstar 7K500 | 9,0 (pata) / 9,6(sata) | — | — | — | 30 (2A@12V) |
| Maxtor MaXLine Pro 500 | 9,97 | — | — | — | — |
| Maxtor DiamondMax 11 | <8,1 | <13,6 | — | — | <29,7 |
| Maxtor MaXLine III | 6,3 (pata) / 6,7 (sata) | — | — | — | — |
| Maxtor DiamondMax 10 | 7,6 | — | — | — | — |
| Seagate NL35 | 7,4 | — | — | — | — |
| Seagate Barracuda 7200.9 | 7,4 | 12,6 | 13,0 | 13,0 | — |
| Seagate Barracuda 7200.8 | 7,2 | 12,4 | 12,8 | 12,8 | — |
| WD Caviar RE2 WD4000YR | 8,8 | — | 10,0 | 10,0 | — |
| WD Caviar SE16 WD4000KD | 8,75 | — | 9,5 | 9,5 | — |
| WD Caviar RE WDxx00SD | 8,75 | — | 9,5 | 9,5 | — |
| WD Raptor WD740GD | 7,9 | — | 8,4 | 8,4 | — |
К сожалению, «паспортные данные» в большинстве случаев оказываются очень скупы и не могут дать полного представления о реальности. Ведь иногда производители указывают лишь верхние границы значений, иногда — типичные значения, а иногда их вообще сложно привязать к реальной ситуации, если сравнивать с непосредственно измеренными для дисков данными. Тем не менее, спецификации есть и нам придется с ними считаться.
Ошибкой, кстати, будет судить об энергопотреблении винчестеров по цифрам, нанесенным на их крышке. Ниже, сравнив эти «надписи» с реальными цифрами, мы убедимся, что совпадение наблюдается далеко не всегда. Более того, эти значения нередко расходятся даже со спецификациями самих дисков, и понять, по какому принципу каждый из производителей указывает эти «циферки», порой, не так просто.
Участники и методика испытаний
В наших испытаниях приняла участие 21 модель современных жестких дисков, представляющих 20 современных серий накопителей для профессиональных применений. Диски перечислены ниже в таблице результатов тестов (см. таблицу 3). Отдельной строкой на диаграммах мы включили случай использования двух винчестеров серии Seagate Savvio 10K.1, поскольку их пара в RAID способна составить реальную конкуренцию самым высокопроизводительным дискам со скоростью вращения 15 000 об./мин. (см., например, наш обзор).
Для измерений энергопотребления жестких дисков применялся стенд в составе:
- Процессор Intel Pentium 4 3.0C
- Материнская плата Gigabyte GA-8KNXP Ultra-64 на чипсете Intel E7210 (i875P с южным мостом Hance Rapids 6300ESB с шиной PCI-X)
- Системная память 2×256 Мбайт DDR400 (тайминги 2.5-3-3-6)
- Контроллер интерфейса Ultra320 SCSI Adaptec AIC-7902B на плате Gigabyte
- Контроллер интерфейса SAS — Adaptec 4800SAS
- Основной жесткий диск Maxtor 6E040L0
- Блок питания Zalman ZM400B-APS, 400 ватт
- Корпус Arbyte YY-W201BK-A
Потребление дисков измерялось в различных режимах работы: при простое (только вращение, Idle), работе интерфейса связи с хост-контроллером (ATA или SCSI Bus Transfer), чтении (Read), записи (Write) и активном случайном поиске (Seek) (а дополнительно – и в режиме тихого поиска, когда это поддерживалось накопителем; эти результаты мы здесь не представляем за неактуальностью). Кроме того, измерялись максимальные токи при включении питания (Start). Именно эти параметры в комплексе наиболее полно отражают картину как с нагревом диска (произведение тока на напряжение питания дает рассеиваемую диском тепловую мощность), так и с его экономичностью. Режимы работы накопителя задавались соответствующими подтестами программы AIDA32 Disk Benchmark, для режимов чтения и записи измерялись показания «в начале» диска (на внешних, наиболее часто используемых в работе дорожках; на внутренних дорожках ток потребления, как правило, несколько меньше). Испытания проводились под управлением операционной системы MS Windows XP Professional SP2. Винчестеры тестировались не размеченными на разделы. Перед тестированием диски прогревались в течение 20 минут запуском программы с активным случайным доступом.
Измерение токов потребления дисками от источников питания +5 и +12 вольт (точные напряжения на выходе указанного выше блока питания были равны +5,02 В и +12,04 В) проводилось одновременно при помощи двух цифровых амперметров класса точности 1.5 с сопротивлением не более 0.15 Ом (включая сопротивление подводящих проводов). Время обновления показаний приборов составляло примерно 0,3-0,4 с. В таблице результатов приведены средние за несколько секунд значения (обычно флуктуации тока во время измерений не превышали 30 мА), кроме случая стартового тока, для которого приведены максимальные (усредненные за время порядка 0,3 с) значения.
Результаты тестов
Результаты измерений приведены в таблице 2. В последней колонке указаны данные, приведенные на корпусе дисков.
Диск | V | Idle | ATA | Seek | Read | Write | Start | Данные на корпусе |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Seagate Cheetah 15K.4 36GB SAS | 5 | 970 | 1050 | 1080 | 1240 | 1460 | 1070 | 1500 |
| 12 | 430 | 440 | 800 | 440 | 440 | 1360 | 1000 | |
| Seagate Cheetah 15K.4 147GB | 5 | 500 | 910 | 690 | 1040 | 1120 | 760 | 800 |
| 12 | 830 | 880 | 1350 | 880 | 880 | 1590 | 1200 | |
| Maxtor 15K II 147GB SCSI U320 | 5 | 730 | 930 | 870 | 1350 | 1230 | 720 | 950 |
| 12 | 940 | 900 | 1430 | 960 | 960 | 1780 | 1500 | |
| Hitachi Ultrastar 15K147 73GB SCSI U320 | 5 | 660 | 820 | 780 | 1420 | 1360 | 780 | 640 |
| 12 | 530 | 530 | 860 | 530 | 530 | 1570 | 1220 | |
| Fujitsu MAU3073NP SCSI U320 | 5 | 440 | 1160 | 930 | 1500 | 1370 | 990 | 1000 |
| 12 | 510 | 510 | 850 | 510 | 510 | 1980 | 1200 | |
| Seagate Savvio 10K.1 73GB SCSI U320 | 5 | 450 | 810 | 620 | 840 | 900 | 630 | 800 |
| 12 | 190 | 190 | 510 | 190 | 190 | 1200 | 500 | |
| Fujitsu MAT3147NC SCSI U320 | 5 | 450 | 1060 | 850 | 1340 | 1240 | 900 | 1000 |
| 12 | 580 | 580 | 890 | 580 | 580 | 2010 | 1200 | |
| Hitachi Ultrastar 10K300 147GB SCSI U320 | 5 | 630 | 1090 | 880 | 1380 | 1300 | 860 | 700 |
| 12 | 460 | 470 | 800 | 470 | 470 | 1630 | 600 | |
| HP-Seagate BD14685A26 SCSI U320 | 5 | 830 | 1120 | 920 | 1500 | 1070 | 830 | 1200 |
| 12 | 490 | 510 | 910 | 520 | 560 | 1360 | 800 | |
| Maxtor 10K V 300GB SCSI U320 | 5 | 800 | 1060 | 930 | 1400 | 1380 | 800 | 950 |
| 12 | 650 | 620 | 1200 | 660 | 660 | 2020 | 1500 | |
| Seagate Cheetah 10K.7 147GB SCSI U320 | 5 | 520 | 900 | 680 | 1200 | 1000 | 750 | 800 |
| 12 | 430 | 430 | 990 | 430 | 430 | 1650 | 800 | |
| Seagate Cheetah 10K.7 74GB SCSI U320 | 5 | 500 | 850 | 950 | 1100 | 990 | 700 | 800 |
| 12 | 360 | 360 | 660 | 360 | 360 | 1230 | 800 | |
| WD Raptor WD740GD | 5 | 510 | 550 | 640 | 770 | 770 | 520 | 700 |
| 12 | 380 | 380 | 690 | 380 | 380 | 1670 | 750 | |
| WD Caviar RE2 WD4000YR | 5 | 630 | 680 | 710 | 870 | 930 | 650 | 700 |
| 12 | 410 | 440 | 660 | 440 | 440 | 2020 | 750 | |
| WD Caviar SE16 WD4000KD | 5 | 620 | 660 | 700 | 870 | 920 | 670 | 700 |
| 12 | 410 | 410 | 680 | 440 | 440 | 2020 | 750 | |
| Hitachi Deskstar 7K400 400GB SATA | 5 | 460 | 530 | 830 | 1250 | 910 | 670 | 780 |
| 12 | 480 | 480 | 880 | 480 | 480 | 1200 | 980 | |
| Seagate NL35 400GB SATA ST3400832NS | 5 | 480 | 500 | 540 | 800 | 940 | 580 | 460 |
| 12 | 420 | 420 | 620 | 420 | 420 | 2290 | 560 | |
| Seagate Barracuda 7200.8 400GB SATA | 5 | 500 | 510 | 550 | 820 | 970 | 600 | 460 |
| 12 | 440 | 440 | 630 | 440 | 440 | 2280 | 560 | |
| Seagate Barracuda 7200.9 500GB SATA | 5 | 570 | 800 | 620 | 930 | 970 | 610 | 460 |
| 12 | 510 | 510 | 830 | 510 | 510 | 2380 | 560 | |
| Maxtor DiamondMax 11 6H500F0 SATA | 5 | 530 | 610 | 800 | 1100 | 1050 | 700 | 800 |
| 12 | 430 | 490 | 820 | 490 | 490 | 1950 | 790 | |
| Maxtor MaXLine III 7B300S0 SATA | 5 | 550 | 730 | 800 | 1130 | 1070 | 700 | 740 |
| 12 | 440 | 490 | 820 | 490 | 490 | 1400 | 1520 |
Цифр в таблице много и комментировать каждую из них, видимо, особого смысла нет — они и так говорят сами за себя. Однако необходимо отметить, что ток потребления от +5 вольт для диска Seagate Cheetah 15K.4 с интерфейсом SAS оказался много выше, чем для его аналога с параллельным интерфейсом SCSI — на 200-470 мА в зависимости от режима! Ранее мы уже могли убедиться, что при переходе с интерфейса UltraATA к Serial ATA ток потребления (для однотипных моделей, различающихся только интерфейсом) возрастает на 100-250 мА (в зависимости от производителя и модели), а для Serial ATA на скорости 3 Гбит/с эта прибавка еще больше. Так что сам по себе последовательный интерфейс Serial Attached SCSI «кушает» на стороне диска весьма прилично — от 1 до 2,4 ватт дополнительно (и, видимо, столько же — на стороне контроллера), и прогресс даже здесь не достается бесплатно.
Для удобства анализа на следующей диаграмме приведена мощность потребления дисков от напряжения +5В в режиме передачи данных по интерфейсу (без обращения к магнитным пластинам) (то есть это, в основном, часть, потребляемая контроллером, тогда как механика диска питается от +12В). Диски здесь и ниже сгруппированы по категориям (по скорости вращения).
Интересно, что самым экономичным SCSI-контроллер оказался у пятнадцатитысячников Hitachi (если помните, они построены по более прогрессивной схеме, чем у их собратьев со скоростью вращения 10 000 об./мин.). Впрочем, у Savvio 10K.1 (да и у Чит вообще) контроллеры тоже потребляют мало. К слову сказать, 4-5 ватт в режиме передачи данных по интерфейсу (то есть без чтения/записи) — это достаточно большие цифры, то есть сами платы контроллеров (не оснащенные радиаторами) могут испытывать значительный нагрев в работе. Поэтому не рекомендую устанавливать профессиональные диски вплотную друг над другом, а для охлаждения их электроники лучше использовать обдув (например, в корзине).
Самый экономичный контроллер из всех дисков со скоростью вращения 10 000 об./мин. — у WD Raptor с интерфейсом Serial ATA. И он при этом, как ни странно, обогнал даже все (почти) нынешние профессиональные диски со скоростью 7200 об./мин. Самый экономичный контроллер оказался у 400-гигабайтных дисков Seagate NL35, построенных на базе Seagate Barracuda 7200.8. Эта парочка потребляет (контроллером) всего по 2,5 ватта в режиме передачи данных по интерфейсу.
Насчет совпадения паспортных данных с измеренными — картина достаточно разрозненная. Где-то можно видеть схожесть, где-то, напротив, заметные различия (сравнивать удобнее таблицу 1 с таблицей 3 ниже).
Теперь насчет корреляции между данными потребления, указанными на корпусе накопителей, и реально измеренными значениями в различных режимах. Здесь наблюдается полная разноголосица! Честно говоря, я даже не стану гадать, что именно имел ввиду каждый производитель, когда наносил эти «циферки» на диски. Можете попробовать догадаться сами. :) Могу лишь предположить, что у некоторых дисков указанные на корпусе значения соответствуют максимальному току в режиме Idle (и то с изрядной долей условности). Короче, этим надписям на корпусе определенно верить не стоит, они фактически бесполезны и даже вредны, поскольку дезинформируют. И тем более, по ним нельзя судить о реальном тепловыделении накопителей!
Стартовый ток
Отдельно стоит остановиться на стартовом токе дисков. Если по шине +5 В он укладывается в 1 А, то главная нагрузка, безусловно, идет по линии +12 В, где пиковые токи (усредненные за десятые доли секунды) доходят до полутора-двух ампер и иногда даже более. Хорошо, если используемый вами контроллер и модели дисков поддерживают так называемую поочередную раскрутку (старт) дисков (staggered spinup). А если нет, и стартуют почти одновременно все диски массива, то нагрузка на блок питания получается очень неслабая (например, до 9-10А при старте 4-дискового массива из старших SATA-дисков Seagate)!
Наиболее «гуманными» (по отношению к блоку питания при старте) оказались диски Hitachi Deskstar 7K400 и малютка Seagate Savvio 10K.1 (стартовый ток не более 1200 мА от +12 В), а также Maxtor MaXLine III (1400 мА) и однопластинные модели Seagate Cheetah 10K.7 и 15K.4 SAS (у последней, правда, подводит пятивольтовая нагрузка). Наиболее прожорливыми при старте уже традиционно становятся SATA-диски Seagate — Barracuda 7200.8 и 7200.9, а также их «последыш» NL35: 30 и более ватт при старте (и 2,3 А по линии +12В) — это «по силам» лишь сдвоенному Savvio 10K.1. :) Между тем, около двух ампер (и более 28 ватт) в пике при раскрутке потребляют SCSI-диски Fujitsu (причем это еще средние, не самые емкие модели данных серий), а также два диска Maxtor предельно большой емкости — 300-гигабайтный SCSI Atlas 10K V и 500-гигабайтный MaXLine Pro 500 (в лице DiamondMax 11 :)). Да и 400-гигабайтные модели WD не могут похвастать «нежным» стартом (в отличие от WD Raptor). Объясняются данные характеристики достаточно просто: у некоторых SCSI- и ATA-дисков пусковой ток в «динамике» «размазан» на достаточно большой промежуток времени (в течение раскрутки пусковой ток ограничивается электроникой диска на заданном уровне). Тогда как у других моделей сделана ставка на быструю раскрутку и подготовку диска к работе, поэтому и график их пускового тока напоминает, скорее, резкий импульс с ниспадающем наклоном, нежели долгое «плато».
Тепловыделение дисков
Токи потребления (особенно, по двум линиям питания) не очень наглядны при оценке тепловыделения, поэтому мы на их основе вычислим потребляемую мощность для каждого из режимов работы дисков (см. таблицу 3). Разумеется, мощность в данном случае считалась с учетом падения напряжения на внутреннем сопротивлении амперметров в цепях питания, то есть соответствует конкретному случаю измерений. При других напряжениях питания мощность может быть немного иной.
| Диск | Гбайт | Шина | Idle | ATA | Seek | Read | Write | Start |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Скорость вращения пластин 15 000 об./мин. | ||||||||
| Seagate Cheetah 15K.4 SAS | 36 | SAS | 9,93 | 10,44 | 14,87 | 11,35 | 12,39 | 21,47 |
| Seagate Cheetah 15K.4 | 147 | SCSI | 12,41 | 15,00 | 19,49 | 15,63 | 16,01 | 22,66 |
| Maxtor 15K II 8K147L0 | 147 | SCSI | 14,84 | 15,34 | 21,30 | 18,06 | 17,49 | 24,69 |
| Hitachi Ultrastar 15K147 | 73 | SCSI | 9,62 | 10,40 | 14,14 | 13,28 | 12,99 | 22,53 |
| Fujitsu MAU3073NP | 73 | SCSI | 8,30 | 11,80 | 14,74 | 13,42 | 12,80 | 28,34 |
| Скорость вращения пластин 10 000 об./мин. | ||||||||
| RAID 1 из Seagate Savvio 10K.1 | 147 | SCSI | 9,04 | 12,57 | 18,38 | 12,86 | 13,44 | 34,88 |
| Seagate Savvio 10K.1 | 73 | SCSI | 4,52 | 6,28 | 9,19 | 6,43 | 6,72 | 17,44 |
| Fujitsu MAT3147NC | 147 | SCSI | 9,19 | 12,16 | 14,83 | 13,50 | 13,02 | 28,25 |
| Hitachi Ultrastar 10K300 | 147 | SCSI | 8,64 | 10,99 | 13,91 | 12,37 | 11,99 | 23,62 |
| HP-Seagate BD14685A26 | 146 | SCSI | 9,97 | 11,61 | 15,41 | 13,54 | 11,97 | 20,30 |
| Maxtor 10K V 8J300L0 | 300 | SCSI | 11,74 | 12,64 | 18,89 | 14,73 | 14,64 | 27,88 |
| Seagate Cheetah 10K.7 | 147 | SCSI | 7,74 | 9,59 | 15,19 | 11,04 | 10,08 | 23,32 |
| Seagate Cheetah 10K.7 | 73 | SCSI | 6,81 | 8,52 | 12,58 | 9,72 | 9,19 | 18,14 |
| WD Raptor WD740GD | 73 | SATA | 7,09 | 7,29 | 11,43 | 8,37 | 8,37 | 22,42 |
| Скорость вращения пластин 7200 об./мин. | ||||||||
| WD Caviar RE2 WD4000YR | 400 | SATA | 8,04 | 8,65 | 11,42 | 9,57 | 9,86 | 27,15 |
| WD Caviar SE16 WD4000KD | 400 | SATA | 7,99 | 8,19 | 11,61 | 9,57 | 9,81 | 27,24 |
| Hitachi Deskstar 7K400 | 400 | SATA | 8,04 | 8,39 | 14,62 | 11,87 | 10,24 | 17,64 |
| Seagate NL35 ST3400832NS | 400 | SATA | 7,43 | 7,52 | 10,11 | 8,99 | 9,67 | 29,94 |
| Seagate Barracuda 7200.8 | 400 | SATA | 7,76 | 7,81 | 10,28 | 9,33 | 10,05 | 29,92 |
| Seagate Barracuda 7200.9 | 500 | SATA 3Gb/s | 8,94 | 10,07 | 13,00 | 10,69 | 10,89 | 31,13 |
| Maxtor DiamondMax 11 6H500F0 | 500 | SATA 3Gb/s | 7,79 | 8,90 | 13,76 | 11,28 | 11,04 | 26,58 |
| Maxtor MaXLine III 7B300S0 | 300 | SATA | 8,01 | 9,49 | 13,76 | 11,42 | 11,13 | 20,14 |
Некоторые данные удобнее наблюдать на диаграммах. Например, на следующем рисунке приведена мощность потребления дисков в режиме Idle (вращение без обращения к пластинам и передачи данных по интерфейсу).
Очень любопытен громадный разброс значений в клане 15-тысячников: наиболее экономичный здесь диск Fujitsu (средней емкости) почти вдвое лучше, чем старшая модель Maxtor. Представитель последней жарче всех и в категории десятитысячников — хотя это и более емкая модель, чем остальные. Кстати, модели Seagate Cheetah 10K.7 емкостью 73 и 147 Гбайт различаются по энергопотреблению здесь всего на 0,9 ватт и обе являются самыми экономичными SCSI-дисками со скоростью вращения 10 000 об./мин. (они и в реальности заметно холоднее остальных в работе). Диски со скоростью 7200 об./мин. гораздо меньше отличаются друг от друга по этому параметру, чем SCS-модели — от 7,4 Вт для Seagate NL35 (прямо как в паспорте!) до 8,9 Вт для 500-гигабайтной модели Barracuda 7200.9 (спецификации, видимо, обманули. :)). В среднем же 8 ватт являются для подобных накопителей типичным тепловыделением в режиме Idle, хотя нюансы (то есть токи по шинам 5 и 12В) могут заметно разниться от модели к модели (как правило, от 400 до 500 мА по шине +12В и 480-630 по +5В). Победил по экономичности 2,5-дюймовый SCSI-десятитысячник Seagate Savvio 10K.1 — 4,5 ватт в режиме Idle, это очень хорошо. То есть даже пара таких дисков рассеивает тепла меньше, чем большинство пятнадцатитысячников и часть десятитысячников.
Лидирует экономичный Savvio и при активном случайном поиске. Здесь диски расположились по энергопотреблению и тепловыделению следующим образом:
Снова SCSI-диски Maxtor наибольшей емкости оказались самыми прожорливыми (около 20 ватт — это не шутка, активное охлаждение им просто необходимо). И оправдывает их лишь то, что при этом они лидируют и по производительности в большинстве профильных приложений. Впрочем, старшая модель Seagate Cheetah 15K.4 тоже оказалась одной из самых горячих при поиске, в отличие от младшей SAS-модели этой же серии. Самыми экономичными в своих категориях при поиске оказались SCSI-модели от Hitachi GST. А SCSI-диски Fujitsu в лишний раз подтвердили нашу оценку, что это лучшие на сегодня накопители для персональных компьютеров (!), поскольку наряду с лучшей производительностью в настольных приложениях они обладают еще и одним из наименьших энергопотреблением (в своих классах). :) Кстати, разброс по мощности в режиме поиска среди SCSI-моделей составляет более полутора раз в каждом из классов, тогда как для SATA-дисков со скоростью вращения пластин 7200 об./мин. разброс немного меньше, и большинство дисков укладываются в диапазон от 11 до 14 ватт. Интересно, что лидируют по экономичности здесь диски Seagate поколения Barracuda 7200.8, тогда как 7200.9, имеющая большее количество пластин, уже не может похвастать низким нагревом. Впрочем, даже она менее прожорлива при поиске, чем пятипластинная модель Hitachi 7K400 и старшие SATA-модели Maxtor.
Чтобы привести цифры таблицы 3 к общему, более простому и понятному для читателя «знаменателю», мы вычислили два практически полезных параметра: усредненную потребляемую мощность дисков при низкой загрузке накопителя работой и при интенсивной (постоянной) работе компьютера с винчестером. Для вычисления этих оценочных показателей, не претендующих на какую-то «полноту отражения реальности», я применил две характерные модели использования дисков:
1. При низкой загрузке диска (например, при офисной работе или при редактировании графики) модель среднего потребления диска описывается формулой:
P typ =(Idle *90%+ Write *2.5%+ Read *7.5%)/100%,
где буквенные режимы означают мощность потребления диском от обоих источников напряжения в соответствующих режимах обращения к нему, а цифры, на которые эти токи умножаются — процент по времени, в течение которого диск находится в этом режиме (для чтения и записи берутся максимальные значения тока потребления, соответствующие начальным участкам диска; режим Seek здесь фактически учитывается через чтение и запись). В основу этой модели положено, в частности, то, что при типичной работе пользователя с настольным ПК диск читает/пишет в течение примерно 10% от общего времени работы.
2. Аналогично, для интенсивной работы с диском (гораздо более характерной для типичного профиля использования профессиональных накопителей) среднее потребление численно описывается формулой:
P max =(Write + Seek + Read *3)/5
По вычисленным данным потребляемой мощности построены следующие две диаграммы.
Эти результаты, очевидно, близки к расстановке «сил» по режиму Idle — победители по экономичности потребляют при такой работе ПК всего 7-8 ватт, наиболее «холодными» являются диски Seagate и WD, а также пятнадцатитысячник Fujitsu. Разумеется, Savvio 10K.1 наголову экономичнее всех остальных участников.
Усредненная потребляемая мощность дисков при интенсивной (постоянной) работе компьютера с винчестером показана ниже.
Здесь расстановка участников тестирования близка к таковой при активном поиске, хотя среднее потребление на несколько ватт ниже. Интересно, что два диска Savvio 10K.1 потребляют примерно столько же, сколько один пятнадцатитысячник или даже десятитысячник. Это делает их реальными соперниками (по производительности тоже) и даже дает некоторое преимущество по занимаемому месту. Среднее потребление старших моделей SATA-дисков в активной работе сейчас составляет 10-12 ватт, что менее чем в полтора раза больше, чем в режиме idle. И при грамотной установке на металлическом шасси активное охлаждение в работе им не потребуется. В отличие от старших SCSI-моделей, где активное воздушное охлаждение при интенсивной работе просто необходимо. Но опять же — не для всех. Например, для младших моделей Seagate Cheetah в ряде случаев размещения на шасси вполне возможно обойтись и пассивным охлаждением.
Зависимость энергопотребления от размера блока случайного доступа
В процессе наших экспериментов с энергопотреблением профессиональных жестких дисков возник вопрос — а какова зависимость энергопотребления этих дисков от размера блока случайного доступа? Дело в том, что ток потребления дисков по шине +5В при чтении или записи обычно заметно выше, чем при поиске (см. таблицу 2). Тогда как ток по шине +12В выше, напротив, при поиске. И по средней мощности тепловыделения именно поиск более требователен к охлаждению (см. таблицу 3). Вместе с тем, по мере роста размера блока случайного доступа к диску постепенно возрастает ток потребления по шине +5В и падает — по шине +12В (поскольку время перемещения между крупными блоками возрастает за счет дополнительных затрат времени на чтение или запись этих блоков). И может возникнуть ситуация, когда монотонность зависимости средней мощности нарушается и для каких-то размеров блока чтения или записи потребление либо становится наибольшим, либо наоборот, имеет некий минимум.
В поисках этих экстремумов мы и провели исследование зависимости энергопотребления дисков от размера блока случайного доступа при чтении и записи. В качестве объектов для наших экспериментов были выбраны два новейших накопителя из противоположных участков Enterprise-поля: Seagate Cheetah 15K.4 емкостью 36 Гбайт с интерфейсом SAS и скоростью вращения 15 000 об./мин. и WD Caviar RE2 на 400 Гбайт с интерфейсом Serial ATA и скоростью вращения 7200 об./мин. К слову, средний ток потребления шпиндельного мотора от +12В у этих двух дисков в режиме последовательного чтения или записи совершенно одинаков, хотя контроллер у Читы почти вдвое более прожорлив.
Средний ток потребления измерялся в зависимости от размера блока случайного чтения или записи от 512 байт до 1 Мбайт при выполнении соответствующих паттернов в программе IOMeter. Одновременно регистрировались изменения показателей производительности этих накопителей — среднее время доступа, количество операций в секунду (IOps) и абсолютная производительность чтения или записи в Мбайт/с. Результаты приведены в таблицах ниже и проиллюстрированы на сводных графиках.
| Seagate Cheetah 15K.4 SAS ST336754SS | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Чтение | ||||||
| Размер блока чтения, байт | Ток от +5В | Ток от +12В | Суммарная мощность, Вт | IOps | MBps | Среднее время доступа , мс |
| 512 | 1080 | 870 | 15,704 | 162,12 | 0,0792 | 6,167 |
| 1K | 1080 | 870 | 15,704 | 160,34 | 0,1566 | 6,236 |
| 2K | 1080 | 860 | 15,585 | 159,29 | 0,3111 | 6,277 |
| 4K | 1080 | 850 | 15,466 | 155,45 | 0,6072 | 6,432 |
| 8K | 1090 | 830 | 15,277 | 150,54 | 1,1761 | 6,642 |
| 16K | 1100 | 820 | 15,206 | 141,46 | 2,2103 | 7,068 |
| 32K | 1110 | 790 | 14,898 | 127,02 | 3,969 | 7,872 |
| 64K | 1150 | 720 | 14,257 | 105,1 | 6,569 | 9,514 |
| 128K | 1130 | 760 | 14,637 | 114,74 | 14,34 | 8,715 |
| 256K | 1160 | 700 | 14,067 | 89,09 | 22,27 | 11,22 |
| 512K | 1230 | 560 | 12,734 | 33,95 | 16,97 | 29,46 |
| 1M | 1240 | 540 | 12,543 | 27,19 | 27,19 | 36,77 |
| Запись | ||||||
| Размер блока записи, байт | Ток от +5В | Ток от +12В | Суммарная мощность, Вт | IOps | MBps | Среднее время доступа , мс |
| 512B | 1060 | 710 | 13,706 | 264,85 | 0,1293 | 3,761 |
| 1K | 1060 | 710 | 13,706 | 261,32 | 0,2552 | 3,813 |
| 2K | 1060 | 710 | 13,706 | 256,41 | 0,5008 | 3,876 |
| 4K | 1060 | 710 | 13,706 | 250,85 | 0,9799 | 3,985 |
| 8K | 1070 | 700 | 13,635 | 232,98 | 1,8202 | 4,276 |
| 16K | 1080 | 670 | 13,326 | 206,48 | 3,2263 | 4,818 |
| 32K | 1090 | 640 | 13,017 | 165,6 | 5,175 | 6,016 |
| 64K | 1110 | 590 | 12,517 | 108,88 | 6,805 | 9,159 |
| 128K | 1130 | 620 | 12,971 | 87,51 | 10,94 | 11,427 |
| 256K | 1160 | 610 | 12,995 | 71,09 | 17,77 | 14,066 |
| 512K | 1210 | 610 | 13,234 | 53,43 | 26,72 | 18,714 |
| 1M | 1250 | 600 | 13,306 | 35,82 | 35,82 | 27,915 |
| idle | 1160 | 470 | 11,325 | |||
Для диска Seagate Cheetah 15K.4 SAS при случайном чтении ток по шине +5В постепенно возрастает почти на 20% при росте размера блока от 512 байт до 1 Мбайт, тогда как ток на шине +12В падает с 870 до 540 мА. Полная мощность потребления тоже падает, но меньше в процентном отношении — с 15,7 ватт до 12,5 ватт, причем, на графике зависимости мощности от размера блока мы наблюдаем два экстремума: один минимум при блоках 64 Кбайт и следом за ним максимум на блоках 128 Кбайт. Это как раз то, о чем мы говорили в преамбуле к данным экспериментам. Одновременно можно наблюдать, что картина производительности в IOps поразительно повторяет картину с энергопотреблением! Таким образом, работа с блоками размером 64 Кбайт для данного жесткого диска (в паре с контроллером Adaptec 4800SAS) оказывается далеко не оптимальной в плане производительности, и предпочтение стоит отдавать блокам по 32 или 128 Кбайт, хотя потребление при этом и будет немного выше.
Аналогичный экстремум для блоков размером 64 Кбайт можно наблюдать для этого диска и при записи: совершенно очевиден провал потребления и выпадение из общей тенденции в худшую сторону по производительности в данной точке. В целом зависимость потребления от размера блока при записи значительно меньше, чем при чтении (да и само потребление в целом меньше), поскольку при записи эффективно работает кэширование отложенных операций (write-back). На записи видна и другая тенденция — для блоков размером 32-128 Кбайт потребление действительно меньше, и оно снова возрастает при дельнейшем росте размера блока до 1 Мбайт.
| Western Digital Caviar RE2 WD4000YR | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Чтение | ||||||
| Размер блока чтения, байт | Ток от +5В | Ток от +12В | Суммарная мощность, Вт | IOps | MBps | Среднее время доступа , мс |
| 512B | 710 | 660 | 11,416 | 74,69 | 0,03647 | 13,39 |
| 1K | 710 | 660 | 11,416 | 74,12 | 0,07245 | 13,48 |
| 2K | 710 | 660 | 11,416 | 74,43 | 0,14536 | 13,44 |
| 4K | 710 | 660 | 11,416 | 74,29 | 0,2902 | 13,46 |
| 8K | 710 | 660 | 11,416 | 73,59 | 0,5749 | 13,59 |
| 16K | 720 | 660 | 11,465 | 72,81 | 1,1376 | 13,73 |
| 32K | 720 | 650 | 11,346 | 70,71 | 2,2097 | 14,14 |
| 64K | 730 | 640 | 11,275 | 68,29 | 4,2687 | 14,64 |
| 128K | 740 | 630 | 11,205 | 63,24 | 7,9056 | 15,81 |
| 256K | 760 | 590 | 10,826 | 52,94 | 13,235 | 18,88 |
| 512K | 780 | 550 | 10,446 | 42,39 | 21,193 | 23,59 |
| 1M | 800 | 510 | 10,066 | 30,03 | 30,025 | 33,3 |
| Запись | ||||||
| Размер блока записи, байт | Ток от +5В | Ток от +12В | Суммарная мощность, Вт | IOps | MBps | Среднее время доступа , мс |
| 512B | 640 | 520 | 9,405 | 137,17 | 0,06698 | 7,289 |
| 1K | 640 | 520 | 9,405 | 135,32 | 0,13215 | 7,389 |
| 2K | 640 | 520 | 9,405 | 135,67 | 0,265 | 7,37 |
| 4K | 640 | 520 | 9,405 | 134,72 | 0,526 | 7,42 |
| 8K | 640 | 510 | 9,286 | 133,02 | 1,039 | 7,52 |
| 16K | 650 | 510 | 9,335 | 128,89 | 2,014 | 7,76 |
| 32K | 660 | 500 | 9,264 | 123,07 | 3,85 | 8,12 |
| 64K | 680 | 490 | 9,242 | 119,15 | 7,45 | 8,39 |
| 128K | 710 | 480 | 9,269 | 105,5 | 13,12 | 9,48 |
| 256K | 750 | 480 | 9,464 | 78,32 | 19,58 | 12,77 |
| 512K | 740 | 520 | 9,893 | 36,49 | 18,24 | 27,4 |
| 1M | 800 | 500 | 9,946 | 27,36 | 27,36 | 36,54 |
| idle | 640 | 400 | 7,971 | |||
Для жесткого диска WD4000YR тенденции немного другие. При случайном чтении мы наблюдаем абсолютный максимум энергопотребления при размере блока 16 Кбайт (хотя видимых аномалий в производительности при этом нет). То есть в данном случае именно некоторое повышение среднего тока чтения дает свой вклад, тогда как замедление поиска из-за роста размера блока еще не начало сказываться. При записи ситуаций еще необычнее. Минимум потребления есть на блоках среднего размера (выраженные минимумы — при 8 и 64 Кбайт; или можно сказать, что на фоне общего снижения потребления на блоках от 8 до 128 Кбайт наблюдается максимум на тех же 16 Кбайт, что и при чтении). А при блоках 256 Кбайт и больше потребление резко повышается, несмотря на то, что скорость доступа резко падает. И это уже связано со значительным замедлением поиска притом, что ток записи в это же время намного выше.
Заключение
Изучение энергопотребления и тепловыделения жестких дисков путем измерения токов по шинам питания +5 и +12В в различных режимах работы дает возможность получить дополнительную информацию о свойствах накопителей, полезную как для общего понимания, так и для практического применения. В заключение нашего исследования энергопотребления представителей практически всех серий современных винчестеров Enterprise-сегмента остается сказать, что:
1. К данным об энергопотреблении дисков, указанным в их спецификациях и, тем более, на «крышках» самих дисков, следует относиться очень критически. Далеко не всегда по ним можно судить об истинных «масштабах» прожорливости и нагрева накопителей! Доверять лучше данным непосредственных измерений в реальных задачах.
2. В enterprise-сегменте существуют три основные категории накопителей на жестких дисках, которые различаются по скорости вращения шпинделя (15000, 10000 и 7200 об./мин.). И хотя в энергопотреблении и тепловыделении тенденция зависимости от скорости вращения тоже прослеживается, она далеко не такая выраженная, как, скажем, по среднему времени доступа или некоторым другим параметрам быстродействия. Оказывается, что ряд даже самых быстрых моделей дисков обладает потреблением на уровне накопителей более медленной категории, и наоборот. А в рамках одной категории потребление накопителей может различаться порой в полтора и даже более раза.
3. И это безусловно нужно учитывать при проектировании профессиональных систем хранения данных — если с накопителями одного производителя может оказаться вполне достаточным использовать пассивной охлаждение дисков, то с их «классовыми» аналогами от другого производителя может потребоваться активное охлаждение, и наоборот.
4. Более того, некоторые современные высокопроизводительные SCSI-диски очень «гуманны» в плане тепловыделения, соревнуясь в этом даже с настольными SATA-дисками. А миниатюрный Seagate Savvio 10K.1 вообще оказался самым экономичным из высокопроизводительных накопителей, опередив все ATA-диски форм-фактора 3,5 дюйма, хотя и по производительности он ведет себя очень достойно
5. В определенных случаях следует уделять особое внимание обеспечению надлежащей нагрузочной способности блока питания во время старта жестких дисков — это касается даже некоторых современных SATA-моделей (например, от Seagate), и особенно — их массивов. Максимальный пусковой ток дисков, как оказывается, практически не коррелирует со скоростью вращения шпинделя, поскольку производители иногда применяют специальные схемы его (тока) ограничения. И некоторые SATA-модели на 7200 об./мин. могут оказаться вдвое более жадными до тока раскрутки, чем их более быстро вращающиеся SCSI-собратья того же производителя.
6. Появление последовательного интерфейса Serial Attached SCSI (SAS) выводит на новый уровень энергопотребление контроллеров от шины питания +5В. К сожалению, изменения произошли не в лучшую сторону, поскольку те же диски с интерфейсом SAS потребляют по +5В значительно (от 1 до 3 ватт) больше энергии, чем их аналоги с традиционным параллельным интерфейсом SCSI. Фактически, это плата всего за несколько трехгигабодных буферов (приемопередатчиков) последовательного интерфейса. И очевидно, что с дальнейшим повышением скорости передачи данных по шине в будущих поколениях этого интерфейса ситуация будет только усугубляться, поскольку чтение и запись тоже будут требовать все больших токов (ввиду возрастания внутренней скорости передачи данных с пластины). Тогда как потребление «по механике» от +12В, скорее всего, будет немного падать или оставаться на прежнем уровне.
7. В этих условиях вызывает интерес зависимость энергопотребления накопителей от характера их обращений к данным на пластине и, в частности, от размера блока данных при случайном характере доступа, более типичном именно для профессиональных применений винчестеров. При росте размера блока данных чтения или записи может наблюдаться экстремум по энергопотреблению, причем, как максимум, так и минимум. Это было бы не лишним учитывать при эксплуатации таких дисков, подбирая системам хранения данных оптимальные условия работы с учетом производительности и тепловыделения.
Напоследок хочется отметить, что нами уже накоплен немалый опыт оценки энергопотребления и тепловыделения жестких дисков самых разных категорий. И если в нашей методике тестирования дисков для ноутбуков эти вопросы уже давно прописаны на регулярной основе, то при тестированиях очередных новинок сегментов Desktop и Enterprise они пока отсутствуют, хотя в грядущей (обновленной) методике тестов таких винчестеров мы наверняка будем привлекать измерения энергопотребления по уже отлаженной или немного усовершенствованной схеме.
и «Ultra Electronics» за предоставленные для тестирования накопители
