Тестируем SSD-диски Intel X25-M G2 160 GB

Итак, почему же мы лишь сейчас беремся за написание материала по SSD? Различного рода твердотельные диски выпускаются уже очень давно, да и с момента начала их массовой доступности для пользователей уже прошло довольно много времени.

Дело в том, что первые модели настольных SSD дисков обладали целым рядом недостатков (в первую очередь речь идет о надежности), которые мешали рекомендовать их для использования в современных настольных компьютерах обычным пользователям. Разумеется, наша новостная служба добросовестно сообщала о всех новинках на этом рынке, но время полноценных обзоров пришло только теперь.

Основное преимущество твердотельных дисков — крайне низкое время доступа к данным на диске. Если для типичного 7200 об/мин диска время доступа для операций чтения выше 10 миллисекунд, то SSD позволяет уменьшить это значение практически на два порядка (для новых моделей оно колеблется между 0,1 и 0,2 мс). Это обусловлено тем, что твердотельныйдиск должен при каждом запросе позиционировать свои головки над нужным участком магнитной пластины перед чтением. При этом принципиально изменить что-то в этой ситуации не представляется возможным. Можно увеличить скорость вращения шпинделя (для некоторых серверных моделей она составляет 15000 об/мин), заранее «спланировать» маршрут движения головок для нескольких запросов (именно за это отвечает технология NCQ, установка очереди команд), но пока таким образом удалось достигнуть лишь значений порядка 5 мс, при этом цена подобных устройств способна отпугнуть многих пользователей.

Один из первых доступных SSD с интерфейсом IDE – сначала всё для военных

В случае операций записи преимущество SSD долгое время оставалось достаточно сомнительным. Дело в уже упомянутой нами в прошлой статье необходимости очистки ячейки перед ее записью. В первое время эта проблема решалась за счет использования одноуровневой памяти SLC, которая работала куда быстрее и обладала большей отказоустойчивостью. Однако цена получавшихся накопителей была настолько высока, что позволить себе их могли лишь корпоративные пользователи. Остальные довольствовались дисками с MLC-памятью, которая обладала куда более высокой плотностью записи.

Со временем ситуация изменилась. Были разработаны более продвинутые контроллеры, которые за счет многоканальности и буферной памяти смогли не только победить эту «детскую болезнь», но и значительно поднять скорости последовательного чтения и записи, оставив HDD позади и по этому параметру. С тех пор именно используемый контроллер и прошивка в первую очередь определяют производительность SSD.

Почему же так важен параметр времени доступа? Это обусловлено тем, что как при серверной, так и при мультимедийной нагрузке дискам приходится чаще всего работать с блоками информации в несколько килобайт, при этом количество операций последовательного чтения/записи невелико. То есть операции позиционирования проводятся очень часто (оттуда тот самый стрекот, который доносится из системного блока при любой серьезной нагрузке). Поэтому традиционный жесткий диск на магнитных пластинах, несмотря на заявленную скорость работы более 100 МБ/с (что действительно для подавляющего большинства современных 3,5” накопителей), в реальности демонстрирует куда меньшую производительность. Для SSD это падение производительности также происходит, но оно куда менее ярко выражено.

Диски Intel X25-M и X18-M первого поколения. Различаются только форм-фактором

У SSD есть и другие преимущества. Это возможность работы в широком диапазоне температур, устойчивость к вибрациям, меньшее энергопотребление (сравнимое, впрочем, с 2,5” HDD) и полностью бесшумная работа. Именно появление твердотельных дисков стало настоящим спасением для любителей тишины, ведь другие компоненты компьютера так или иначе можно охлаждать пассивно. Ну и конечно, они гораздо лучше поддаются миниатюризации, меньше теряя в производительности.

На повестке дня осталась лишь одна проблема, которую производителям SSD вряд ли удастся решить в ближайшее время. Цена гигабайта дискового пространства для твердотельных накопителей всё еще гораздо выше, чем у традиционных решений на магнитных пластинах. Для последних она достигает 1,7 рублей, в то время как для SSD минимумом является 75 рублей, и речь идет о не самых производительных моделях. Разница в 44 раза (на самом деле больше) может отпугнуть многих пользователей.

Но всё зависит от того, как подходить к рассмотрению данного вопроса. Если воспринимать SSD не как замену традиционному жесткому диску (о какой замене может идти речь, если у многих пользователей коллекция фильмов превышает по объему 1 ТБ?), а как своеобразный ускоритель для системы, то покупка твердотельного накопителя начинает приобретать смысл. Многие геймеры платят за современные видеокарты более $500, при этом при загрузке системы и любимых игр эта видеокарта никак им не помогает: нагрузка ложится на накопитель, производительность которого оставляет желать лучшего. Сейчас же за сумму около $200 можно купить твердотельный накопитель, объема которого хватит для установки системы и основных приложений. Конечно, не всем хватит предлагаемого объема в, например, 80 гигабайт. Но большинство пользователей легко может уложиться в эту цифру. Поверьте, возросшая производительность и отзывчивость системы этого стоит.

К нам в лабораторию попало сразу 5 SSD от Intel, модель X25-M G2 на 160 GB. На их примере мы собираемся продемонстрировать преимущества современных твердотельных накопителей над традиционными жесткими дисками. Тестирование будет проводиться как под нагрузкой, типичной для домашних ПК, так и в серверных задачах. Для последней цели мы организовали из наших накопителей массив RAID0, как наиболее производительный.

В качестве контроллера использовался как южный мост ICH10R нашей материнской платы Asus P6T6 WS Revolution, так и профессиональный SATA/SAS контроллер LSI 3ware SAS 9750-8i.

Понятно, что для нормальной работы производительного массива необходим дискретный контроллер, и мы это также продемонстрируем в нашей статье. Но для начала расскажем о тестируемых устройствах подробнее.

Intel X25-M G2 160 GB

Диск поставляется в небольшой картонной коробке, оформленной в черно-синей цветовой гамме. Внутри, помимо самого диска, находится инструкция по его использованию, CD с драйверами, крепление под 3,5” отсек, набор винтов для фиксации диска и наклейка на корпус.

Сам накопитель упакован в алюминиевый корпус. На вид он очень прочный, и диск явно способен выдержать случайное падение без каких-либо последствий, ведь вся электроника находится внутри. Единственный уязвимый элемент – разъемы SATA, но с этим ничего сделать нельзя.

Форм-фактор X25-M – 2,5”, стандарт для современных SSD. Крепление под 3,5” отсек, как мы уже говорили, идет в комплекте. Впрочем, сейчас без проблем можно купить кейс-переходник для 3,5” или 5” отсеков, к тому же как-то фиксировать такой диск в корпусе необязательно. Высота накопителя составляет 9,5 мм: стандарт для 2,5” жестких дисков, используемых в ноутбуках. Если удалить пластиковую рамку, то высота X25-M станет 7 мм; такой стандарт также используется в некоторых тонких моделях ноутбуков (Lenovo ThinkPad X300, например).

Диск без проблем разбирается, и перед нами открывается печатная плата, на которой и расположена вся системная логика. Память набрана десятью чипами 29F16B08JAMDI объемом 16 ГБ каждый. Производство, что логично, Intel. Они изготовлены по 34 нм техпроцессу. В конце этого года компания планирует выпустить накопители на основе 3-битных TLC 25-нм чипов и, скорее всего, вернет себе пальму первенства в этой области.

Самый большой чип, Intel PC29AS21BA0 – это сердце диска, его контроллер. Это десятиканальная модель, которая не претерпела особых изменений по сравнению с контроллером, используемым в 50-нм дисках. Контроллеры Intel сейчас – одни из самых лучших на рынке, но конкуренты не дремлют. Ну а микросхема ISSI IS42S16160C-7TLI – кэш-память X25-M, 32 МБ 166 MHz DDR модуль.

Средняя цена на retail Intel X25-M G2 160 GB в московской рознице составляет примерно 14500 рублей.

LSI 3ware SAS 9750-8i

LSI – один из крупнейших производителей RAID-контроллеров. Некоторое время назад она перекупила у Applied Micro Circuits Corporation линейку 3ware со всеми ее разработками. В результате этого и получилась новая линейка накопителей LSI 3ware.

Контроллер поставляется в большой картонной коробке, где он надежно закреплен на случай возможных падений при транспортировке. В комплекте идет документация, ПО, пара удлинительных кабелей с разъемами mini-SAS и заглушка для установки в низкопрофильные системы. Последнее – практически необходимый аксессуар для подобного оборудования.

При взгляде на плату сразу становится понятно, что перед нами профессиональный продукт. Используются исключительно танталовые конденсаторы, которые обеспечивают куда более высокую надежность в работе, чем традиционные уже твердотельные. Компактное расположение элементов на текстолите позволило сделать плату низкопрофильной (68,9 мм).

Через специальный разъем к плате можно подключить Battery Backup Unit – дополнительную батарею питания, которая обеспечит сохранность массива в случае перебоев с питанием. В принципе уже одной этой возможности должно быть достаточно для решения о переходе к использованию дискретного контроллера. Тут, впрочем, стоит оговориться о стоимости подобного решения – она в московской рознице составляет сумму порядка 16000 рублей.

LSI 3ware SAS 9750-8i взаимодействует с компьютером через интерфейс PCIe x8 2.0. Пропускная способность последнего составляет 8 ГБ/с, чего хватит даже для очень производительного дискового массива. Через два порта mini-SAS к плате можно подключить до 96 устройств. За работу с ними отвечает чип LSISAS2108 — 800 МГц процессор, построенный на архитектуре PowerPC. У него в распоряжении находится 512 МБ оперативной памяти DDRII 800 МГц. При этом используется память ECC (с коррекцией ошибок), что практически необходимо при столь интенсивных нагрузках.

На первый взгляд может быть неочевидно, зачем контроллеру нужна такая вычислительная мощность. Однако в современных моделях используются достаточно интеллектуальные алгоритмы, распределяющие нагрузку между дисками и оптимизирующие производительность. Также для массивов с блоками четности необходимо совершать много операций по расчету контрольной суммы. В случае с программным RAID-массивом или firmware RAID (например, Intel RST, используемом в чипсетах Intel) все расчеты ложатся на CPU, что приводит к соответствующему падению производительности системы. К тому же при использовании этого подхода всё равно не удается достигнуть уровня производительности дискретных решений.

При использовании дисков на магнитных пластинах особенно сильный выигрыш получается в производительности записи, так как контроллер может задействовать свою оперативную память для кэширования данных. Для современных SSD, как мы уже говорили, эта проблема не столь актуальна, однако преимущество от использования дискретного контроллера все равно есть.

Мечта геймера?

Здесь стоит сделать небольшое отступление. По сути своей контроллеры в твердотельных дисках и чипы RAID-контроллеров выполняют похожую функцию – они распределяют нагрузку по нескольким каналам и стараются максимально использовать доступные ресурсы памяти. Поэтому в будущем серверные решения на базе флэш-памяти будут идти в направлении интегрирования памяти и системной логики в единый продукт. LSI занимается разработками в этой области. В марте 2010 года компания представила свое первое подобное решение – PCIe карту LSISSS6200. Это далеко не первая из подобных моделей, но одна из первых, действительно готовых к использованию в серверных системах. Заявлена производительность в 150000 операций в секунду при случайном доступе. А на недавней выставке IDF был представлен RAID-on-chip контроллер LSISAS2208, который будет продаваться производителям SAS и PCIe дисков. Одной из первых компаний, которая представила продукт на основе этой сборки, стала PhotoFast. PowerDrive-LSI позиционируется как геймерское решение, но очевидно, что подобные модели действительно востребованы именно в серверном сегменте.

Тестирование

Перейдем к наиболее интересной части – оценке производительности нашей системы. Мы использовали следующую тестовую платформу:

Мы использовали топовый шестиядерный процессор в разгоне и «почти серверную» материнскую плату от Asus, с контроллером SAS. Для тестов жестких дисков обычно не нужна столь мощная платформа, но для некоторых наших сценариев производительный компьютер пригодится. К тому же, использование RAID может преподнести сюрпризы.

Как мы уже говорили, тесты в данном случае имеют скорее иллюстративный характер, ведь ни о какой реальной конкуренции между используемыми компонентами говорить не приходится. Hitachi Deskstar E7K1000 – недорогая терабайтная модель HDD, которая часто используется в серверах и ЦОДах, но на лидеры по производительности она не претендует. Также и с Intel Rapid Storage Technology – это решение чаще используется для домашних NAS, и с дискретным контроллером конкурировать не может и не должно. Однако тем более интересны результаты сравнения.

Линейное чтение и запись

Начнем с самого простого – линейного чтения и записи по поверхности диска. На графике видно, что скорость для HDD начинается с 120 МБ/с и постепенно падает до 60. Это соответствует постепенному перемещению головок от более далеких участков магнитной пластины к шпинделю. Скорости чтения и записи практически совпадают.

Для SSD наблюдается совсем иная картина, что ясно даже неопытному пользователю. Скорость записи составляет около 110 МБ/с, а чтения – 240 МБ/с. И так по всей «поверхности» диска. Если иметь представление об устройстве SSD, то ничего странного в полученных результатах нет. Полученные данные действительны только для предварительно подготовленного диска, на графики чтения и записи влияет много факторов. Для SSD тесты по поверхности диска – лишь дань традиции, не отражающая их реальной производительности. Поэтому перейдем к более информативным бенчмаркам.

Время доступа

А вот и время доступа. Оно замерялось с помощью тестового пакета IOMeter в сценарии со 100% случайным доступом и блоками по 512 байт. Вот то, о чем мы вели речь в начале статьи. Для операций чтения разница составляет более 300 раз, да и запись у диска от Intel происходит гораздо быстрее. SSD первых поколений иногда очень сильно уступали по времени доступа при записи, но теперь с этим покончено.

Конечно, не стоит ждать 300-кратного прироста производительности в реальных задачах, но именно время доступа является залогом успеха SSD.

Последовательное чтение/запись

Преимущество SSD хорошо видно даже для операций последовательного чтения и записи. Интересны в первую очередь не максимальные значения (они соответствуют заявленным производителем 250 МБ/с при чтении и 100 МБ/с при записи), а поведение дисков при работе с маленькими блоками. X25-M стартует гораздо резвее, изначально демонстрируя практически троекратное преимущество.

Случайное чтение/запись

Про случайную запись и говорить нечего. X25-M выходит на пиковую производительность уже на 512 КБ блоках, а HDD может ее достигнуть лишь при работе с 32 МБ блоками. Не слишком часто встречающаяся в реальности задача, стоит отметить.

Мы протестировали диски, эмулируя с помощью IOMeter серверную нагрузку. Использовались сценарии базы данных, файлового сервера и рабочей станции. Сценарии были разработаны Intel и сайтом storagereview.com уже очень давно и используются практически повсеместно. Во всех них используются блоки размером не более 64 КБ и запросы на 80-100% случайные.

С учетом результатов прошлых бенчмарков можно сразу предположить значительное преимущество твердотельного накопителя. И действительно, для его нормального отображения на графике нам пришлось использовать для оси ординат логарифмическую шкалу.

Файловый сервер

База данных

Рабочая станция

Даже при небольшой глубине очереди наблюдается 40-кратная разница в производительности. Больше того, при увеличении глубины очереди производительность X25-M масштабируется гораздо лучше, чем производительность обычного жесткого диска. В сценариях базы данных и файлового сервера, где работа идет в основном с 8 КБ блоками, разрыв достигает 120-кратного значения.

Пусть данный тест и был полностью синтетическим, но он уже приближен к реальным условиям, и вполне может быть получен при решении реальных задач. Именно поэтому сейчас так много внимания уделяется серверному использованию твердотельных дисков.

А что же насчет домашних ПК и обычных пользователей? Здесь мы тоже подготовили достаточно наглядный материал. PCMark Vantage, давно используемый нами для оценки производительности ПК, позволяет не только выдавать общий балл для компонентов системы, но и подробно рассматривать результаты. Данные по жесткому диску формируются там в результате серии тестов, в которых эмулируется нагрузка, типичная для мультимедийного ПК.

PCMark Vantage

При выполнении мультимедийных задач глубина очереди очень редко бывает выше 5. Поэтому здесь разница в производительности получается не столь впечатляющая, от 3,2 до 32 раз. С другой стороны, это лишь в сравнении с ситуациями, которые складываются при серверных нагрузках. Напомним, при сравнении традиционных HDD друг с другом отрыв хотя бы в 2 раза считается разгромом для «проигравшего» диска.

Обратите внимание, что самый большой отрыв X25-M наблюдается при сложной многопоточной нагрузке. Производительность обычного диска в таком случае сильно проседает, а у SSD лучший и худший результат различается примерно в 1,4 раза. И именно эти случаи представляют наибольший интерес – загрузка системы, запуск приложений…

Понятно, что производительность дисковой подсистемы – это не всё, что определяет скорость загрузки приложений. Важны также остальные компоненты, к тому же от некоторых задержек избавиться очень и очень сложно. Поэтому мы решили также показать реальные данные, полученные нами при замерах с секундомером. Для этого использовался специальный тестовый образ, который устанавливался на оба диска. Измерялось время загрузки ОС (с момента прохождения POST до полной загрузки всех приложений), пакетов Photoshop CS5, 3ds Max 2010 и игры Far Cry 2. Также мы сравнили производительность дисков при выполнении архивации. Этот тест обычно используется нами для проверки возможностей CPU, но, очевидно, его результаты также должны немного зависеть от дисковой подсистемы. Понятно, что точность наших измерений ограничена возможностями человека (кроме архивации, время которой можно замерить с помощью ПК), но мы делали несколько тестовых замеров с усреднением, и разброс был в пределах 0,3 с.

Скорость выполнения

Ну что же, это не 300-кратное преимущество, и даже не 100-кратное ; тем не менее, оно достаточно значительно. Радикально меняется отзывчивость системы. Это касается практически любой операции, которая включает в себя обращение к диску, даже открытие какой-нибудь папки. Вместо привычных «фризов» окно появляется моментально, со всем содержимым. Запуск Photoshop за 2,6 секунд после запуска с обычного HDD кажется мгновенным. Именно моментальную реакцию можно назвать краеугольным камнем для разработчиков компьютерных комплектующих и софта. При работе пользователя не должно возникать никаких помех, будь то неудобство интерфейса или его медленная работа. Тут еще есть к чему стремиться, но переход к использованию SSD расширяет круг задач, которые выполняются незаметно для пользователя.

Мы сравнивали скорость работы не только для Far Cry 2, но и для других игр. Тут пока прогресс относительно невелик, но субъективно он больше 20% (указанные цифры нам удалось измерить при запуске бенчмарка и они хорошо воспроизводились). Это бывает заметно при загрузке/сохранении и подгрузке новых.

Архивация, как видите, тоже происходит быстрее. Тут, конечно, сменой процессора можно добиться куда лучших результатов, но мы хотели показать, что SSD ускоряют работу системы во многих задачах, даже достаточно неожиданных.

Ну а теперь самое интересное – 5 X25-M G2 в режиме RAID0. Мы проверили производительность этих массивов с помощью IOMeter, дабы оценить потенциал использования в серверных сценариях.

Последовательное чтение

При последовательном чтении ICH10R сразу же начинает вести себя странно. Во-первых, сказывается лимит пропускной способности в 660 МБ/с. Обычным конфигурациям никогда такого не достигнуть, но у нас-то конфигурация очень даже необычная. Вдобавок к этому, скорость периодически падает в зависимости от размера блока. У контроллера LSI при этом скорость быстро взлетает практически до 1000 МБ/с (к сожалению немного не добираясь до этой значимой цифры) и далее падает, но незначительно. Впрочем, стоит отметить, что на малых блоках интегрированному контроллеру каким-то образом удается добиться большей производительности.

Последовательная запись

При последовательной записи контроллер LSI выжимает максимум из возможностей тестируемых дисков, выдавая скорость в 500 МБ/с. Видимо, здесь сказывается кэширование операций записи. ICH10R тоже показывает хороший результат.

Случайное чтение

Переход к случайному чтению лишь увеличивает отрыв дискретного контроллера. К сожалению, результаты ни одной из моделей здесь не приближаются к теоретической пропускной способности дисков.

Случайная запись

Здесь ICH10R снова оказывается несколько быстрее на малых блоках, но потом модель от LSI быстро возвращает себе лидерство, в то время как скорость интегрированного контроллера оказывается подозрительно низкой.

База данных

Файловый сервер

Рабочая станция

В серверных сценариях уже никаких вопросов не возникает. Наибольший отрыв наблюдается при эмулировании работы базы данных, что объясняется большим количеством запросов на запись.

Наиболее шокирующим для нас оказалось то, что нагрузка на процессор при использовании интегрированного контроллера порой оказывалась достаточно значительно. Максимум был достигнут при операциях последовательного чтения с массива блоков по 2 КБ. Казалось бы, 15% - это не очень много, но ведь в нашей системе работал разогнанный шестиядерный процессор, к тому же RAID0 – наименее ресурсоемкий из массивов.

Выводы

Мы наглядно продемонстрировали, в чем именно заключается преимущество твердотельных дисков перед традиционными моделями на основе магнитных пластин. Конкретно Intel X25-M G2 считается на данный момент одним из оптимальных вариантов для покупки, так как обладает стабильно высокой скоростью под любыми типами нагрузки и полностью лишен проблем с неожиданной деградацией.

Разумеется, конкуренты не дремлют и уже сейчас есть небезынтересные модели, о которых мы вам непременно расскажем.