Жесткие диски: что происходит?

27 март, 2005 - 23:00Сергей Макаров

Как было

Давайте вернемся немного назад и вспомним некоторые цифры. Производители винчестеров приучили покупателей к довольно жестким срокам обновления своих модельных рядов. Раз в полгода плотность записи и, соответственно, емкость пластин увеличивались на 40%, и, как следствие, на рынке появлялись новые диски все большего объема. За год емкость HDD выросла вдвое. Это приводило к достаточно быстрому снижению цен на модели среднего уровня. Зачастую реальной необходимости в смене диска, приобретенного год назад, у пользователя не возникало, но рост плотности записи давал не только "прибавку в весе" новым моделям HDD, но и существенно увеличивал скорости линейного чтения и записи. К тому же по финансовым соображениям обновлять HDD имело смысл не реже одного раза в 12 месяцев, потому как за ту же стоимость можно было приобрести винчестер чуть ли не вдвое большего объема, чем 6 месяцев назад.

Появление моделей стандарта Serial ATA ситуации ничуть не изменило, а скорее, даже еще больше усложнило ее для конечных пользователей диска, оптимального по стоимости хранения гигабайта информации. Помимо этого, добавилась еще альтернатива в лице SATA 1.0, вокруг которого маркетинговой шумихи было гораздо больше, чем она имеет реальных преимуществ. Причем существование двух вариантов SATA HDD – "native" в варианте от Seagate и с мостом PATA-to-SATA от всех остальных – также вносило свою долю неразберихи. Ну и уж такой шаг ряда производителей, как искусственное замедление скорости работы PATA-дисков по сравнению с SATA, окончательно превращал выбор винчестера в занятие не для слабонервных. Появление в конце истекшего года продуктов с поддержкой технологии NCQ, споры о реальной необходимости которой для домашнего пользователя начались задолго до того, как стали реально доступны на рынке соответствующие диски, и которые не прекращаются до сих пор, особо проблему выбора не усугубило, потому как "дальше уже некуда"...

К чему это все говорится? Мы пытаемся подвести читателя к пониманию того, что вышеупомянутый застой на рынке HDD на самом деле во благо. В очередной раз производители настолько разогнались в соревновании по поводу того, у кого выше плотность записи, емкость и чаще обновляются модельные ряды, что не заметили одной простой вещи – массовому пользователю не нужны такие темпы, объемы, скорости. Более того, есть такая небольшая, но в то же время очень неприятная проблема, имя которой "технологический предел". И вот в области увеличения плотности записи он уже практически достигнут. Кто-то смог вовремя остановиться, но далеко не все. К примеру, Seagate его проскочила. О том, чем это закончилось, мы поговорим немного позже, а сейчас сделаем первую ремарку – существовавшая "гонка вооружений" в секторе HDD привела не только к насыщению рынка, но и исчерпала на сегодняшний день практически все технологические резервы разработчиков. Получается классическая ситуация – "верхи" (производители) не могут обеспечить ими же самими заданные темпы, а "низы" (покупатели) просто не хотят эти темпы оплачивать. В итоге мы наблюдаем сейчас войну пресс-релизов, а не реальных продуктов.

"Нужно экономить"

График чтения для диска Seagate Barracuda 7200.8 (250 GB)

График чтения для диска Seagate Barracuda 7200.8 (300 GB)

Первый тревожный звоночек прозвучал во времена снижения срока гарантии на жесткие диски с 3 лет до 1 года. Производители в один голос утверждали, что с надежностью новых дисков это никак не связано, она стала даже выше, чем была ранее. Ну, с этим поспорить сложно, но вот объяснения, почему же в таком случае снижен гарантийный срок, получить было очень непросто.

На самом деле все достаточно прозаично – нормы прибыли от продажи жестких дисков упали настолько сильно, что обеспечивать 3 летнюю гарантию разработчикам стало просто невыгодно. Начались судорожные попытки экономить на всем, чем только можно при производстве, чтобы не продавать диски себе в убыток. К примеру, унификация дизайна. Возьмем хотя бы линейку Deskstar компании Hitachi GST. Существуют одно- (1LP), трех- и пятипластинные конструкции шасси жестких дисков этой серии. Причем двух- и трехпластинные модели выпускаются в одном корпусе. Какая цель преследовалась кроме унификации, догадаться несложно – снижение затрат на разработку. Причем HGST далеко не единственная компания, которая пошла по такому пути.

А теперь мы вплотную подошли к тому, что стало основой производства HDD в последнее время. Это адаптивное форматирование. Суть его заключается в следующем: жесткого понятия плотность записи на пластину более не существует. Она различается не только от пластины к пластине и от модели к модели, но и может быть разной для каждой рабочей поверхности. Причин необходимости перехода на такой режим несколько.

В первую очередь – опять же удешевление и унификация производства. Рассмотрим этот момент на примере новой серии дисков Seagate Barracuda 7200.8. Существует три варианта дисков в данном модельном ряду объемами 250, 300 и 400 GB. Также и три плотности записи – 125, 100 (!) и 133 GB на пластину соответственно. Хотя на самом деле физически используются одни и те же пластины. И несмотря на заявление компании-производителя, что "в дисках данной серии адаптивное форматирование в явном виде не используется", на практике как раз наоборот. Но действительно, не совсем явно... Давайте рассмотрим этот момент более подробно.

При заводском тестировании не все пластины успешно проходят форматирование на максимальную емкость – 133 GB. Оставшиеся можно использовать, но либо не на полную емкость, либо с менее плотным расположением секторов (SPT). В первом случае (речь идет о превращении 133 гигабайтовой пластины в 100 гигабайтовую в Barracuda 7200.8 объемом 300 GB) мы имеем "в явном виде неявное адаптивное форматирование". Прежде всего, внешние, самые быстрые, дорожки "отрезаются" от рабочей зоны. Шаг очевидный – на них наиболее велик риск повреждения данных. Кроме того, уменьшается линейная плотность записи – число секторов на дорожку. К чему это приводит, хорошо видно на приведенных графиках чтения для моделей емкостью 250, 300 и 400 GB – Transfer Rate в начальной области диска у 300 гигабайтового диска ниже, чем у младшего, 250 гигабайтового, именно за счет уменьшения рабочей зоны. Линейная плотность записи снижается и в том и в другом случае.

К чему мы пришли? В процессе заводского форматирования физически идентичных пластин мы получаем три варианта: наиболее качественный – форматированные на максимальную скорость, а значит, и наиболее быстрые (7200.8 400 GB); менее качественный – со сниженной плотностью секторов (адаптивное форматирование в явном виде) – 7200.8 250 GB; "отбраковка" – со сниженным SPT и урезанной рабочей зоной – 7200.8 300 GB. Но это еще не все... При снятии зонных карт с пластин, применяющихся в дисках серии Barracuda 7200.7 200 GB и 7200.8 300 GB, получается, что они... одинаковые!

И это еще одна из самых очевидных причин использования адаптивного форматирования. Плотность записи на разных рабочих поверхностях одинакова. В более тяжелых ситуациях, когда емкость каждой рабочей поверхности различается даже среди дисков одной серии, говорить о каком-то сравнительном анализе быстродействия просто не приходится.

Другой причиной использования адаптивного форматирования является, как это ни печально, пока не слишком высокое качество пластин с плотностью записи 133 GB... Видимо, пока никто из производителей, за исключением Seagate, не торопится переходить на них, хотя первые анонсы прозвучали еще летом–осенью прошлого года...

Это тот самый "технологический предел", о котором мы говорили в начале статьи. 125 GB, 133 GB – тот максимум, на который можно рассчитывать при существующих технологиях записи. Производители ожидают скорого внедрения технологии "перпендикулярной записи", что позволит не только дальше наращивать объем пластин, но и вернуть темпы увеличения плотности записи, существовавшие совсем недавно. То есть гонка только замерла на время, а не прекратилась совсем. В ближайшем будущем все вернется на круги своя. Разумеется, до следующего "порога".

Пока же можно немного передохнуть и приготовиться к встрече SATA 2.0, появление которого уже не за горами. Практически все производители уже имеют, по их словам, работающие образцы дисков с поддержкой нового интерфейса. Ну а нам остается подождать реальных продуктов и, дабы несколько скрасить это ожидание, посмотреть, а кто же в очередной раз окажется "всех быстрее" среди пусть и немногочисленных, но все же новых продуктов, появившихся за последнее время на рынке.

Результаты тестов

К сожалению, в Украине на сегодняшний день доступно не так уж много новых моделей винчестеров. К примеру, отсутствуют высокоемкие диски от Hitachi. Но и того, что набралось, вполне достаточно для небольшого экспресс-тестирования. В данном случае мы решили не проводить полномасштабного сравнения, а ограничиться исключительно пользовательскими задачами копирования файлов различного объема и дефрагментацией диска. Последний тест имеет довольно мало практической ценности сам по себе, потому как процесс дефрагментации – не часто выполняемая задача, но, с другой стороны, из-за высокой хаотичности обращений к диску он позволяет оценить работу винчестера в случаях "тяжелого копирования", а также проверить работу алгоритмов чтения/записи в firmware и, как это станет ясно при взгляде на диаграммы, оценить влияние NCQ хотя бы в одном режиме, доступном обычному домашнему пользователю.

Тестовый стенд был собран на основе материнской платы Gigabyte GA-8GPNXP Duo (Intel 915P, память GeiL 512 MB DDR533, процессор Pentium 4 Prescott 3,6 GHz), использовалась ОС Windows XP Professional SP2 с файловой системой FAT 32.

Замерялось время копирования каталогов, содержащих пять файлов общим объемом 3,3 GB и 80 000 файлов объемом 1 GB. Тестируемый жесткий диск разбивался на два раздела (в пределах первых 32 GB адресного пространства для лучшего изучения механизмов отложенной записи и упреждающего чтения в тестируемых дисках). Копирование происходило с одного раздела на другой. Дефрагментировался раздел объемом 5 GB, имеющий 42%-ную степень фрагментации файлов.

Начнем со времени копирования больших файлов. В данном тесте максимальная разница между участниками составила менее 50 с, что при общем времени 2–3 мин весьма существенно. Поразительно, но лучший результат показал новый диск от Maxtor, причем не SATA-, а IDE-модель. Впрочем, при включении механизма маршрутизации команд разрыв между SATA- и PATA-версиями этих дисков исчез. А вот HDD Seagate отнеслись к манипуляциям с NCQ довольно прохладно – никакого выигрыша в скорости сортировка очереди команд в данном случае не дала.

Если обратиться к скорости работы наших участников при манипуляции большим количеством мелких файлов, то здесь в лидерах старшая модель Seagate. И вновь NCQ не дает ровным счетом никакого увеличения быстродействия. В конце же турнирной таблицы оказались диски Maxtor и WD, что говорит о некоторых недоработках в прошивке этих дисков. Впрочем, разрыв между различными моделями очень небольшой, и лишь продукт WD явно выбивается из общего ряда.

Ну а теперь самое интересное – дефрагментация. Здесь включение сортировки запросов дает поразительный результат – время работы уменьшается в 5 (!) раз. Пока это единственная обнаруженная задача для настольных систем, где NCQ реально выигрывает в скорости. Но с другой стороны, дефрагментация диска сводит на нет все преимущества в скорости этих дисков по сравнению с обычными моделями.

Подводя краткие итоги по краткому же тестированию, отметим, что старшая модель Barracuda 7200.8 и новые диски Maxtor показывают очень неплохие скоростные характеристики. И не только за счет NCQ, но и благодаря высокой плотности записи и хорошо оптимизированному firmware. Все-таки для домашнего пользователя эти моменты до сих пор остаются более важными, чем различные механизмы сортировки команд, оказывающиеся эффективными в тех задачах, которые в повседневной работе на настольных системах практически не возникают.

Жесткие диски для тестирования предоставлены: Western Digital, Maxtor – компания Millennium Distribution, тел.: (044) 246-8242, Seagate – компания ELKO (www.elko.kiev.ua)