Смогут ли гибридные жёсткие диски изменить мир HDD?

Сегодня весьма много производителей винчестеров анонсировали твёрдотельные накопители на флэш-памяти в форм-факторах 2,5" и 1,8". Но они всё ещё остаются эксклюзивными high-end продуктами из-за высокой цены гигабайта. На данный момент вы можете потратить $300 за 750-Гбайт 3,5" настольный жёсткий диск или на 16-32-Гбайт HDD на флэш-памяти. Впрочем, есть и промежуточное решение под названием гибридные жёсткие диски (H-HDD), которые сочетают традиционный винчестер с дополнительной энергонезависимой флэш-памятью для хранения наиболее часто использующихся данных. Microsoft и производители накопителей, такие как Samsung, обещают большее время автономной работы ноутбуков, рост производительности и надёжности при использовании гибридных винчестеров.

Мы ждали этого события многие месяцы, но наконец-то оно свершилось: в нашу лабораторию поступил первый гибридный жёсткий диск Samsung SpinPoint MH80. Он очень близок к SpinPoint M80, который мы
рассматривали раньше, но MH80 имеет дополнительные 256 Мбайт энергонезависимой (NV) флэш-памяти. Флэш-память может работать там, где обычные жёсткие диски не справляются: энергонезависимая флэш-память не боится механических ударов, у неё очень малое время доступа, она потребляет меньше энергии, чем шпиндель винчестера. Принцип H-HDD позволяет OEM-производителям записывать во флэш-память специфические часто используемые данные для ускорения доступа, а также превращает флэш-память в буфер чтения/записи и кэш приложений, позволяя останавливать шпиндель винчестера во время бездействия, снижая энергопотребление.

Концепция H-HDD нацелена, главным образом, на мобильные жёсткие диски. И тому есть две причины. Во-первых, эти винчестеры намного
медленнее настольных жёстких дисков, так что любой прирост производительности можно только приветствовать. Во-вторых, для мобильных пользователей острее стоят вопросы энергопотребления и надёжности.

На разработку H-HDD ушло несколько лет, поскольку и флэш-память должна была достичь оптимальной цены за гигабайт, да и алгоритмы борьбы с износом следовало доработать: помните, что у ячеек флэш-памяти ограниченное число циклов перезаписи. Наконец, требовалась и поддержка со стороны ОС, заставляя пользователей переходить на Windows Vista.

Давайте посмотрим, на что способны новые гибридные жёсткие диски.

Гибридные жёсткие диски (H-HDD) и Vista ReadyDrive

Конечно, технически требуется не ОС Windows Vista, а функция Vista: ReadyDrive. Возможно, вы уже знакомы с функциями увеличения производительности
SuperFetch и ReadyBoost, которые используют доступную память для буферизации данных приложений (SuperFetch) и расширяют возможности кэширования благодаря поддержке флэш-брелоков USB (ReadyBoost). Последняя функция наиболее интересна для систем с памятью 1 Гбайт и меньше, хотя мы не рекомендуем ставить Vista, если у вас меньше 1 Гбайт ОЗУ. ReadyDrive расширяет кэширование, захватывая энергонезависимую флэш-память гибридного жёсткого диска, в которой можно хранить ключевые файлы Windows Vista, данные часто используемых приложений (в частности, OEM-производителей) и данные SuperFetch, ускоряя время загрузки Windows и запуска приложений.

Чтобы поддержать флэш-память в жёстком диске пришлось изменить набор команд ATA. Спецификация ATA8-ACS включает команды, отвечающие за две важные функции: управление данными, которые нужно хранить во флэш-памяти, и управление переходом в режим работы с флэш-памятью. Windows Vista автоматически распознаёт H-HDD и умеет работать с флэш-памятью жёсткого диска. Поддерживается только один H-HDD, причём это должен быть системный жёсткий диск.

По внешнему виду H-HDD не отличить.

Поддерживается объём флэш-памяти от 50 Мбайт до 2 Тбайт, но Microsoft рекомендует объём от 128 Мбайт до 1 Гбайт. Чем больше флэш-памяти в жёстком диске, тем больше можно записывать данных приложений. Эта функция интересна, в честности, OEM-производителям, чтобы гарантировать быстрый запуск и доступность некоторых программ. Вся оставшаяся ёмкость используется для кэширования приложений и SuperFetch.

Впрочем, большой объём скоростной флэш-памяти - удовольствие дорогое. Жёсткий диск Samsung, который мы получили, был оснащён 256 Мбайт флэш-памяти, помогающей ускорить время запуска приложений. Как считает Samsung, такой объём является хорошим компромиссом между ценой и производительностью ReadyDrive, обеспечивая ощущение производительности 7 200 об/мин на жёстком диске 5 400 об/мин.

Если использовать несколько каналов, то по производительности SLC-флэш-память может обойти жёсткие диски, причём по всем параметрам, но такие конфигурации слишком дорогие. Как мы предполагаем, первые гибридные жёсткие диски будут обеспечивать постоянную скорость чтения флэш-памяти до 30 Мбайт/с. Хотя 2,5" жёсткие диски превысили пиковую скорость чтения 50 Мбайт/с, такой скорости более чем достаточно, поскольку флэш-память не страдает из-за больших задержек доступа.

Microsoft обозначила минимальный порог производительности H-HDD, и Vista автоматически определяет производительность H-HDD после его обнаружения.

Windows Vista ReadyDrive

ReadyDrive - функция Vista, обеспечивающая поддержку гибридного HDD. Она позволяет повысить производительность, ускоряя время запуска приложений из флэш-памяти. Кроме того, использование флэш-памяти для записи данных вместо физического диска позволяет остановить шпиндель, снижая среднее энергопотребление H-HDD и повышая надёжность работы, поскольку головки запаркованы. Наконец, когда шпиндель не вращается, жёсткий диск слабее нагревается и не шумит. В теории гибридные жёсткие диски определённо лучше традиционных.

Привязка приложений (Application Pinning)

Если вы внимательно смотрели таблицу выше, то помните сочетание "область приложений". Для OEM-производителей предоставляются специальные утилиты, позволяющие записывать приложения в отдельную область флэш-память, чтобы увеличить скорость их выполнения. Как мы считаем, подобная привязка приложений во флэш-память имеет смысл для пользователей, кому нужна максимальная производительность. К сожалению, у обычного пользователя (пока) нет возможности определять, какие приложения будут привязаны к флэш-памяти.

SuperFetch

Оставшаяся кэш-память, которая не используется для хранения прошивки винчестера, привязки приложений или кэша записи, может использоваться для буферизации часто используемых приложений для последующего ускоренного запуска. Как мы обнаружили, SuperFetch действительно вносит улучшения, но всё не будет лишним некоторый объём неиспользуемой оперативной памяти. По нашему опыту эта функция лучше всего работает на системах, содержащих не меньше 2 Гбайт памяти. Дополнительную информацию можно найти в нашей статье
Windows Vista: тесты SuperFetch и ReadyBoost. Часть II.

С 256 Мбайт флэш-памяти жёсткий диск Samsung обеспечивают для функции SuperFetch всего около 135 Мбайт. Учитывая, что функция SuperFetch быстро "съедает" сотни мегабайт памяти, такой объём не кажется значительным. Кроме того, если мы сравним пропускную способность флэш-памяти 30 Мбайт/с с пропускной способностью ОЗУ в несколько гигабайт в секунду, то использование флэш-памяти H-HDD для буферизации данных приложений не кажется значимым. Впрочем, не повредит, конечно.

Гибридный жёсткий диск Samsung SpinPoint MH80

Мы получили жёсткий диск HM16HJI от Samsung, обеспечивающий 160 Гбайт ёмкости (две пластины) и 256 Мбайт флэш-памяти для Windows Vista ReadyDrive - Samsung называет эту функцию FlashON. Жёсткий диск выглядит как любая другая модель Samsung и работает как любые другие винчестеры. Да и вес 100 грамм вписывается в стандартные рамки. Скорость вращения шпинделя составляет 5 400 об/мин, кэш-память - 8 Мбайт (флэш-память не используется для замещения быстрого встроенного кэша). Как и другие модели Samsung, H-HDD имеет трёхлетнюю гарантию.

Samsung использовала интерфейс SATA/150, хотя некоторые другие производители выпускают 2,5" модели с 300-Мбайт/с SATA. Но, как нам кажется, интерфейс 150 Мбайт/с подходит лучше, поскольку более быстрая скорость интерфейса не даёт автоматически более высокую производительность, а потребляет больше энергии. А если требуется обеспечить максимальное время автономной работы, то здесь каждый ватт на счету.

Samsung на своём сайте опубликовала данные об энергопотреблении: максимальная скорость раскрутки 4,5 Вт не интересна, но вот сравнение энергопотребления при нагрузке чтение/запись на диски и во флэш-память очень любопытно. Что касается дисков, то Samsung указывает энергопотребление 2,0 Вт, а для чтения из флэш-памяти требуется 0,85 Вт, а для записи - всего 0,75 Вт. Обратите внимание, что такие значения актуальны только если привод полностью работает с флэш-памятью, а шпиндель остановлен. Если будут запрошены данные с физического диска или при записи будет превышен объём буфера 32 Мбайт, то шпиндель вновь запустится.

Технические спецификации

Тестовая конфигурация

Результаты тестов

Диаграмма передачи данных

Время доступа

Производительность интерфейса

Скорость записи

Тесты приложений

Энергопотребление

Самому экономичному 2,5" жёсткому диску на 5 400 об/мин требуется 0,5 Вт в режиме бездействия и 2,2 Вт во время работы. HM16HJI потребляет 0,7 Вт в режиме бездействия, что близко к 0,8 Вт у обычной модели HM160JI. Но 3,1 Вт в режиме работы заметно выше 2,6 Вт у модели без флэш-памяти.

Производительность ввода/вывода

Тесты, специфичные для гибридных HDD

Производительность запуска Windows XP

Время запуска Windows Vista

Гибридный жёсткий диск даёт определённые преимущества по старту Windows Vista. Наша тестовая система - ноутбук Acer Ferrari 1000 с процессором Turion 64 X2 и 2 Гбайт ОЗУ - загружалась до экрана ввода пароля Winows Vista почти 33 секунды на обычном винчестере, но после перехода на Samsung H-HDD время сократилось до 24 секунд. Разница ощутима.

Время автономной работы

Мы вновь использовали ноутбук Acer Ferrari 1000 Turion 64 X2, который позволил сравнить время автономной работы при установке H-HDD и обычного жёсткого диска. Для теста автономной работы мы установили "чистую" копию Vista и выставили максимальный режим энергосбережения, когда процессор всегда работает на 800 МГц. Яркость дисплея была выставлена на две ступеньки меньше максимальной, в опциях было выставлено выключение системы, когда заряд аккумулятора снизится до 1%. Мы установили время остановки жёсткого диска на три минуты бездействия, для H-HDD был активирован гибридный режим.

Microsoft и производители жёстких дисков обещают увеличение времени автономной работы на 10% после перехода на H-HDD. Поскольку специализированных тестов, таких как MobileMark, под Windows Vista ещё нет, нам пришлось создать пакетный файл, который запускает простые приложения, симулирующие офисный и мультимедийный сценарии использования ноутбука. Мы убедились, что во время пакетного запуска на жёсткий диск записывается не больше 32 Мбайт информации, поскольку именно такое количество данных может принимать H-HDD до запуска шпинделя жёсткого диска, когда данные начнут сохраняться на пластины. Мы решили использовать стандартную батарею субноутбука Acer Ferrari 1000, ёмкость которой составляет всего 2000 мА-ч. У нас есть и более ёмкая батарея, но тогда и время тестового запуска было бы больше.

Результаты оказались несколько разочаровывающими: использование H-HDD привело к увеличению времени автономной работы всего на 2 минуты, то есть всего на 3% (ну хоть что-то). Если установить более мощный аккумулятор на 5 200 мА-ч, то мы получаем 172 минуты автономной работы с обычным HDD и примерно 177 минут с гибридным винчестером. Поскольку H-HDD требует ещё большее энергии в режиме работы, то можно ожидать снижения времени автономной работы, если шпиндель будет вращаться постоянно.

Заключение

Главный вопрос нашей статьи - следует ли сегодня переходить на гибридные жёсткие диски или нет? Пока мы рекомендуем не торопиться. Хотя H-HDD находятся на раннем этапе внедрения и разработки, и будущие версии наверняка будут быстрее или с болеё ёмкой флэш-памятью, от результатов тестов никуда не деться. Преимущества по производительности первого гибридного винчестера в Windows Vista меняются от никаких до незначительных. Да и прирост времени автономной работы не впечатляет.

Жёсткий диск Samsung HM16HJI обеспечивает производительность на уровне обычных мобильных винчестеров на 5 400 об/мин. Время доступа и скорость передачи средние, причём аналогичная модель HM160JI без флэш-памяти даёт чуть более высокую производительность.Мы провели тесты времени автономной работы и замерили время запуска Windows Vista, где концепция H-HDD должна себя оправдывать. К сожалению, специализированные тесты автономной работы под Windows Vista пока не вышли. Конечно, Windows Vista на гибридном жёстком диске загружалась быстрее - 24 секунды против 32 секунд - но прирост времени автономной работы оказался всего 3%. Даже на батарее с высокой ёмкостью прирост составляет единицы минут: снижение яркости дисплея на одну ступень даст такой же эффект. Обещанный прирост в 10% мы так и не получили.

Следует отметить, что мы не столкнулись с какими-либо трудностями во время тестов гибридного винчестера. Windows Vista автоматически определяет H-HDD и включает функцию кэширования, после чего операционная система загружается заметно быстрее. Концепция гибридного жёсткого диска работает, и, как мы надеемся, в будущем она значительно улучшится. Но сегодня мы не рекомендуем переплачивать за H-HDD. Пользователям, кому нужна максимальная производительность, следует дождаться приличных твёрдотельных жёстких дисков. Всем остальным лучше увеличить время автономной работы ноутбука с помощью механизмов энергосбережения или выставив яркость на меньший уровень.