Грамотный выбор жесткого диска (HDD). Методика измерения энергопотребления жёстких дисков
ВведениеТрадиционно основными характеристиками жесткого диска, достойными подробного рассмотрения в обзорах, считаются его ёмкость и производительность – конечно, оба параметра (а особенно второй) хоть и имеют много разных аспектов, но по большому счёту, всё внимание авторов обзоров сводится к этим двум пунктам.
Такая же характеристика жёсткого диска, как его энергопотребление, долгое время оставалась за кадром. Казалось бы, она несущественна – ну на что может повлиять десяток ватт, когда современная видеокарта или процессор потребляют на порядок больше? – однако это не совсем так.
Во-первых, в последнее время тема энергосбережения стала весьма популярна среди производителей – скажем, новый стандарт Energy Star 4.0 указывает, что жёсткий диск должен потреблять в простое не более 7 Вт или не более 14 % от общего потребления компьютера (с учётом развитых режимов энергосбережения современных процессоров, 14 % от общего потребления офисного ПК в режиме простоя могут оказаться не такой уж большой величиной). Обусловлено это многими факторами – борьбой за экологию, проблемой постоянной нехватки мощности энергосистем в промышленно развитых странах, стремлением сократить счета за электроэнергию... Конечно, в масштабах одного компьютера экономия невелика, но если вспомнить, что в одном офисном здании в наше время могут стоять сотни компьютеров – цифры получаются вполне весомые.
Во-вторых, и это более значимо в, так сказать, наших персональных масштабах, энергопотребление винчестера равно его тепловыделению, тепловыделение при прочих равных условиях определяет его температуру, а температура – время наработки на отказ. Например, если обратиться к весьма известному исследованию компании Google "Failure Trends in a Large Disk Drive Population
" (формат PDF, 242 кбайта), то увидим, что для новых винчестеров вероятность выхода из строя от температуры зависит слабо – а вот для уже отслуживших три года она резко увеличивается, если температура превышает 40°C.
Влияние температуры диска на вероятность отказа
(по данным Google)
Соответственно, выбрав более экономичный диск, мы при прочих равных условиях обеспечим меньшую его температуру – и большую надёжность в долгосрочном периоде. Особенно это важно для компактных microATX-корпусов, многие из которых не имеют возможности установки отдельного вентилятора для обдува жёстких дисков; впрочем, даже в полноразмерных корпусах при установке трёх-пяти дисков проблема их нагрева становится существенной.
В-третьих, жёсткие диски применяются не только в настольных компьютерах, но и в ноутбуках – до перехода на твердотельные флэш-накопители (SSD, Solid State Drive) нам всем ещё далеко. И хотя и в ноутбуке винчестер является далеко не самым прожорливым компонентом, совсем забывать о нём не стоит: свою лепту в продолжительность работы при питании от аккумулятора он вносит.
В-четвёртых, многие пользователи покупают 2,5" жёсткие диски для использования в качестве переносных накопителей – в коробочках с USB-интерфейсом. Многие из подобных коробочек не имеют дополнительного питания, в то время как один разъём USB может обеспечить ток не более 500 мА – и в случае с некоторыми винчестерами, потребляющими больший ток, это приводит к проблемам: диск может работать нестабильно или же не распознаваться компьютером вообще.
Особенный же интерес измерениям энергопотребления винчестеров придаёт наметившаяся тенденция к гонке за экономичностью среди их производителей – так, буквально на днях компания Hitachi объявила о выпуске экономичных жёстких дисков Deskstar P7K500, предназначенных для настольных компьютеров, но при этом использующих технологии энергосбережения, уже отработанные в ноутбуках.
В данной статье мы укажем некоторые проблемы, возникающие при экспериментальном измерении энергопотребления жёстких дисков, и методы их решения. Описанная ниже методика будет в дальнейшем регулярно использоваться нами в тестах жёстких дисков.
Методика измерений
Для проведения точных измерений энергопотребления жёстких дисков мы собрали несложную электронную схему, позволяющую нам регистрировать ток произвольной формы, меняющийся с высокой частотой. Основная проблема заключается в том, что для таких измерений традиционно используется осциллограф – однако на его вход надо подавать напряжение, а не ток. Соответственно, нам нужен преобразователь ток-напряжение:
Последний представляет собой два шунта сопротивлением по 0,05 Ом, включённые в разрыв проводов питания тестируемого жёсткого диска. Соответственно, на каждый ампер потребляемого диском тока на шунте падает напряжение 0,05 В. Сигнал с шунта умножается операционным усилителем (LM324N) чуть менее чем в 20 раз – в результате на выходе мы получаем напряжение, пропорциональное потребляемому винчестером току, с масштабом 0,96 В на 1 А. Кроме того, нулевому потреблению жёсткого диска соответствует напряжение 1,525 В на выходе нашей схемы, поэтому полученный с неё сигнал пересчитывается из вольт U в амперы I по следующей формуле:
I = ((U-1,525)/0,96) А
Для аккуратного измерения тока, меняющегося с большой скоростью, мы используем осциллограф Velleman PCSU-1000 , регистрирующий напряжение на выходе описанной выше схемы. Временная развёртка осциллографа устанавливается равной 0,5 мс/дел. (частота оцифровки 250 кГц, что достаточно для регистрации сигнала с частотой до 125 кГц), чувствительность – 0,5 В/дел. Развёртка осциллографа работает в автоматическом режиме, а снимаемые им осциллограммы передаются в специально написанную для их обработки программу, пересчитывающую полученные с осциллографа вольты в амперы по указанной выше формуле и подсчитывающую среднее и максимальное значения. На каждом этапе измерений для получения максимально точного результата снимается по 180 осциллограмм (измерения длятся 60 секунд, каждую секунду программа запрашивает с осциллографа по 3 осциллограммы), каждая осциллограмма имеет длину 4000 точек – то есть, итоговый результат рассчитывается по 720 тысячам замеров мгновенного потребляемого тока. При необходимости количество измерений можно увеличить. Так как упомянутый осциллограф – двухканальный, то, используя два преобразователя ток-напряжение, можно одновременно измерять потребление жёсткого диска по шинам и +5 В, и +12 В.
В результате обработки результатов измерений программа сообщает нам средний ток по шинам +12 В и +5 В в амперах (и соответствующую мощность в ваттах), а также максимальные зафиксированные значения тока.
Блок-схема измерительной системы
Описанная система подключается к жёсткому диску прямо в компьютере – в разрыв цепи питания. Данное обстоятельство позволяет без проблем измерять энергопотребление винчестеров под любыми типами нагрузок, которые мы можем смоделировать в тестах – например, в IOMeter.
Мультиметр против осциллографа
Но, спросят читатели, зачем такие сложности – усилитель, осциллограф, дополнительные программы?.. Ведь можно же взять обычный цифровой амперметр или мультиметр – и измерить все нужные токи им.Увы, сколь-нибудь адекватные результаты с мультиметром можно получить только в простое, когда головки диска неподвижны. Для иллюстрации причины этого мы сняли осциллограмму потребляемого винчестером Maxtor Atlas 15K II тока при его тестировании в IOMeter в тесте "Random read". Красный цвет соответствует току, потребляемому по шине +5 В, синий – +12 В, уровень нуля отмечен чёрной горизонтальной линией, горизонтальная развёртка равна 5 мс/дел.:
Основная часть энергии, потребляемой диском по шине +12В, затрачивается на перемещение головок; импульсы идут парами: первый соответствует началу движения головки (разгон), второй – окончанию (торможение). Расстояние между ними варьируется от почти нуля до времени, необходимого на перемещение головки от одного края диска до другого – в зависимости от того, насколько диску "повезло" с двумя идущими подряд запросами. Перед началом перемещения головок видно также увеличение энергопотребления по шине +5 В – это активизируется электроника диска, "обдумывающая" очередной запрос.
Впрочем, нас интересует не столько механика работы винчестера, сколько характеристики импульсов. Как вы видите, во-первых, их амплитуда очень высока (в 4-5 раз больше постоянной составляющей), во-вторых, передний фронт почти вертикален, а продолжительность всего импульса может составлять менее миллисекунды. Каковы шансы "поймать" этот пик мультиметром?
Увы, они равны нулю. Мультиметры – это устройства, в основе своей предназначенные для работы с постоянным напряжением (и, соответственно, постоянным током), в них попросту не используются быстрые АЦП, ибо в этом нет никакого смысла. Типичный мультиметр осуществляет измерения с периодом порядка нескольких десятых долей секунды, что на два порядка (!) больше продолжительности импульса тока, порождённого перемещением головок жёсткого диска.
Для большей наглядности мы разложили представленную выше осциллограмму в спектр:
Как вы видите, в данном случае мы имеем большой пик в нуле (постоянная составляющая тока), довольно высокий и более-менее постоянный уровень в диапазоне до нескольких десятков килогерц, высокий всплеск на 42,8 кГц – и ещё один всплеск на 85,6 кГц. Соответственно, чтобы адекватно измерить параметры такого сигнала, нам нужно устройство, способное работать с частотами хотя бы до 100 кГц – и мультиметр к подобным явно не относится.
Для проверки этой теории мы использовали два почти случайным образом выбранных мультиметра – недорогой Mastech M890G и более серьёзный Uni-Trend UT70D . Последний, помимо прочего, обладает функцией индикации среднего, минимального и максимального значений за заданный отрезок времени.
Итак, снова запускаем IOMeter, режим "Random Read", жёсткий диск Maxtor Atlas 15K II – и под стрекот головок смотрим, что покажут нам мультиметры. Так как каждый из них может измерять только одно значение (в отличие от двухканального осциллографа), то подключали мы их к 12-вольтовому каналу.
На первом из них, Mastech M890G, понять что-либо трудно – значение на экране постоянно скачет, в максимуме достигая примерно 2,9 В, в минимуме проваливаясь примерно до 2,4 В. Пользуясь приведённой выше формулой, мы без труда переводим замеченные числа в ток потребления: от 0,84 А до 1,32 А. Уже здесь ясно, что мультиметр явно привирает: на осциллограмме выше отчётливо видно, что разница между максимальным и минимальным значениями намного больше полутора раз; выделить же из скачущих цифр среднее значение и вовсе невозможно.
К счастью, у нас есть ещё UT70D, который умеет среднее значение подсчитывать аппаратно – более того, он ещё может и передавать данные на компьютер по интерфейсу RS-232, так что результаты измерений мы представим сразу в виде снимка экрана:
Слева вы видите окно нашей собственной программы, обрабатывающей данные с осциллографа, справа – окно программы, получающей данные от мультиметра. На последнем большими цифрами указано среднее значение, ниже можно увидеть максимальное и минимальное значения. Мультиметр переключался в режим подсчёта среднего значения одновременно с запуском нашей программы и находился в этом режиме те же 60 секунд, что длился набор данных с осциллографа.
Итак, по показаниям мультиметра: среднее потребление – 1,06 А, максимальное – 1,13 А. По результатам обработки данных с осциллографа: среднее потребление – 1,04 А, максимальное – 2,71 А. Как видите, мультиметр довольно точно показал среднее значение, но, увы, ни одного пика потребления "поймать" так и не смог.
При этом, вообще говоря, нельзя даже сказать, что любой цифровой мультиметр будет правильно показывать хотя бы среднее значение: мы лишь экспериментальным путём установили, что конкретно наша модель UT70D конкретно на данном винчестере показывает весьма похожее на правду число. Будут ли столь же адекватны показания других мультиметров или хотя бы этого же мультиметра на других винчестерах (то есть с другим характером потребляемого тока) – мы не знаем.
И, разумеется, пытаться измерять мультиметром пиковые значения вообще бессмысленно. В нашем случае они даже близко не похожи на правду; более того, если ваш мультиметр вдруг показывает большие значения, из этого никак не следует, что он их показывает правильно – эту правильность можно установить лишь в результате сравнения с полноценной измерительной системой на базе осциллографа, а если у вас есть такая система, то зачем пользоваться мультиметром?..
ВступлениеВот уже много лет мы в тестах жёстких дисков c магнитными пластинами и твердотельных накопителей измеряем потребляемую накопителями мощность. Для этого мы используем специальный стенд, оборудованный осциллографом (о том, почему нельзя измерять потребление накопителей при помощи мультиметра, подробно написано здесь
.) Но при помощи такой установки мы меряем потребление накопителя только в нескольких режимах с использованием синтетической нагрузки, создаваемой тестом IOMeter (случайное чтение, случайная запись, последовательное чтение, последовательная запись). Это даёт нам возможность оценить максимальное потребление накопителя, но ничего не говорит о потреблении накопителя в реальных условиях эксплуатации.
В то же время, судя по активному обсуждению в форумах, пользователей сильно интересует потребление накопителей именно что в боевых условиях – при работе в реальных приложениях. Соответственно, возникла идея – взять ноутбук и использовать его, как измерительное оборудование!
Постановка задачи
Итак, нам нужно сравнить между собой твердотельные накопители и жёсткие диски с магнитными пластинами. Сравнивать мы их будем опосредованно – через измерение времени работы ноутбука. При этом мы, конечно, не получим в явном виде цифры потребления накопителей, но зато сможем оценить масштабы влияния прожорливости накопителя на общее потребление всех систем ноутбука.Не так давно компанией Futuremark был выпущен тестовый пакет PCMark8, в котором появилась возможность измерять время работы ноутбука от батареи в различных сценариях. Тестовый пакет содержит в себе усечённые версии реальных приложений и, в зависимости от запущенного сценария, имитирует работу пользователя в нескольких типичных приложениях.
Наша задача проста – меняем накопители в ноутбуке и запускаем тест. Из многообразия тестовых сценариев PCMark8 нами был выбран сценарий «Home», как наиболее близкий идеологически к сфере применения ноутбуков – домашняя развлекательная станция - средство для просмотра страниц в интернете, создания несложных документов, казуальных игр и общения по сети с использованием вебкамеры.
Методика тестирования
В любезно предоставленный компанией Samsung ноутбук NP530U4C-S01RU устанавливается тестируемый накопитель, на который, в свою очередь, устанавливается операционная система Windows 8 Enterprise, на которую, в свою очередь устанавливаются все доступные пакеты обновлений.Далее устанавливается тестовый пакет PCMark8 и компьютер выключается в ожидании полной зарядки батареи.
После включения ноутбука мы убеждаемся, что батарея действительно полностью зарядилась, ждём 15 минут и потом запускаем PCMark8. Выбираем тест «Home» и режим «Battery life». В качестве OPenCl 1.1 -устройства выбираем видеокарту NVIDIA GT 620M и запускаем тест.
Дожидаемся появления на экране окошка с указанием вытащить из ноутбука адаптер питания и, нежно и трепетно, выполняем его. Тест идёт несколько часов, так что у тестера есть время заняться чем-нибудь полезным.
Участники тестирования
Для сравнения мы подобрали с десяток популярных SSD-дисков, парочку гибридных дисков и несколько дисков с магнитными пластинами. В число дисков с магнитными пластинами мы включили как диски с разной скоростью шпинделя, так и «тонкую» однопластинную модель. Объём SSD-дисков варьировался от 240 до 256ГБ, в зависимости от модели.Полный список протестированных накопителей приведён в таблице:
Результаты тестирования
В приведённой ниже таблице приведены как цифры по времени работы ноутбука от батареи, так и показатели быстродействия в баллах. В столбце «batteryconsumption» приведен процент разряда батареи на момент остановки теста. Программисты Futuremark заложили в PCMark8 следующий алгоритм: тест не разряжает батарею в ноль, а останавливается по мере достижения уровня заряда батареи в 20 процентов. Как видим, во всех случаях вовремя остановится тест не смог – всегда батарея разрядилась чуточку больше, чем планировалось. :)Но это, в общем-то и неважно. Главное – мы получили время работы нотбука от батареи.
Начнём с анализа влияния накопителя на итоговый балл по скорости выполнения теста.
Как видите, при оценке скорости работы системы PCMark8 отдаёт предпочтение SSD-накопителям. Только одному диску с магнитными пластинами удалось прорваться в группу лидеров. Удивительно, но системы с гибридными накопителями не сумели показать существенного преимущества над старыми добрыми жёсткими дисками, хотя сценарий работы теста подразумевает циклическое повторение подтестов в приложениях. Вероятно, объём прокачиваемых тестом данных превышает возможности системы кэширования гибридных накопителей.
Результаты группы лидеров очень близки, так что, памятуя о дисперсии , мы победителя объявлять не будем. Имеет лишь смысл сказать о разнице между лучшим и худшим результатами. Она оказалась довольно велика – более десяти процентов.
Давайте лучше посмотрим на время работы ноутбука от батареи:
И тут нас ожидает неприятный сюрприз – оба гибридных диска оказались не на высоте. Впрочем, это легко объяснить: гибридные диски сочетают в себе два устройства – обычный диск с магнитными пластинами и контроллер, работающий с микросхемой флеш-памяти. В зависимости от характера обращения к гибридному накопителю контроллер и флешь-память могут, как экономить электроэнергию, так и увеличивать её расход. Если судить по баллам теста на скорость, система кэширования данных в гибридных дисках сработала вхолостую и лишь увеличила потребление накопителя в целом.
Далее по диаграмме наблюдаем группу SSD-накопителей, «заряженных» на максимальную производительность. Plextor M5 Pro, Corsair Neutron GTX – всё сплошь топовые модели. Видимо, для достижения максимальной скорости экономичностью накопителей решили пожертвовать…
Очень неплохо выступили жёсткие диски классической архитектуры, особенно диски Hitachi. Но не они стали победителями в этом тесте. Победил здесь не самый быстрый, но, как оказалось, самый экономичный диск – Kingston SSDNow V+ 200 series. В шаге от него оказались два диска Samsung, и это надо отметить особо, потому что их мы «не быстрыми» назвать не можем. Наоборот, по нашим тестам производительности это одни из самых быстрых дисков на рынке.
Но, постойте! Мы совершенно забыли один досадный факт – полученное время работы от батарей для разных накопителей нельзя сравнивать напрямую! Мы же не учли, что в некоторых случаях батарея разряжалась сильнее (т.е. тест работал дольше). Как же нам привести данные к общему знаменателю?
Давайте примем для себя, что характер разряда батареи – линейный. Тогда мы можем экстраполировать полученные в тесте данные для случая полного разряда батареи:
Внутри диаграммы наблюдаются небольшие перестановки, но, в целом, картина сильно не изменилась. Как и в случае тестов на производительность, оценим разброс результатов по времени работы – примерно на 7.5 процентов можно продлить время работы ноутбука в PCMark8-Home, поменяв в нём Seagate Momentus XT на Kingston SSDNow V+ 200 series.
Итак, получены ответы на многие вопросы. Осталось только понять - какой же диск лучше использовать в ноутбуке, если мы хотим сочетать и производительность, и долгое время автономной работы?
Если принять, что оба параметра для нас одинаково важны, то можно просто посчитать среднее геометрическое от баллов PCMark8 и времени работы. Тогда у нас получается вот такой расклад:
Неожиданно, правда? Но еще более любопытно то, что Hitachi HTS547550A9E384 – штатный диск ноутбука NP530U4C-S01RU , и именно поэтому он был включён в это тестирование.
Инженерам Samsung – моё почтение. :)
Выводы
Проведённые тесты позволили нам не только приобрести бесценный опыт, но и помогли развеять несколько устоявшихся мифов.Тестирование в PCMark8 показало, что:
При типичной работе в ноутбуке SSD-диски не намного экономичнее классических жёстких дисков.
При типичной работе в ноутбуке SSD-диски не намного быстрее классических жёстких дисков (а, зачастую, они и медленнее!)
Гибридные накопители оказались не быстрее классических жёстких дисков при большем энергопотреблении.
Хотя, быть может, это частное мнение Futuremark... ;)
Сравнение энергосберегающих жёстких дисков
Жёсткие диски, о которых пойдёт сегодня речь, вряд ли побьют рекорды производительности, зато в том, что касается соотношения "ёмкость/ватт", они могут стать рекордсменами. Компании Hitachi Global Storage Technologies (HGST) и Western Digital уже выпустили накопители, удовлетворяющие требованиям пользователей, которые заботятся об экономии энергии. Hitachi Deskstar P7K500 и "зелёная" линейка WD GreenPower снижают энергопотребление на 40% по сравнению с обычными жёсткими дисками. Мы хотели выяснить, насколько изменения, произошедшие в таких накопителях, повлияли на их производительность, ведь они не должны быть существенными, чтобы данные продукты могли конкурировать на рынке.
По сравнению с энергопотреблением ЖК-дисплеев (50-120 Вт), процессоров (20-120 Вт), отдельных видеокарт (25-200 Вт), high-end материнских плат (до 50 Вт), а также учитывая ещё 10-20% потерь в блоке питания, обсуждение энергопотребления жёстких дисков может показаться неинтересным и бессмысленным. В конце концов, типичный жёсткий диск настольного компьютера потребляет около 5-15 Вт, в зависимости от модели, скорости вращения шпинделя и количества пластин. На первый взгляд, выбор того или иного жёсткого диска мало влияет на энергопотребление настольного ПК.
Однако жёсткие диски всё же оказывают вполне измеримое влияние на энергопотребление, если взять в расчет не типичный настольный ПК, а информационные центры, где требуются тысячи жёстких дисков для обеспечения огромного дискового пространства. Более того, любое устройство во время работы не только потребляет определённое количество энергии, но и выделяет тепло, которое должно выводиться с помощью систем кондиционирования воздуха. В сущности, усилия и затраты на развёртывание масштабных, отказоустойчивых решений кондиционирования воздуха могут быть более значительными, чем непосредственная стоимость и влияние энергопотребления самого накопителя.
К другой сфере применения жёстких дисков с малым энергопотреблением относится потребительская (бытовая) электроника: персональные видеомагнитофоны (PVR), телевизионные приставки со встроенными накопителями и все виды таких устройств резервирования, как внешние жёсткие диски и решения на основе RAID для резервного хранения данных (near-line storage). Они должны хорошо охлаждаться, тихо работать и быть простыми в эксплуатации настолько, насколько это возможно, а высокой производительности от них не требуется. Большая часть жёстких дисков, встроенных в продукты бытовой электроники, по-прежнему основана на интерфейсе UltraATA вместо Serial ATA.
Hitachi или Western Digital? P7K500 против "зелёных" накопителей GreenPower.
Компании Hitachi и Western Digital располагают продукцией, которая может удовлетворить потребности вышеназванных сфер рынка: Hitachi Deskstar P7K500, где буква "P" означает "мощность", и "зелёная" линейка Western Digital GreenPower , включающая в себя решения по оптимизации энергопотребления, которые можно найти в различных линейках продуктов WD.
Энергосбережение на жёстких дисках
Когда речь идёт об энергопотреблении обычных жёстких дисков, следует рассматривать два основных момента. Во-первых, энергопотребление механических деталей: мотора шпинделя, который используется для вращения физических пластин, а также привода головок жёсткого диска (актуатора), который перемещает головки чтения/записи в заданное место магнитной поверхности. Для достижения более высоких скоростей вращения шпинделя требуется больше энергии. Кроме того, энергопотребление зависит от диаметра пластин, их количества и от типа используемых подшипников.
Чтобы сократить время доступа, тоже требуется больше энергии, поскольку приводу головок жёсткого диска нужно быстро менять скорость для перемещения головок с одного места на другое. Количество пластин также влияет на энергопотребление привода головок, так как для позиционирования каждой пары головок нужен один кронштейн (по одной несущей на каждую сторону пластины).
Технологии увеличения производительности жёстких дисков, такие, как "родная" очередь команд (Native Command Queuing, NCQ), тоже могут поспособствовать экономии энергии при нагрузке. Очередь команд NCQ упорядочивает все входящие команды, анализирует их, а затем выполняет в наиболее эффективном порядке, что минимизирует передвижения головки. Однако NCQ реально представляет интерес лишь в окружениях серверного типа.
Во-вторых, следует обратить внимание на энергопотребление печатной платы жёсткого диска, которая отвечает за контроллер, кэш-память и интерфейсную логику. Повышение уровня интеграции способствует увеличению эффективности печатной платы по энергопотреблению. Однако её всё равно не стоит сбрасывать со счетов.
Очевидно, что экономия энергии может быть достигнута на физическом уровне, за счёт снижения скорости вращения шпинделя или уменьшения ускорения и производительности привода головок жёсткого диска. Оптимизировать подшипники трудно, потому что большинство жёстких дисков уже основаны на так называемых гидродинамических подшипниках (fluid dynamic bearings, FDB). Применение новых, более лёгких материалов также может помочь снизить энергопотребление. Однако прочность и надёжность - это те свойства, которые нельзя недооценивать. К тому же, трудно уменьшить такие параметры, как толщина пластины, из-за их влияния на другие параметры, например, обеспечение плавного вращения. Что касается печатной платы (PCB), то к ней, безусловно, можно применять энергосберегающие механизмы, как и к другим кремниевым компонентам. Та часть логики, которая не используется в какой-то конкретный момент, например кэш-память, может быть временно отключена.
Hitachi Deskstar P7K500
Компания Hitachi уже близка к выпуску следующего поколения настольных жёстких дисков, которое призвано заменить Deskstar 7K1000 с пятью пластинами винчестерами с меньшим количеством вращающихся деталей. Это могло бы позволить обновить линейку продуктов, эффективных по энергопотреблению, которая на данный момент включает в себя накопители ёмкостью только до 500 Гбайт. Принимая во внимание, что эффективность часто измеряется как ёмкость/ватт, это увеличило бы шансы Hitachi на победу над WD.
Жёсткий диск, который потребляет мало энергии в режиме бездействия, но работает с низкой производительностью, может в итоге потребовать больше энергии на выполнение определённой задачи, чем какой-то другой винчестер. Следовательно, производительность тоже важна, поскольку очень медленный жёсткий диск сведёт на нет все преимущества экономии, поскольку он будет дольше находиться в состоянии с высоким потреблением энергии.
Нажмите на картинку для увеличения.
Доступны четыре варианта ёмкости: 500, 400, 320 и 250 Гбайт. Последние варианты больше подойдут для PVR и тому подобных устройств бытовой электроники, поскольку большинство жёстких дисков для настольных ПК должны иметь, минимум, 500 Гбайт дискового пространства. Меньшая ёмкость не обеспечит большой экономии денег на новом ПК, зато в ближайшем будущем точно обернётся нехваткой дискового пространства. Как бы то ни было, Hitachi явно нацеливается на потребительский рынок, потому что Deskstar P7K500 доступен с интерфейсом SATA или UltraATA, последний из которых всё ещё доминирует на рынке потребительских хранилищ и на рынке устройств начального уровня.
Скорость вращения шпинделя всех жёстких дисков P7K500 стандартна и составляет 7 200 об/мин, тогда как Western Digital решила снизить скорость, чтобы сократить энергопотребление. Все версии с интерфейсом UltraATA имеют 8 Мбайт кэш-памяти, а SATA-версии (за исключением 250-Гбайт жёсткого диска начального уровня) оснащены 16-Мбайт кэшем. Винчестеры имеют плотность 250 Гбайт на пластину, т.е. 250-Гбайт модель имеет одну пластину, а все остальные модели - по две пластины.
Жёсткий диск Deskstar P7K500 на самом деле гораздо эффективнее, чем другие 3,5" винчестеры, работающие со скоростью вращения 7200 об/мин: в режиме простоя он потреблял 4,7 Вт. Хотя такое энергопотребление выше, чем то, что мы измерили для жёстких дисков Western Digital GreenPower, мы пришли к выводу, что максимальное энергопотребление в действительности оказывается поразительно низким - всего 6,6 Вт, тогда как другим жёстким дискам на 7 200 об/мин требуется 9-11 Вт, когда происходит много передвижений головок. Это также соответствует заявлениям Hitachi об экономии энергии до 40%. Обратите внимание, что жёсткие диски UltraATA, как правило, более эффективны, так как параллельный интерфейс требует приблизительно на 250 мВт меньше энергии, чем Serial ATA.
По утверждению Hitachi, в Deskstar P7K500 используются те же технологии энергосбережения, что и в жёстких дисках ноутбуков Travelstar. Это может быть причиной большого среднего времени доступа 18,7 мс, которое соответствует времени доступа 2,5" винчестера. Тем не менее, это объясняет, почему Hitachi поддерживает такое низкое максимальное энергопотребление.
Нажмите на картинку для увеличения.
Нажмите на картинку для увеличения.
"Зелёное" семейство Western Digital GreenPower
Компания Western Digital выпускает так называемые "зелёные" жёсткие диски GreenPower для трёх разных сегментов рынка: для организаций, для пользователей настольных ПК и для бытовой электроники. Диски доступны в нескольких вариантах ёмкости: 500, 750 и 1 000 Гбайт, и носят привычные названия Caviar, RE2 (RAID Edition 2) и AV (Audio/Video), но с суффиксом GP. Мы рассмотрели два жёстких диска Caviar GP, которые предназначены для обычных пользователей ПК.
На странице спецификаций WD GreenPower представлено маловато информации. WD много говорит о проблемах с окружающей средой, но не упоминает о скорости вращения шпинделя даже в характеристиках . Да, там есть информация о 16 Мбайт кэш-памяти и интерфейсе 300 Мбайт/с SATA, но обязательные технические спецификации отсутствуют.
Давайте посмотрим на эти два жёстких диска, оказавшихся в нашей лаборатории.
WD5000AACS (Caviar GP Green Power)
Нажмите на картинку для увеличения.
Нажмите на картинку для увеличения.
Нажмите на картинку для увеличения.
WD7500AACS (Caviar GP Green Power)
Нажмите на картинку для увеличения.
Нажмите на картинку для увеличения.
Нажмите на картинку для увеличения.
Тестовая конфигурация
| Системное аппаратное обеспечение | |
| Процессоры | 2x Intel Xeon (ядро Nocona), 3,6 ГГц, FSB800, 1 Мбайт кэша L2 |
| Платформа | Asus NCL-DS (Socket 604), чипсет Intel E7520, BIOS 1005 |
| Память | Corsair CM72DD512AR-400 (DDR2-400 ECC, reg.), 2x 512 Мбайт, задержки CL3-3-3-10 |
| Системный жёсткий диск | Western Digital Caviar WD1200JB, 120 Гбайт, 7 200 об/мин, кэш 8 Мбайт, UltraATA/100 |
| Контроллеры накопителей | Intel 82801EB UltraATA/100 (ICH5) Promise SATA 300TX4 Promise FastTrak TX4310 Driver 2.06.1.310 |
| Сеть | Broadcom BCM5721 встроенная 1 Гбит/с |
| Видеокарта | Встроенная ATI RageXL, 8 Мбайт |
| Тесты | |
| Тесты производительности | c"t h2benchw 3.6 |
| PCMark05 | V1.01 |
| IOMeter 2003.05.10 Fileserver Benchmark Webserver Benchmark Database Benchmark Workstation Benchmark |
|
| Системное ПО и драйверы | |
| ОС | Microsoft Windows Server 2003 Enterprise Edition, Service Pack 1 |
| Драйвер платформы | Intel Chipset Installation Utility 7.0.0.1025 |
| Графический драйвер | Графический драйвер Windows по умолчанию |
Результаты тестов
Жёсткие диски Hitachi P7K500 и Western Digital WD7500AACS обеспечивают самую высокую минимальную скорость передачи данных на уровне почти 50 Мбайт/с. WD5000AACS показал хороший результат, но на внутренних секторах пластин скорость передачи упала до 40 Мбайт/с.
Hitachi ограничивает производительность доступа в попытке поддержать максимальное энергопотребление на низком уровне. Среднее время доступа 18,7 мс маловато даже для 2,5" жёстких дисков. Для серверов-хранилищ или устройств бытовой электроники это не проблема, чего не скажешь о настольных ПК. Жёсткие диски WD обеспечивают лучшее время доступа.
Тест на пропускную способность интерфейса обязателен для подтверждения технических спецификаций, но он имеет мало отношения к реальной производительности. Производительность интерфейса показывает скорость, с которой компьютер может обмениваться данными с кэш-памятью винчестера.
Hitachi Deskstar P7K500 обеспечивает наилучшую последовательную пропускную способность при том, что он работает со скоростью вращения 7 200 об/мин по сравнению с 5 400+ об/мин жёстких дисков Western Digital (подробную информацию компания не предоставила). Однако другие жёсткие диски на 7 200 об/мин, такие, как Seagate Barracuda 7200.11 или Samsung Spinpoint F1, достигают, как минимум, 100 Мбайт/с, в то время как Hitachi показал, максимум, 87 Мбайт/с, а WD - 84 Мбайт/с.
Энергосберегающие накопители явно не предназначены для интенсивных операций ввода/вывода.
Жёсткие диски WD GreenPower обеспечивают только 80% производительности в приложениях по сравнению с другими винчестерами со скоростью вращение 7 200 об/мин; так что уменьшение скорости вращения шпинделя в данном случае является недостатком. Впрочем, и P7K500 не может обеспечить лучшей производительности записи файлов в тесте PCMark05 HDD.
Минимальное энергопотребление при простое в 3,1 Вт - это новый рекорд. Western Digital WD5000AACS Caviar GP (500 Гбайт) показал себя как самый эффективный с точки зрения энергопотребления жёсткий диск, хотя в данном обзоре его производительность была самой низкой. Скорость вращения шпинделя 7 200 об/мин винчестера Hitachi является недостатком, поскольку энергопотребление при простое этого жёсткого диска почти на 50% выше! Тем не менее, жёсткий диск Hitachi всё равно гораздо эффективнее, чем другие винчестеры на 7 200 об/мин, потребляющие от 6 Вт и выше в режиме бездействия.
Максимальное энергопотребление жёсткого диска Hitachi даже ниже, чем у жёстких дисков WD, несмотря на более высокую скорость вращения. Если вы помните, что время доступа большое, то поймёте, как так получилось. Если вам нужен эффективный жёсткий диск для настольного ПК, то Hitachi предлагает лучшее соотношение "производительность/ватт", поскольку производительность явно выше при том же энергопотреблении.
Что касается температуры поверхности, то все жёсткие диски показали хорошие результаты. Как и ожидалось, температура жёстких дисков WD при скорости вращения менее 7 200 об/мин остаётся ниже, чем у 7 200-об/мин винчестеров Hitachi. Обратите внимание, что WD VelociRaptor, занявший верхнюю строчку в таблице с результатом всего 38°C, является 2,5" жёстким диском со скоростью вращения шпинделя 10 000 об/мин.
Заключение
Жёсткие диски Hitachi Deskstar P7K500 и Western Digital Caviar GP оправдали ожидания, поскольку оба снижают энергопотребление при простое на 50%, а при максимальной нагрузке - на 20-30%. Для домашних пользователей эта разница незначительна, потому что экономией энергии в 3-5 Вт по сравнению с обычными 3,5" жёсткими дисками можно пренебречь. Однако устройства бытовой электроники, которые должны работать тихо и не нагреваться, безусловно, выиграют от использования таких жёстких дисков. Весьма интересны экономичные винчестеры и для больших серверных систем с сотнями и даже тысячами жёстких дисков за счёт снижения энергопотребления как самих винчестеров, так и систем охлаждения. Кроме того, пользователи, которые хотят сделать разумный апгрейд, могут подумать насчёт такого жёсткого диска, поскольку разницы в цене с другими моделями нет. Hitachi предоставляет интересный выбор для апгрейда, поскольку доступна версия жёсткого диска P7K500 с интерфейсом UltraATA.
Благодаря скорости вращения шпинделя 7 200 об/мин, Hitachi на протяжении всех тестов демонстрировал превосходные скорости передачи и приличную производительность в целом. Однако по времени доступа и производительности ввода/вывода Deskstar P7K500 не может соревноваться с другими жёсткими дисками на 7 200 об/мин, поскольку Hitachi замедлила движения привода головок жёсткого диска в целях экономии энергии. Именно поэтому P7K500 требует даже меньше энергии при максимальной нагрузке, чем 750-Гбайт и 1 000-Гбайт жёсткие диски WD Caviar GP.
Компания WD снизила скорость вращения шпинделя с 7 200 об/мин до значения, которое находится в пределах между 7 200 об/мин и 5 400 об/мин, благодаря чему она добилась нового рекорда в энергопотреблении: 3,1 Вт при простое для 500-Гбайт модели и 3,6 Вт для 750-Гбайт Caviar GP - отличные результаты. Если вы ищите один или несколько жёстких дисков для экономичного хранения данных, то Caviar GP - это лучший выбор. Hitachi предоставляет хороший вариант, если вы хотите использовать жёсткий диск, эффективный с точки зрения энергопотребления, для своей операционной системы.
Сравнительная таблица
| Производитель | Hitachi | Western Digital | Western Digital | Western Digital |
| Модель | Deskstar P7K500 | Caviar GP | Caviar GP | Caviar GP |
| Модельный номер | HDP725050GLA380 | WD5000AACS | WD7500AACS | WD10EACS |
| Форм-фактор | 3,5" | 3,5" | 3,5" | 3,5" |
| Ёмкость (Гбайт) | 500 | 500 | 750 | 1000 |
| Скорость вращения (об/мин) | 7200 | > 5400 | > 5400 | > 5400 |
| Доступные ёмкости (Гбайт) | 250, 320, 400 | 750, 1000 | 500, 1000 | 500, 750 |
| Число пластин | 2 | 2 | 3 | 4 |
| Кэш (Мбайт) | 8 | 16 | 16 | 16 |
| "Родная" очередь команд (NCQ) | Да | Да | Да | Да |
| Интерфейс | SATA/300 | SATA/300 | SATA/300 | SATA/300 |
| Гарантия | 3 года | 3 года | 3 года | 3 года |
В данной статье рассматривается почти десяток разных SSD-накопителей и результаты оказываются неутешительными. Чтобы оценить их реальное энергопотребление, мы провели серию тестов на нашем ноутбуке Dell Latitude D630. Было обнаружено уменьшение времени автономной работы вплоть до одного часа после установки SSD по сравнению с производительным 2,5" винчестером на 7200 об/мин!
Почему уменьшается время автономной работы?
У большинства SSD-накопителей энергопотребление в режиме бездействия и под нагрузкой вполне сравнимо с традиционными 2,5" жёсткими дисками. Обычный 2,5" винчестер, использующий вращающиеся магнитные пластины, обычно потребляет от 0,5 до 1,3 Вт в режиме ожидания, а также от 2 до 4 Вт при максимальной нагрузке. В последнем случае привод постоянно перемещает головки по поверхности диска из-за произвольного доступа к данным.
Однако обычный жёсткий диск достигает пикового энергопотребления только при запросе произвольных данных, которые разбросаны по поверхности диска. В случае последовательного чтения или записи жёсткие диски не требуют увеличения энергии по сравнению с режимом ожидания, поскольку не требуются весьма затратные по энергопотреблению операции перемещения блока магнитных головок.
Вся индустрия ищет способы улучшения флэш-памяти на MLC-ячейках, чтобы выпускать более ёмкие твёрдотельные накопители с достаточным уровнем производительности, но при этом алгоритмы равномерного распределения износа более важны, чем механизмы энергосбережения, чтобы не возникло проблем с надёжностью. Если традиционные жёсткие диски могут работать с относительно небольшим энергопотреблением, когда не требуется частых перемещений головок, то есть во время последовательного доступа к данным, энергопотребление твёрдотельных накопителей в данном случае максимальное.
Будьте осторожны с 1,8" SSD
Если перенести сравнение в 1,8" сектор, где обычные жёсткие диски потребляют существенно меньше энергии из-за скорости вращения 3600, 4200 и 5400 об/мин (обычно, максимум, 2 Вт), то энергопотребление флэш-накопителей особо не изменяется. И единственное различие кроется в форм-факторе. Устройство большинства 1,8" и 2,5" твёрдотельных накопителей практически одинаковое. Исходя из нашего тестирования, SSD-накопители форм-фактора 1,8" проигрывают по энергопотреблению 1,8" механическим жёстким дискам.
Хотя 1,8" твёрдотельные накопители и помогают поднять уровень производительности ультрапортативных устройств до массовых ноутбуков, большинство инноваций сегодня происходит в сфере 2,5".
После выхода на рынок первого SSD-накопителя от Samsung производительность существенно улучшилась. У первой модели скорость чтения составляла 50 Мбайт/с, а записи - меньше 30 Мбайт/с. В статье мы рассмотрим производительные твёрдотельные винчестеры, которые обеспечивают более 130 Мбайт/с по скорости чтения и почти 100 Мбайт/с по скорости записи. Все модели построены на флэш-памяти на SLC-ячейках. Все крупные производители флэш-памяти, такие как Intel, сфокусированы сегодня на MLC-ячейках, поскольку соответствующая память дешевле - но и не такая быстрая, как на SLC-ячейках.
Тестируемые флэш-накопители
В статье рассматриваются четыре модели SSD-накопителей, к которым добавили обычный 2,5" винчестер на 7200 об/мин для сравнения. Мы специально выбрали такой жёсткий диск, поскольку он обеспечивает высокую производительность, а также потребляет больше энергии, чем другие модели с меньшей скоростью вращения. Если повторить сравнение с винчестером на 5400 об/мин, результаты SSD окажутся ещё хуже.
Crucial SSD, 32 Гбайт
SSD-накопитель от Crucial CT32GBFAB0 обеспечивает ёмкость 32 Гбайт в форм-факторе 2,5". Как можно видеть по результатам тестов, это самый быстрый твёрдотельный накопитель.
Пропускная способность чтения достигает 124 Мбайт/с, что больше, чем у Memoright. Однако производительность записи падает меньше 60 Мбайт/с, хотя модель Memoright обеспечивает впечатляющую скорость записи 120 Мбайт/с. С другой стороны, накопители Memoright стоят явно дороже.
SSD-винчестер Crucial плохо показал себя в синтетических тестах, и даже финишировал последним в тесте, симулирующем запуск Windows XP.
После замены мобильного жёсткого диска Hitachi 7K200 на 7200 об/мин твёрдотельной моделью от Crucial, время автономной работы снизилось с семи часов и трёх минут до шести часов и трёх минут.
Пользователи, которые приобрели SSD-накопитель, поверив заявлениям Crucial о том, что данный продукт идеален для тех, кто "желает получить большее время автономной работы" и "низкое энергопотребление", будут разочарованы. Конечно, время автономной работы зависит от нагрузки, но значения минимального и максимального энергопотребления доказывают, что утверждения Crucial ошибочны. Энергопотребление 1,6 Вт в режиме бездействия - это больше, чем требует любой 2,5" мобильный жёсткий диск.
Memoright MR25.5-032S, 32 Гбайт
Твёрдотельный накопитель Memoright был нашим фаворитом среди SSD-винчестеров. Он обеспечивает около 120 Мбайт/с на чтение и запись, что превосходит уровень многих других флэш-накопителей. MR25.5 использует интерфейс SATA/150, который обеспечивает максимальную пропускную способность 126 Мбайт/с. Если посмотреть на тесты производительности, данное решение на данный момент является самым оптимальным для интенсивных операций ввода/вывода, поскольку оно даёт большее число операций ввода/вывода в секунду, чем любой другой накопитель.
Однако данная модель имеет самое высокое энергопотребление в режиме ожидания из всех представленных в нашем тестировании, оно не снижается менее 2 Вт. Мы получили время автономной работы всего шесть часов и 38 минут. Это намного лучше, чем в случае Crucial SSD. Кроме того, Memoright даёт существенно большую производительность при более длительном времени автономной работы. С другой стороны, время автономной работы почти на 30 минут меньше, чем в случае жёсткого диска Hitachi Travelstar 7K200.
Mtron Flash SSD, 32 Гбайт
Mtron является корейским производителем SSD-накопителей на флэш-памяти, который относительно давно вышел на рынок. По эффективности энергопотребления чудес не произошло, тестовый ноутбук продержался всего шесть часов и шесть минут: это почти так же мало, как у Crucial Flash SSD, но Mtron Flash SSD обеспечивает намного более высокую производительность записи, более высокие результаты по операциям ввода/вывода в секунду, а также лучшие результаты производительности. Опять же, механический жёсткий диск дал почти на час больше времени автономной работы.
Sandisk SSD 5000, 32 Гбайт
Данный накопитель не относится к сегменту высокопроизводительных SSD-винчестеров, поскольку даёт не больше 68 Мбайт/с на чтение и меньше 50 Мбайт/с на запись. С другой стороны, он всё ещё является альтернативой традиционным жёстким дискам из-за меньшего времени доступа.
Однако Sandisk SSD 5000 оказался единственным твёрдотельным накопителем в наших тестах, который смог достичь такого же времени автономной работы, что и обычный 2,5" жёсткий диск Travelstar 7K200 от Hitachi: мы получили семь часов и две минуты на SSD-винчестере Sandisk, то есть почти идентичный результат. По крайней мере, заявления производителя об эффективности энергопотребления оказались истинными, хоть мы и не получили какого-либо преимущества в этом отношении по сравнению с производительными 2,5" мобильными винчестерами. Возможно, нам стоит провести сравнение с моделями на 5400 об/мин, но в этом случае мы потеряем позиционирование по цене и производительности.
HDD для сравнения. Hitachi Travelstar 7K200, 200 Гбайт, 7200 об/мин
Жёсткий диск Travelstar 7K200 будет защищать репутацию обычных винчестеров, которые "прожорливые, шумные и принадлежат к умирающему поколению".
Как явно показывает наша статья, обычные жёсткие диски, в данном случае модель на двух пластинах со скоростью вращения 7200 об/мин и кэшем 8 Мбайт, имеет право на существование.
Обратите внимание, что другие 2,5" мобильные жёсткие диски для ноутбуков на 7200 об/мин обеспечивают схожие результаты: они обходят SSD-накопители по времени автономной работы.
Я решил поплотнее разобраться с ситуацией, когда БП не хватет для полдюжины дисков. HDD заслуживают отдельного поста.
Начнём с WD . Эта уважаемая компания вообще решила, что чем потребитель меньше знает, тем лучше, и публикует всё меньше и меньше технической информации о жёстких дисках. Поэтому продукты WD оценим по тестам.
Рис из статьи . Энергопотребление 4 моделей дисков компании WD (напомню, Hitachi Global Storage Technologies - подразделение WD).
Темный тон - мощность, потребляемая по 5В и нижняя цифра; светлый тон - по 12В; верхняя цифра - суммарная мощность. UPD Прим. см также 1-ый коммент к этому посту, от scream_r
При чтении, записи и случайном чтении на 5В цепь приходится от 26% до 74% энергопотребления, в среднем - 45%
Давайте посмотрим на актуальные диски Seagate, Seagate Desktop HDD, Product Manual, ST4000DM000,ST3000DM003 - это новейшие 4 и 3 терабайтные диски, стр 15.
Table 2 DC power requirements (3TB and 4TB)
Power dissipation Avg (watts 25° C) Avg 5V typ amps Avg 12V typ amps
Spinup — — 2.0
Idle 5.0 0.17 0.35
Operating 7.50 0.48 0.43
Standby 0.750 0.138 0.005
Sleep 0.750 0.138 0.005
При работе по 5В потребляется 32% мощности. Приятно, что паспотрные цифры по Seagate в целом бьются с замерами на дисках WD.
(Позже нам понадобится ещё один параметр, стр 16, Voltage tolerance (including noise): 5V ±5%; 12V ±10%.)
Это были установившиеся средние цифры. Чтобы увидеть пиковые, нужны осциллограмы. Раньше их публиковали, ср Product Manual Barracuda 7200.7 Serial ATA - это довольно старые (~2003 г) диски.
На стр 8 (с сокращениями)
Table 5: DC power requirements (example of 160GB and 200GB models not supporting NCQ)
Power dissipation Average (watts, 25° C) 5V typ amps 12V typ amps
Spinup — — 2.8 (peak)
Idle 7.5 0.482 0.424
Operating 12.1 0.638 0.739
Standby/Sleep 2.0 0.367 0.014
Стр 9 - осцилограммы энергопотребления по 5 и 12 В
Из них видно, что в таблицах не зря упомянут усреднённый ток. При работе по 5В
он заявлен 0.638 А, но похоже, реально он принимает только значения 0.45 и 0.95А (+48%
), между которыми колеблется. Полагаю, одно из значений соответствует считыванию, а другое - поиску (не поручусь - куда большее, а куда - меньшее;). При раскрутке диска по 5B пиковое потребление превышает среднее рабочее более чем вдвое.
Картинка по 12В зрительно похожа, но здорово отличается по цифрам. При работе мгновенное значение тока часто оказывается возле нуля, а максимальное лишь незначительно превосходит заявленное в таблице . На старте указанные 2.8А по 12B, судя по графику - именно пиковые, достигаемые на столь короткие доли секунды, что на графике таких токов и не видно.
За последние годы конструкции дисков сильно продвинулись. Но не изменился характер работы диска - позиционируем головку, читаем, позиционируем, читаем. Поэтому разумно ожидать аналогичных в % цифр для пиковых значений токов.
Если вернуться к первому рисунку, то можно видеть, что у дисков WD здесь полный разнобой. Две актуальных модели при раскрутке потребляют в основном 5B, две - 12В. Так, зелёный 3 тербайтник 84% энергии при старте потребляет по 5И (можно было бы счесть опечаткой, но соседняя модель - 80%)
Итого вывод - при работе современный 3-4 Tb диск в среднем половину (до 74%) мощности потребляет по 5В. При старте диска доля потребления по 5В может превышать 80% в зависимости от модели.