Gigabyte i-RAM: эффективная замена жёсткому диску на основе оперативной памяти? – THG.RU

i-RAM: прощай, жёсткий диск?

При сравнении с пропускной способностью современных системных компонентов жёсткие диски не могут похвастаться скоростью. В частности, если сравнить скорость передачи и время доступа с оперативной памятью, кажется, что жёсткие диски требуют вечности.

Многие годы предпринимались попытки ускорить подсистему жёстких дисков, поскольку, за исключением накопителей вроде CD-ROM, DVD-ROM, дискет или других съёмных носителей, жёсткий диск – самое медленное устройство в современном ПК. Не зря же индустрия за свою историю постоянно увеличивала скорость вращения жёстких дисков.

До сих пор типичным решением проблемы скорости являлись жёсткие диски на основе памяти, которые называют твёрдотельными накопителями (Solid State Disk). Среди ведущих поставщиков подобных решений можно назвать Bitmicro и SolidData. Если последняя концентрируется целиком на профессиональных приложениях, то Bitmicro предлагает приводы, доступные в розничных каналах. По крайней мере, теоретически, поскольку цена подобных решений составляет несколько тысяч долларов.

Модули памяти в твёрдотельных накопителях, благодаря аккумулятору, могут хранить данные некоторое время без подключения питания. Иначе, без постоянной электрической подпитки, современные ячейки памяти не запомнят своё состояние. В принципе, твёрдотельные накопители впечатляют. Они намного более стойки к вибрации, да и, как можно ожидать, существенно быстрее жёстких дисков, особенно по времени доступа.

Тайваньская компания Gigabyte предложила интересную идею: а что, если построить твёрдотельный накопитель на основе обычных модулей памяти? В результате появился i-RAM – плата среднего размера с четырьмя гнёздами DIMM, резервным аккумулятором и интерфейсом Serial ATA. Питание обеспечивается через шину PCI, поэтому для установки в компьютер необходим свободный PCI-слот. Или даже два, поскольку карта из-за модулей памяти занимает пространство, равное двум слотам PCI.

i-RAM в деталях

Собственно, дизайн и принцип работы накопителя i-RAM довольно прост. Вы подключаете карту в слот PCI, от которого она получает питание, а стабильность обеспечивается прикручиванием к корпусу ПК (собственно, как и всех других карт PCI). Стабилизаторы напряжения преобразуют питание шины PCI (5 или 3,3 В) в 2,5 В, которые требуются модулям памяти, а также в требуемое напряжение для питания других компонентов. Простой тактовый генератор от ICS отвечает за правильную работу DDR DIMM, которых на плате можно установить до четырёх – большее количество модулей потребует использования профессиональной регистровой памяти, которая стоит дороже.

Чтобы устройство работало в качестве накопителя, требуется контроллер памяти, который будет также поддерживать интерфейс Serial ATA. Соответствующий чип производит Xilinx, но поставка в промышленных количествах началась лишь недавно. Gigabyte говорит о том, что для старта продаж i-RAM было заказано около 1000 чипов XC3S1000. Дальнейшие заказы будут зависеть от спроса.

Интерфейс Serial ATA относится к первому поколению, то есть обеспечивает теоретическую пиковую скорость передачи 150 Мбайт/с. На практике скорость составляет чуть меньше 130 Мбайт/с. Однако мы недоумеваем, почему производитель не заказал чипы с интерфейсом SATA-II? Ведь тогда теоретическая скорость составила бы 300 Мбайт/с.

Четыре слота DIMM поддерживают любые модули, начиная с DDR266. Их можно заполнять произвольно.

Чип, содержащий контроллеры памяти и SATA.

Руководство не слишком подробное, но описывает различные сценарии применения. Там же указаны сертифицированные модули памяти.

Аккумулятор предотвращает потерю данных

Аккумулятор даёт напряжение 3,7 Вт, а ёмкость составляет 1700 мА-ч – примерно в два раза больше, чем у стандартного аккумулятора сотового телефона. Gigabyte указывает максимальное время автономной работы около 16 часов – немного, но для повседневного использования достаточно.

После того, как от компьютера будет отсоединён кабель питания или блок питания будет полностью выключен, в работу вступает аккумулятор и начинается 16-часовой обратный отсчёт. Если вы не выключаете свой компьютер или вместо выключения переводите ПК в режим ожидания (stand by), то аккумулятор пригодится только во время перебоев с энергией. i-RAM способен выдержать промежуток между концом рабочего дня и началом следующего.

Найти аккумулятор на замену будет проблематично, поскольку мы так и не смогли определить его модель. Конечно, было бы намного удобнее использовать широко распространённую модель аккумулятора или даже просто набор стандартных элементов AA.

В то же время, следует напомнить, что после окончания заряда аккумулятора всё содержимое i-RAM будет полностью потеряно! Независимо от того, храните вы на i-RAM временные файлы или операционную систему, лучше оснастить компьютер блоком бесперебойного питания (UPS).

Выбираем память

На коробке указаны обещания Gigabyte: самый скоростной накопитель, который только можно представить.

С четырьмя 184-контактными слотами DIMM для DDR-памяти i-RAM поддерживает до 8 Гбайт. В то же время, 2-Гбайт DDR DIMM пока ещё не появились в продаже.

Можно устанавливать любые DDR DIMM: DDR266, DDR333 или DDR400. Хотя мы в инструкции не обнаружили информации о реальной тактовой частоте модулей, как мы полагаем, по причине совместимости она составляет не больше 133 МГц (DDR266). Gigabyte сообщила нам, что тактовая частота составляет 100 МГц (DDR200), поскольку её уже достаточно для пропускной способности 1600 Мбайт/с на 64-битный DIMM. i-RAM не поддерживает многоканальную работу, поэтому теоретический предел пропускной способности равен одноканальной DDR200 (1600 Мбайт/с). То же самое касается и задержек: они не оптимизированы, так как интерфейс накопителя всё равно их сгладит. Это, кстати, касается и Serial ATA II на 300 Мбайт/с, если он будет использоваться. Кроме того, функции вроде “родной” очереди команд для RAM-накопителей не играют особого значения.

Модули можно устанавливать в любом порядке, причём теоретически можно даже смешивать модули с разной ёмкостью и частотой. Впрочем, по нашему опыту, мы не рекомендуем устанавливать три или четыре разных модуля – лучше, чтобы разных модулей было, максимум, два. В идеале, конечно же, следует оснащать i-RAM четырьмя одинаковыми DIMM. Для тестов мы использовали именно такую конфигурацию.

Во время тестирования мы обнаружили, что увеличение числа модулей памяти несколько влияет на производительность. Максимальная скорость наблюдается с одним или двумя DIMM, в то время как при установке трёх или четырёх модулей производительность немного снижается. Дополнительная информация приведена в разделе тестирования.

Для тестов мы использовали четыре 1-Гбайт DIMM Corsair.

Мы установили четыре модуля, после чего i-RAM готов к работе.

Установка

Установка проходит очень легко – как инсталляция стандартной карты расширения. Однако мы обнаружили несколько “подводных камней”, которые следует учесть перед покупкой.

Если вы их обойдёте, то i-RAM будет работать как обычный жёсткий диск после старта ОС. Накопитель получит букву, его можно будет разбивать на разделы и форматировать.

Только 5-В PCI!

Идея питания через слот PCI, в общем-то, неплоха. Однако Gigabyte решила придерживаться спецификаций PCI 2.2. Поэтому карта является 5-В моделью, и у неё отсутствует прорезь в области, находящейся ближе к планке.

Конечно, лишь немногие настольные материнские платы не оснащены слотами PCI 2.2, но если перейти на профессиональный рынок, то там они будут встречаться чаще. Серверные материнские платы или модели для рабочих станций обычно имеют только один 32-битный слот PCI 2.2 или не оснащены им вообще. Здесь доминирует PCI-X. А эти слоты совместимы только с 3,3-В картами PCI, а не с 5-В моделями.

Требуется достаточно места

Поскольку модули памяти вставляются под углом, карта i-RAM требует больше места, чем стандартная плата расширения PCI. Лучше всего устанавливать карту в нижний PCI-слот, если позволит корпус.

Свободные порты SATA?

Кроме того, у вашей системы должен быть свободный порт SATA. Если компьютер куплен больше, чем два года назад, то у него вообще может не быть портов SATA.

В вашей системе должно быть достаточное число свободных PCI-слотов, причём карта устанавливается только в 5-В слот. Наконец, убедитесь в наличии свободного порта SATA.

Оценка производительности

Хотя карта i-RAM поддерживает только Serial ATA I и, как можно было ожидать, обеспечивает максимальную скорость чуть ниже 130 Мбайт/с, время доступа всего 0,05 мс или 50 нс – действительно впечатляет. Вы получите пропускную способность около 100 Мбайт/с даже в базах данных, где происходит большое количество случайных операций чтения. Для сравнения, отдельно работающие жёсткие диски в данном сценарии дают всего несколько мегабайт в секунду. Даже в нашем тесте web-сервера мы получили 115 Мбайт/с.

Ещё более впечатляет производительность ввода/вывода, которая является самым важным критерием при выборе профессиональных систем: мы без проблем получили несколько тысяч операций ввода/вывода в секунду, в зависимости от тестового профиля. Даже RAID-массивы с несколькими жёсткими дисками в сравнении кажутся черепахами.

Ещё один возможный вариант заключается в переносе виртуальной памяти Windows на привод i-RAM. Поскольку Windows удаляет этот файл при выключении питания (при соответствующей настройке), то потеря данных из-за отсутствия питания уже не станет проблемой. Приложения вроде Adobe Photoshop требуют немалого объёма виртуальной памяти, даже если полностью его не используют.

И, конечно, i-RAM является прекрасным накопителем для хранения временных рабочих файлов. А в конце рабочего дня результаты можно легко перенести на стандартный накопитель. Чтобы обезопасить себя, можно сделать копирование по расписанию.

Обычно производители указывают прирост производительности у новых продуктов, но пользователи его ощущают слабо. Здесь же ситуация иная. Вы действительно ощутите разницу во время работы с Visual Studio, Photoshop или другими приложениями, что заметно по результатам тестов в конце статьи.

Установка Windows на i-RAM: на грани гениальности и безумия?

Мы также попытались установить на i-RAM систему полностью. Если вы установите достаточное число оперативной памяти на i-RAM, то Windows начнёт запускаться за 31 секунду вместо 35 секунд на 74-Гбайт накопителе Western Digital Raptor со скоростью вращения шпинделя 10 000 об/мин. Разница, в принципе, невелика. И всё дело здесь в большом количестве процессов инициализации, которые мало нагружают жёсткий диск, – им лишь нужна определённая временная задержка.

После установки на i-RAM приложения начинают запускаться существенно быстрее. Однако сегодняшнее ограничение в 4 Гбайт ёмкости слишком заметно. На практике, подобного накопителя хватает только на Windows с виртуальной памятью. 2-Гбайт DIMM DDR400 пока, к сожалению, не поступили в нашу лабораторию. Так что если отдельные приложения загружаются с i-RAM существенно быстрее (Photoshop: шесть вместо девяти секунд на WD740 Raptor), данная сфера использования i-RAM пока ограничена. Тем более что требовательные приложения обычно используют большие объёмы дискового пространства.

Объединяем i-RAM в RAID 0?

i-RAM нас порадовала, но как изменится производительность, если мы удвоим пропускную способность интерфейса SATA, объединив две карты в массив RAID 0? Время доступа почти не изменилось. В принципе, вряд ли при данном порядке величины можно ожидать большего. Но вот скорость передачи существенно возросла и перешла психологический порог в 200 Мбайт/с.

Но на практике создавать массив RAID 0 на двух твёрдотельных накопителях вроде i-RAM рекомендуется ещё меньше, чем на обычных жёстких дисках. И здесь дело не только в том, что битовые ошибки случаются в чипах памяти чаще, чем на жёстких дисках. Имейте в виду, что мы используем сравнительно редкий продукт, который намного меньше протестирован в различных конфигурациях и условиях, чем жёсткие диски. Как обычно, для RAID 0, если один накопитель потеряет данные или выйдет из строя, то теряется весь массив. Так что будьте осторожны.

Цена

Теперь, когда мы рассмотрели преимущества и недостатки, позвольте перейти к важному вопросу цены. Gigabyte за карту i-RAM просит около $150. Добавьте к этому деньги, которые вы уплатите за модули DDR. Вряд ли на такую карту стоит устанавливать меньше 2 Гбайт, а лучше оснастить её вообще 4 Гбайт.

В итоге мы получаем $160 за четыре 512-Мбайт DIMM (2 Гбайт) или $360 за четыре 1-Гбайт модуля. Частоту и задержки во внимание можно не принимать.

В общем, вам придётся выложить около $300 за вариант с 2 Гбайт или около $500 за 4 Гбайт памяти. За эти же деньги можно купить пять жёстких дисков на 250 Гбайт, которые в сумме дадут 1,25 Тбайт памяти, или три накопителя на 300 Гбайт, или два на 400 Гбайт. Так что выбирайте сами.

Следует учесть, что твёрдотельный накопитель работает абсолютно бесшумно. Если сравнить RAM-диск Gigabyte со стандартными твёрдотельными моделями от других производителей, то, несмотря на несколько неуклюжий вид, мы получаем лучшее соотношение цена/производительность. По нашему мнению, на рынке нет сравнимых продуктов по цене $500.

Тестовая конфигурация

Результаты тестирования

Файловый сервер.

Web-сервер.

Результаты тестирования, продолжение

Сервер баз данных.

Рабочая станция.

Максимальная пропускная способность.

Производительность интерфейса.

Время доступа.

Результаты тестирования, продолжение

Производительность чтения.

Производительность записи.

Время загрузки Windows.

Время загрузки Photoshop.

Запись 309-Мбайт TIFF-файла в Photoshop.

Заключение: впечатляюще быстр, но не для дома

Gigabyte i-RAM заслуживает уважение, поскольку производитель приложил немало усилий к тому, чтобы повысить производительность современных компьютеров, – причём весьма объективно. Разницу в производительности между современными хорошо оснащёнными компьютерами можно обнаружить только при запуске “тяжёлых” требовательных приложений. Но работа i-RAM сразу же становится заметна. Впрочем, цена подобного решения слишком высока для среднего пользователя.

Обеспечивая чуть меньше 130 Мбайт/с, i-RAM полностью исчерпывает пропускную способность интерфейса Serial ATA. Как нам кажется, Gigabyte следует выпустить улучшенную версию i-RAM с поддержкой Serial ATA II. Тогда реальную пропускную способность можно легко увеличить до 200 Мбайт/с. Впрочем, влияние i-RAM на повседневные приложения не такое высокое, как можно было подумать.

Самые большие различия касаются приложений с высокой нагрузкой ввода/вывода, поскольку i-RAM кардинально уменьшает время доступа. От i-RAM существенно выиграют серверы баз данных, конечно, если база уместится на 4 Гбайт, – именно таким объёмом сегодня ограничен i-RAM. Впрочем, i-RAM, безусловно, не заменяет большие объёмы оперативной памяти и, по нашему мнению, подходит только для приложений, которым нужна максимально быстрая подсистема хранения данных.

Из-за ценовых соображений для большинства пользователей мы всё же рекомендуем взять самый скоростной жёсткий диск. Но если недостатка в средствах у вас нет, то вы можете забыть о длительном времени загрузки Windows или приложений, используя накопитель i-RAM в качестве системного или для установки программ (или для виртуальной памяти Windows).

Взгляд в будущее: гибридные жёсткие диски

Мы отнеслись к i-RAM очень внимательно, поскольку этот накопитель позволяет одним глазком взглянуть на грядущие гибридные накопители, которые сегодня разрабатывают все производители жёстких дисков. Кроме вращающихся магнитных дисков, эти накопители будут использовать определённый объём оперативной памяти. Главное преимущество подобные модели обеспечат в ноутбуках, поскольку операционная система может работать полностью в оперативной памяти жёсткого диска, останавливая для экономии энергии вращение шпинделя, когда в этом нет необходимости.

В зависимости от типа и объёма встроенной памяти (флэш или DRAM), подобные накопители могут обеспечить существенный прирост производительности в настольных или мобильных компьютерах, поскольку жёсткий диск сможет буферизовать и затем независимо обрабатывать относительно медленные операции записи.

Кроме того, и “родная” очередь команд покажет себя во всей красе, так как теперь в наиболее эффективном порядке можно будет записывать не единицы килобайт, а сотни мегабайт информации. В итоге мы получим производительность, близкую к последовательной записи. Если операционная система “понимает” гибридный жёсткий диск, то она сможет хранить в быстрой оперативной области виртуальную память и часто используемые системные файлы. Но, к сожалению, гибридные накопители появятся лишь в конце 2006 года, вместе с Windows Vista.