Снижаем уровень шума жёсткого диска: Automatic Acoustic Management – THG.RU

Анализ автоматического акустического управления (Automatic Acoustic Management, AAM)

Производители жёстких дисков изощряются, как только могут, чтобы предоставить всем пользователям накопители, наиболее полно соответствующие их потребностям. Они предлагают массовые (“бюджетные”) жёсткие диски, винчестеры для ноутбуков, настольные накопители с оптимизированной производительностью для энтузиастов, а также модели для корпоративной сферы. Есть также “зелёные” (green) жёсткие диски, которые разрабатываются с учётом максимально сниженного энергопотребления. Впрочем, не всем известно, что пользователь может изменить характеристики жёсткого диска с помощью функции акустического управления, которая позволяет модифицировать профили доступа к данным (access patterns) и менять режим жёсткого диска по умолчанию (быстрый) на тихий режим. Как же всё это отражается на энергопотреблении и производительности? Чтобы найти ответ, мы воспользовались жёстким диском Hitachi Deskstar 7K1000.B.

Нажмите на картинку для увеличения.

Быстрый против тихого

У всех жёстких дисков, основанных на интерфейсах UltraATA/100 и Serial ATA, есть функция автоматического акустического управления (AAM), но чтобы получить к ней доступ и иметь возможность менять её настройки, вам нужны специальные программные средства. Хотя функция AAM позволяет устанавливать некоторые отдельные значения от максимальной производительности до минимального уровня шума, многие программные средства разрешают выбирать только один из двух режимов: “быстрый” или “тихий”. Поскольку интенсивная активность жёсткого диска, как правило, повышает энергопотребление, менее агрессивные профили доступа к данным (access patterns) могут привести к снижению энергопотребления. Ключ к снижению уровня шума при обращении к жёсткому диску лежит в смягчении разгона и торможения головок чтения/записи.

Производительность в первую очередь

Насколько нам известно, большинство жёстких дисков заранее не настроено на тихую работу, и по умолчанию у них установлен “быстрый” режим. Большинство протестированных нами 3,5″ винчестеров изначально работали в быстром режиме или же мы сами вручную устанавливали этот режим. Нет другого надёжного способа определить, какой именно режим активирован в данный момент, кроме как использовать такие программы для анализа, как SiSoft Sandra, поскольку определение разницы в производительности требует значительных нагрузок и серьёзных тестов. Упорные энтузиасты могут попытаться определить тихий режим по уровню шума, но и это требует знания нюансов.

Как бы то ни было, разница между этими режимами значительная, что вы и увидите по результатам наших тестов. Поэтому мы не рекомендуем устанавливать тихий режим, разве что вам действительно нужна именно тихая система. Далее мы обсудим, почему жёсткие диски оказывают больше влияния на уровень шума системы, чем вы можете себе представить.

Как работает акустическое управление?

Хотя все жёсткие диски поддерживали некую форму управления питанием с самых первых дней ATA-4 (UltraDMA/33), автоматическое акустическое управление (AAM) получило поддержку с появлением ATA-6 (UltraATA/100). В случае с управлением питанием, значение в диапазоне от 1 до 254 определяет уровень энергосбережения. Возьмём простой пример: если это значение остаётся ниже 128, то жёсткий диск автоматически остановит вращение шпинделя через определённое время простоя. Заметьте, что это не имеет никакого отношения к управлению энергопотреблением со стороны операционной системы, которое более важно для повседневных операций, поскольку учитывает приложения и нагрузку.

Акустическое управление AAM запрограммировано значениями, которые очень градуировано определяют параметры винчестера, позволяя настраивать уровень шума, производительность, температуру, энергопотребление и ожидаемы срок службы. Диапазон допустимых значений составляет от 128 до 254. Однако реальный эффект от каждой такой настройки остаётся спрятан в прошивке жёсткого диска, а большинство простых утилит, доступных в Интернет, позволяют выбирать лишь либо максимальную производительность, либо минимальный уровень шума.

Почему шум доставляет столько проблем?

Хотя все мы слышим по-разному, в целом, частоты, слышимые человеческим ухом, попадают в диапазон от 20 Гц до 20 кГц, причём на определённых частотах чувствительность слуха повышается. Наибольшей восприимчивостью характеризуются звуки с частотой от 1 кГц до 3 кГц, поэтому уменьшение шумов именно на этих частотах является более эффективным, чем не других частотах. Вот от этого и отталкивается технология акустического управления.

Большая часть звуковых волн в диапазоне от 1 до 3 кГц состоит из шумов от двух разных источников. Во-первых, это шум жёсткого диска, генерируемый вращением его шпинделя и трением механических частей непосредственно внутри винчестера. Этот шум можно уменьшить лишь путём модификации компонентов жёсткого диска. Но больше всего мы слышим шум, вызванный вибрацией жёсткого диска внутри корпуса компьютера. Он в свою очередь состоит из вибрации от вращения шпинделя, а также из вибрации от головок чтения/записи, которые разгоняются и тормозят по много раз в секунду.

Самый быстрый способ перемещения головок заключается в их ускорении до середины пути по направлению к новой дорожке и в их последующем торможении на оставшейся части пути (так называемый двухпозиционный поиск). Существует множество опций для изменения этой операции, начиная от модификации разгона и торможения, а также требуемого импульсного питания. Добавление сюда “родной” очереди команд (Native Command Queuing), которая анализирует и переупорядочивает все входящие команды, чтобы найти самый эффективный порядок запросов на чтение и запись, помогает уменьшить количество перемещений головок, что может сократить время доступа и снизить шум.

Утилиты для акустического управления

В Интернете можно найти несколько утилит, позволяющих менять настройки AAM. Компания Hitachi, чей жёсткий диск Deskstar 7K1000.B мы использовали для тестирования, предоставляет свою собственную программу Feature Tool 2.11. Эта мощная утилита позволяет изменять настройки кэша, режимы передачи, энергопотребление и настройки интерфейса, но она основана на DOS и работает через командную строку, поэтому систему нужно запускать с загрузочной 3,5″ дискеты или CD-образа. Этот образ и Feature Tool 2.11 можно скачать здесь. Вышесказанное касается не только Hitachi. Мы нашли подобные приложения с командной строкой у таких производителей жёстких дисков, как Samsung и Seagate. Другие утилиты, такие как HDD Acoustic Manager от Abacus, AAM Tool, Hard Disk Sentinel и прочие, бывают тоже удобны в использовании.

WinAAM

Мы решили воспользоваться одной из самых простых утилит: WinAAM. Версия 2.9 является самой свежей и, как выяснилось, хорошо работает с нашим жёстким диском Hitachi. Данная утилита может только установить параметры AAM либо на “тихий” режим (значение 128), либо на “громкий” (254), равноценный максимальной производительности. Нам как раз это и было нужно, поскольку с помощью этих двух крайних значений мы смогли проверить производительность, уровень шума и энергопотребление жёсткого диска.

Hitachi Deskstar 7K1000.B

Нажмите на картинку для увеличения.

Многим из вас должен быть знаком жёсткий диск Hitachi Deskstar 7K1000.B, который уже несколько месяцев является топовой моделью Hitachi. По сравнению со своим предшественником 7K1000 (без буквы “B”), новый жёсткий диск обеспечивает значительно более высокую пропускную способность до 111 Мбайт/с и повышенную производительность приложений. Данный винчестер основан всего на трёх пластинах вместо пяти, как было у оригинального 7K1000. Hitachi обновила гарантию на розничную продукцию и сейчас предоставляет пять лет заводской гарантии, как и у верхнего сегмента массового рынка винчестеров Seagate и WD. Гарантию на свой жёсткий диск Hitachi можно проверить на сайте производителя.

Нажмите на картинку для увеличения.

Мы выбрали 1-Тбайт жёсткий диск Deskstar 7K1000.B, хотя доступны разные варианты ёмкости, начиная от 160 Гбайт, с тем же отличным набором функций. Большинство жёстких дисков имеют 16 Мбайт кэша, и все используют интерфейс SATA/300 с поддержкой “родной” очереди команд (NCQ). Hitachi также производит модели со встроенным аппаратным шифрованием в реальном времени под названием Bulk Data Encryption (BDE).

Все утверждения насчёт акустического управления правомерны и для других моделей, однако точные результаты могут и не получиться, поскольку жёсткие диски меньшей ёмкости имеют одну или две пластины вместо трёх. Это влияет на шум холостого хода и на шум при поиске данных, поскольку здесь перемещается меньше головок.

Нажмите на картинку для увеличения.

Мы пришли к выводу, что последняя модель Deskstar 7K1000.B является очень сбалансированным жёстким диском и хорошо подходит в качестве системного диска. Он обеспечивает хорошую производительность приложений, пропускную способность выше средней и разумное энергопотребление. В результате, данный винчестер даёт хорошее соотношение производительности на ватт. Другие терабайтные диски, такие как Samsung Spinpoint F1, обеспечивают более высокую пропускную способность, а WD Caviar Black быстрее работает в приложениях. Впрочем, ни один из жёстких дисков не является идеальным, а разница между ними в действительности мала.

Давайте посмотрим на результаты нашего тестирования AAM в режимах “быстрый (fast)” и “тихий (quiet)”.

Измерение акустического шума

Мы использовали этот изолированный корпус для измерения уровня шума жёстких дисков. Нажмите на картинку для увеличения.

Мы использовали один из наших собственных изолированных корпусов для измерения акустического шума, чтобы замерить точный уровень шума винчестеров. Обращаем ваше внимание на то, что измерение уровня шума в дБ (децибел) зависит от таких параметров, как расстояние между источником шума и измерительным прибором – шумомером, и результаты можно сравнивать только в том случае, когда они получены в одинаковых условиях. В нашем случае, шумомер был расположен примерно на расстоянии 25 см над центром жёсткого диска (см. картинку ниже).

Громкость звука измеряется в децибелах (дБ) – это десятая часть бела (Б), и вычисляется как логарифм с основанием 10. Это значит, что результат, который на 10 дБ больше другого, в два раза сильнее (= громче). Очевидно, что увеличение расстояния между источником шума и шумомером приведёт к уменьшению фиксируемых величин. Подробнее о единице измерения “децибел” можно почитать в Википедии.

Разница в уровне шума

Мы воспользовались нашим тестом IOmeter для проверки уровня шума жёсткого диска во время его активности, когда происходит интенсивное произвольное перемещение головок. Разница между режимами “тихий” и “быстрый” очень заметна: 43 дБ против 49 дБ в нашем тестовом окружении, такую разницу заметит любой человек с нормальным слухом. На результаты IOmeter повлиял режим “тихий”: они были заметно ниже; наблюдалась также небольшая разница в тесте PCMark05 и значительное отличие (возможно, самое большое) по среднему времени доступа. Однако при последовательном чтении и записи никакой разницы мы не зафиксировали: режим AAM здесь ни на что не влияет.

Нажмите на картинку для увеличения.

Нажмите на картинку для увеличения.

Тестовая конфигурация и диаграмма передачи данных

Мы повторили тест на пропускную способность несколько раз, но не заметили существенной разницы в скорости передачи данных между “быстрым” и “тихим” режимами.

Нажмите на картинку для увеличения.

Время доступа и производительность ввода/вывода

Время доступа заметно отличается в “тихом” и “быстром” режимах. Это та цена, которую приходится платить за производительность или низкий уровень шума, в зависимости от ваших предпочтений.

Сокращение времени доступа в “быстром” режиме способствует повышению производительности ввода/вывода до 20%, но это относится, в основном, к очередям малой глубины. В зависимости от нагрузки, длинные очереди команд снижают эффект от быстрого времени доступа.

Пропускная способность и скорость интерфейса

Скорость передачи данных жёсткого диска Hitachi Deskstar 7K1000.B не изменилась при переключении из “быстрого” режима в “тихий”.

Производительность приложений

Тест Windows XP Startup в PCMark05 сильно зависит от времени доступа жёсткого диска и от производительности ввода/вывода, поэтому “быстрый” режим, безусловно, обеспечивает лучшую производительность приложений.

“Тихий” режим не повредил производительности жёсткого диска во время последовательных операций, таких как запись больших объёмов данных.

Уровень шума при высокой активности произвольного перемещения головок

Как уже упоминалось, настройки жёсткого диска значительно влияют на уровень шума. Во время активности жёсткого диска в “быстром” режиме шум был довольно заметен (использовался тест IOmeter), однако в “тихом” режиме снижение уровня шума воспринималось даже на слух. Для систем домашних кинотеатров HTPC мы определённо рекомендуем переключать AAM в “тихий” режим.

Температура поверхности жёсткого диска

Переключение режимов функции акустического управления никак не сказалось на температуре жёсткого диска.

Энергопотребление при простое

Энергопотребление при простое оказалось разным, причём в “быстром” режиме требовалось меньше энергии. Мы не можем найти этому объяснение, но такая разница больше предела погрешности.

Тесты производительности на ватт: потоковое чтение

И снова видим, что при последовательных операциях чтения “быстрый” режим явно требует чуть меньше энергии.

Поскольку производительность при потоковом чтении не изменилась,…

…соотношение производительности на ватт оказалось лучше в “быстром” режиме, так как в этом случае жёсткий диск потребляет чуть меньше энергии. Впрочем, эта разница невелика.

Тесты производительности на ватт: сценарий ввода/вывода рабочей станции

Здесь мы видим дальнейшие доказательства менее быстрого перемещения головок в тихом режиме жёсткого диска. В нашем сценарии рабочей станции жёсткий диск Hitachi Deskstar 7K1000.B сделал меньше операций ввода/вывода в секунду по сравнению с “быстрым” режимом.

Результат оказался вполне ожидаемым и очевидным: жёсткому диску Hitachi, установленному в “быстрый” режим, требуется больше энергии для интенсивных операций ввода/вывода, чем в “тихом” режиме. Наша тестовая система показала разницу в 1,1 Вт.

В результате сравнения энергопотребления и относительно мало отличающейся производительности, “тихий” режим обеспечил лучшее соотношение производительности на ватт в сценарии ввода/вывода рабочей станции, нежели “быстрый” режим!

Заключение

При тщательном анализе выяснилось, что переключение автоматического акустического управления (AAM) в современных жёстких дисках из “быстрого” режима в “тихий” и наоборот имеет значение. Однако разница по производительности заметна лишь в некоторых тестах и для обычных пользователей несущественна.

Настройки функции акустического управления можно поменять с помощью утилит (freeware или shareware) или программ, запускаемых через командную строку, которые, как правило, можно найти на сайте производителя жёстких дисков. Однако в большинстве случаев вам придётся работать с загрузочным диском или дискетой, что, на наш взгляд, неудобно. Вместо них мы воспользовались утилитой WinAAM, хотя она и предоставляет только две опции: “быстрый” или “тихий” режим.

Изменение производительности

Установка жёсткого диска в “тихий” режим значительно ухудшает время доступа и производительность ввода/вывода: здесь Hitachi Deskstar 7K1000.B функционировал как жёсткий диск двухлетней давности. Снижение производительности произвольного перемещения головок также повлияло на производительность приложений, хотя для большинства пользователей такая плата за снижение уровня шума будет приемлемой. Между прочим, на скорости передачи данных переключение режимов AAM вообще никак не сказалось.

Энергопотребление

Мы ожидали, что энергопотребление жёсткого диска при простое останется прежним, но по какой-то непонятной причине “быстрый” режим оказался немного выгоднее с точки зрения энергопотребления, если жёсткий диск бездействовал или был занят только последовательными операциями. Во время произвольного перемещения головок ситуация совершенно менялась. В этом случае, “быстрый” жёсткий диск обеспечивает более высокую производительность ценою повышенного энергопотребления, поэтому “тихий” жёсткий диск выигрывает по соотношению производительности на ватт. Разница при потоковом чтении оказалась меньше.

Стоит ли применять AAM?

Осталось ответить на один вопрос: стоит ли ради снижения уровня шума переключать режим акустического управления на “тихий”? Если вы всеми силами стараетесь уменьшить шум вашего компьютера, то, конечно же, стоит. Сниженный уровень вибрации жёсткого диска существенно повлиял на наши измерения уровня шума, и ещё больше это будет заметно при установке винчестера в корпус компьютера, поскольку корпус всегда передаёт вибрацию, делая её слышимой. Энтузиасты, использующие высокопроизводительные жёсткие диски, должны непременно подумать о звукоизоляции или звукопоглощающих оснастках. Если вы позаботитесь о качественной звукоизоляции, то уровень шума жёсткого диска заметно снизится, не влияя на производительность. Обычным пользователям без притязаний на высокую производительность мы рекомендуем потратить время на акустическую оптимизацию своих жёстких дисков, переключив AAM в “тихий” режим.