SanDisk SSD 5000: твёрдотельный винчестер на 32 Гбайт – THG.RU

Ахиллесова пята твёрдотельных накопителей

В нашу тестовую лабораторию поступили первые полнофункциональные и уже присутствующие в продаже твёрдотельные накопители (SSD). Примерно с год назад мы тестировали прототип от Samsung, и большинство производителей памяти с тех пор объявили о своих флэш-накопителях. Но в нашу лабораторию первым добрался твёрдотельный жёсткий диск SanDisk SSD 5000 на 32 Гбайт.

Надо сказать, что накопитель не способен справиться с некоторыми серверными нагрузками. Но, в целом, он заметно превосходит жёсткие диски на традиционной технологии. Действительно, производительность накопителей является “узким местом” современных систем, а здесь она поднимается на новый уровень.

Твёрдотельные накопители существуют уже многие годы. Но энергонезависимая память (обычно флэш) была до последнего времени слишком дорогой, чтобы представить продукты с достаточной ёмкостью для настольных ПК или ноутбуков и разумной ценой. Впрочем, даже сегодня твёрдотельные жёсткие диски с ёмкостью от 8 до 32 Гбайт всё ещё далеки от оптимального объёма, который составляет 160-200 Гбайт для настольных ПК и 80-120 Гбайт для ноутбуков. Да и 32-Гбайт жёсткий диск в три-четыре раза дороже традиционного винчестера, который в три-четыре раза объёмнее (в России пока цены ещё выше). Так стоит ли покупать SSD-винчестер в ближайшее время? Как мы считаем – да.

Что такое флэш-память?

Сегодня любой пользователь наверняка знаком с флэш-памятью, но далеко не каждый знает, как она работает. Флэш-память основана на транзисторах и кремниевой технологии памяти, которая может сохранять информацию, захватывая электроны в так называемых транзисторах с плавающим затвором (floating-gate transistor). В зависимости от порогового напряжения ячейки флэш-памяти, транзистор будет оставаться изолированным или проводящим. Память SLC (single-level cell, одноуровневые ячейки) имеет только один уровень напряжения, а флэш-память MLC (multi-level cell, многоуровневые ячейки) способна сохранять в ячейке несколько битов. Флэш-транзисторы постепенно теряют свои свойства, обычно срок службы составляет от 10 000 до нескольких миллионов циклов записи. Многие флэш-накопители имеют специальные алгоритмы уравнивания износа, которые гарантируют, что все ячейки будут испытывать равную нагрузку, чтобы продлить срок жизни продукта. Недостатком можно считать непредсказуемую производительность.

Сегодня выделяют две технологии флэш-памяти: NOR и NAND, где NOR соответствует конъюнкции отрицаний. При данном типе высокий выходной уровень (1) получается, только если оба входа, на управляющем и плавающем затворах, находятся на низком уровне (0). Если один из входов или оба будут на высоком уровне (1), то ток не пойдёт. У флэш-памяти SLC хранящиеся данные восстанавливаются по принципу наличия тока, который течёт через транзистор. У памяти MLC оценивается величина уровня, соответствующая точному количеству заряда плавающего затвора. Память NOR можно полностью адресовать через внешнюю шину для операций чтения, но она довольно медленно записывает или стирает данные, поскольку запись и стирание происходят по блокам. Кроме того, у памяти NOR нет систем управления плохими блоками – за это должна отвечать host-система. Память NOR является идеальной технологией для энергонезависимой памяти, предназначенной для длительного хранения данных. Такая память используется в прошивках или BIOS.

В отличие от NOR, память NAND позволяет току проходить, если один из входов находится на высоком уровне (1). Ячейки NAND нельзя адресовать индивидуально, но их можно считывать или записывать по принципу, напоминающему жёсткие диски. Стирание работает только поблочно. Следовательно, контроллер должен правильно обращаться к памяти NAND, что обычно подразумевает и управление плохими блоками. NAND используется в картах памяти и потребительской электронике, а благодаря контроллеру, который нужен в любом случае, производители могут легко оптимизировать свои продукты под потребительские нужды, маркируя плохие блоки и имея в запасе большое число запасных. В результате на 4-Гбайт накопителе на флэш-памяти обычно есть не меньше нескольких сотен мегабайт запасной памяти, чтобы замещать плохие блоки, которые со временем могут возникнуть. Память NAND поэтому более эффективная, поскольку при повышении плотности хранения данных позволяет повысить выход годных продуктов для данной ёмкости. Причина в том, что можно использовать больше ячеек в качестве запасных. Причём, даже если плохие блоки возникнут, пользователь об этом не узнает.

Флэш повсюду

Флэш-память и накопители на этой технологии можно обнаружить практически на всех сегментах рынка. Поначалу флэш-память использовалась для хранения прошивки или информации BIOS. Затем она всё больше стала применяться в таких сферах, как накопители (подумайте о портативных USB-брелоках) и хранилища временной информации для ускорения работы той же Windows Vista (ReadyBoost) и даже для постоянного хранения информации. С другой стороны, флэш-память начинают интегрировать в жёсткие диски, превращая их в так называемые гибридные (H-HDD). Гибридные жёсткие диски являются традиционными винчестерами с вращающимися пластинами, но они оснащены ещё и флэш-памятью объёмом от 128 Мбайт до нескольких гигабайт, которую операционная система использует для хранения данных и как кэш-память. Это позволяет останавливать шпиндель винчестера. Наконец, флэш-память проникает и на сектор традиционных жёстких дисков. Уже несколько месяцев на рынке есть 1,8″ и 2,5″ флэш-винчестеры, но низкая ёмкость и высокие цены не позволят им пробиться ниже high-end рынка, где, кстати, велика доля Bitmicro. Поскольку цена гигабайта продолжает падать, будущее твёрдотельных флэш-накопителей представляется вполне радужным. Сегодня почти все производители памяти готовы предложить модели с ёмкостью от 6 до 32 Гбайт, и лишь вопрос времени, когда станут доступны 64- и 128-Гбайт накопители. Впрочем, сегодня за 32-Гбайт твёрдотельный винчестер придётся заплатить примерно $400 (в России пока дороже).

Флэш против механических жёстких дисков

Если сравнить недостатки флэш-памяти и обычных жёстких дисков, то проблемы с производительностью являются очевидными (медленная скорость записи и ограниченное число циклов записи у флэш-памяти; ограниченная механическая надёжность и заметные задержки у жёстких дисков). В одном из документов, касающихся твёрдотельного накопителя SanDisk SSD5000, мы обнаружили следующую таблицу. Она не учитывает последнее поколение жёстких дисков и длинное время доступа для случайных операций записи, но даёт начальное представление о твёрдотельных накопителях.

Таблица SanDisk неполная, поскольку в ней отсутствуют некоторые характеристики (нет упоминания о задержках записи и ёмкостях), но она даёт начальное представление о твёрдотельных накопителях.

SanDisk не учла, что последнее поколение 2,5″ винчестеров намного быстрее, так что обновить таблицу не мешало бы: сегодня винчестеры на 5 400 об/мин с лёгкостью достигают 50 Мбайт/с, а модели на 7 200 об/мин для ноутбуков дают 60 Мбайт/с. Если у жёстких дисков производительность записи мало отличается от производительности чтения, то флэш-диски намного медленнее (см. раздел тестов). Впрочем, производительность записи SanDisk SSD5000 всё же достаточно высока, чтобы конкурировать с любым механическим жёстким диском.

Флэш против флэш

В сентябре 2006 года мы уже тестировали 32-Гбайт флэш-винчестер Samsung. Он был оснащён 16 чипами флэш-памяти по 2 Гбайт каждый. В отличие от продукта SanDisk, который мы получили для этого обзора, Samsung использовала интерфейс UltraATA/66. Хотя этот интерфейс нельзя назвать быстрым, его было достаточно для первых твёрдотельных накопителей потребительского класса: производительность Samsung SDD не превышала 50 Мбайт/с для чтения и 30 Мбайт/с для записи.

Прототип Samsung был заключён в пластиковый корпус, поэтому был очёнь лёгким, но накопитель SanDisk весит в два раза больше (94 г против 46 г). Учитывая, что для твёрдотельных накопителей целевым рынком являются высокопроизводительные ноутбуки, лишний вес вряд ли можно приветствовать. Зато SDD5000 заключён в прочный алюминиевый корпус.

SanDisk SATA 5000 2,5″

Начнём с хороших новостей: со скоростью 68 Мбайт/с перед нами самый быстрый “жёсткий диск” в 2,5″ форм-факторе, который когда-либо поступал в нашу лабораторию. Да и 50 Мбайт/с для записи тоже неплохо. Время доступа составляет всего 0,1 мс, так что им вообще можно пренебречь. Оно входит в пределы погрешности тестовых программ. SSD 5000 не имеет DRAM-кэша, который есть у обычных жёстких дисков, поскольку толку от него практически нет. Поэтому производительность интерфейса SATA/150 соответствует максимальной скорости передачи данных. Производительность ввода/вывода в IOMeter сильно различалась: с одной стороны, SSD 5000 доминирует в тесте web-сервера. В данном тесте он оказался в 30 раз быстрее, чем обычные винчестеры. Но твёрдотельный накопитель сильно отстаёт от современных 2,5″ винчестеров в тестах файлового сервера, сервера баз данных и рабочей станции. Причина в том, что NAND-флэш даёт быстрое время доступа для чтения, но время доступа для записи намного больше. В упомянутых трёх тестах много случайных операций записи, что снижает результаты.

Твёрдотельный накопитель SanDisk оказался намного экономичнее, чем любой жёсткий диск, но он не показал такого низкого энергопотребление, которое мы получили у Samsung SSD в сентябре 2006 года. Впрочем, это связано не с технологией флэш-памяти, а с интерфейсом. Новый накопитель SanDisk использует интерфейс Serial ATA/150, который потребляет в режиме бездействия 0,5 Вт, что в 10 раз выше, чем энергопотребление накопителя Samsung, который в режиме бездействия потреблял 0,05 Вт.

Действительно, энергопотребление последовательного интерфейса в целом относительно высокое, независимо от того, будете ли вы сравнивать Serial ATA против UltraATA или PCI Express против PCI/PCI-X. Впрочем, надо всё же проводить сравнение между накопителем SanDisk и обычным жёстким диском. Если интерфейс SATA и не самый экономичный, и твёрдотельный накопитель в режиме бездействия не может потреблять меньше 0,5 Вт, это всё равно ниже, чем 0,7 Вт и выше у механических жёстких дисков. Если посмотреть на результаты 32-Гбайт Samsung SDD (с интерфейсом UltraATA/66), можно заключить, что сама флэш-память работает намного экономичнее. Так что перспективы для улучшения есть. Впрочем, винчестеры на 7 200 об/мин, которые мы и должны сравнивать с твёрдотельными накопителями из-за одинаковой целевой аудитории (энтузиасты и профессиональные пользователи), требуют энергии в режиме бездействия, как минимум, в два раза больше. Впрочем, в рабочем режиме энергопотребление SSD-винчестеров увеличивается до 1,0 Вт. У 2,5″ механических винчестеров оно меняется от 2,4 до 4,6 Вт, так что разница велика.

Мы уже упомянули алюминиевый корпус твёрдотельного накопителя, который является основной причиной веса 94 грамма у SDD 5000. По сравнению с другими 2,5″ механическими жёсткими дисками, которые весят от 95 до 105 грамм, результат неплох, тем более что металлический корпус физически защищает чипы памяти. Впрочем, вес у прототипа Samsung был всё же примерно в два раза меньше, чем у SDD 5000.

RAID на флэш-винчестерах

SanDisk весьма щедро выслала нам для обзора два SSD-винчестера, поскольку мы хотели посмотреть на их производительность в массиве RAID 0. SSD-винчестеры на флэш-памяти намного надёжнее, им не страшны физические удары, да и работать они могут при более высоких температурах. Учитывая надёжность, массив RAID 0 на SSD-винчестерах привлекательнее, чем на обычных жёстких дисках, которые могут выйти из строя, если не сегодня, то завтра. Да и по производительности RAID 0 на твёрдотельных накопителях выглядит весьма достойно.

Тестовая конфигурация

Результаты тестов

Диаграммы передачи данных

Постоянная последовательная скорость чтения 68 Мбайт/с впечатляет, тем более, что она не снижается по мере заполнения винчестера данными. Производительность записи составила от 40 до почти 50 Мбайт/с, что неплохо для приложений, работающих с потоками данных. Например, для монтажа видео.

Заключив два накопителя SanDisk SSD 5000 в массив RAID 0 мы почти удвоили скорость чтения примерно до 122 Мбайт/с. Последовательная скорость записи составила 70-76 Мбайт/с, что уступает показателю у обычных жёстких дисков.

Время доступа

Как у отдельных накопителей SSD 5000, так и у двух в массиве RAID 0 время доступа чтения практически не существует.

Пропускная способность интерфейса

Пропускная способность интерфейса равняется максимальной последовательной скорости чтения как у одиночного накопителя, так и у конфигурации RAID 0. SanDisk поддерживает интерфейс SATA/150, но максимальная скорость передачи 68 Мбайт/с у одного винчестера до него не дотягивает.

Скорость чтения

Производительность последовательного чтения великолепна, как по максимальному, так и по среднему и минимальному результату. Но ситуация ухудшается, если взглянуть на тесты записи.

Скорость записи

Результаты наглядно показывают, что скорость записи не является сильной стороной твёрдотельных жёстких дисков. Последнее поколение механических 2,5″ винчестеров даёт лучшие минимальную и максимальную скорости записи.

Тесты ввода/вывода

Всего 40 операций ввода/вывода в секунду у одиночного накопителя и 40-50 операций ввода/вывода в секунду у RAID 0 – производительность почти в два раза ниже, чем у традиционного винчестера в тесте баз данных. Хотя сервер баз данных выигрывает от быстрого доступа к твёрдотельному накопителю во время чтения, он проигрывает из-за медленного выполнения запросов на запись данных. По мере роста очереди запросов производительность одного SSD-винчестера не увеличивается, поскольку “родную” очередь команд он не поддерживает.

Производительность флэш-винчестера в массиве RAID 0 может конкурировать с обычными 2,5″ жёсткими дисками под нагрузкой файлового сервера (запись и чтение файлов разных размеров). Впрочем, один твёрдотельный накопитель не достигает производительности традиционных винчестеров.

Как показывает следующий тест, твёрдотельные HDD могут быстро выдавать данные, хотя и не способны достаточно быстро записывать данные в серверном окружении.

Следует отметить, что в тесте web-сервера данные практически не записываются на накопители. Всё, что нужно web-серверу, – выдавать блоки данных в случайном порядке, с чем твёрдотельные накопители справляются “на ура”. Мы получили 3 000 операций ввода/вывода в секунду или даже более 5 000 операций для массива RAID 0, до этого уровня не дотягивают даже большие массивы RAID с восемью жёсткими дисками.

Последний тест ввода/вывода опять включает немало операций записи, что приводит к такой же ситуации, какую мы видели в тестах сервера баз данных или файлового сервера. Опять же, флэш-накопитель от SanDisk не может достичь производительности традиционных жёстких дисков.

Тесты приложений

Результаты компенсируют смешную производительность, которую мы видели в тестах ввода/вывода. Если обычный жёсткий диск показывает от 6 до 8 Мбайт/с при сборе данных, необходимых во время запуска Windows XP, то SanDisk SDD 5000 даёт поток в три раза больше. Результат очевиден: Windows (и приложения) с твёрдотельного винчестера будут загружаться ощутимо быстрее.

Опять же, SSD 5000 страдает из-за того, что флэш-память не может быстро записывать данные в произвольные ячейки. Все обычные жёсткие диски обеспечивают лучшую производительность записи файлов, что и показывает HDD-тест Futuremark PCMark05 HDD.

Энергопотребление

Как мы уже обсуждали выше, SSD 5000 от SanDisk более экономичен, чем любой жёсткий диск, но интерфейс Serial ATA не позволяет ему дать действительно низкое энергопотребление в режиме бездействия. И здесь есть, куда совершенствоваться, поскольку прототип SSD от Samsung, который мы тестировали с год назад, потреблял в режиме бездействия всего 0,05 Вт, что впечатляет.

Заключение

Позвольте подвести итог тому, что мы узнали в ходе наших тестов.

• Твёрдотельный накопитель SanDisk SSD 5000 является первым коммерчески доступным 32-Гбайт образцом, который поступил в нашу лабораторию. По сравнению с 32-Гбайт прототипом Samsung, который мы тестировали в прошлом году, мы обнаружили существенный прирост производительности, но и большее энергопотребление в режиме бездействия из-за интерфейса SATA, которому требуется больше энергии, чем интерфейсу UltraATA у прототипа Samsung.
• SSD 5000 от SanDisk на сегодня является самым быстрым накопителем SATA в 2,5″ форм-факторе, обеспечивая пропускную способность 68 Мбайт/с на последовательное чтение и 40-50 Мбайт/с на последовательную запись. Да и время доступа 0,1 мс практически не существует, а время загрузки Windows XP или Vista впечатляюще малое.
• Множественные доступы на запись, которые происходили в тестах ввода/вывода сервера баз данных и файлового сервера, открыли “ахиллесову пяту” SSD 5000: запись в множество разных ячеек памяти замедляло SSD-накопитель настолько, что он уступал обычным 2,5″ винчестерам, которые дают лучшую производительность ввода/вывода и записи файлов.
• Твёрдотельные накопители на основе флэш-памяти (SSD) стоят дорого. Приводы с ёмкостью 8 и 16 Гбайт продаются дешевле $300, но мы рекомендуем именно 32-Гбайт модели, поскольку одна Windows Vista будет потреблять от 8 до 10 Гбайт, а вам потребуется ёмкость и для других приложений. Но на такую ёмкость придётся потратить не меньше $400. В России цены пока ещё выше.

Производительность чтения твёрдотельного накопителя оказалась впечатляющей. Ни один другой накопитель форм-фактора 2,5″ не даёт более высокие скорости передачи, лучшие минимальные скорости передачи или меньшее время доступа. Кроме того, флэш-накопители позволяют увеличить время автономной работы ноутбуков, поскольку их энергопотребление находится на 30-400% ниже энергопотребления традиционных 2,5″ жёстких дисков. Экономия времени загрузки приложений и Windows для нас является достаточной причиной, чтобы приобрести в ближайшем будущем такой накопитель для ноутбука. Действительно, энтузиастам можно рекомендовать покупку SSD-винчестера, поскольку он обеспечит лучший прирост производительности, чем любой другой апгрейд. Обычным же пользователям мы рекомендуем обождать, пока цены не станут более доступными, поскольку $400 за 32-Гбайт твёрдотельный накопитель равняется цене 1-Тбайт винчестера.

Впрочем, пока твёрдотельные накопители не рекомендуется использовать в серверах. Результаты тестов ввода/вывода для серверов баз данных, файловых серверов и рабочих станций показывают, что производительность сильно снижается при случайных записях, что вполне обыденно для флэш-памяти. Поэтому SSD 5000 в данных сценариях работает на том же уровне, что и 2,5″ винчестер пятилетнего возраста. Единственным исключением оказался тест web-сервера, в котором происходит доступ к мелким файлам и почти нет операций записи. Для смешанных серверных сценариев, когда происходит и чтение, и запись, любой приличный 2,5″ винчестер, не говоря уже о моделях корпоративного класса, обеспечит лучшую производительность ввода/вывода.