2,5-дюймовые винчестеры SAS: 10 000 против 15 000 об/мин – THG.RU

В чём преимущество 15 000 об/мин?

Скорость вращения 7 200 об/мин давно стала стандартом для настольных жёстких дисков, поскольку она позволяет получить разумный компромисс между надёжностью, приемлемым уровнем шума, ценой и производительностью. Среди ноутбуков распространены 2,5″ винчестеры со скорость вращения от 4 200 до 5 400 об/мин, поскольку здесь на первом месте стоят вопросы энергопотребления. Поэтому скорость передачи данных 2,5″ винчестеров для ноутбуков обычно ниже.

Ситуация в сфере серверов отличается, поскольку там скорость вращения жёстких дисков составляет не меньше 10 000 об/мин, а у high-end серверных моделей она вообще достигает 15 000 об/мин. В чём же заключается преимущество суперскоростных жёстких дисков?

Если не считать технологию записи данных, то скорость вращения шпинделя является самым важным фактором, влияющим на производительность. У большинства пользователей увеличение скорости вращения связывается с повышением скорости передачи данных, поскольку это наиболее очевидное преимущество винчестеров с большой скоростью вращения шпинделя. Будете ли вы загружать Windows или копировать файлы, занимающие объём в сотни мегабайт или даже гигабайты, высокая скорость вращения шпинделя сокращает время выполнения упомянутых задач. Сочетание высокой скорости вращения с передовой технологией перпендикулярной магнитной записи (PMR, perpendicular magnetic recording) позволило установить новые рекорды производительности.

Но высокая скорость вращения шпинделя приводит и к другим преимуществам по производительности, например, по времени доступа. Здесь важно различать время поиска (seek time) и время доступа (access time), поскольку только последнее действительно важно для повседневных приложений. Время доступа является суммой времени поиска и задержкой вращения, которая происходит, когда головка уже перешла на нужную дорожку и ждёт вращения пластины до требуемых секторов. Чем выше скорость вращения шпинделя, тем меньше будет задержка вращения, соответственно, и ниже будет среднее время доступа.

К сожалению, жёсткие диски на 15 000 об/мин (15k) стоят существенно дороже менее скоростных моделей. Кроме того, если вы соберётесь потратиться на жёсткие диски 15k, то придётся смириться со сниженными ёмкостями. Мы сравнили Seagate Savvio 10k.2 и Savvio 15k.1 при независимой работе жёстких дисков, а также в массиве из четырёх накопителей в конфигурациях RAID 0 и RAID 5.

2,5″ формат на смену 3,5″

Переход с 3,5″ на 2,5″ жёсткие диски произошёл как на мобильном, так и на серверном рынках. Кроме снижения веса и энергопотребления, которое увеличило популярность 1,8″ накопителей в секторе медиаплееров и субноутбуков, у жёстких дисков с небольшим диаметром есть свои преимущества.

С одной стороны, у 2,5″ винчестеров диаметр пластины намного меньше, поэтому меньше и масса, что приводит к снижению трения вращения. С другой стороны, рабочий диапазон движений кронштейна, несущего головки чтения/записи, меньше, что при равных скоростях вращения и механических компонентах положительно влияет на время доступа по сравнению с 3,5″ моделями. Хотя 2,5″ серверные винчестеры и дают иногда меньшую скорость последовательной передачи данных по сравнению с 3,5″ моделями, но они обходят их по времени доступа.

2,5″ накопители SAS сегодня достигли ёмкости 147 Гбайт на 10 000 об/мин и 73 Гбайт на 15 000 об/мин. Вместе с тем, 3,5″ винчестеры SAS и SCSI корпоративного класса уже вышли в ёмкостях 300 Гбайт. Есть и другие модели корпоративного класса на 3,5″, которые вышли из рынка настольных винчестеров, но проходят особые стадии валидации и сертификации, чтобы гарантировать работу в режиме 24/7. Эти накопители поставляются только с интерфейсом SATA, моделей SAS нет.

Впрочем, 2,5″ жёсткие диски SAS позволяют увеличить так называемую плотность хранения данных, поскольку занимаемое ими пространство намного меньше по сравнению с 3,5″ винчестерами. Под определением плотности хранения данных подразумевают ёмкость на физический объём, но возможна и оценка производительности на объём. Популярные хранилища имеют высоту в 1U и позволяют установить либо четыре 3,5″ винчестера, либо целых десять 2,5″ жёстких дисков. Хорошим примером можно назвать Infostation от StorCase. Десяток жёстких дисков не будет потреблять существенно больше энергии, чем четыре 3,5″ винчестера, но они обойдут четыре 3,5″ винчестера по производительности в два, а иногда и в 2,5 раза. Если вы будете использовать массив из 4-6 2,5″ винчестеров, то получите производительность не хуже, но со сниженным общим энергопотреблением.

Seagate Savvio 10k.2: 10 000 об/мин

Seagate Savvio 10k.2 – 2,5″ жёсткий диск SAS второго поколения. Первое поколение жёстких дисков Savvio вышло ещё в начале 2004 года, но тогда они были оснащены интерфейсом Ultra320 SCSI. Модели с интерфейсом SAS (Serial Attached SCSI) появились примерно через год.

Savvio 10k.2 существенно быстрее, чем первая линейка Savvio, что связано не столько с новым интерфейсом, сколько с технологией записи и другими улучшениями. Мы использовали винчестеры Savvio 10k.2 в недавних тестах RAID-контроллеров (SAS/SATA). Жёсткий диск даёт скорость обмена данными более 90 Мбайт/с, скорость интерфейса получается до 174 Мбайт/с, а время доступа 7,6 мс просто замечательное. Среднее время поиска составляет 3,8 мс для чтения и 4,4 мс для записи. Результаты великолепные, поскольку немногие настольные винчестеры могут дать более высокую скорость передачи данных, а время доступа меньше только у винчестеров, имеющих большую скорость вращения или не использующих механические диски. Savvio нагревается во время работы, но специальной системы охлаждения не требуется, если, конечно, устанавливать накопители в подходящие отсеки. Достаточно стандартной вентиляции накопителей при должной системе кондиционирования комнаты.

3,5″ жёсткие диски обычно потребляют 7-10 Вт в режиме бездействия, поэтому 5 Вт у Savvio 10k.2 является хорошим результатом. Seagate предлагает две модели, на 146 и 73 Гбайт, причём последняя работает с одной пластиной. Обе модели оснащены 16 Мбайт кэша и имеют пятилетнюю гарантию.

Seagate Savvio 15k.1: 15 000 об/мин

Винчестеры Seagate Savvio 15k.1 на 15 000 об/мин появились в начале 2007 года. Их можно считать вполне логичным дополнением линейки Savvio 10k, работающей на 10 000 об/мин. В целом, у Seagate есть богатый опыт по разработке винчестеров на 15 000 об/мин, который оказался весьма кстати при разработке 15k-привода малого форм-фактора.

Второй жёсткий диск Savvio тоже использует интерфейс SAS/300 и оснащён 16 Мбайт кэш-памяти. Seagate указывает время поиска всего 2,9 мс для чтения и 3,3 мс для записи, что дало среднее время доступа 5,6 мс в наших тестах. Скорость передачи данных до 104 Мбайт/с позволяет назвать этот накопитель одним из самых быстрых, тем более что минимальная скорость составляет 68 Мбайт/с. Наконец, производительность ввода/вывода у этого винчестера впечатляет ещё больше, а именно этот параметр наиболее важен для многих типов корпоративных серверов (представьте, например, базу данных транзакций). С результатами вы можете ознакомиться на наших тестовых графиках.

Опять же, доступны две модели, топовая на 73 Гбайт и базовая на 36 Гбайт. Обе имеют пятилетнюю гарантию Seagate. Было очень интересно узнать, что Savvio 15k.1, по заявлению Seagate, является самым надёжным жёстким диском на рынке. Подобные заявления проверить на практике вряд ли возможно, но знать об этом не мешает.

Тестовая конфигурация

Мы использовали четыре жёстких диска

Результаты тестов

Скорости передачи данных RAID 0

Savvio 10k.2 (10 000 об/мин), RAID 0

При размере блока в 256 кбайт мы получили пропускную способность 474 Мбайт/с. Поскольку один жёсткий диск Savvio 10k.2 даёт до 93 Мбайт/с, на результаты явно влияет кэш-память. Физическая скорость чтения с пластин не будет превышать 350 Мбайт/с.

Savvio 15k.1 (15 000 об/мин), RAID 0

Переход на модели 15k не особо улучшил производительность чтения, но скорость записи значительно выиграла.

Скорости передачи данных RAID 5

Savvio 10k.2 (10 000 об/мин), RAID 5

Пропускная способность в RAID 5, по всей видимости, упирается в контроллер, которому необходимо выполнять расчёты XOR. Впрочем, производительность на уровне 250 Мбайт/с вполне достойная.

Savvio 10k.2 (10 000 об/мин), пониженный RAID 5

Важно знать производительность, когда один из дисков выйдет из строя, и контроллеру приходится воссоздавать информацию “на лету”.

Savvio 15k.1 (15 000 об/мин), RAID 5

Savvio 15k.1 (15 000 об/мин), пониженный RAID 5

Когда один из жёстких дисков массива RAID 5 выходит из строя, накопители 15k работают быстрее.

Время доступа

Вполне понятно, что у одного винчестера время доступа будет меньше, чем у массива RAID. Причём разница между RAID 0 и RAID 5 невелика. В целом, время доступа массивов жёстких дисков на 10 000 об/мин оказалось между 8,1 и 8,5 мс, а на 15 000 об/мин – между 5,9 и 6,3 мс.

Пропускная способность интерфейса

Скорость чтения

Скорость записи

Производительность ввода/вывода RAID 0

В RAID 0 винчестеры Savvio 15k.1 дали примерно на 20% большее число операций ввода/вывода в секунду.

Производительность ввода/вывода RAID 5

Опять же, использование более скоростных жёстких дисков увеличило производительность ввода/вывода на 20%.

Заключение: 15 000 об/мин для высокопроизводительных серверов

Разница в производительности между приводами Savvio на 10 000 об/мин и на 15 000 об/мин весьма существенная. Savvio 15k.1 демонстрирует немалый прирост производительности в низкоуровневых тестах, особенно при измерении времени доступа или скорости передачи данных. Впрочем, за такой прирост приходится расплачиваться меньшей максимальной ёмкостью (73 Гбайт против 146 Гбайт у винчестеров на 10 000 об/мин) и более высокой ценой. Жёсткие диски на 15k особенно хорошо показали себя в наших тестах ввода/вывода.

Если вы планируете использовать несколько винчестеров в большом массиве RAID, мы рекомендуем тщательно подходить к вопросу выбора RAID-контроллера, поскольку он легко может стать “узким местом” массива. Мы использовали контроллер ICP 5085BL, который содержит быстрый процессор Intel IOP333 на 800 МГц, но всё равно упёрлись в 300 Мбайт/с. Это соответствует 75 Мбайт/с на жёсткий диск при использовании четырёх накопителей. Результаты тестов показывают, что один Savvio 10k.2 может выдать больше 90 Мбайт/с.

Мы обнаружили, что контроллер ICP даёт прекрасную производительность ввода/вывода, так как мы смогли получить на 20% больше операций ввода/вывода в секунду при переходе на более скоростные винчестеры Savvio 15k.1. Производительность не будет сильно падать при очереди в 64 и больше команд. Даже в пониженном массиве RAID 5 с вышедшим из строя винчестером 15k.1 работают не медленнее, чем полнофункциональный массив RAID 5 на винчестерах с 10 000 об/мин. Разница существенна для серверов, которым нужно обрабатывать большие базы данных.

Если вы хотите просто увеличить скорость работы с жёстким диском, то выбор накопителей на 15 000 об/мин вряд ли себя оправдывает. Да и придётся смириться с вдвое меньшей ёмкостью. Лучшие результат вы получите, если выберите RAID-контроллер, оптимизированный под пропускную способность, и добавите ещё один винчестер. Впрочем, есть одно возможное применение для Savvio 15k.1: в качестве системного жёсткого диска в ПК для энтузиастов, поскольку Savvio 15k.1 быстрее, чем любой винчестер SATA. Но придётся заплатить круглую сумму за жёсткий диск и контроллер SAS.