Western Digital EARS: новая линейка с секторами по 4 кбайт – THG.RU

Введение

Samsung уже выпускала несколько жёстких дисков, которые используют размер сектора больше 512 байт, а именно Spinpoint M7E или портативный S1 Mini. Однако именно Western Digital представила новую линейку жёстких дисков EARS, которая обеспечивает поддержку размера сектора 4 кбайт на массовом рынке. Основная причина подобного шага заключается в увеличении чистой ёмкости из-за снижения объёма информации ECC в результате перехода на сектор большего размера. Мы протестировали 1-Тбайт жёсткий диск Western Digital Caviar Green (WD10EARS), чтобы оценить новую технологию.

Advanced Format

Данный термин стала использовать Western Digital, назвав последние продукты с сектором 4 кбайт как Advanced Format Drive(s). Впрочем, под данным названием скрывается только увеличение размера сектора с 512 байт до 4 кбайт. Основная цель – повышение ёмкости, но реализация оказалась отнюдь не тривиальной. Но давайте начнём с самых основ.

Жёсткие диски: основы

Жёсткие диски состоят из одной или нескольких вращающихся пластин, на которые нанесено магнитное покрытие. Головки отвечают за чтение или запись информации на поверхности – их работу можно представить аналогично звукоснимающей головке с иглой у винилового проигрывателя, хотя в данном случае головки расположены по обеим сторонам пластины. На поверхности каждой пластины размечены концентрические дорожки. Каждая дорожка содержит разное число секторов (им и посвящена нынешняя статья), и каждый сектор содержит определённое число битов. Значение бита “0” или “1” определяется магнитными свойствами участка. Все последние жёсткие диски базируются на так называемой технологии перпендикулярной магнитной записи, при которой магнитные домены ориентированы вертикально, а не горизонтально в отличие от предыдущего поколения. Перпендикулярная запись (PMR) позволила значительно увеличить плотность записи данных, которая измеряется в гигабитах на квадратный дюйм.

Как увеличить ёмкость?

Традиционный и наиболее часто встречающийся способ увеличения ёмкости заключается в повышении плотности записи данных. Конечно, гигабиты на квадратный дюйм позволяют технически точно выразить плотность хранения данных, но часто также говорят и о ёмкости одной пластины. 3,5″ жёсткие диски сегодня могут хранить до 500 Гбайт на одной пластине с традиционными секторами по 512 байт. 2,5″ жёсткие диски для ноутбуков по-прежнему ограничены 320 Гбайт на пластину, хотя вскоре плотность записи должна увеличиться. На данный момент вполне очевидно, что большее число пластин также приведёт и к увеличению общей ёмкости. Однако это увеличит себестоимость, а также количество движущихся частей.

Больший размер сектора приводит к меньшему количеству служебной информации

Больший размер сектора приводит к увеличению чистой ёмкости, поскольку при этом снижается количество информации ECC и количество границ между секторами. WD утверждает, что переход с 512-байт на 4-кбайт сектор приводит к увеличению “чистой” ёмкости на 7-11%. Эффективность контроля ошибок ECC тоже увеличивается, поскольку один длинный код ECC требует меньше вычислений, чем несколько мелких кусочков. Впрочем, есть всё же некоторые проблемы.

Линейка WD EARS

Нажмите на картинку для увеличения.

WD стала первым производителем, массово представившим на рынок жёсткие диски с размером сектора 4 кбайт. Хотя для Western Digital это нельзя назвать серьёзным технологическим прорывом, да и объявление прошло довольно тихо, важна технология сама по себе и её правильная реализация. Причина кроется в проблемах с производительностью, если вы не обратите внимания на размер сектора в 4 кбайт при работе с операционными системами старее, чем Windows 7 или Vista. Мы как раз обсудим это чуть ниже. Именно поэтому WD, как нам кажется, решила переходить на размер сектора 4 кбайт на линейке Caviar Green, поскольку этим экономичным накопителям максимальная производительность не требуется.

Есть простой способ определить накопитель Advanced Format: это можно заметить по наклейке жёсткого диска (см. чуть ниже) или по размеру кэш-памяти. Ни один другой жёсткий диск WD для массового рынка за исключением моделей Caviar Black или RE4 не оснащается кэшем на 64 Мбайт. По крайней мере, в случае линейки Caviar Green это явно указывает на модели AFD.

Новая линейка продолжает модельный ряд EADS, рассмотренный нами в сентябре 2009 года, при этом вы получите прирост производительности по сравнению с предшествующими моделями. Скорость вращения шпинделя по-прежнему составляет 5400 об/мин, но по энергопотреблению мы получили новый рекорд: 2,8 Вт в режиме бездействия – это меньше, чем у любого другого 3,5″ винчестера. Но следует помнить, что 1-Тбайт жёсткий диск использует всего две пластины; если бы пластин было три или четыре, то энергопотребление было бы уже не таким низким. Энергопотребление под нагрузкой чуть больше, чем у WD10EADS, но всё равно находится на относительно невысоком уровне. Производительность приложений в PCMark Vantage не впечатляет, но, опять же, не следует забывать, что этот накопитель и не позиционировался для рекордной производительности.

Нажмите на картинку для увеличения.

Нажмите на картинку для увеличения.

Характеристики 4-кбайт сектора (Advanced Format)

WD установила на WD10EARS наклейку, на которой приведены общие инструкции по установке привода, чтобы получить максимальную производительность. Инструкции вполне простые: используйте программное обеспечение WD Align, чтобы получить максимальную производительность под Windows XP с несколькими разделами или при клонировании разделов, либо установите перемычки 7-8 до установки Windows XP на единственный раздел накопителя WD10EARS Advanced Format. Все другие операционные системы, а именно Windows Vista и Windows 7, не требуют вмешательства со стороны пользователя.

Эта информация уже говорит о многом: вероятно, две последние версии Windows готовы к работе с накопителями с 4-кбайт сектором, а Windows XP – нет. Кроме того, есть ещё один параметр, который следует выравнивать в некоторых ситуациях (если следовать инструкциям WD). А именно размер логических секторов против физических: все накопители, использующие секторы размером 4 кбайт могут эмулировать секторы по 512 байт в целях совместимости, поскольку некоторые приложения будут ещё некоторое время использовать секторы по 512 байт. Поэтому новые физические блоки по 4 кбайт состоят из восьми логических блоков по 512 байт. И с этим могут возникнуть проблемы.

“Подводный камень” по производительности

Если объёмы данных по 512 байт необходимо записать по двум физическим блокам по 4 кбайт, то жёсткий диск будет считывать задействованные блоки по 4 кбайт, модифицировать их, после чего вновь записывать на жёсткий диск. Этот процесс ещё называют чтение-модификация-запись (read-modify-write, RMW). Конечно, если подобные ситуации будут происходить время от времени, то ничего страшного не произойдёт, но когда постоянно возникают проблемы выравнивания восьми 512-байтных секторов по физическим 4-кбайт блокам, то падение производительности может стать уже серьёзным. Поэтому WD предлагает собственную утилиту Alignment (информацию и ссылку на скачивание можно найти здесь), которая просто перегруппирует все данные на жёстком диске, чтобы логические блоки 512-байт секторов начинались с начала физических 4-кбайт секторов.

Windows XP против Vista и 7

Windows Vista и Windows 7 умеют работать с секторами разного размера, то есть они автоматически выполняют выравнивание 512-байт секторов, в случае, когда физические секторы жёсткого диска начинаются с блока LBA 2048. У Windows XP нет такой возможности, а поскольку ОС создаёт первый раздел с сектора LBA под номер 63, то все последующие секторы будут неправильно выровнены, что ощутимо сказывается на производительности: каждая операция записи теперь включает операции чтения-модификации-записи, что привносит дополнительную задержку из-за дополнительного вращения пластин жёсткого диска.

Linux?

Linux fdisk позволяет легко и просто создавать разделы, если вам требуется учитывать 4-кбайт секторы жёсткого диска. Параметр –u позволяет определять абсолютный номер сектора. Любое число секторов, делящееся на восемь, будет прекрасно работать (то есть, например, 2048, как происходит в случае Windows Vista/7).

Утилита выравнивания WD

Western Digital сегодня предлагает два способа решения проблем с производительностью. Первый – утилита Alignment, которая просто переделывает все текущие разделы так, чтобы они начинались со “свежего” 4-кбайт физического сектора. Второй способ касается таинственной перемычки 7-8 на жёстком диске, которую мы не рекомендуем использовать: это совершенно милый патч таблицы разделов, поскольку он просто увеличивает эффективный сектор LBA на единицу: в итоге Windows XP, которая создаёт первый раздел на LBA 63, будет начинать его с сектора 64, поэтому раздел будет выровнен с 4-кбайт размером сектора жёсткого диска. К сожалению, если вы уберёте перемычку, то все ваши данные будут потеряны, в то время как утилита Alignment не такая опасная. Всё что вам потребуется – немного терпения, пока у жёсткого диска все разделы не будут выровнены так, как требуется. Утилита Alignment проработала с нашей тестовой установкой с инсталлированными драйверами и тестовыми приложениями (примерно 20 Гбайт) чуть больше одного часа.

Тестовая конфигурация

Результаты тестов

Диаграмма передачи данных

Пропускная способность нового жёсткого диска выглядит вполне приличной, учитывая, что скорость вращения шпинделя составляет не самые рекордные 5400 об/мин.

Время доступа

Время доступа чтения находится на вполне нормальном уровне для жёсткого диска EARS.

Впрочем, по времени доступа записи можно видеть, насколько негативным может быть влияние секторов размером 4 кбайт. Впрочем, результаты времени доступа были получены при низкоуровневом физическом доступе теста c’t magazine h2benchw к нашему жёсткому диску, то есть файловая система не использовалась. В реальности время доступа не будет таким высоким на системах Windows XP или Windows 7 и Vista с правильным выравниванием.

Производительность ввода/вывода

Тест IOMeter мог бы показать схожее падение производительности, поскольку он может выравнивать блоки данных не так, как того требует операционная система. Впрочем, данный тест можно принудительно заставить выравнивать данные по блокам требуемого размера.

Пропускная способность и потоковое чтение и запись

Производительность приложений

Новый жёсткий диск EARS оказался быстрее своего предшественника EADS в большинстве наших тестов PCMark Vantage.

Энергопотребление

Энергопотребление в режиме бездействия снизилось по сравнению с предшествующей моделью.

Все другие тесты энергопотребления показали чуть более высокий уровень энергопотребления нового жёсткого диска. Впрочем, в данном классе результаты всё равно лучшие.

Эффективность: производительность на ватт

Эффективность особо не изменилась, она находится на очень хорошем уровне.

Температура и уровень шума

Это один из самых холодных жёстких дисков, какие только попадали в нашу тестовую лабораторию. Действительно, максимальная температура поверхности 36°C под стрессовой нагрузкой – это очень низкий уровень.

Уровень шума в режиме бездействия не очень сильно изменился по сравнению с предшествующей моделью.

Жёсткий диск тише работает при высокой активности головок, то есть при интенсивной нагрузке ввода/вывода.

Заключение

Western Digital вполне последовательно внедряет модифицированную технологию записи на массовый рынок. Идея увеличения размера сектора отнюдь не нова, её обсуждают уже более десяти лет; в данном случае её можно назвать уже вполне совершенной. Конечно, сегодня на потребительском рынке она не даёт прямых или заметных преимуществ, но данный шаг очень важен сам по себе. Современные операционные системы, такие как Windows Vista или Windows 7 могут работать с изменённым размером сектора, так что прилагать дополнительных усилий не придётся, ощутимого падения производительности вы не получите. Старые системы, такие как Windows XP, придётся принудительно заставлять выравнивать их 512-байт секторы на жёстких дисках с помощью утилит, которые просто будут начинать раздел с нужного сектора. Это обязательный шаг, если вы не хотите получить серьёзное падение производительности операций записи.

Операционные системы вряд ли будут менять размер физического сектора более 512 байт в ближайшем будущем по причинам совместимости, но производители жёстких дисков могут немало выиграть от консолидации секторов: теперь нужно будет хранить меньше служебной информации ECC, да и границ между секторами будет меньше (они необходимы для отделения одного сектора от другого). В результате WD (и другие производители жёстких дисков, которые перейдут на размер сектора 4 кбайт) получат 10% увеличение ёмкости совершенно бесплатно. Конечно, вряд ли мы получим жёсткие диски с увеличенной на 10% ёмкостью, но следующие приросты ёмкости будут выполняться чуть быстрее.

Новый жёсткий диск WD10EARS даёт более высокую производительность по сравнению со своим предшественником WD10EADS, при этом энергопотребление осталось на прежнем уровне, а эффективность немного увеличилась. Конечно, данный жёсткий диск работает не так быстро, чтобы использовать его в качестве системного накопителя для производительных настольных ПК, но он даёт вполне достаточную скорость для хранилищ или файловых серверов, а также и для HTPC с пониженным энергопотреблением.