Seagate Barracuda Serial ATA V - обзор первого диска с новейшим интерфейсом

АрхивНакопители

Подробные тесты винчестера Barracuda SATA V с интерфейсом Serial ATA в сравнении с UltraATA-аналогом. Что дает использование буфера 8 Мбайт вместо традиционных 2 Мбайт?

Пару месяцев назад мы познакомили вас с новым диском Seagate Barracuda ATA V, пришедшим на смену удачной и популярной серии Seagate Barracuda ATA IV. Новое поколение семитысячников Seagate Barracuda ATA V с традиционным интерфейсом UltraATA/100 и более емкими пластинами 60 Гбайт произвело в целом благоприятное впечатление. И хотя скорость линейного чтения по сравнению с предшественницей Barracuda ATA IV практически не изменилась (в полтора раза выросла плотность дорожек на пластине), зато у диска уменьшилось время поиска, был усовершенствован микроконтроллер и лучше оптимизирована микропрограмма управления. Благодаря этому возросла скорость диска при работе с шиной IDE, заметно улучшилось быстродействие под UltraATA/33, и в большинстве тестов под UltraATA/100 диск стал быстрее не только прежней Barracuda ATA IV, но и многих других семитысячников с пластинами 40 Гбайт, хотя и не смог в целом обогнать лидеров прошлого поколения - IBM120GXP и диски Western Digital с буфером 8 Мбайт. Барракуда реально стала быстрее не только в тестах пакета WinBench 99 Disk WinMark и в некоторых реальных приложениях, но даже в серверных паттернах синтетического теста Intel Iometer. Благодаря улучшенным алгоритмам отложенной записи, особенно заметным под Windows XP, ускорилась работа накопителя с потоковыми мультимедиа-данными и при копировании файлов на системе NTFS. Вместе с тем, у новинки обнаружились и недостатки: необъяснимые ухудшения алгоритмов работы микропрограммы диска при упреждающем чтении под Windows XP привели к обескураживающим результатам при копировании файлов на FAT32 и медленной работе с временным файлом Photoshop. А шумность диска в режиме быстрого поиска несколько возросла по сравнению с предшественником.

Логотип интерфейса Serial ATA первого поколения.

Между тем, серия винчестеров Barracuda ATA V включает в себя не только 4 модели объемом 40, 60, 80 и 120 Гбайт с традиционным параллельным интерфейсом UltraATA/100, но еще и две старшие модели объемом 80 и 120 Гбайт, оснащенные наисовременнейшим интерфейсом Serial ATA. Эти два модели носят обозначение Barracuda SATA V (то есть Barracuda Serial ATA V, чтобы отличаться от традиционных Barracuda ATA V с параллельным ATA-интерфейсом) и маркирутся с добавлением буквы «S» на конце обозначения номера модели (ST3120023AS). Но главным, на мой взгляд, их отличием является все же не более современный (и потенциально более скоростной) интерфейс со скоростью передачи данных до 150 Мбайт/с, а вчетверо больший размер встроенного буфера: 8 Мбайт вместо 2 Мбайт у Barracuda ATA V. То есть и Seagate усвоил положительный урок дисков WDxx00JB, когда простой переход на буфер 8 Мбайт позволил кардинально увеличить быстродействие дисков в приложениях. По остальным паспортным параметрам все эти модели барракуд практически идентичны: 9,4 мс среднего времени поиска при чтении (для двухпластинных моделей емкостью 80 и 120 Гбайт), высокая ударостойкость до 350g при хранении, бесшумная работа (все модели оснащаются жидкостными динамическими подшипниками).

И вот долгожданная барракуда с интерфейсом Serial ATA оказалась в нашей тестовой лаборатории, и мы спешим познакомит вас с результатами ее испытаний. Поскольку в основном особенности модели Barracuda SATA V повторяют Barracuda ATA V, здесь мы не будем повторять многих деталей, описанных нами подробнейшим образом в предыдущем обзоре, а также опустим ряд деталей, связанных с работой интерфейса Serial ATA (их можно найти в обзорах на www.terralab.ru/system/19510 и www.terralab.ru/system/20092. Сосредоточимся на двух главных и наиболее интересных сейчас вещах: использованию и возможных преимуществах интерфейса Serial ATA (вместо UltraATA/100) и достоинствах больших буферов J.

Внешний вид «сериальной» практически такой же, как у «параллельной»: тот же стильный корпус с матовой накладкой, защитная крышка на брюхе корпуса и пр.

Защиный кожух брюха Seagate Barracuda SATA V (он несколько отличается от аналога для дисков с UltraATA-интерфейсом).

Изменились лишь надписи на наклейке (добавился логотип Serial ATA и другие обозначения)…

Маркировка диска Seagate Barracuda Serial ATA V (старшая модель).

…а также кардинально поменялись разъемы с торца диска: теперь и интерфейс данных, и даже питание к диску соответствуют стандарту Serial ATA.

На «брюхен» диска (под той самой защитной крышкой) очевидно располагается контроллер - электроника для его управления. Интересно, что контроллеры у «параллельной» и «сериальной» моделей Barracuda ATA V отличаются сильно даже по внешнему виду (по крайней мере, если судить по тем начальным серийным экземплярам, которые поступили в нашу лабораторию): иные микросхемы, совершенно другая компоновка платы и ее форма.

Платы контролера дисков Seagate Barracuda ATA V (слева) и Barracuda Serial ATA V (справа).

Для буфера используется более емкая микросхема памяти: 8 Мбайт (64х16) вместо 2 Мбайт (16x16) с временем доступа 6 нс.

Память для буфера дисков Barracuda ATA V (2 Мбайт, слева) и Barracuda SATA V (8 Мбайт, справа).

Изменился даже чип управления механикой дисков.

Чип управления механикой дисков Barracuda ATA V (слева) и Barracuda Serial ATA V (справа).

Вместе с тем, несмотря на внешнее отличие, основной микроконтроллер винчестера остался практически тем же:

Микроконтролер управления дисков Barracuda ATA V (слева) и Barracuda Serial ATA V (справа).

Он имеет на выходе традиционный параллельный ATA интерфейс, а для преобразования его в интерфейс Serial ATA на плате нового диска Seagate используется чип-транслятор от LSI Logic:

Транслятор интерфейса Serial ATA на плат контролера Barracuda Serial ATA V.

Это противоречит предыдущим утверждениям, полученным, например, из уст инженера Seagate на сентябрьском Intel Developer Forum в Сан-Хосе (см. www.terralab.ru/system/20092), о том, что в дисках Seagate (в отличие от дисков большинства конкурентов) исходно используется главный микроконтроллер с выходом на Serial ATA (то есть без отдельных хабов-трансляторов интерфейса из параллельного в последовательный). Причем если конкуренты чаще используют популярный и хорошо отлаженный транслятор от Marwell, то в барракуде применен менее известный чип от LSI. Посмотрим, что это даст на практике…

Разъемы интерфейса Serial ATA: сигнальный (слева) и питания (справа) на диске Barracuda SATA V .

Разъем Serial ATA на диске Barracuda SATA V выполнен в полном соответствии со спецификациями на этот интерфейс, то есть содержит как сигнальную часть (слева на фото выше), где две сигнальные пары (Rx и Tx) разделены тремя линиями «земли» (три выступающих контакта «левого» разъема), так и более широкий разъем для подачи питания на диск (справа на фото).

Разъемы интерфейса Serial ATA: сигнальный (слева) и питания (справа).

Разъемы интерфейса Serial ATA: сигнальный и питания.

Разъем питания по спецификации Serial ATA получился даже более широкий, чем сигнальный, и содержит целых 15 жил (помнится, кто-то яро боролся за сокращение числа жил при переходе на новый интерфейс J). Это связано с несколькими факторами. Во-первых, увеличено число подаваемых на диск напряжений: к традиционным +5 и +12 вольт добавились +3,3 вольт, которые необходимы для «ноутбучных» дисков с целью реализации более экономичного режима энергопотребления (основные микросхемы дисков все чаще питаются от более низкого напряжения, чем +5В). Во-вторых, каждая из шин питания продублирована дважды, а «земля» имеет аж пять контактов на разъеме (для надежности и снижения сопротивления). В третьих, каждое из трех «питаний» имеет дополнительную третью линию для «служебных» целей (так называемый «pre-charge»). Нумерацию и назначение каждого из контактов разъема Serial ATA см. на рисунке и в таблице.

Нумерация контактов разъема интерфейса Serial ATA: сигнальный (справа) и питания (слева).

Назначение контактов разъема интерфейса Serial ATA: сигнальный (сверху) и питания (снизу).

Согласно задумке сообщества Serial ATA, такое «умное» питание должно подаваться на диск не с традиционного блока питания, а прямо с материнской платы, которая при этом (в идеале) должна уметь интеллектуально управлять подаваемым питанием. К сожалению, на данный момент столь «умных» системных плат не видно в наличии, поэтому питание на диски с интерфейсом Serial ATA приходится подавать с обычных блоков питания. Поэтому, например, первые опытные образцы дисков некоторых производителей имели комбинированное питание - или от «стандартного» 4-контактного разъема, или по Serial ATA (см. фото).

Опытный экземпляр диска Maxtor с интерфейсом Serial ATA и двумя разъемами питания - обычным и SerialATA. Справа показан переходник питания с обычного блока питания на разъем Serial ATA.

Что добавляло гибкости подключению к ним питания:

Варианты подключения питания для дисков с комбинированным питанием: обычным способом (слева) и по разъему питания Serial ATA (справа).

В случае использования «сериалаташного» разъема питания можно воспользоваться переходником с обычного разъема (на фото выше справа).

К сожалению, серийный экземпляр диска Seagate Barracuda SATA V не имеет традиционного разъема питания, поэтому запитать его можно только по разъему Serial ATA. Увы, подобные переходники питания «на Serial ATA» пока нельзя найти в широкой продаже (в комплекте к диску такового тоже не оказалось), и выручить может лишь «самопай». К счастью, у меня «нечаянно завалялся» ответный разъемчик Serial ATA, который и был благополучно приспособлен для нужных целей (благо, барракуда не использует трехвольтовое питание J).

Barracuda SATA V с питанием через самодельный переходник.

Перейдем к практическим испытаниям производительности диска. В силу ряда причин было решено проводить тестирование новинки не на нашем стандартном стенде для винчестеров (см. www.terralab.ru/storage/19648) с использованием дополнительного внешнего контроллера Serial ATA, а воспользоваться одной из материнских плат, на которой уже расположен подобный контроллер. Выбор пал на плату ASUS P4PE на чипсете Intel 845PE, на которой распаян дополнительный IDE-контроллер Promise PDC20376 (см., например, фото img.terralab.ru/pubimages/50545.jpg). Этот контроллер одновременно имеет параллельный интерфейс UltraATA/133/100 и два порта интерфейса Serial ATA (причем их все можно организовывать в RAID-массив). Таким образом, это позволит нам испытывать диски с обоими интерфейсами (UltraATA и Serial ATA) на одном и том же контроллере (Promise PDC20376), что немаловажно для корректного сравнения и анализа результатов.

Контроллер Promise FastTrak 376 на плате ASUS P4PE и диск Barracuda SATA 120 в Device Manager Windows XP.

На плате ASUS P4PE располагался процессор Intel Pentium 4 2.0A (ядро Northwood), 256 Мбайт DDR-памяти и произвольная AGP-карточка, а системным винчестером, подключенным через «чипсетный» IDE-контроллер, служил IBM Deskstar 120GXP, модель IC35L080AVVA07-0 (диск был любезно предоставлен интернет-магазином www.arkanoid.ru). Тесты проводились под Windows XP Professional Service Pack 1 на файловых системах NTFS и FAT32 (primary-раздел объемом с весь испытуемый диск). Для платы ASUS P4PE использовался BIOS версии 1003b4 и драйвер Promise S-ATA150 IDE Driver v1.00.0.14 (для контроллера Promise FastTrak 376 на платах A7V8X/P4S8X/P4PE).

Две "пятых" барракуды с разными интерфейсами в наших испытаниях (справа показана версия их firmware).

Понятно, что использовать для сравнения результаты тестов других винчестеров, полученные на другом стенде, некорректно, поэтому мы на этом же стенде протестировали еще два диска - с интерфейсом UltraATA/100 (подключались именно к контролеру Promise). А именно: аналогичная Seagate Barracuda ATA V емкостью 120 Гбайт с буфером 2 Мбайт и их предшественница, также имеющая две магнитных пластины - Seagate Barracuda ATA IV емкостью 80 Гбайт.

По соотношению результатов тестов в этой статье и в обзоре www.terralab.ru/storage/20795 желающие смогут сделать выводы о том, как быстра новая «сериальная» барракуда по отношению к дискам других производителей, а в будущем мы протестируем и сравним все диски на одном стенде (контроллере).

В процессе испытаний нас, главным образом, будет интересовать то, сколько Barracuda ATA V прибавила (или убавила) благодаря применению нового интерфейса Serial ATA и большого буфера объемом 8 Мбайт. То есть, что напрямую сулит нам использование моделей Seagate Barracuda Serial ATA V вместо Barracuda ATA V.

По среднему времени доступа диск с Serial ATA слегка «сдал» по сравнению с «параллельным» аналогом. Впрочем, эта разница минимальна, зато мне показалось, что шум поиска несколько поубавился (хотя я могу и ошибиться). В любом случае, столь малое среднее время доступа у пятых барракуд ставит их в один ряд с традиционными лидерами «в этом вопросе» - Maxtor и IBM.

Среднее время доступа к дискам.

Одной из странностей, с которой пришлось столкнуться сразу же, стала необычно малая скорость передачи данных по шине Serial ATA с диском Barracuda SATA V - всего 61 Мбайт/с, что даже меньше, чем при работе дисков Seagate на параллельном интерфейсе! Возможно, в этом виноват хаб-транслятор от LSI, а может и что-то еще… Более детально к этому вопросу мы вернемся в другой статье, когда будем сравнивать между собой различные контроллеры Serial ATA, а сейчас лишь просто констатируем сей неприятный факт. Впрочем, диски Seagate всегда грешили тем, что заметно «недобирали» скорость различных интерфейсов ATA, поэтому «первый блин» Serial ATA вышедши комом не так уж и шокирует J. К счастью, линейная скорость чтения у диска не так уж велика (около 43 Мбайт/с), поэтому столь медленная работа шины Serial ATA не сильно повлияет на общую производительность диска, хотя для более эффективного использования большого буфера высокая скорость Serial ATA (до 130-150 Мбайт/с) могла бы очень пригодиться.

Скорость работы протоколов UltraATA и Serial ATA для дисков на контроллере PDC20376.

Графики линейных скорости чтения и записи у новой модели полностью соответствуют таковым для модели с параллельным интерфейсом (см. предыдущий материал и комментарии там), хотя график чтения у конкретного экземпляра диска Barracuda SATA V отличался некоторой «шумностью», а график линейной скорости записи по программе HD Tach изобиловал «выбросами вверх», которые можно интерпретировать как влияние большого буфера данных и продвинутых алгоритмов отложенной записи.

Результаты теста HD Tach 2.61 для винчестеров Seagate Barracuda SATA V (слева), Barracuda ATA V (в центре) и Barracuda ATA IV (справа) на контроллере Promise PDC20376.

Еще один сюрпризик нас ожидал в тесте ATTO Disk Benchmark. В целом Barracuda SATA V повела себя в этом тесте достойно, показав, как и Barracuda ATA V, высокую скорость чтения и записи блоками разного размера, включая самые мелкие, без провалов. Уже на 8-килобайтных блоках диск показывает свою максимальную скорость как при чтении, так и при записи (обычно это редкость, ранее замеченная лишь на семитысячниках IBM 120GXP и Samsung SP40). Вместе с тем, при работе с малыми блоками по Serial ATA барракуда выглядела немного хуже, чем модель с параллельным интерфейсом (это либо недостаток транслятора от LSI и невысокой скорости работы шины, либо недоработки микропрограммы при работе с большим буфером). Кроме того, обнаружилось, что даже с файлами размером меньше объема буфера (8 Мбайт) диск не показывает повышенной скорости чтения/записи. Напомню, что аналогичный диск WD1200JB с буфером 8 Мбайт на таких файлах позволял более эффективно использовать преимущества большого кэша, и скорость записи таких файлов на диск (со стороны Windows) доходила до 80 Мбайт/с (см. www.terralab.ru/storage/16690), то есть ограничивалась скоростью интерфейса UltraATA/100. Здесь же, напротив, даже с мелкими файлами скорость записи в буфер не достигает хотя бы 60 Гбайт/с. Видимо, микропрограмма данного экземпляра диска (версию см. выше) пока что не очень эффективно оптимизирована для использования возможностей 8-мегабайтного буфера и у программистов Seagate есть еще широкое поле для улучшения «сериальной» барракуды.

Результаты теста ATTO Windows Disk Benchmark 2.02 для винчестеров Seagate Barracuda ATA V и Barracuda SATA V с разным размером тестового файла от 2 до 16 Мбайт.

Перейдем к тестам в приложениях и посмотрим, как все это может повлиять на реальную скорость диска в повседневных задачах.

В тесте офисных приложений Business Disk WinMark из WinBench 99 под Windows XP модель Barracuda SATA V ведет себя очень уверенно и почти на 20% обходит аналог с параллельным интерфейсом, хотя обязана этим вовсе не интерфейсу, а вчетверо большему буферу. При этом производительность Barracuda SATA V сопоставима со скоростью другого диска с буфером 8 Мбайт - WD1200JB. На NTFS преимущества «сериальной» модели немного больше, чем на FAT32. В тесте профессиональной работы (High-End Disk WinMark 99) Barracuda SATA V также заметно быстрее Barracuda ATA V (прирост составляет около 10% на FAT32 и около 5% на NTFS) и даже догоняет IBM 120GXP. Таким образом, по сравнению с прошлогодней Barracuda ATA IV при практически той же линейной скорости чтения и записи новейшая Barracuda SATA V добивается прироста производительности на 16-25% только за счет большего размера буфера и более оптимальной микропрограммы (и еще немного - за счет более быстрого доступа). Неплохо!

Производительность дисков в тестах WinBench 99 Business и High-End Disk WinMark при работе по интерфейсам UltraATA/100 и Serial ATA под Windows XP для файловых систем FAT32 и NTFS.

Теперь взглянем, как микропрограмма диска Barracuda SATA V адаптирована для многопотоковых чтения и записи. Напомним, что у «параллельной» Barracuda ATA V под Windows XP многопотоковость чтения увы ухудшилась (по сравнению с BATA IV), зато многопотоковость записи (отложенная запись) заметно улучшилась. Наши тесты Nbench для свежей рыбы с большим буфером несколько разочаровали: по чтению никакого выигрыша не оказалось вообще (даже скорее наоборот) - возможно, упреждающее чтение в микрокоде новой барракуды крайне слабо или совсем не учитывает возможности буфера 8 Мбайт. Зато при многопоточной записи выигрыш был налицо, и сериальная барракуда вышла в лидеры в этом тесте среди всех остальных дисков! То есть более прогрессивная отложенная запись у Barracuda ATA V в приложении к большему объему буфера получила новое дыхание.

Скорость дисков при многопотоковом чтении и записи под Windows XP для FAT32 (тест Nbench).

Недостатки упреждающего чтения и достоинства улучшенной отложенной записи должны четко проявиться при непосредственном копировании файлов. Наши многосторонние тесты копирования больших и мелких файлов, а также архивирования и разархивирования традиционно могли выявить сильные и слабые стороны многих дисков. Методика наших тестов копирования под Windows XP подробно описана на www.terralab.ru/storage/19485, поэтому сразу перейдем к результатам.

Копирование крупных файлов на Barracuda SATA V ускорилось феноменально - почти в полтора раза! Как на FAT32, так и на NTFS, причем на NTFS скорость существенно выше, чем на FAT32. И хотя в этом тесте сериальная барракуда не догнала лидеров, но вплотную к ним приблизилась (особенно на NTFS). Двоякая ситуация с копированием мелких файлов: на FAT32 скорость этой операции ухудшилась (!), зато на NTFS - немного улучшилась. Видимо, микрокод винчестера плохо работает с крупными кластерами (FAT32) и хорошо - с мелкими (NTFS). В целом при копировании мелких файлов новые барракуды по-прежнему смотрятся вяло.

Скорость копирования 500 Мбайт файлов дисками под Windows XP для файловых систем FAT32 и NTFS.

В тестах архивирования и разархивирования, где диску также приходится работать с множеством мелких файлов, ситуация ссериальной барракудой очень похода на тест копирования мелких файлов: ухудшение скорости на FAT32 и небольшое улучшение - на NTFS. Опять можно сделать вывод, что крупные кластеры (32 кбайт) новым барракудам противопоказаны L. Зато на NTFS они смотрятся очень неплохо.

Скорость архивирования и разархивирования 500 Мбайт файлов дисками под Windows XP для файловых систем FAT32 и NTFS.

Напоследок рассмотрим поведение Barracuda ATA V в тестовых паттернах Intel Iometer, имитирующих, как правило, нагрузки на диск в составе различных серверов, поскольку Barracuda SATA V может использоваться некоторыми пользователями в составе дешевых серверов (хотя, конечно, для серверных задач у Seagate есть совершенно другие диски с интерфейсом SCSI, то есть барракуды АТА исходно плохо «заточены» под нужду даже дешевых серверов).

Тесты дисков в Intel Iometer: многопотоковые случайные запись и чтение блоками по 8 кбайт.

При случайном чтении или записи блоками по 8 кбайт в Intel Iometer Barracuda SATA V продемонстрировала странное поведение: небольшое ухудшение при чтении (что согласуется с тестом Nbench) сопровождалось сильным ухудшением при записи (что противоречит тесту Nbench)! На данный момент у меня нет разумного объяснения такому поведению. Отмечу лишь, что по тесту ATTO Disk Benchmark для 8-килобайтных блоков скорость диска иногда действительно ухудшается (хотя и не настолько). Возможно, виноваты «особенности» микрокода диска.

Тесты дисков в программе Intel Iometer: имитация серверов и рабочих станций.

Под стать этому и поведение новинки в паттернах, имитирующих работы диска в составе серверов, рабочей станции или настольной системы. Практически везде мы видим ухудшение по сравнению с Barracuda ATA V (на UltraATA/100)! Не исключено, что это связано с немного возросшим временем поиска у диска и упавшей скоростью передачи по шине ATA. И лишь в тесте потоковых данных в среднем изменений не произошло. Хотя и выигрыша от большого буфера (на что мы надеялись) не заметно.

Тесты дисков в программе Intel Iometer: имитация работы настольных приложений (паттерн SR Desktop по статистике StorageReview.com) и обработки потоковых данных (streaming).

Таким образом, новый семитысячников Seagate, Barracuda Serial ATA V с большим размером буфера производит двойственное впечатление: с одной стороны более компактный интерфейс (кабель) и буфер 8 Мбайт, позволяющий диску заметно повысить свою производительность в тестах WinBench 99, при копировании крупных файлов, многопотоковой записи и работе с мелкими файлами на NTFS и стать в этих тестах одним из лидеров, догнав диски IBM 120GXP. А с другой - временные трудности с подключением питания по Serial ATA, медленная скорость передачи данных по шине Serial ATA, ухудшение работы с мелкими файлами на FAT32, неисправленное до сих пор вялое многопотоковое чтение под Windows XP и конфуз почти во всех паттернах теста Intel Iometer. А если еще прибавить бОльшую (поначалу) цену за Serial ATA-модели? Между тем, по шуму вращения Barracuda ATA V по-прежнему является самым тихим винчестером среди аналогов. А в сочетании с отличной ударостойкостью, возросшей в среднем производительностью и репутацией высоконадежного продукта, Barracuda SATA V имеет все шансы завоевать свою нишу. Впрочем, новинки от других конкурентов способны свои внести коррективы, поскольку тоже имеют буфер 8 Мбайт, интерфейс Serial ATA и, возможно, будут свободны от отмеченных здесь недостатков. Но это уже тема для последующих обзоров.