Мощность потребляемая жестким диском. Измеряем энергопотребление накопителей не в попугаях
Тесты 35 жестких дисков форм-фактора 3,5 дюйма, ATA и SCSI
Проблема энергопотребления и тепловыделения современных компьютерных компонентов не нуждается в особых «обоснованиях» и «введениях». Она есть, и с этим надо что-то делать. Наиболее остро она стоит перед нынешними процессорами и видеокартами, но сейчас речь пойдет не о них, а о других весьма критичных к перегреву элементах компьютеров - накопителях на жестких магнитных дисках (НЖМД) или, проще говоря, «винтах». Мало того, что нынешним жестким дискам производители «отмеряют» весьма скромный диапазон рабочих температур - как правило, от +5 до +55 градусов Цельсия (реже от 0 до +60 С), что явно меньше, чем для тех же процессоров, видеокарт или чипсетов. Так еще и надежность/долговечность работы этих накопителей существенно зависит от их рабочей температуры - исследования показывают, что повышение температуры жесткого диска на 5 градусов оказывает такое же влияние на надежность, как переход от 10-процентной к 100-процентной загрузке диска работой! А каждый градус его температуры вниз эквивалентен 10-процентному росту времени жизни накопителя.
Понятно, что в серверах и профессиональных системах хранения данных вопросу охлаждения жестких дисков уделяется особое внимание - диски расположены в специальных металлических корзинах и принудительно обдуваются вентиляторами. Опыт эксплуатации дисков в таких корзинах показывает, что даже при интенсивной нагрузке их температура находится в пределах 30-40 градусов (а порой и вообще близка к комнатной), что гонит прочь беспокойство по поводу их перегрева.
Однако в более «потребительских» случаях, к коим можно отнести и персональные компьютеры (промышленной или самостоятельной сборки), и рабочие станции, и даже серверы начального уровня, уже не говоря о набирающей силу «компьютеризированной» потребительской электронике с винчестерами внутри (игровые приставки, персональные цифровые видеорекордеры и пр.), проблеме охлаждения дисков уделяется куда меньше внимания. Так получается отчасти, в силу меньших требований к надежности подсистемы хранения данных, отчасти - по экономическим причинам, а также потому, что любой дополнительный вентилятор повышает шумность работы устройства, а последнее порой весьма нежелательно. В этих условиях особую важность приобретают два момента:
- Конструктив для размещения и крепления диска (дисков) в корпусе устройства (относительно других активных систем охлаждения, основных потоков воздуха внутри корпуса и относительно хорошо отводящих тепло пассивных поверхностей - металлических шасси корпуса); но наша статья все же не об этом, точнее - не совсем об этом.
- Тепловыделение самих накопителей в различных режимах работы. И вот именно об этом наша статья.
Надеюсь, не нужно пояснять, почему мощность тепловыделения жестких дисков практически в точности равна потребляемой ими электрической мощности от источника питания. Если мы исключим из рассмотрения ту ничтожную механическую работу, которую производят некоторые плохо сбалансированные накопители по вибрации себя и окружения (в котором они закреплены), а также не станем удостаивать вниманием мощность звуковых и электромагнитных (радиодиапазона) колебаний, порождаемых работающим диском, то иных форм передачи энергии дисков вовне, кроме тепловой, просто не останется. А поступает энергия в диск исключительно в виде электричества (нагрев диска от внешних источников мы пока что благоразумно проигнорируем;)). То есть мы имеем классическую «электрическую печку» в виде жесткого диска (как, впрочем, имеем ее и в виде процессора - центрального или графического), и интересовать нас в данной статье они будут исключительно в этом качестве. :)
Фетиш температурных измерений винчестеров
Некоторые наивно полагают, что достаточно измерить температуру накопителя во время работы или тестов, и про его тепловыделение сразу станет все понятно. А если несколько дисков сравнить по этой измеренной в «бытовых» условиях температуре, то можно сделать глубокомысленные выводы, что де один винт холоднее другого, то есть «круче» и выделяет меньше тепла. И некоторые авторы статей про жесткие диски даже строят на этом некоторую статистику, заблуждаясь на предмет ее справедливости и отношения к реальной действительности. А их читатели думают, что вот куплю я этот или тот диск, и он будет греться у меня не выше 42 или, скажем, 47 градусов - ведь так «грамотные дяди» написали-натестировали…
Почему это является заблуждением? Да потому, что для того, чтобы грамотно провести подобные измерения, то есть по температуре диска попытаться судить о его тепловыделении и, тем более, попытаться установить, какая у того или иного диска будет реальная температура в работе по сравнению с другими дисками, требуется, как минимум, пуд соли или одна жирная собака. :)
А если серьезно, то для того, чтобы гарантировать точность и достоверность измерений температуры дисков с погрешностью хотя бы 1-2 градуса, необходимо поместить их в термокамеру и обеспечить одинаковые для всех дисков условия теплоотвода (крепление на шасси, циркуляцию воздуха), измеряя температуру внешним (то есть не встроенным в диск) датчиком, по крайней мере, на нескольких участках поверхности накопителя (измерение температуры внутри дисков является областью интересов скорее их производителей, поэтому нами здесь не рассматривается). Согласитесь - организовать проведение подобных измерений, да еще и на систематической основе в условиях даже обычной «компьютерной тестовой лаборатории» весьма проблематично: требуется специальное дорогостоящее технологическое оборудование, позволить себе которое могут далеко не все. А в противном случае все измерения «на коленке», в подручных условиях или в «системных блоках» скажут вам о температуре накопителя с определенностью в лучшем случае градусов 10, что, согласитесь, сродни пресловутой «средней температуре по больнице». И тем более не стоит в этих условиях пытаться сравнивать между собой температуру разных дисков, отличающуюся на 2-5 градусов. Это совершенно бесполезно и даже вредно, поскольку вводит слишком доверчивых в заблуждение!
Более того, даже если вы потратились на хорошую термокамеру и другие «аксессуары» для проведения «грамотных» термоизмерений, то полученные с их помощью результаты тоже в определенной мере будут бесполезны для тех, кто захочет узнать, какая реальная температура будет у диска, установленного в его системный блок! Из-за совершенно разных условий теплоотвода в реальных системах, детально просчитать которые очень сложно. Вывод: придется ставить конкретный системный блок в большую термокамеру (с заданными условиями циркуляции воздуха) и проводить отдельные измерения. Если же вы рискнете проводить такие измерения без термокамеры, в обычной комнате, то из-за дрейфа комнатной температуры и локальных потоков воздуха большая погрешность измерений сведет на нет всю идею таких экспериментов. Впрочем, даже если и эти измерения вам удастся провести, вы все равно не сможете утверждать, что в другом корпусе у этого диска будет сравнимая температура в работе, поскольку условия охлаждения накопителей от системы к системе могут меняться весьма существенно.
Отдельный вопрос - чем измерять температуру жесткого диска (если ее все же хочется измерить;)). Разумеется, опираться здесь на показания встроенного в диск термодатчика ни в коем случае не стоит! Да, на этот термодатчик можно грубо ориентироваться в повседневной «бытовой» практике (чтобы, например, быть уверенным, что диск не перегревается выше опасного уровня), но сравнивать разные накопители по таким показаниям нельзя! Дело в том, что у разных моделей термодатчик расположен в разных местах накопителя и измеряет температуру совершенно разных его частей, которые в работе могут нагреваться по-разному - даже в одном и том же диске при разных режимах работы! К сожалению, единого индустриального стандарта на этот счет пока не существует. Поэтому если все же хочется иметь представление о реальной температуре корпуса диска (именно она, как правило, лимитируется в спецификациях), и, тем более, сравнивать различные диски по температуре корпуса в работе, то стоит использовать внешний термометр соответствующего класса точности.
Энергопотребление - «правильная» мера тепловыделения
Впрочем, довольно об измерениях температуры - ведь мы совершенно не собираемся их проводить в данном обзоре. :) Поскольку мерой тепловыделения накопителей мы будем считать их энергопотребление (см. выше). Более того, энергопотребление оказывается гораздо более гибкой характеристикой в этом плане, поскольку позволяет за весьма короткое время и с отличной точностью получить данные о тепловыделении диска при его работе в совершенно различных режимах (от idle до поиска, чтения и записи), что «по температуре» было бы сделать крайне проблематично. И тем более, термически невозможно измерить, например, потребление дисков во время старта. К тому же, измерение энергопотребления несравненно проще термоизмерений при заданной степени точности.
Таким образом, наиболее «правильным» мерилом нагрева диска является потребляемая им в работе электрическая мощность. Но энергопотребление накопителей важно нам не только поэтому, но еще и потому, что для современных компьютерных систем его экономия - дело едва ли не первостепенное. Растет потребление процессоров и видеокарт, на фоне этих «подстоваттных» печек десяток-другой ватт винчестера не кажется таким уж критичным, но это смотря как посмотреть: если блок питания бюджетный (250-300 ватт), то добавление одного-двух винчестеров (или даже простейшего RAID-массива) может повлечь за собой необходимость поменять блок питания на «на ступень» более мощный. Да и проблему большого стартового тока дисков при включении никто не отменял - например, простенькая Barracuda 7200.8 при старте может «кушать» от +12 В ток до 2,5 ампер. Прибавьте сюда 3 ватта от +5 В и получаем пиковую мощность до 33 ватт в момент старта! А если таких дисков в системе два или три? То придется перестраховываться и брать блок питания как минимум на 100-150 ватт мощнее, чем того требует процессор+видео+материнская плата. Есть, над чем задуматься.
Итак, цель настоящего обзора - сравнить между собой мощность энергопотребления и тепловыделения современных жестких дисков форм-фактора 3,5 дюйма в различных режимах работы. В основном, мы будем рассматривать настольные модели с интерфейсами Serial ATA и UltraATA как наиболее интересные большинству наших читателей, но для ориентира возьмем также и несколько недавних SCSI-моделей.
Характеристики жестких дисков
Чтобы нам было, от чего оттолкнуться, в таблице 1 приведу данные по энергопотреблению основных серий дисков, указанные в их спецификациях. Плясать будем именно «от этой печки». :)
Таблица 1. Мощность энергопотребления (ватт) ATA-дисков последних поколений форм-фактора 3,5 дюйма в различных режимах работы (согласно спецификациям).
Серия дисков | Idle | Seek | Read | Write | Start |
|---|---|---|---|---|---|
| Hitachi Deskstar 7K400 | 9,0 (pata) / 9,6(sata) | - | - | - | 30 (2A@12V) |
| Hitachi Deskstar 7K250 | 5-7 (pata) / 5,6-7,6 (sata) (в зависимости от емкости) | - | - | - | 24 (1,7A@12V) |
| Hitachi Deskstar 180GXP | 5,0-7,0 (в зависимости от емкости) | - | - | - | 28 (2A@12V) |
| Maxtor MaXLine III | 6,7 (sata) / 6,3 (pata) | - | - | - | - |
| Maxtor DiamondMax 10 | 7,6 | - | - | - | - |
| Maxtor MaXLine Plus II | 8,8 | 12,6 | - | - | - |
| Maxtor DiamondMax Plus 9 | 7,35 | 12,2 | - | - | - |
| Samsung SpinPoint P120 SATA | 7,5 | 9,5 | - | - | - |
| Samsung SpinPoint P120 UATA | 7,0 | 9,0 | - | - | - |
| Samsung SpinPoint P80 | 7,0 | 8,6 | - | - | - |
| Seagate Barracuda 7200.8 | 7,2 | 12,4 | 12,8 | - | - |
| Seagate Barracuda 7200.7 и 7200.7 Plus | 7,5 | 12,5 | 12,0 | - | - |
| Seagate Barracuda ATA V | 9,5 | 13,0 | 12,0 | - | - |
| Seagate Cheetah 15K.4 U320 SCSI | 8,0-12,0 (в зависимости от емкости) | 13,5-17,5 (в зависимости от емкости) | - | ||
| Seagate Cheetah 10K.7 U320 SCSI | 6,8-10,1 (в зависимости от емкости) | 11,7-16,4 (в зависимости от емкости) | - | ||
| Seagate Savvio 10K.1 U320 SCSI | 4,8-5,1 | 8,1 | - | ||
| 8,75 | - | 9,0 | 9,0 | - | |
| 8,1 | - | 8,6 | 8,6 | - | |
| Western Digital Caviar SE WD2500JD/JB (80GB/platter) | 8,8 | - | 12,5 | 12,5 | - |
| Western Digital Caviar RE WDxx00SD SATA | 8,75 | - | 9,5 | 9,5 | - |
| Western Digital Raptor WD740GD и WD360GD | 7,9 | - | 8,4 | 8,4 | - |
Невзирая на «паспортные данные», следует четко понимать, что они - не панацея и не смогут дать полного представления о реальности. Ведь иногда производители указывают лишь верхние границы значений, иногда - типичные значения, а иногда их вообще сложно привязать к реальной ситуации, если сравнивать с непосредственно измеренными для дисков данными. Тем не менее, спецификации есть и с ними нам придется считаться.
Еще одним забавным заблуждением является то, что пользователи нередко смотрят на крышку диска и наивно полагают, что указанные на ней значения энергопотребления накопителя имеют статус «истинности» для конкретного экземпляра диска («не зря де производитель их здесь написал!» ;)). Ниже, сравнив эти «надписи» с реальными цифрами, мы убедимся, что это далеко не всегда так. Более того, эти значения нередко расходятся даже со спецификациями самих дисков, и понять, по какому принципу каждый из производителей наносит эти «циферки» на «морду» винчестеров, порой, не так просто.
Участники и методика испытаний
В наших испытаниях приняли участие 35 моделей современных жестких дисков форм-фактора 3,5 дюйма всех основных производителей. Диски перечислены ниже в таблице результатов тестов. Для измерений энергопотребления жестких дисков применялся стенд в составе:
- Процессор Intel Pentium 4 3.0C
- Материнская плата Gigabyte GA-8KNXP Ultra-64 на чипсете Intel E7210 (i875P с южным мостом Hance Rapids 6300ESB с шиной PCI-X)
- Системная память 2×256 Мбайт DDR400 (тайминги 2.5-3-3-6)
- Контроллер Ultra320 SCSI Adaptec AIC-7902B на шине PCI64
- Основной жесткий диск Maxtor 6E040L0
- Блок питания Zalman ZM400A-APF, 400 ватт
- Корпус Arbyte YY-W201BK-A
Потребление дисков измерялось в различных режимах работы: при простое (только вращение, Idle), работе интерфейса связи с хост-контроллером (ATA или SCSI Bus Transfer), чтении (Read), записи (Write), активном случайном поиске (Seek) и дополнительно - в режиме тихого поиска, когда это поддерживалось накопителем (Quiet Seek), а также при включении питания (Start). Именно эти параметры в комплексе наиболее полно отражают картину как с нагревом диска (произведение тока на напряжение питания дает рассеиваемую диском тепловую мощность), так и с его экономичностью. Режимы работы накопителя задавались соответствующими подтестами программы AIDA 32 Disk Benchmark, для режимов чтения и записи измерялись показания «в начале» диска (на внешних, наиболее часто используемых в работе дорожках; на внутренних дорожках ток потребления, как правило, несколько меньше). Испытания проводились под управлением операционной системы MS Windows XP Professional SP2. Винчестеры тестировались неразмеченными на разделы. Перед тестированием диски прогревались в течение 20 минут запуском программы с активным случайным доступом.
Измерение токов потребления дисками от источников питания +5 и +12 вольт (точные напряжения на выходе указанного выше блока питания были равны +5,08 В и +11,82 В) проводилось одновременно при помощи двух цифровых амперметров класса точности 1.5 с сопротивлением не более 0.15 Ом (включая сопротивление подводящих проводов). Время обновления показаний приборов составляло примерно 0,3-0,4 с. В таблице результатов приведены средние за несколько секунд значения (обычно флуктуации тока во время измерений не превышали 30 мА), кроме случая стартового тока, для которого приведены максимальные значения.
Результаты тестов
Результаты измерений приведены в таблице 2. В последней колонке указаны данные, приведенные на «крышке» дисков.
Таблица 2. Ток потребления (в мА) жестких дисков от источника питания в различных режимах работы.
| V | Idle | ATA | Seek | Quiet Seek | Read | Write | Start | Данные на корпусе | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 5 | 360 | 400 | 690 | 690 | 1040 | 960 | 610 | 500 | |
| 12 | 380 | 380 | 740 | 470 | 380 | 380 | 1300 | 700 | |
| 5 | 460 | 530 | 830 | - | 1250 | 910 | 670 | 780 | |
| 12 | 480 | 480 | 880 | - | 480 | 480 | 1200 | 980 | |
| 5 | 330 | 410 | 700 | - | 1100 | 890 | 450 | 780 | |
| 12 | 480 | 480 | 870 | - | 480 | 480 | 1250 | 980 | |
| 5 | 560 | 780 | 760 | 750 | 990 | 1000 | 710 | н/д | |
| 12 | 400 | 440 | 790 | 550 | 440 | 440 | 1420 | н/д | |
| 5 | 550 | 730 | 800 | - | 1130 | 1070 | 700 | 740 | |
| 12 | 440 | 490 | 820 | - | 490 | 490 | 1400 | 1520 | |
| 5 | 430 | 590 | 640 | - | 960 | 920 | 700 | 740 | |
| 12 | 450 | 500 | 800 | - | 500 | 500 | 1300 | 1520 | |
| 5 | 445 | 520 | - | 540 | 850 | 860 | 540 | 740 | |
| 12 | 405 | 460 | - | 550 | 460 | 460 | 1350 | 1520 | |
| 5 | 430 | 500 | 560 | 530 | 830 | 840 | 520 | 740 | |
| 12 | 300 | 340 | 660 | 430 | 340 | 340 | 1320 | 1280 | |
| 5 | 550 | 720 | 800 | - | 1150 | 1080 | 700 | 740 | |
| 12 | 380 | 420 | 750 | - | 420 | 420 | 1400 | 1280 | |
| 5 | 770 | 850 | 840 | 820 | 1190 | 1010 | 760 | 670 | |
| 12 | 370 | 370 | 700 | 500 | 370 | 370 | 1300 | 960 | |
| 5 | 680 | 730 | 740 | - | 1100 | 940 | 670 | 670 | |
| 12 | 380 | 380 | 680 | - | 380 | 380 | 1350 | 960 | |
| 5 | 550 | 630 | 630 | 620 | 850 | 630 | 550 | 600 | |
| 12 | 350 | 350 | 550 | 480 | 350 | 400 | 1660 | 500 | |
| 5 | 440 | 520 | 510 | - | 740 | 500 | 450 | 600 | |
| 12 | 350 | 350 | 540 | - | 350 | 400 | 1450 | 500 | |
| 5 | 585 | 620 | 630 | 620 | 830 | 900 | 590 | 700 | |
| 12 | 330 | 330 | 570 | 480 | 330 | 330 | 1650 | 500 | |
| 5 | 500 | 530 | 530 | 530 | 700 | 780 | 500 | 600 | |
| 12 | 320 | 320 | 540 | 450 | 320 | 320 | 1600 | 500 | |
| 5 | 450 | 480 | 500 | - | 770 | 950 | 570 | 460 | |
| 12 | 450 | 450 | 660 | - | 450 | 450 | 2200 | 560 | |
| 5 | 500 | 510 | 550 | - | 820 | 970 | 600 | 460 | |
| 12 | 440 | 440 | 630 | - | 440 | 440 | 2280 | 560 | |
| 5 | 330 | 380 | 380 | - | 650 | 840 | 450 | 460 | |
| 12 | 440 | 440 | 650 | - | 440 | 440 | 2200 | 560 | |
| 5 | 460 | 480 | 510 | - | 770 | 930 | 590 | 460 | |
| 12 | 450 | 450 | 660 | - | 450 | 450 | 2250 | 560 | |
| 5 | 340 | 360 | 400 | - | 710 | 830 | 450 | 460 | |
| 12 | 390 | 390 | 590 | - | 390 | 390 | 2250 | 560 | |
| 5 | 480 | 490 | 520 | - | 820 | 950 | 560 | 460 | |
| 12 | 360 | 360 | 560 | - | 360 | 360 | 2260 | 560 | |
| 5 | 410 | 680 | 550 | - | 1190 | 820 | 630 | 720 | |
| 12 | 330 | 330 | 610 | - | 330 | 330 | 1220 | 350 | |
| 5 | 670 | 890 | 800 | - | 1360 | 1080 | 850 | 650 | |
| 12 | 350 | 350 | 790 | - | 350 | 350 | 1200 | 370 | |
| 5 | 740 | 830 | 780 | - | 1040 | 990 | 800 | 650 | |
| 12 | 400 | 400 | 810 | - | 400 | 400 | 1450 | 370 | |
| 5 | 780 | 900 | 680 | - | 1030 | 1120 | 760 | 800 | |
| 12 | 790 | 800 | 1250 | - | 800 | 800 | 1600 | 1200 | |
| 5 | 500 | 850 | 950 | - | 1100 | 990 | 700 | 800 | |
| 12 | 360 | 360 | 660 | - | 360 | 360 | 1230 | 800 | |
| 5 | 510 | 860 | 950 | - | 1100 | 990 | 710 | 800 | |
| 12 | 360 | 360 | 660 | - | 360 | 360 | 1200 | 800 | |
| 5 | 450 | 810 | 620 | - | 840 | 900 | 630 | 800 | |
| 12 | 190 | 190 | 510 | - | 190 | 190 | 1200 | 500 | |
| Western Digital Caviar SE WD3200JD SATA | 5 | 490 | 550 | 510 | 510 | 760 | 810 | 520 | 650 |
| 12 | 370 | 370 | 620 | 500 | 370 | 370 | 1300 | 900 | |
| Western Digital Caviar SE WD3200JB UATA | 5 | 370 | 420 | 390 | 390 | 640 | 700 | 500 | 650 |
| 12 | 370 | 370 | 600 | 510 | 370 | 370 | 1350 | 900 | |
| 5 | 470 | 510 | 550 | 550 | 700 | 700 | 540 | 920 | |
| 12 | 350 | 350 | 620 | 400 | 350 | 350 | 1150 | 900 | |
| 5 | 350 | 390 | 420 | 420 | 580 | 580 | 400 | 650 | |
| 12 | 360 | 360 | 620 | 420 | 360 | 360 | 1220 | 900 | |
| 5 | 470 | 510 | 490 | - | 700 | 700 | 510 | 920 | |
| 12 | 290 | 290 | 600 | - | 300 | 300 | 1190 | 900 | |
| 5 | 510 | 550 | 640 | 640 | 770 | 770 | 520 | 700 | |
| 12 | 380 | 380 | 690 | 690 | 380 | 380 | 1670 | 750 | |
| 5 | 760 | 800 | 960 | - | 1280 | 1040 | 930 | 930 | |
| 12 | 300 | 310 | 630 | - | 310 | 310 | 1550 | 750 |
Цифр в таблице много и комментировать каждую из них, видимо, особого смысла нет - они и так говорят сами за себя. Однако в дополнение к результатам таблицы необходимо отметить, что для диска Samsung SP2004C, поддерживающего интерфейс SATA II (с удвоенной до 3 Гбит/с скоростью передачи данных), измерения были проведены также при подключении к контроллеру Silicon Image SiI3124-2, который поддерживает этот новый интерфейс. Результаты оказались предсказуемыми - по шине +12 В потребление не изменилось, а по шине +5 В ток возрос на 20-40 мА (по сравнению с использованием контроллера ICH5 SATA 1,5 Гбит/с) в тех режимах, где был задействован трансфер по шине (+40 мА в режиме Read, +30 мА в режиме Bus transfer, +20 мА при поиске). Таким образом, применение более быстрого интерфейса SATA II пока вряд ли заметно прибавит реальной скорости вашей системе хранения данных, но несколько (на 0,1-0,2 ватта) увеличит ее нагрев.
Если же к контроллеру SiI3124 подключить диск SATA 1.0, но с поддержкой NCQ (эксперимент был проведен на примере диска Maxtor MaXLine III 7B250S0), чтобы проверить, влияет ли как-нибудь поддержка NCQ на энергопотребление дисков, то оказывается, что ток во всех указанных режимах остается тем же (возможную экономию средней мощности от более быстрого выполнения некоторых задач мы здесь не оценивали). Исключение составил лишь режим Idle, в котором ток был существенно больше, чем при работе с контроллером ICH5 (720 мА против 560 мА от +5 В и 440 мА против 400 мА от +12 В) - видимо, в данном случае хост SiI3124 не умел взаимодействовать с электроникой диска (или наоборот?) в плане использования энергосберегающих режимов в паузах между обращениями.
Отдельного внимания заслуживает тот факт, что если сравнить «одинаковые» диски, оснащенные разными интерфейсами - Serial ATA и UltraATA, - то окажется, что последовательный интерфейс значительно прожорливее параллельного! Действительно, для Hitachi Deskstar 7K400 разница «из-за интерфейса» составляет около 130 мА по шине +5 В (а это почти 0,7 ватт, рассеиваемых в одиночку контроллером диска!), для Maxtor MaXLine III 7B300S/R0 «расходы» на Serial ATA повышаются до 150 мА (почти 0,8 Вт), для Maxtor DiamondMax 10 6B200M/P0 они перевалили за 200 мА (более ватта!), да и для «стареньких» Maxtor DiamondMax Plus 9 6Y120M/P0 разница в 100-120 мА не кажется такой уж безобидной. Samsung тратит «на SATA» около 100 мА, Seagate Barracuda 7200.8 - в среднем около 150 мА (есть некоторый разброс от диска к диску), впрочем, Seagate Barracuda 7200.7 Plus тратила еще больше - 200-250 мА! Даже отличающиеся своей «экономичностью» WD Caviar SE расходуют на поддержку Serial ATA около 120 мА от +5В. Более наглядно это видно на следующей диаграмме, где приведена потребляемая диском мощность от источника +5 В (только) в режиме передачи данных по интерфейсу (без обращения к магнитным пластинам). Диски здесь сгруппированы по сериям.
Мощность потребления жестких дисков по шине питания +5 В при передаче данных по интерфейсу
Вывод прозрачен: если вы все еще уверены, что SATA-диски быстрее своих аналогов с параллельным интерфейсом, то приготовьте примерно лишний ватт (а то и больше, учитывая хост-контроллер) на каждый свой SATA-диск. :) По сравнению со 100 ваттами мощного процессора это, конечно, «копейки», но если ваша система более экономична и вы стараетесь сделать ее максимально тихой, используя каждую возможность снижения тепловыделения, то массив SATA-дисков - не для вас. Даже если исходить из общего тепловыделения таких дисков, то только использование SATA добавляет ему до 10%, а то и больше!
Насчет совпадения паспортных данных с измеренными - картина достаточно разрозненная. Где-то можно видеть схожесть, где-то, напротив, заметные различия (сравнивать удобнее таблицу 1 с таблицей 3 ниже).
По поводу корреляции между данными потребления, указанными на корпусе накопителей, с реально измеренными значениями в различных режимах, - здесь наблюдается полная разноголосица! Можете попробовать догадаться сами, что имел ввиду каждый из производителей, когда наносил эти «циферки» на диски. :) Например, у Hitachi «пятивольтовое» значение на корпусе явно меньше тех, что наблюдаются при поиске, чтении и записи, тогда как «двенадцативольтовое» значение «покрывает» эти операции с запасом и уступает только пусковому току. У новых Maxtor «12-вольтовое» покрывает даже реальный пусковой ток, но «пятивольтовое» явно не дотягивает до реальных значений при чтении и записи. Могу лишь предположить, что у некоторых дисков Seagate и Samsung указанные на корпусе значения соответствуют максимальному току в режиме Idle (и то с изрядной долей условности), но кому, скажите, нужны такие значения? У большинства дисков цифры потребления на корпусе никак не зависят от того, SATA или UATA это модель. И это тоже неправильно. Короче, этим «циферкам» на корпусе определенно верить нельзя, они фактически бесполезны и даже вредны, поскольку дезинформируют! :(И тем более, по ним нельзя судить о реальном тепловыделении накопителей!
Любопытные выводы можно сделать из сравнения потребления дисков одной серии с разным количеством пластин. Например, у Hitachi Travelstar ток от +12 В при переходе с трех (для 7K250) на 5 пластин (для 7K400) возрос всего на четверть (а не пропорционально количеству пластин), зато у Maxtor DiamondMax 10 (UATA/133) переход от 200 к 300 Гбайт (2 и 3 пластины) обошелся в 35% (почти пропорционально количеству пластин, хотя в данном случае удивил больший ток вращения SATA-модели 6B200M0). Для Seagate Barracuda 7200.8 модели емкостью 400 и 300 Гбайт имеют почти одинаковый ток потребления по шине +12 В (у «трехсотки» чуток больше), тогда как их младшие сестрички (емкостью 200 и 250 Гбайт) имеют на ~20% меньший ток, из чего можно заключить, что трехсотка имеет три пластины, а 250-ка - две. Кстати, ток по шине +12 В у 2,5-дюймового SCSI-десятитысячника Seagate Savvio 10K.1 оказался гораздо ниже не только, чем у Seagate Cheetah 10K.7, но и чем у всех (!) современных настольных ATA-дисков.
Что же касается экономии электроэнергии и тепла при использовании режима тихого медленного поиска (вместо обычного быстрого), то это проявляется только при активном случайном поиске (в остальных режимах разницы нет) и касается, в основном, лишь тока по шине +12 В (используется меньший ток для «профилирующего» позиционирования кронштейнов с головками). Экономия составляет 3,2 Вт для Hitachi Deskstar 7K250, 2,8-2,9 Вт для современных дисков Maxtor (и 2,4 Вт для двухпластинных DiamondMax Plus 9), около одного ватта для дисков Samsung SpinPoint P80 и P120 (собственно, для них и время поиска меняется при этом очень мало), около ватта же для WD3200JD/B и 2,5 Вт для WD2500JD/B предыдущей серии (с пластинами 80 Гбайт). Стоит ли эта игра свеч - решать вам, поскольку данная, в общем-то, немалая экономия (до 3 Вт) станет ощутима лишь в очень специфических задачах с активным частым поиском по всему диску (типа серверных нагрузок), на которых замедление поиска как раз скажется негативно. Однако учитывая то, что, судя по моим многочисленным тестам, в режиме тихого поиска современные ATA-диски практически не теряют своей производительности при выполнении подавляющего большинства типичных «настольных» задач (за исключением, может быть, только активного «свопирования», если в системе недостаточно оперативной памяти), перевод таких накопителей в режим тихого поиска принесет только пользу - они станут тише и даже немного «холоднее». :) Лично я именно так и предпочитаю их использовать.
Стартовый ток
Отдельно стоит отметить стартовый ток дисков. По шине +5 В он укладывается в 500-700 мА (исключение - WD Raptor первого поколения с 930 мА и старенькие Барракуды с 800-850 мА), но главная нагрузка, безусловно, идет по линии +12 В, где пиковые токи (усредненные за десятые доли секунды) доходят до полутора-двух ампер. Причем, наиболее «гуманными» (по отношению к блоку питания при старте) оказались диски Hitachi Deskstar 7K250/7K400, WD Caviar SE и RE (стартовый ток не более 1300 мА от +12 В), а также Seagate Barracuda 7200.7 Plus (около 1200 мА). Впрочем, все «семитысячники» Maxtor последних двух поколений также «вписались» в список «гуманистов» со стартовым током 1,3-1,4 А. Чуть хуже в этом плане выглядят диски Samsung SpinPoint P80 и P120 (до 1660 мА) и WD Raprot WD740GD/ WD360GD (около 1600 мА), хотя по сравнению с прожорливыми Seagate Barracuda 7200.8 (всех емкостей и интерфейсов), требующими при старте ток 2,2-2,3 ампера от +12 В, даже они кажутся «паиньками». Уж не знаю, зачем Seagate пошла здесь на почти двукратное увеличение пускового тока по сравнению со своими же настольными моделями предыдущих поколений, но то, что они «ни в какие ворота не лезут» по сравнению со всеми остальными современными настольными жесткими дисками и даже высокопроизводительными SCSI-дисками самой Seagate, остается печальным фактом.
Кстати, радует, что свежие SCSI-диски Seagate со скоростью вращения 10 тыс. и даже 15 тыс. об./мин. оказались не такими уж «страшными» в плане стартового тока: 1200 мА для одно-двухпластинных дисков-«десятитысячников» и всего 1,6 А для самого старшего четырехпластинного «пятнадцатитысячника» - это очень щадящие показатели! Объясняется это очень просто - в «динамике» пусковой ток SCSI-дисков Seagate «размазан» на достаточно большой промежуток времени (разгон происходит за добрые 10 секунд, в течение которых пусковой ток ограничивается электроникой диска на заданном уровне). Тогда как большинство ATA-моделей стартуют гораздо быстрее, и график их пускового тока напоминает скорее резкий импульс с ниспадающем наклоном, нежели долгое «плато». На следующей диаграмме диски выстроены по мере увеличения максимальной мощности, потребляемой от блока питания в момент старта.
Стартовая мощность потребления жестких дисков
Тепловыделение дисков
Собственно токи потребления (особенно, по двум линиям питания) не очень наглядны при оценке тепловыделения, поэтому мы на их основе вычислим потребляемую мощность для каждого из режимов работы дисков (см. таблицу 3). Разумеется, мощность в данном случае считалась с учетом падения напряжения на внутреннем сопротивлении амперметров в цепях питания, то есть соответствует данному конкретному случаю. При других напряжениях питания мощность может быть немного иной.
Таблица 3. Мощность потребления и тепловыделения (в Вт) жестких дисков в различных режимах работы.
| Idle | ATA | Seek | Quiet Seek | Read | Write | Start | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Hitachi Deskstar 7K250 250GB SATA | 6,29 | 6,49 | 12,15 | 8,99 | 9,65 | 9,26 | 18,26 |
| Hitachi Deskstar 7K400 400GB SATA | 7,97 | 8,31 | 14,47 | - | 11,84 | 10,19 | 17,40 |
| Hitachi Deskstar 7K400 400GB UATA | 7,32 | 7,72 | 13,71 | - | 11,12 | 10,09 | 16,88 |
| Maxtor MaXLine III 7B250S0 SATA | 7,53 | 9,08 | 13,08 | 10,22 | 10,11 | 10,16 | 20,14 |
| Maxtor MaXLine III 7B300S0 SATA | 7,95 | 9,42 | 13,63 | - | 11,38 | 11,09 | 19,86 |
| Maxtor MaXLine III 7B300R0 UATA | 7,46 | 8,85 | 12,60 | - | 10,67 | 10,47 | 18,70 |
| Maxtor DiamondMax 10 6B300R0 UATA | 7,01 | 8,03 | - | 9,18 | 9,66 | 9,71 | 18,49 |
| Maxtor DiamondMax 10 6B200P0 UATA | 5,70 | 6,52 | 10,57 | 7,73 | 8,15 | 8,20 | 18,04 |
| Maxtor DiamondMax 10 6B200M0 SATA | 7,24 | 8,55 | 12,81 | - | 10,66 | 10,32 | 19,86 |
| Maxtor DiamondMax Plus 9 6Y120M0 SATA | 8,21 | 8,61 | 12,42 | 9,98 | 10,26 | 9,39 | 19,00 |
| Maxtor DiamondMax Plus 9 6Y120P0 UATA | 7,89 | 8,13 | 11,70 | - | 9,94 | 9,16 | 19,13 |
| Samsung SpinPoint P80 SP1614C SATA | 6,89 | 7,29 | 9,63 | 8,76 | 8,37 | 7,87 | 22,11 |
| Samsung SpinPoint P80 SP1614N UATA | 6,34 | 6,74 | 8,92 | - | 7,83 | 7,23 | 19,19 |
| Samsung SpinPoint P120 SP2004C SATA | 6,83 | 7,00 | 9,87 | 8,76 | 8,04 | 8,38 | 22,19 |
| Samsung SpinPoint P120 SP2014N UATA | 6,29 | 6,44 | 9,02 | 7,96 | 7,28 | 7,67 | 21,17 |
| Seagate Barracuda 7200.8 400GB SATA, disk 1 | 7,56 | 7,71 | 10,27 | - | 9,15 | 10,03 | 28,38 |
| Seagate Barracuda 7200.8 400GB SATA, disk 2 | 7,70 | 7,75 | 10,17 | - | 9,28 | 10,01 | 29,44 |
| Seagate Barracuda 7200.8 400GB UATA | 6,85 | 7,10 | 9,56 | - | 8,44 | 9,38 | 27,79 |
| Seagate Barracuda 7200.8 300GB SATA | 7,61 | 7,71 | 10,32 | - | 9,15 | 9,94 | 29,05 |
| Seagate Barracuda 7200.8 250GB UATA | 6,31 | 6,41 | 8,95 | - | 8,15 | 8,74 | 28,35 |
| Seagate Barracuda 7200.8 200GB SATA | 6,66 | 6,71 | 9,20 | - | 8,34 | 8,98 | 29,02 |
| Seagate Barracuda 7200.7 Plus 200GB UATA | 5,96 | 7,30 | 9,94 | - | 9,79 | 7,99 | 17,43 |
| Seagate Barracuda 7200.7 Plus 160GB SATA | 7,48 | 8,57 | 13,28 | - | 10,85 | 9,49 | 18,29 |
| Seagate Barracuda ATA V 120GB SATA | 8,42 | 8,86 | 13,41 | - | 9,89 | 9,64 | 20,93 |
| Seagate Cheetah 15K.4 147GB U320 SCSI | 13,2 | 13,88 | 18,03 | - | 14,52 | 14,96 | 22,46 |
| Seagate Cheetah 10K.7 74GB U320 SCSI, disk 1 | 6,76 | 8,49 | 12,49 | - | 9,71 | 9,17 | 17,89 |
| Seagate Cheetah 10K.7 74GB U320 SCSI, disk 2 | 6,81 | 8,54 | 12,49 | - | 9,71 | 9,17 | 17,60 |
| Seagate Savvio 10K.1 73GB U320 SCSI | 4,51 | 6,29 | 9,11 | - | 6,44 | 6,73 | 17,20 |
| Western Digital Caviar SE WD3200JD SATA | 6,82 | 7,12 | 9,85 | 8,45 | 8,16 | 8,41 | 17,81 |
| Western Digital Caviar SE WD3200JB UATA | 6,23 | 6,48 | 9,02 | 7,97 | 7,57 | 7,87 | 18,29 |
| Western Digital Caviar SE WD2500JD SATA | 6,49 | 6,69 | 10,05 | 7,48 | 7,63 | 7,63 | 16,17 |
| Western Digital Caviar SE WD2500JB UATA | 6,01 | 6,21 | 9,41 | 7,06 | 7,16 | 7,16 | 16,29 |
| Western Digital Caviar RE WD1200SD SATA | 5,78 | 5,98 | 9,52 | - | 7,04 | 7,04 | 16,49 |
| Western Digital Raptor WD740GD | 7,04 | 7,24 | 11,32 | 11,32 | 8,33 | 8,33 | 22,08 |
| Western Digital Raptor WD360GD | 7,34 | 7,65 | 12,19 | - | 9,99 | 8,83 | 22,72 |
В дополнение к уже сказанному выше по поводу повышенного потребления SATA и возможной экономии мощности на тихом поиске отметим, что удивительно низкое энергопотребление в режиме Idle показал 2,5-дюймовый SCSI-десятитысячник Seagate Savvio 10K.1 - браво! Среди 3,5-дюймовых накопителей по этому параметру лучшими стали многие диски WD Caviar SE и отдельные ATA-модели Maxtor, Seagate, Samsung и Hitachi, а также порадовал SCSI-десятитысячник Seagate Cheetah 10K.7.
Типовая мощность потребления и тепловыделения жестких дисков в режиме Idle
При активном случайном поиске диски расположились по энергопотреблению и тепловыделению следующим образом:
Средняя мощность потребления и тепловыделения жестких дисков в режиме случайного поиска.
Снова ATA-диски Samsung и WD немного лучше основных конкурентов (кстати, то же самое наблюдалось и для «ноутбучных» моделей этих производителей, см. наш обзор). Впрочем, отдельные модели Seagate тоже выглядят неплохо, а вот Maxtor и Hitachi не отличаются экономичным поиском - однако напомним, что именно для них экономия при использовании тихого поиска получается наибольшая, в районе трех ватт, поэтому они в таком режиме имеют все шансы спорить за общее лидерство, снижая свое потребление в этом режиме до уровня 8-9 ватт!
Интересно также, что WD Raptor WD740GD делит список дисков в обеих категориях (Idle и Seek) ровно пополам, то есть этот диск оказался не таким уж прожорливым и горячим - даже по сравнению со многими менее «оборотистыми» (менее производительными) соперниками.
Чтобы привести цифры таблицы 3 к общему, более простому и полезному для читателя «знаменателю», мы вычислили два практически полезных параметра: усредненную потребляемую мощность дисков при типичной работе пользователя и при интенсивной (постоянной) работе ПК с винчестером. Для вычисления этих оценочных показателей, не претендующих, вообще говоря, на какую-то «истину в конечной инстанции», я применил две характерные модели использования дисков:
1. При типичной неспешной работе пользователя (например, офисной или при редактировании графики) модель среднего потребления диска описывается формулой:
P typ =(Idle *90%+ Write *2.5%+ Read *7.5%)/100%,
где буквенные режимы означают мощность потребления диском от обоих источников напряжения в соответствующих режимах обращения к нему, а цифры, на которые эти токи умножаются - процент по времени, в течение которого диск находится в этом режиме (для чтения и записи берутся максимальные значения тока потребления, соответствующие начальным участкам диска; режим Seek здесь фактически учитывается через чтение и запись). В основу этой модели положено, в частности, то, что при типичной работе пользователя с настольным ПК диск читает/пишет в течение примерно 10% от общего времени работы.
2. Аналогично, для интенсивной работы с диском (например, дефрагментация, сканирование поверхности, копирование файлов, фоновая антивирусная проверка и пр.) среднее потребление численно описывается формулой:
P max =(Write + Seek + Read *3)/5
По вычисленным данным потребляемой мощности построены следующие диаграммы.
Средняя мощность жестких дисков в режиме типичной работы настольного ПК
Эти результаты, очевидно, близки к расстановке «сил» по режиму Idle - победители по экономичности потребляют при такой работе ПК всего 5-6 ватт, наиболее «холодными» смотрятся диски WD Caviar SE и Samsung SpinPoint, хотя отдельные модели конкурентов тоже попадаются весьма экономичные. В принципе, отрыв победителей (если не брать в расчет Savvio и Cheetah 15K.4) от «проигравших» здесь не так уж велик - 6 и 8,5 ватт, а потребление основной массы ATA-дисков находится на уровне 7 ватт плюс минус 0,8 ватта. Поэтому и разница в их рабочей температуре в одинаковых условиях охлаждения будет всего несколько градусов. Можно также отметить, что наибольшее потребление показали ATA-диски Maxtor и Seagate предыдущих поколений, то есть в последнем поколении экономичность накопителей явно улучшилась.
Усредненная потребляемая мощность дисков при интенсивной (постоянной) работе компьютера с винчестером показана ниже:
Средняя мощность жестких дисков в режиме интенсивной работы компьютера с накопителями
Здесь снова видно, что ATA-диски WD Caviar и Samsung ощутимо «холоднее», чем у остальных производителей, причем даже WD Raptor WD740GD поднялся выше середины списка! Диски Seagate, Maxtor и Hitachi в среднем оказываются на несколько ватт «погорячее», хотя многое все же зависит от конкретной модели, и среди них тоже можно подобрать достаточно экономичную. При интенсивной нагрузке тепловыделение ATA-дисков находится в диапазоне от 7,5 до 12 ватт, а в среднем равно примерно 10 ваттам. Именно на эту мощность и стоит ориентироваться при выборе системы охлаждения одиночных накопителей внутри корпуса. В принципе, эти данные неплохо согласуются с указываемыми в спецификациях дисков значениями энергопотребления при чтении-записи-поиске.
Заключение
Собственно, все основные выводы из проведенных нами экспериментов по измерению энергопотребления и тепловыделения современных жестких дисков форм-фактора 3,5 дюйма мы уже сделали по ходу изложения результатов, поэтому в заключение остается лишь сказать, что:
1. Измерение энергопотребления является удобным и мощным инструментом оценки тепловыделения жестких дисков в различных режимах работы, способным снабдить внимательного экспериментатора множеством дополнительной полезной информации.
2. К температурным оценкам тепловыделения (и рабочих терморежимов) жестких дисков следует относиться с большой осторожностью. Решение об установке активной или пассивной системы охлаждения на жесткий диск следует принимать не по «чужим» (пусть даже «авторитетным») измерениям температуры жестких дисков данной модели или серии, а только исходя из собственноручно проведенных экспериментов с конкретным диском, установленным в конкретном окружении.
3. К данным об энергопотреблении дисков, указанным в их спецификациях и, тем более, на «крышках» самих дисков, следует относиться очень критически. Далеко не всегда по ним можно судить об истинных «масштабах» прожорливости и нагрева накопителей! Доверять лучше «реальности, данной нам в ощущениях».
4. Тепловыделение настольных дисков в последнее время неуклонно снижается, хотя этому явно не способствует появление модных последовательных интерфейсов SATA 1.0 и SATA II. Вместе с тем, использование режима тихого поиска в некоторых случаях способно снизить тепловыделение накопителя значительно больше, чем оно повышается из-за использования интерфейса SATA.
5. В определенных случаях следует уделять особое внимание обеспечению надлежащей нагрузочной способности блока питания во время старта жестких дисков - это касается даже некоторых современных ATA-моделей, и особенно - их массивов.
6. Некоторые современные высокопроизводительные SCSI-диски очень «гуманны» в плане тепловыделения, соревнуясь в этом даже с настольными ATA-дисками, и порой допускают работу только с пассивным охлаждением. А Seagate Savvio 10K.1 вообще оказался самым экономичным из высокопроизводительных накопителей, опередив даже все ATA-диски форм-фактора 3,5 дюйма!
Сравнение энергосберегающих жёстких дисков
Жёсткие диски, о которых пойдёт сегодня речь, вряд ли побьют рекорды производительности, зато в том, что касается соотношения "ёмкость/ватт", они могут стать рекордсменами. Компании Hitachi Global Storage Technologies (HGST) и Western Digital уже выпустили накопители, удовлетворяющие требованиям пользователей, которые заботятся об экономии энергии. Hitachi Deskstar P7K500 и "зелёная" линейка WD GreenPower снижают энергопотребление на 40% по сравнению с обычными жёсткими дисками. Мы хотели выяснить, насколько изменения, произошедшие в таких накопителях, повлияли на их производительность, ведь они не должны быть существенными, чтобы данные продукты могли конкурировать на рынке.
По сравнению с энергопотреблением ЖК-дисплеев (50-120 Вт), процессоров (20-120 Вт), отдельных видеокарт (25-200 Вт), high-end материнских плат (до 50 Вт), а также учитывая ещё 10-20% потерь в блоке питания, обсуждение энергопотребления жёстких дисков может показаться неинтересным и бессмысленным. В конце концов, типичный жёсткий диск настольного компьютера потребляет около 5-15 Вт, в зависимости от модели, скорости вращения шпинделя и количества пластин. На первый взгляд, выбор того или иного жёсткого диска мало влияет на энергопотребление настольного ПК.
Однако жёсткие диски всё же оказывают вполне измеримое влияние на энергопотребление, если взять в расчет не типичный настольный ПК, а информационные центры, где требуются тысячи жёстких дисков для обеспечения огромного дискового пространства. Более того, любое устройство во время работы не только потребляет определённое количество энергии, но и выделяет тепло, которое должно выводиться с помощью систем кондиционирования воздуха. В сущности, усилия и затраты на развёртывание масштабных, отказоустойчивых решений кондиционирования воздуха могут быть более значительными, чем непосредственная стоимость и влияние энергопотребления самого накопителя.
К другой сфере применения жёстких дисков с малым энергопотреблением относится потребительская (бытовая) электроника: персональные видеомагнитофоны (PVR), телевизионные приставки со встроенными накопителями и все виды таких устройств резервирования, как внешние жёсткие диски и решения на основе RAID для резервного хранения данных (near-line storage). Они должны хорошо охлаждаться, тихо работать и быть простыми в эксплуатации настолько, насколько это возможно, а высокой производительности от них не требуется. Большая часть жёстких дисков, встроенных в продукты бытовой электроники, по-прежнему основана на интерфейсе UltraATA вместо Serial ATA.
Hitachi или Western Digital? P7K500 против "зелёных" накопителей GreenPower.
Компании Hitachi и Western Digital располагают продукцией, которая может удовлетворить потребности вышеназванных сфер рынка: Hitachi Deskstar P7K500, где буква "P" означает "мощность", и "зелёная" линейка Western Digital GreenPower , включающая в себя решения по оптимизации энергопотребления, которые можно найти в различных линейках продуктов WD.
Энергосбережение на жёстких дисках
Когда речь идёт об энергопотреблении обычных жёстких дисков, следует рассматривать два основных момента. Во-первых, энергопотребление механических деталей: мотора шпинделя, который используется для вращения физических пластин, а также привода головок жёсткого диска (актуатора), который перемещает головки чтения/записи в заданное место магнитной поверхности. Для достижения более высоких скоростей вращения шпинделя требуется больше энергии. Кроме того, энергопотребление зависит от диаметра пластин, их количества и от типа используемых подшипников.
Чтобы сократить время доступа, тоже требуется больше энергии, поскольку приводу головок жёсткого диска нужно быстро менять скорость для перемещения головок с одного места на другое. Количество пластин также влияет на энергопотребление привода головок, так как для позиционирования каждой пары головок нужен один кронштейн (по одной несущей на каждую сторону пластины).
Технологии увеличения производительности жёстких дисков, такие, как "родная" очередь команд (Native Command Queuing, NCQ), тоже могут поспособствовать экономии энергии при нагрузке. Очередь команд NCQ упорядочивает все входящие команды, анализирует их, а затем выполняет в наиболее эффективном порядке, что минимизирует передвижения головки. Однако NCQ реально представляет интерес лишь в окружениях серверного типа.
Во-вторых, следует обратить внимание на энергопотребление печатной платы жёсткого диска, которая отвечает за контроллер, кэш-память и интерфейсную логику. Повышение уровня интеграции способствует увеличению эффективности печатной платы по энергопотреблению. Однако её всё равно не стоит сбрасывать со счетов.
Очевидно, что экономия энергии может быть достигнута на физическом уровне, за счёт снижения скорости вращения шпинделя или уменьшения ускорения и производительности привода головок жёсткого диска. Оптимизировать подшипники трудно, потому что большинство жёстких дисков уже основаны на так называемых гидродинамических подшипниках (fluid dynamic bearings, FDB). Применение новых, более лёгких материалов также может помочь снизить энергопотребление. Однако прочность и надёжность - это те свойства, которые нельзя недооценивать. К тому же, трудно уменьшить такие параметры, как толщина пластины, из-за их влияния на другие параметры, например, обеспечение плавного вращения. Что касается печатной платы (PCB), то к ней, безусловно, можно применять энергосберегающие механизмы, как и к другим кремниевым компонентам. Та часть логики, которая не используется в какой-то конкретный момент, например кэш-память, может быть временно отключена.
Hitachi Deskstar P7K500
Компания Hitachi уже близка к выпуску следующего поколения настольных жёстких дисков, которое призвано заменить Deskstar 7K1000 с пятью пластинами винчестерами с меньшим количеством вращающихся деталей. Это могло бы позволить обновить линейку продуктов, эффективных по энергопотреблению, которая на данный момент включает в себя накопители ёмкостью только до 500 Гбайт. Принимая во внимание, что эффективность часто измеряется как ёмкость/ватт, это увеличило бы шансы Hitachi на победу над WD.
Жёсткий диск, который потребляет мало энергии в режиме бездействия, но работает с низкой производительностью, может в итоге потребовать больше энергии на выполнение определённой задачи, чем какой-то другой винчестер. Следовательно, производительность тоже важна, поскольку очень медленный жёсткий диск сведёт на нет все преимущества экономии, поскольку он будет дольше находиться в состоянии с высоким потреблением энергии.
Нажмите на картинку для увеличения.
Доступны четыре варианта ёмкости: 500, 400, 320 и 250 Гбайт. Последние варианты больше подойдут для PVR и тому подобных устройств бытовой электроники, поскольку большинство жёстких дисков для настольных ПК должны иметь, минимум, 500 Гбайт дискового пространства. Меньшая ёмкость не обеспечит большой экономии денег на новом ПК, зато в ближайшем будущем точно обернётся нехваткой дискового пространства. Как бы то ни было, Hitachi явно нацеливается на потребительский рынок, потому что Deskstar P7K500 доступен с интерфейсом SATA или UltraATA, последний из которых всё ещё доминирует на рынке потребительских хранилищ и на рынке устройств начального уровня.
Скорость вращения шпинделя всех жёстких дисков P7K500 стандартна и составляет 7 200 об/мин, тогда как Western Digital решила снизить скорость, чтобы сократить энергопотребление. Все версии с интерфейсом UltraATA имеют 8 Мбайт кэш-памяти, а SATA-версии (за исключением 250-Гбайт жёсткого диска начального уровня) оснащены 16-Мбайт кэшем. Винчестеры имеют плотность 250 Гбайт на пластину, т.е. 250-Гбайт модель имеет одну пластину, а все остальные модели - по две пластины.
Жёсткий диск Deskstar P7K500 на самом деле гораздо эффективнее, чем другие 3,5" винчестеры, работающие со скоростью вращения 7200 об/мин: в режиме простоя он потреблял 4,7 Вт. Хотя такое энергопотребление выше, чем то, что мы измерили для жёстких дисков Western Digital GreenPower, мы пришли к выводу, что максимальное энергопотребление в действительности оказывается поразительно низким - всего 6,6 Вт, тогда как другим жёстким дискам на 7 200 об/мин требуется 9-11 Вт, когда происходит много передвижений головок. Это также соответствует заявлениям Hitachi об экономии энергии до 40%. Обратите внимание, что жёсткие диски UltraATA, как правило, более эффективны, так как параллельный интерфейс требует приблизительно на 250 мВт меньше энергии, чем Serial ATA.
По утверждению Hitachi, в Deskstar P7K500 используются те же технологии энергосбережения, что и в жёстких дисках ноутбуков Travelstar. Это может быть причиной большого среднего времени доступа 18,7 мс, которое соответствует времени доступа 2,5" винчестера. Тем не менее, это объясняет, почему Hitachi поддерживает такое низкое максимальное энергопотребление.
Нажмите на картинку для увеличения.
Нажмите на картинку для увеличения.
"Зелёное" семейство Western Digital GreenPower
Компания Western Digital выпускает так называемые "зелёные" жёсткие диски GreenPower для трёх разных сегментов рынка: для организаций, для пользователей настольных ПК и для бытовой электроники. Диски доступны в нескольких вариантах ёмкости: 500, 750 и 1 000 Гбайт, и носят привычные названия Caviar, RE2 (RAID Edition 2) и AV (Audio/Video), но с суффиксом GP. Мы рассмотрели два жёстких диска Caviar GP, которые предназначены для обычных пользователей ПК.
На странице спецификаций WD GreenPower представлено маловато информации. WD много говорит о проблемах с окружающей средой, но не упоминает о скорости вращения шпинделя даже в характеристиках . Да, там есть информация о 16 Мбайт кэш-памяти и интерфейсе 300 Мбайт/с SATA, но обязательные технические спецификации отсутствуют.
Давайте посмотрим на эти два жёстких диска, оказавшихся в нашей лаборатории.
WD5000AACS (Caviar GP Green Power)
Нажмите на картинку для увеличения.
Нажмите на картинку для увеличения.
Нажмите на картинку для увеличения.
WD7500AACS (Caviar GP Green Power)
Нажмите на картинку для увеличения.
Нажмите на картинку для увеличения.
Нажмите на картинку для увеличения.
Тестовая конфигурация
| Системное аппаратное обеспечение | |
| Процессоры | 2x Intel Xeon (ядро Nocona), 3,6 ГГц, FSB800, 1 Мбайт кэша L2 |
| Платформа | Asus NCL-DS (Socket 604), чипсет Intel E7520, BIOS 1005 |
| Память | Corsair CM72DD512AR-400 (DDR2-400 ECC, reg.), 2x 512 Мбайт, задержки CL3-3-3-10 |
| Системный жёсткий диск | Western Digital Caviar WD1200JB, 120 Гбайт, 7 200 об/мин, кэш 8 Мбайт, UltraATA/100 |
| Контроллеры накопителей | Intel 82801EB UltraATA/100 (ICH5) Promise SATA 300TX4 Promise FastTrak TX4310 Driver 2.06.1.310 |
| Сеть | Broadcom BCM5721 встроенная 1 Гбит/с |
| Видеокарта | Встроенная ATI RageXL, 8 Мбайт |
| Тесты | |
| Тесты производительности | c"t h2benchw 3.6 |
| PCMark05 | V1.01 |
| IOMeter 2003.05.10 Fileserver Benchmark Webserver Benchmark Database Benchmark Workstation Benchmark |
|
| Системное ПО и драйверы | |
| ОС | Microsoft Windows Server 2003 Enterprise Edition, Service Pack 1 |
| Драйвер платформы | Intel Chipset Installation Utility 7.0.0.1025 |
| Графический драйвер | Графический драйвер Windows по умолчанию |
Результаты тестов
Жёсткие диски Hitachi P7K500 и Western Digital WD7500AACS обеспечивают самую высокую минимальную скорость передачи данных на уровне почти 50 Мбайт/с. WD5000AACS показал хороший результат, но на внутренних секторах пластин скорость передачи упала до 40 Мбайт/с.
Hitachi ограничивает производительность доступа в попытке поддержать максимальное энергопотребление на низком уровне. Среднее время доступа 18,7 мс маловато даже для 2,5" жёстких дисков. Для серверов-хранилищ или устройств бытовой электроники это не проблема, чего не скажешь о настольных ПК. Жёсткие диски WD обеспечивают лучшее время доступа.
Тест на пропускную способность интерфейса обязателен для подтверждения технических спецификаций, но он имеет мало отношения к реальной производительности. Производительность интерфейса показывает скорость, с которой компьютер может обмениваться данными с кэш-памятью винчестера.
Hitachi Deskstar P7K500 обеспечивает наилучшую последовательную пропускную способность при том, что он работает со скоростью вращения 7 200 об/мин по сравнению с 5 400+ об/мин жёстких дисков Western Digital (подробную информацию компания не предоставила). Однако другие жёсткие диски на 7 200 об/мин, такие, как Seagate Barracuda 7200.11 или Samsung Spinpoint F1, достигают, как минимум, 100 Мбайт/с, в то время как Hitachi показал, максимум, 87 Мбайт/с, а WD - 84 Мбайт/с.
Энергосберегающие накопители явно не предназначены для интенсивных операций ввода/вывода.
Жёсткие диски WD GreenPower обеспечивают только 80% производительности в приложениях по сравнению с другими винчестерами со скоростью вращение 7 200 об/мин; так что уменьшение скорости вращения шпинделя в данном случае является недостатком. Впрочем, и P7K500 не может обеспечить лучшей производительности записи файлов в тесте PCMark05 HDD.
Минимальное энергопотребление при простое в 3,1 Вт - это новый рекорд. Western Digital WD5000AACS Caviar GP (500 Гбайт) показал себя как самый эффективный с точки зрения энергопотребления жёсткий диск, хотя в данном обзоре его производительность была самой низкой. Скорость вращения шпинделя 7 200 об/мин винчестера Hitachi является недостатком, поскольку энергопотребление при простое этого жёсткого диска почти на 50% выше! Тем не менее, жёсткий диск Hitachi всё равно гораздо эффективнее, чем другие винчестеры на 7 200 об/мин, потребляющие от 6 Вт и выше в режиме бездействия.
Максимальное энергопотребление жёсткого диска Hitachi даже ниже, чем у жёстких дисков WD, несмотря на более высокую скорость вращения. Если вы помните, что время доступа большое, то поймёте, как так получилось. Если вам нужен эффективный жёсткий диск для настольного ПК, то Hitachi предлагает лучшее соотношение "производительность/ватт", поскольку производительность явно выше при том же энергопотреблении.
Что касается температуры поверхности, то все жёсткие диски показали хорошие результаты. Как и ожидалось, температура жёстких дисков WD при скорости вращения менее 7 200 об/мин остаётся ниже, чем у 7 200-об/мин винчестеров Hitachi. Обратите внимание, что WD VelociRaptor, занявший верхнюю строчку в таблице с результатом всего 38°C, является 2,5" жёстким диском со скоростью вращения шпинделя 10 000 об/мин.
Заключение
Жёсткие диски Hitachi Deskstar P7K500 и Western Digital Caviar GP оправдали ожидания, поскольку оба снижают энергопотребление при простое на 50%, а при максимальной нагрузке - на 20-30%. Для домашних пользователей эта разница незначительна, потому что экономией энергии в 3-5 Вт по сравнению с обычными 3,5" жёсткими дисками можно пренебречь. Однако устройства бытовой электроники, которые должны работать тихо и не нагреваться, безусловно, выиграют от использования таких жёстких дисков. Весьма интересны экономичные винчестеры и для больших серверных систем с сотнями и даже тысячами жёстких дисков за счёт снижения энергопотребления как самих винчестеров, так и систем охлаждения. Кроме того, пользователи, которые хотят сделать разумный апгрейд, могут подумать насчёт такого жёсткого диска, поскольку разницы в цене с другими моделями нет. Hitachi предоставляет интересный выбор для апгрейда, поскольку доступна версия жёсткого диска P7K500 с интерфейсом UltraATA.
Благодаря скорости вращения шпинделя 7 200 об/мин, Hitachi на протяжении всех тестов демонстрировал превосходные скорости передачи и приличную производительность в целом. Однако по времени доступа и производительности ввода/вывода Deskstar P7K500 не может соревноваться с другими жёсткими дисками на 7 200 об/мин, поскольку Hitachi замедлила движения привода головок жёсткого диска в целях экономии энергии. Именно поэтому P7K500 требует даже меньше энергии при максимальной нагрузке, чем 750-Гбайт и 1 000-Гбайт жёсткие диски WD Caviar GP.
Компания WD снизила скорость вращения шпинделя с 7 200 об/мин до значения, которое находится в пределах между 7 200 об/мин и 5 400 об/мин, благодаря чему она добилась нового рекорда в энергопотреблении: 3,1 Вт при простое для 500-Гбайт модели и 3,6 Вт для 750-Гбайт Caviar GP - отличные результаты. Если вы ищите один или несколько жёстких дисков для экономичного хранения данных, то Caviar GP - это лучший выбор. Hitachi предоставляет хороший вариант, если вы хотите использовать жёсткий диск, эффективный с точки зрения энергопотребления, для своей операционной системы.
Сравнительная таблица
| Производитель | Hitachi | Western Digital | Western Digital | Western Digital |
| Модель | Deskstar P7K500 | Caviar GP | Caviar GP | Caviar GP |
| Модельный номер | HDP725050GLA380 | WD5000AACS | WD7500AACS | WD10EACS |
| Форм-фактор | 3,5" | 3,5" | 3,5" | 3,5" |
| Ёмкость (Гбайт) | 500 | 500 | 750 | 1000 |
| Скорость вращения (об/мин) | 7200 | > 5400 | > 5400 | > 5400 |
| Доступные ёмкости (Гбайт) | 250, 320, 400 | 750, 1000 | 500, 1000 | 500, 750 |
| Число пластин | 2 | 2 | 3 | 4 |
| Кэш (Мбайт) | 8 | 16 | 16 | 16 |
| "Родная" очередь команд (NCQ) | Да | Да | Да | Да |
| Интерфейс | SATA/300 | SATA/300 | SATA/300 | SATA/300 |
| Гарантия | 3 года | 3 года | 3 года | 3 года |
ВступлениеВот уже много лет мы в тестах жёстких дисков c магнитными пластинами и твердотельных накопителей измеряем потребляемую накопителями мощность. Для этого мы используем специальный стенд, оборудованный осциллографом (о том, почему нельзя измерять потребление накопителей при помощи мультиметра, подробно написано здесь
.) Но при помощи такой установки мы меряем потребление накопителя только в нескольких режимах с использованием синтетической нагрузки, создаваемой тестом IOMeter (случайное чтение, случайная запись, последовательное чтение, последовательная запись). Это даёт нам возможность оценить максимальное потребление накопителя, но ничего не говорит о потреблении накопителя в реальных условиях эксплуатации.
В то же время, судя по активному обсуждению в форумах, пользователей сильно интересует потребление накопителей именно что в боевых условиях – при работе в реальных приложениях. Соответственно, возникла идея – взять ноутбук и использовать его, как измерительное оборудование!
Постановка задачи
Итак, нам нужно сравнить между собой твердотельные накопители и жёсткие диски с магнитными пластинами. Сравнивать мы их будем опосредованно – через измерение времени работы ноутбука. При этом мы, конечно, не получим в явном виде цифры потребления накопителей, но зато сможем оценить масштабы влияния прожорливости накопителя на общее потребление всех систем ноутбука.Не так давно компанией Futuremark был выпущен тестовый пакет PCMark8, в котором появилась возможность измерять время работы ноутбука от батареи в различных сценариях. Тестовый пакет содержит в себе усечённые версии реальных приложений и, в зависимости от запущенного сценария, имитирует работу пользователя в нескольких типичных приложениях.
Наша задача проста – меняем накопители в ноутбуке и запускаем тест. Из многообразия тестовых сценариев PCMark8 нами был выбран сценарий «Home», как наиболее близкий идеологически к сфере применения ноутбуков – домашняя развлекательная станция - средство для просмотра страниц в интернете, создания несложных документов, казуальных игр и общения по сети с использованием вебкамеры.
Методика тестирования
В любезно предоставленный компанией Samsung ноутбук NP530U4C-S01RU устанавливается тестируемый накопитель, на который, в свою очередь, устанавливается операционная система Windows 8 Enterprise, на которую, в свою очередь устанавливаются все доступные пакеты обновлений.Далее устанавливается тестовый пакет PCMark8 и компьютер выключается в ожидании полной зарядки батареи.
После включения ноутбука мы убеждаемся, что батарея действительно полностью зарядилась, ждём 15 минут и потом запускаем PCMark8. Выбираем тест «Home» и режим «Battery life». В качестве OPenCl 1.1 -устройства выбираем видеокарту NVIDIA GT 620M и запускаем тест.
Дожидаемся появления на экране окошка с указанием вытащить из ноутбука адаптер питания и, нежно и трепетно, выполняем его. Тест идёт несколько часов, так что у тестера есть время заняться чем-нибудь полезным.
Участники тестирования
Для сравнения мы подобрали с десяток популярных SSD-дисков, парочку гибридных дисков и несколько дисков с магнитными пластинами. В число дисков с магнитными пластинами мы включили как диски с разной скоростью шпинделя, так и «тонкую» однопластинную модель. Объём SSD-дисков варьировался от 240 до 256ГБ, в зависимости от модели.Полный список протестированных накопителей приведён в таблице:
Результаты тестирования
В приведённой ниже таблице приведены как цифры по времени работы ноутбука от батареи, так и показатели быстродействия в баллах. В столбце «batteryconsumption» приведен процент разряда батареи на момент остановки теста. Программисты Futuremark заложили в PCMark8 следующий алгоритм: тест не разряжает батарею в ноль, а останавливается по мере достижения уровня заряда батареи в 20 процентов. Как видим, во всех случаях вовремя остановится тест не смог – всегда батарея разрядилась чуточку больше, чем планировалось. :)Но это, в общем-то и неважно. Главное – мы получили время работы нотбука от батареи.
Начнём с анализа влияния накопителя на итоговый балл по скорости выполнения теста.
Как видите, при оценке скорости работы системы PCMark8 отдаёт предпочтение SSD-накопителям. Только одному диску с магнитными пластинами удалось прорваться в группу лидеров. Удивительно, но системы с гибридными накопителями не сумели показать существенного преимущества над старыми добрыми жёсткими дисками, хотя сценарий работы теста подразумевает циклическое повторение подтестов в приложениях. Вероятно, объём прокачиваемых тестом данных превышает возможности системы кэширования гибридных накопителей.
Результаты группы лидеров очень близки, так что, памятуя о дисперсии , мы победителя объявлять не будем. Имеет лишь смысл сказать о разнице между лучшим и худшим результатами. Она оказалась довольно велика – более десяти процентов.
Давайте лучше посмотрим на время работы ноутбука от батареи:
И тут нас ожидает неприятный сюрприз – оба гибридных диска оказались не на высоте. Впрочем, это легко объяснить: гибридные диски сочетают в себе два устройства – обычный диск с магнитными пластинами и контроллер, работающий с микросхемой флеш-памяти. В зависимости от характера обращения к гибридному накопителю контроллер и флешь-память могут, как экономить электроэнергию, так и увеличивать её расход. Если судить по баллам теста на скорость, система кэширования данных в гибридных дисках сработала вхолостую и лишь увеличила потребление накопителя в целом.
Далее по диаграмме наблюдаем группу SSD-накопителей, «заряженных» на максимальную производительность. Plextor M5 Pro, Corsair Neutron GTX – всё сплошь топовые модели. Видимо, для достижения максимальной скорости экономичностью накопителей решили пожертвовать…
Очень неплохо выступили жёсткие диски классической архитектуры, особенно диски Hitachi. Но не они стали победителями в этом тесте. Победил здесь не самый быстрый, но, как оказалось, самый экономичный диск – Kingston SSDNow V+ 200 series. В шаге от него оказались два диска Samsung, и это надо отметить особо, потому что их мы «не быстрыми» назвать не можем. Наоборот, по нашим тестам производительности это одни из самых быстрых дисков на рынке.
Но, постойте! Мы совершенно забыли один досадный факт – полученное время работы от батарей для разных накопителей нельзя сравнивать напрямую! Мы же не учли, что в некоторых случаях батарея разряжалась сильнее (т.е. тест работал дольше). Как же нам привести данные к общему знаменателю?
Давайте примем для себя, что характер разряда батареи – линейный. Тогда мы можем экстраполировать полученные в тесте данные для случая полного разряда батареи:
Внутри диаграммы наблюдаются небольшие перестановки, но, в целом, картина сильно не изменилась. Как и в случае тестов на производительность, оценим разброс результатов по времени работы – примерно на 7.5 процентов можно продлить время работы ноутбука в PCMark8-Home, поменяв в нём Seagate Momentus XT на Kingston SSDNow V+ 200 series.
Итак, получены ответы на многие вопросы. Осталось только понять - какой же диск лучше использовать в ноутбуке, если мы хотим сочетать и производительность, и долгое время автономной работы?
Если принять, что оба параметра для нас одинаково важны, то можно просто посчитать среднее геометрическое от баллов PCMark8 и времени работы. Тогда у нас получается вот такой расклад:
Неожиданно, правда? Но еще более любопытно то, что Hitachi HTS547550A9E384 – штатный диск ноутбука NP530U4C-S01RU , и именно поэтому он был включён в это тестирование.
Инженерам Samsung – моё почтение. :)
Выводы
Проведённые тесты позволили нам не только приобрести бесценный опыт, но и помогли развеять несколько устоявшихся мифов.Тестирование в PCMark8 показало, что:
При типичной работе в ноутбуке SSD-диски не намного экономичнее классических жёстких дисков.
При типичной работе в ноутбуке SSD-диски не намного быстрее классических жёстких дисков (а, зачастую, они и медленнее!)
Гибридные накопители оказались не быстрее классических жёстких дисков при большем энергопотреблении.
Хотя, быть может, это частное мнение Futuremark... ;)
Благодаря постоянному совершенствованию технологий, удельная стоимость твердотельных накопителей неуклонно снижается, а их объем и ресурс, наоборот, растут. Несмотря на это, жесткие диски будут актуальны еще достаточно продолжительное время и производители не останавливаются в стремлении улучшать их рабочие характеристики.
Собственно, конструкция НЖМД принципиально не изменяется уже длительное время — внутри герметичного корпуса вращается от одной до четырёх легких круглых пластин, а над ними перемещаются несколько магнитных головок и производят запись/чтение информации. Усилия производящих компаний направлены на модернизацию узлов крепления движущихся элементов, подбор состава ферромагнитного слоя на дисках, улучшение параметров привода и головок, а также на оптимизацию алгоритмов управления всем этим хозяйством.
Самые важные критерии выбора
Геометрические размеры
Чаще используется термин «форм-фактор», но тут есть один нюанс. Основных типоразмеров HDD два: 3,5 дюйма для десктопов и 2,5 дюйма для ноутбуков. Как правило, толщина накопителя зависит от количества пластин и если для настольных ПК ее величина особого значения не имеет, то у портативных устройств она может играть определяющую роль. Ультратонкие ноутбуки рассчитаны на установку 7-ми или даже 5-миллиметровых винчестеров, в то время как наиболее широко представлены устройства толщиной 9,5 мм.
Предназначение жесткого диска
Пожалуй, наиболее важным критерием является назначение жесткого диска. Если его основная задача состоит в хранении различной информации — на первый план выдвигаются требования к объему дискового пространства и удельной стоимости. В настоящее время оптимальным выбором здесь являются накопители емкостью 2—4 Тб с низким уровнем потребления энергии. При этом на скорость вращения пластин особого внимания не обращают. У НЖМД такой категории она обычно составляет 5400 об/мин, но может быть и выше. Для ответственного хранения данных накопители организовываются в RAID-массивы и к предъявляемым требованиям добавляется надежность, выражаемая во времени наработки устройства на отказ. Жесткие диски для корпоративного сектора имеют расширенный набор конструктивных особенностей, повышающих «живучесть» HDD и соответствующую стоимость. От накопителей для сетевых хранилищ требуется мгновенная готовность к обмену в любой момент, поэтому прошивка для их контроллеров модифицируется соответствующим образом, обычно в ущерб энергоэффективности.
Системные диски должны обеспечивать максимальную скорость чтения и, в меньшей степени, записи. Их отличительной чертой является более высокая частота вращения пластин (7200 об/мин и больше), а побочным эффектом интенсивной работы двигателя — повышенные нагрев и шум. Разумеется, ориентироваться нужно на диски с наиболее производительным интерфейсом, который поддерживает материнская плата (в настоящее время SATA III). В операционных системах Windows XP и Windows 7 были проблемы с загрузочными разделами большого объема, поэтому в качестве системных, накопители емкостью 3 Гб и выше использовались с учетом этого фактора. Своеобразным компромиссом между доступной стоимостью HDD и высокой производительностью SSD являются гибридные устройства. В однодисковых рабочих станциях или ноутбуках подобные накопители позволяют значительно повысить скорость загрузки операционной системы.
Объем
При выборе жесткого диска особое внимание всегда обращают на его объем. Именно его нехватка в большинстве случаев и является движущей причиной покупки. С точки зрения стоимости единицы хранения информации, наиболее выгодны HDD емкостью 2 или 4 Тб для десктопных систем и терабайтные для мобильных устройств. Преимущество следует отдавать дискам с меньшим количеством пластин. Обладая большей плотностью записи, такие носители обеспечивают и более высокую скорость обмена, а само устройство слабее нагревается при работе.
Фото: domcomputer.ru
Другие характеристики
- На сегодняшний день актуальными интерфейсами являются SATA III для пользовательского применения и SAS для серверов. В продаже также еще встречаются жесткие диски SATA II. Оставаясь полностью совместимыми в плане подключения, они имеют в два раза меньшую пропускную способность чем интерфейсы третьей ревизии этого стандарта. Для устаревшего оборудования могут потребоваться накопители с параллельной шиной (PATA - они же IDE).
- Чем выше скорость чтения/записи , тем быстрее будет осуществляться обмен данными с диском. Следует только иметь в виду, что производители любят в характеристиках указывать максимальные величины, достигаемые в идеале. На самом деле скорость уменьшается с приближением головок к центру пластины и зависит от размера блока данных и массы других вещей. Например, в реальных условиях обмен практически всегда идет в обе стороны. Типичные максимальные значения для накопителей с интерфейсом SATA III лежат в диапазоне от 130 до 180 Мб/с.
- Скорость вращения пластин важна, если требуется максимальное быстродействие, даже в ущерб другим параметрам. У накопителей, ориентированных на другие задачи, ее величина может быть переменной или не указываться производителями.
- До определенной степени ускорить производительность жесткого диска позволяет кеш-память . В процессе чтения данные из соседних блоков также извлекаются и помещаются в специальный буфер в расчете на то, что они потребуются при следующем обращении к накопителю. При считывании большого массива это всегда дает положительный эффект. Чем больше объем кеша, тем ощутимее прирост производительности — именно это послужило одной из причин создания гибридных устройств. Обратной стороной медали является рост цены и сложность согласования операций чтения/записи.
- Потребляемая мощность косвенно характеризует вероятный нагрев НЖМД. Более прожорливыми и сильнее греющимися ожидаемо являются скоростные накопители, экономными и относительно прохладными — их медленные собратья. В режимах чтения/записи первые потребляют мощность от 8 до 12 Вт, вторым требуется 4—5. Жесткие диски форм-фактора 2,5" в своих аппетитах гораздо скромнее, им достаточно 2—3 Вт. Отдельный интерес представляет величина потребления в состоянии покоя, служащая наглядным показателем энергоэффективности устройства.
Основные производители
Жесткие диски являются достаточно высокотехнологичным продуктом, поэтому изначально небольшое число компаний, специализировавшихся на их выпуске, постоянно сокращается. Наиболее востребованы винчестеры производства Western Digital , Seagate Technology , Hitachi Global Storage Technologies (HGST ) и, в меньшей мере, Samsung Electronics . В сегменте 2,5-дюймовых НЖМД очень популярна продукция Toshiba Corporation , причем накопители этой компании служат основой для 2/3 внешних жестких дисков, выпускающихся под другими брендами.
Фото: www.komposervis.ru
Приобретая HDD, в первую очередь отталкивайтесь от того, как он будет использоваться. Установленная на диски «зеленых» серий операционная система будет медленнее загружаться чем могла бы. Скорость обмена данными с быстрыми накопителями порадует сердце, если забыть об их стоимости. Потеря информации способна значительно усложнить жизнь, поэтому серьезные дела стоит доверять только винчестерам с повышенной надежностью.
Выбирая жесткий диск для ноутбука, не забудьте обратить внимание на соответствие размеров. Чем тоньше мобильное устройство, тем выше вероятность установки в нем Thin или Ultrathin накопителя. С другой стороны, отсек HDD практически любого ноутбука имеет ту или иную систему повышения ударостойкости, в основе которой лежит установка диска в окружении демпфирующего материала. Хорошим вариантом здесь будет приобретение винчестера в комплект которого входит специальная утолщающая накладка.
Планируя покупку жесткого диска нужного объема, помните — указываемая производителем величина и реальная емкость отформатированного накопителя это, как говорят в Одессе, две большие разницы. Как правило, на винчестерах указывается емкость в миллиардах (G) или триллионах (T) байт. А так как один терабайт состоит из 1 099 511 627 776 минимально адресуемых наборов данных (1024 в 4-й степени), то и объем в соответствующих единицах получается меньше.
ВведениеТрадиционно основными характеристиками жесткого диска, достойными подробного рассмотрения в обзорах, считаются его ёмкость и производительность – конечно, оба параметра (а особенно второй) хоть и имеют много разных аспектов, но по большому счёту, всё внимание авторов обзоров сводится к этим двум пунктам.
Такая же характеристика жёсткого диска, как его энергопотребление, долгое время оставалась за кадром. Казалось бы, она несущественна – ну на что может повлиять десяток ватт, когда современная видеокарта или процессор потребляют на порядок больше? – однако это не совсем так.
Во-первых, в последнее время тема энергосбережения стала весьма популярна среди производителей – скажем, новый стандарт Energy Star 4.0 указывает, что жёсткий диск должен потреблять в простое не более 7 Вт или не более 14 % от общего потребления компьютера (с учётом развитых режимов энергосбережения современных процессоров, 14 % от общего потребления офисного ПК в режиме простоя могут оказаться не такой уж большой величиной). Обусловлено это многими факторами – борьбой за экологию, проблемой постоянной нехватки мощности энергосистем в промышленно развитых странах, стремлением сократить счета за электроэнергию... Конечно, в масштабах одного компьютера экономия невелика, но если вспомнить, что в одном офисном здании в наше время могут стоять сотни компьютеров – цифры получаются вполне весомые.
Во-вторых, и это более значимо в, так сказать, наших персональных масштабах, энергопотребление винчестера равно его тепловыделению, тепловыделение при прочих равных условиях определяет его температуру, а температура – время наработки на отказ. Например, если обратиться к весьма известному исследованию компании Google "Failure Trends in a Large Disk Drive Population
" (формат PDF, 242 кбайта), то увидим, что для новых винчестеров вероятность выхода из строя от температуры зависит слабо – а вот для уже отслуживших три года она резко увеличивается, если температура превышает 40°C.
Влияние температуры диска на вероятность отказа
(по данным Google)
Соответственно, выбрав более экономичный диск, мы при прочих равных условиях обеспечим меньшую его температуру – и большую надёжность в долгосрочном периоде. Особенно это важно для компактных microATX-корпусов, многие из которых не имеют возможности установки отдельного вентилятора для обдува жёстких дисков; впрочем, даже в полноразмерных корпусах при установке трёх-пяти дисков проблема их нагрева становится существенной.
В-третьих, жёсткие диски применяются не только в настольных компьютерах, но и в ноутбуках – до перехода на твердотельные флэш-накопители (SSD, Solid State Drive) нам всем ещё далеко. И хотя и в ноутбуке винчестер является далеко не самым прожорливым компонентом, совсем забывать о нём не стоит: свою лепту в продолжительность работы при питании от аккумулятора он вносит.
В-четвёртых, многие пользователи покупают 2,5" жёсткие диски для использования в качестве переносных накопителей – в коробочках с USB-интерфейсом. Многие из подобных коробочек не имеют дополнительного питания, в то время как один разъём USB может обеспечить ток не более 500 мА – и в случае с некоторыми винчестерами, потребляющими больший ток, это приводит к проблемам: диск может работать нестабильно или же не распознаваться компьютером вообще.
Особенный же интерес измерениям энергопотребления винчестеров придаёт наметившаяся тенденция к гонке за экономичностью среди их производителей – так, буквально на днях компания Hitachi объявила о выпуске экономичных жёстких дисков Deskstar P7K500, предназначенных для настольных компьютеров, но при этом использующих технологии энергосбережения, уже отработанные в ноутбуках.
В данной статье мы укажем некоторые проблемы, возникающие при экспериментальном измерении энергопотребления жёстких дисков, и методы их решения. Описанная ниже методика будет в дальнейшем регулярно использоваться нами в тестах жёстких дисков.
Методика измерений
Для проведения точных измерений энергопотребления жёстких дисков мы собрали несложную электронную схему, позволяющую нам регистрировать ток произвольной формы, меняющийся с высокой частотой. Основная проблема заключается в том, что для таких измерений традиционно используется осциллограф – однако на его вход надо подавать напряжение, а не ток. Соответственно, нам нужен преобразователь ток-напряжение:
Последний представляет собой два шунта сопротивлением по 0,05 Ом, включённые в разрыв проводов питания тестируемого жёсткого диска. Соответственно, на каждый ампер потребляемого диском тока на шунте падает напряжение 0,05 В. Сигнал с шунта умножается операционным усилителем (LM324N) чуть менее чем в 20 раз – в результате на выходе мы получаем напряжение, пропорциональное потребляемому винчестером току, с масштабом 0,96 В на 1 А. Кроме того, нулевому потреблению жёсткого диска соответствует напряжение 1,525 В на выходе нашей схемы, поэтому полученный с неё сигнал пересчитывается из вольт U в амперы I по следующей формуле:
I = ((U-1,525)/0,96) А
Для аккуратного измерения тока, меняющегося с большой скоростью, мы используем осциллограф Velleman PCSU-1000 , регистрирующий напряжение на выходе описанной выше схемы. Временная развёртка осциллографа устанавливается равной 0,5 мс/дел. (частота оцифровки 250 кГц, что достаточно для регистрации сигнала с частотой до 125 кГц), чувствительность – 0,5 В/дел. Развёртка осциллографа работает в автоматическом режиме, а снимаемые им осциллограммы передаются в специально написанную для их обработки программу, пересчитывающую полученные с осциллографа вольты в амперы по указанной выше формуле и подсчитывающую среднее и максимальное значения. На каждом этапе измерений для получения максимально точного результата снимается по 180 осциллограмм (измерения длятся 60 секунд, каждую секунду программа запрашивает с осциллографа по 3 осциллограммы), каждая осциллограмма имеет длину 4000 точек – то есть, итоговый результат рассчитывается по 720 тысячам замеров мгновенного потребляемого тока. При необходимости количество измерений можно увеличить. Так как упомянутый осциллограф – двухканальный, то, используя два преобразователя ток-напряжение, можно одновременно измерять потребление жёсткого диска по шинам и +5 В, и +12 В.
В результате обработки результатов измерений программа сообщает нам средний ток по шинам +12 В и +5 В в амперах (и соответствующую мощность в ваттах), а также максимальные зафиксированные значения тока.
Блок-схема измерительной системы
Описанная система подключается к жёсткому диску прямо в компьютере – в разрыв цепи питания. Данное обстоятельство позволяет без проблем измерять энергопотребление винчестеров под любыми типами нагрузок, которые мы можем смоделировать в тестах – например, в IOMeter.
Мультиметр против осциллографа
Но, спросят читатели, зачем такие сложности – усилитель, осциллограф, дополнительные программы?.. Ведь можно же взять обычный цифровой амперметр или мультиметр – и измерить все нужные токи им.Увы, сколь-нибудь адекватные результаты с мультиметром можно получить только в простое, когда головки диска неподвижны. Для иллюстрации причины этого мы сняли осциллограмму потребляемого винчестером Maxtor Atlas 15K II тока при его тестировании в IOMeter в тесте "Random read". Красный цвет соответствует току, потребляемому по шине +5 В, синий – +12 В, уровень нуля отмечен чёрной горизонтальной линией, горизонтальная развёртка равна 5 мс/дел.:
Основная часть энергии, потребляемой диском по шине +12В, затрачивается на перемещение головок; импульсы идут парами: первый соответствует началу движения головки (разгон), второй – окончанию (торможение). Расстояние между ними варьируется от почти нуля до времени, необходимого на перемещение головки от одного края диска до другого – в зависимости от того, насколько диску "повезло" с двумя идущими подряд запросами. Перед началом перемещения головок видно также увеличение энергопотребления по шине +5 В – это активизируется электроника диска, "обдумывающая" очередной запрос.
Впрочем, нас интересует не столько механика работы винчестера, сколько характеристики импульсов. Как вы видите, во-первых, их амплитуда очень высока (в 4-5 раз больше постоянной составляющей), во-вторых, передний фронт почти вертикален, а продолжительность всего импульса может составлять менее миллисекунды. Каковы шансы "поймать" этот пик мультиметром?
Увы, они равны нулю. Мультиметры – это устройства, в основе своей предназначенные для работы с постоянным напряжением (и, соответственно, постоянным током), в них попросту не используются быстрые АЦП, ибо в этом нет никакого смысла. Типичный мультиметр осуществляет измерения с периодом порядка нескольких десятых долей секунды, что на два порядка (!) больше продолжительности импульса тока, порождённого перемещением головок жёсткого диска.
Для большей наглядности мы разложили представленную выше осциллограмму в спектр:
Как вы видите, в данном случае мы имеем большой пик в нуле (постоянная составляющая тока), довольно высокий и более-менее постоянный уровень в диапазоне до нескольких десятков килогерц, высокий всплеск на 42,8 кГц – и ещё один всплеск на 85,6 кГц. Соответственно, чтобы адекватно измерить параметры такого сигнала, нам нужно устройство, способное работать с частотами хотя бы до 100 кГц – и мультиметр к подобным явно не относится.
Для проверки этой теории мы использовали два почти случайным образом выбранных мультиметра – недорогой Mastech M890G и более серьёзный Uni-Trend UT70D . Последний, помимо прочего, обладает функцией индикации среднего, минимального и максимального значений за заданный отрезок времени.
Итак, снова запускаем IOMeter, режим "Random Read", жёсткий диск Maxtor Atlas 15K II – и под стрекот головок смотрим, что покажут нам мультиметры. Так как каждый из них может измерять только одно значение (в отличие от двухканального осциллографа), то подключали мы их к 12-вольтовому каналу.
На первом из них, Mastech M890G, понять что-либо трудно – значение на экране постоянно скачет, в максимуме достигая примерно 2,9 В, в минимуме проваливаясь примерно до 2,4 В. Пользуясь приведённой выше формулой, мы без труда переводим замеченные числа в ток потребления: от 0,84 А до 1,32 А. Уже здесь ясно, что мультиметр явно привирает: на осциллограмме выше отчётливо видно, что разница между максимальным и минимальным значениями намного больше полутора раз; выделить же из скачущих цифр среднее значение и вовсе невозможно.
К счастью, у нас есть ещё UT70D, который умеет среднее значение подсчитывать аппаратно – более того, он ещё может и передавать данные на компьютер по интерфейсу RS-232, так что результаты измерений мы представим сразу в виде снимка экрана:
Слева вы видите окно нашей собственной программы, обрабатывающей данные с осциллографа, справа – окно программы, получающей данные от мультиметра. На последнем большими цифрами указано среднее значение, ниже можно увидеть максимальное и минимальное значения. Мультиметр переключался в режим подсчёта среднего значения одновременно с запуском нашей программы и находился в этом режиме те же 60 секунд, что длился набор данных с осциллографа.
Итак, по показаниям мультиметра: среднее потребление – 1,06 А, максимальное – 1,13 А. По результатам обработки данных с осциллографа: среднее потребление – 1,04 А, максимальное – 2,71 А. Как видите, мультиметр довольно точно показал среднее значение, но, увы, ни одного пика потребления "поймать" так и не смог.
При этом, вообще говоря, нельзя даже сказать, что любой цифровой мультиметр будет правильно показывать хотя бы среднее значение: мы лишь экспериментальным путём установили, что конкретно наша модель UT70D конкретно на данном винчестере показывает весьма похожее на правду число. Будут ли столь же адекватны показания других мультиметров или хотя бы этого же мультиметра на других винчестерах (то есть с другим характером потребляемого тока) – мы не знаем.
И, разумеется, пытаться измерять мультиметром пиковые значения вообще бессмысленно. В нашем случае они даже близко не похожи на правду; более того, если ваш мультиметр вдруг показывает большие значения, из этого никак не следует, что он их показывает правильно – эту правильность можно установить лишь в результате сравнения с полноценной измерительной системой на базе осциллографа, а если у вас есть такая система, то зачем пользоваться мультиметром?..
Поиск
Мы можем оповещать вас о новых статьях,