A
Anonymous
Dyski SSD są coraz częściej wybierane jako alternatywne wobec tradycyjnych napędów HDD nośniki składowana danych. Ich główną zaletą jest większa wydajność , skutkująca szybszym transferem danych i krótkim czasem dostępu do plików. Niestety dyski SSD wciąż są bardzo drogie, połączeniem zalet obu technologii mają być dyski hybrydowe – SSHD
Od premiery pierwszego dysku hybrydowego minęły już prawie dwa lata. Prekursorem technologii dysków hybrydowych jest firma Seagate. Na tegorocznych targach CES wiele firm zapowiedziało rozszerzenie oferty nośników o nowe modele. Na przykład Toshiba zaprezentowała dwa hybrydowe dyski z serii MQ01ABDxxxH – o pojemności 750 GB (MQ01ABD075H) oraz 1 TB (MQ01ABD100H). Oba zostały wyposażone w dwa talerze o szybkości 5400 obr./min, cztery głowice, 32 MB pamięci podręcznej oraz 8 GB pamięci SLC NAND. Western Digital też zaprezentował nowe produkty , należące do rodziny WD Blue i WD Black wyposażone w talerze o pojemności od 500 GB do 1 TB oraz pamięć NAND Flash 16-24 GB. Co istotne wszystkie nowe dyski do komunikacji z komputerem wykorzystują interfejs SATA 6 Gb/s. Nie każdy koncern planuje jednak produkcję tego typu nośników – np. Samsung w ogóle nie zamierza ich oferować
Jak działa napęd SSHD?
Dysk hybrydowy łączy cechy dysku HDD i SSD, dlatego w obudowie mieszczą się nie tylko talerze magnetyczne, na których zapisywane są dane, ale i pamięć NAND flash (identyczna jak w dyskach SSD). Pamięć flash zapewnia dużą wydajność, podobną jak dysków półprzewodnikowych (SSD), natomiast talerze pozwalają na zwiększenie pojemności przy niedużym wzroście kosztów. W praktyce, najczęściej używane „gorące” dane zapisywane są na szybkiej pamięci NAND flash, aby dostęp do nich trwał możliwie najkrócej. Dane „zimne”, do których sięgamy rzadziej, są przechowywane na pojemnych talerzach magnetycznych. Co ważne, zawartość pamięci NAND flash jest na bieżąco kopiowana na talerz magnetyczny, co chroni „gorące” dane na wypadek nieuniknionego zużycia komórek pamięci flash. Ponadto dane zapisywane w pamięci flash przechowywane są nawet po wyłączeniu komputera. Teoretycznie powinno to zapewnić krótszy czas dostępu niż w przypadku najszybszych dysków HDD (czyli krótszy czas reakcji), niższe zużycie energii i lepszą ochronę danych. Połączenie dysku lash i HDD to nic nowego – obecnie rozwiązanie to jest powszechnie stosowane w tanich ultrabookach, które dzięki temu szybciej się uruchamiają czy wybudzają. W ultrabookach pamięć flash nie jest jednak zintegrowana z dyskiem, co ma istotny wpływ na szybkość pracy tego tandemu. Dyski hybrydowe (SSHD) to jednolite, spójne rozwiązanie, które sprawia, że pamięć flash traktowana jest jak integralna część dysku, a nie jako dodatkowy nośnik. Co istotne, aby osiągnąć duży wzrost wydajności, można zastosować układ flash o niewielkiej objętości (4-16 GB), co nie podnosi ceny produktu w tak dużym stopniu jak nośnik SSD, nawet przy wykorzystaniu bardzo wydajnej i cechującej się dugą żywotnością pamięci SLC.
Połączenie pamięci flash i standardowej konstrukcji talerzowej, zmusiło producentów do zastosowania specjalnych algorytmów adaptacyjnych, decydujących o tym, które dane mają być skopiowane do pamięci hybrydowego dysku półprzewodnikowego, a które na talerze magnetyczne. W wypadku urządzeń Seagate technologia Adaptive Memory (specjalne oprogramowanie dysku) wybiera dane, które są często odczytywane, a ich pobieranie jest czasochłonne, i umieszcza je na szybszych pamięciach półprzewodnikowych. W dyskach hybrydowych wiele zależy też od samego oprogramowania zarządzającego pracą dysku, które musi być tak skonstruowane, aby cały czas uczyło się i optymalizowało działanie dysku. Zatem praca rozpoczyna się szybciej i przebiega szybciej, dzięki temu, że częściej używamy aplikacji , do których uruchamiania używana jest szybsza pamięć półprzewodnikowa. W praktyce więc, im częściej korzystamy z programów, tym szybciej będą one uruchamiane
Wydajność
Wydajność dysków hybrydowych sprawdziliśmy, korzystając z komputera stacjonarnego wyposażonego w procesor Intel Core i7 2600K, płytę główną Intel Desktop Board DZ77RE-75K, 8 GB pamięci RAM i 64 bitowy system Microsoft Windows 7. Testowane dyski podłączone były do wbudowanego w chipset kontrolera SATA 6. Zastosowaliśmy najpopularniejsze programy do testowania dysków: HDTunePro (wydajność zapisu i odczytu, czas dostępu) oraz ATTO Disk Benchmark (wydajność zapisu i odczytu różnej wielkości plików). Aby zmierzyć wpływ różnych nośników na szybkość pracy komputera, na każdym z dysków został zainstalowany system Microsoft Windows 7. W takiej konfiguracji sprawdzana była wydajność komputera za pomocą programu PCMark 7 i wydajność dysku. To czasochłonne zajęcie, ale konieczne, ponieważ większość testów nie pokazuje rzeczywistej wydajności dysków hybrydowych, skupiając się na maksymalnym transferze, podczas gdy ich siła tkwi w szybkim dostępie do danych. Ponieważ dyski hybrydowe wykorzystują algorytmy adaptacyjne (wydajność uruchamianych aplikacji rośnie wraz z częstotliwością ich wykorzystywania), każdy z testów powtórzyliśmy przynajmniej pięciokrotnie lub do ustabilizowania się wyników. Do porównania wydajności dysku hybrydowego (Seagate Momentus XT750 GB) do innych nośników (powinno być chyba testów?) posłużyły nośniki trzech rodzajów:
WD Scorpo Blue WD10JPVT (HDD, 2,5”, 1 TB, 5400 obr./min)
Seagate Momentus ST9750420AS (HDD, 750 GB, 7200 obr./min)
Samsung SSD 840 PRO (SSD, 128 GB)
W podstawowych testach HDTunePRO i ATTO Disk Benchmark, mierzących wydajność zgodnie z przewidywaniami, najlepiej wypadł nośnik SSD, który w teście maksymalnej szybkości odczytu uzyskał wynik 521 MB/s. Standardowy nośnik HDD 5400 obr./min okazał się dużo wolniejszy (110 MB/s), podobnie jak oba badane dyski Seagate’a Momentus XT (hybrydowy) i Momentus (HDD), które uzyskały zbliżone wyniki – ok 120 MB/s. Warto jednak zwrócić uwagę na jeden istotny parametr czyli czas dostępu do danych w trakcie ich odczytu, który w wypadku dysku hybrydowego na początku nie był zbyt imponujący (15 ms), ale po kilkakrotnym uruchomieniu spadł poniżej 0,2 ms! Wynik ten doskonale obrazuje zasadę działania inteligentnych algorytmów stosowanych w dyskach hybrydowych, dzięki którym często wykorzystywane dane umieszczane są w szybszej pamięci półprzewodnikowej
Opłacalność
Standardowe dyski HDD pozostają najpopularniejszymi nośnikami do gromadzenia danych. Są tanie i dostępne w ogromnej liczbie modeli i wariantów. Główny podział dysków HDD na 2,5 i 3,5 calowe wynika z rozmiaru (średnicy) talerza, na którym zapisywane są dane. Większe stosuje się w komputerach stacjonarnych, mniejsze w ich przenośnych odpowiednikach. W wypadków dysków SSD czy hybrydowych nie ma takiego podziału. W obudowach desktopów dyski SSD czy hybrydowe montowane są w standardowej wnęce na 3,5 – calowe dyski HDD, ale z użyciem specjalnych prowadnic.
Dyski HDD przyciągają użytkowników niskim kosztem gigabajta, który w wypadku modeli 3,5 – calowych wynosi tylko kilka groszy. Z kolei dyski SSD kuszą niewielkimi rozmiarami i świetną wydajnością, niestety są kilkakrotnie droższe od swoich odpowiedników HDD (modele o pojemności większej niż 256 GB mają kosmiczne ceny). Ich wadą jest to, że z upływem czasu tracą zdolność do przechowywania ładunku (zatrzymywania danych) przy częstym użytkowaniu (kasowanie / zapis). Rozwiązaniem tego problemu mają być właśnie dyski hybrydowe. Szybsze niż dyski HDD, a przy tym nie tak drogie jak SSD. Czy dyski hybrydowe faktycznie są opłacalne?
Obliczmy cenę jednego gigabajta przykładowych modeli. Klasyczny przedstawiciel dysków hybrydowych Seagate Momentus XT 750 GB (ST750LX003) charakteryzujący się pojemnością 750 GB, kosztuje 410 zł, co daje 0,54 zł za gigabajt pojemności. Z kolei dobrej jakości dysk SSD (przykładowo Samsung SSD 840 PRO) o pojemności 128 GB kosztuje 450 – 500 zł. To znaczy, że cena gigabajta jego pojemności jest siedmiokrotne wyższa (3,9 zł) dla porównania, dobry 2,5 – calowy dysk HDD o pojemności 750 GB i szybkości 7200 obr. / min – WD Scorpio Black WD7500BPKT – kosztuje tylko 300 zł czyli 0,4 zł za gigabajt. Jeszcze tańszy jest przeciętny dysk 2,5 – calowy o standardowej prędkości obrotowej 5400 obr. / min. W należącym do tej kategorii sprzętowej modelu Seagate Momentus 750 GB, wartym ok 270 zł, jest to 0,36 zł za gigabajt. Oczywiście najbardziej opłacalne są nośniki 3,5 – calowe, bo za dysk o pojemności 3TB zapłacisz ok 500 zł, czyli tylko 16 gr za gigabajt. Widać więc, że za wydajność dysków SSD trzeba słono płacić, model hybrydowy zaś okazuje się tylko niewiele droższy od dobrego 2,5 calowego.
To świetna wiadomość , bo właśnie w tego typu sprzęcie dyski hybrydowe sprawdzają się najlepiej.
Dyski hybrydowe z pamięcią ReRAM
Planując wymianę dysku HDD na szybszy, warto też zwrócić uwagę na nowe hybrydowe dyski SSD, które dzięki wykorzystaniu pamięci ReRAMmogą stać się niedługo kolejną alternatywą dla nośników HDD.
W dyskach SSD stosuje się dwa rodzaje pamięci NAND:SLC, która przechowuje jeden bit na komórkę i MLC, która trzyma tam dwa bity lub więcej. Pamięć SLC jest z natury szybsza, pewniejsza i wytrzymująca więcej cykli niż MLC, ale droższa w produkcji, choć przechowuje w tej samej objętości znacząco mniej danych. Jak pokazują wyniki testów w wielu wypadkach szybsza bywa jednak pamięć MLC, jeśli wykorzysta się metodę przyśpieszania zapisu. Może ona zwiększyć wydajność kompletnego układu, ale dzieje się to kosztem jego żywotności , a to przecież bardzo istotny parametr. Wygląda jednak na to, że Japońscy naukowcy z uniwersytetu w Chuo znaleźli receptę na ograniczoną żywotność dysków z modułami NAND flash typu MLC. Dzięki wykorzystaniu technologii Through-Silicon Via (TSV) połączyli wielowarstwowo pamięć NAND flash z nieulotną pamięcią nowej generacji - ReRAM. Jej żywotność jest szacowana na ok 100 tysięcy cykli zapisu (w układach NAND flash jest to 3-5 tys). Jest przy tym wielokrotnie szybsza i pobiera znacznie mniej energii. ReRAM pełni funkcje zarówno pamięci podręcznej, jak i nieulotnej pamięci masowej
Prototypowy hybrydowy dysk SSD pojemności 256 GB ma 1 GB takiej pamięci i jak pokazują pierwsze testy, zastosowanie ReRAM jako pamięci nieulotnej znacząco zmniejszyło obciążenie komórek NAND operacjami zapisu. Tym samym wydłużyła się jego żywotność, gdyż na jedną operację zapisu w pamięci NAND przypada 30 zapisów w pamięci ReRAM. Ponadto aż o 93% spadło zużycie energii, a wydajność podczas zapisu danych wzrosła 11 – krotnie. Bardzo istotne jest też, że czas życia dysku SSD z ReRAM zwiększył się 6,9 razy w porównaniu do analogicznej konstrukcji, pozbawionej dodatkowej pamięci ReRAM. Podobnie jak w wypadku dysków hybrydowych HDD, aby właściwie wykorzystać kombinację NAND flash i ReRAM zaimplementowano kilka dodatkowych algorytmów, które optymalizują pracę nośnika z pamięcią ReRAM
Autor Tekstu: Edward Wawrzyniak PCWORD kwiecień 2013
