OCZ RevoDrive Hybrid — радикальное воплощение старой идеи

⇡#Введение

В то время, когда SSD уже были гораздо быстрее жестких дисков, но стоили чрезвычайно дорого, концепция комбинированных накопителей выглядела очень перспективной и привлекательной. Оптимистам казалось, что вот-вот начнется массовое производство гибридных HDD, которыми все и будут пользоваться, пока Flash-память окончательно не восторжествует. Но производители жестких дисков не спешили с массовым выпуском таких устройств (Seagate Momentus XT был и остается единственным в своем роде), и концепция со временем потеряла актуальность. Твердотельные накопители все еще довольно дороги, но покупка SSD объемом 120-240 Гбайт для ноутбука себя уже оправдывает. А для десктопов многие покупают модели по 50-60 Гбайт, на которых держат только операционную систему и программы.

Но если производителям жестких дисков комбинированные накопители по-прежнему не интересны, то можно перекинуть мостик со стороны SSD, что и сделала OCZ, известный новатор. RevoDrive Hybrid — не такой гибрид, как Seagate Momentus XT, это плата с интерфейсом PCI-E 2.0 x4, на которой смонтирован терабайтный HDD и два контроллера SandForce SF-2281 со своей Flash-памятью. Чипы SandForce объединены в массив при помощи фирменного SAS-контроллера SuperScale с архитектурой VCA.

SuperScale замечателен тем, что массив из двух или четырех SSD организован не так, как RAID-0 с характерной для последнего низкой отказоустойчивостью. Вместо чередования данных SuperScale просто накапливает и распределяет запросы на ввод/вывод со стороны хост-контроллера. Для операционной системы массив представляется единым приводом, который поддерживает команды TRIM и SCSI Unmap (хотя Windows последнюю не поддерживает сама и передавать TRIM по протоколу SCSI тоже не умеет). А вот другие достоинства SuperScale: он дает прозрачный доступ к SMART и функции Secure Erase.

Мы уже оценили эту архитектуру в работе на примере RevoDrive 3 X2. Массив действительно работает чертовски быстро, и само устройство кажется более практичным и надежным решением по сравнению с несколькими отдельными SSD. Так вот, RevoDrive Hybrid с конструктивной точки зрения представляет собой то же самое, что RevoDrive 3 X2, только два дополнительных SSD на дочерней плате заменяет жесткий диск.

А вот принцип работы уже совсем другой. Дело в том, что SuperScale не обучен распределять данные между SSD и жестким диском, и после установки драйвера в системе появляется собственно винчестер и отдельно — массив SSD, а чтобы объединить их, требуется специальный софт. Для этой цели OCZ лицензировала у компании NVELO (стартап из Кремниевой долины, для которого OCZ, судя по всему, является единственным партнером) программу Dataplex, и к накопителю прилагается индивидуальный ключ. После установки нужно указать SSD в нехитром интерфейсе программы, и дальше он будет использоваться в качестве кеша. Dataplex будет наблюдать за обращениями к жесткому диску и помещать в кеш те данные, которые запрашиваются наиболее часто.

Запись происходит по принципу write-back: все изначально сохраняется в кеше, а давно невостребованные данные в фоновом режиме сбрасываются на HDD. Такая архитектура работает гораздо быстрее, чем если бы вся запись сразу проходила на жесткий диск (write-through), а вот надежность вызывает опасения. Очевидно, что данные на диске в актуальном состоянии можно увидеть только с помощью Dataplex, и любой доступ к HDD в обход программы может нарушить согласованность. Ситуации добавляет остроты тот факт, что Dataplex работает на файловом и блочном уровне одновременно, и части одного файла могут оказаться на разных уровнях системы. Хуже того, программа кеширует только загрузочный раздел, и Windows придется поставить на жесткий диск RevoDrive, в противном случае он останется не у дел. То есть программа, управляющая данными в системе из двух накопителей, сама работает в среде той ОС, файлы которой перемещает.

Кстати, и Dataplex, и драйвер RevoDrive Hybrid функционируют только в среде Windows.

⇡#Технические характеристики

На RevoDrive Hybrid установлено 128 Гбайт Flash-памяти, из которых пользователю доступно 100 Гбайт. Остальной объем отведен под резерв ячеек для выравнивания износа. Это асинхронная память типа ONFi, произведена по техпроцессу 25 нм.

Данные о производительности устройства, заявленные OCZ, судя по всему, относятся именно к его твердотельному компоненту. По максимальной скорости линейного чтения и записи гибрид не сильно уступает младшей версии RevoDrive 3: 910 и 810 Мбайт/с против 975 и 875 соответственно. Пиковая скорость произвольной записи такая же: 120 000 оп./с.

Жесткий диск RevoDrive Hybrid — это 2,5 дюймовая Toshiba модели MK1059GSM. В диске три пластины, и скорость вращения шпинделя составляет 5400 об/мин. Обычный «зеленый» HDD.

Устройство стоит около 15 тыс. рублей в московских интернет-магазинах. Если купить такой же жесткий диск отдельно плюс два SSD Agility 3 по 60 Гбайт (они как раз используют асинхронную память), то в сумме получится 10 тысяч. Выходит, еще 5 тысяч OCZ берет за компактную корпусировку с хост-контроллером и лицензию на Dataplex (отдельно программа не продается).

⇡#Комплект поставки, конструкция

Комплект поставки состоит только из бумажной инструкции. Программу Dataplex нужно скачать с сайта OCZ, а ключ к ней записан прямо на самом устройстве.

Накопитель представляет собой двухэтажную печатную плату: на одной половинке распаян контроллер SuperScale и два чипа SandForce SF-2281 с массивом Flash-памяти, а на другой смонтирован жесткий диск, подключенный к стандартному разъему SATA.

⇡#Методика тестирования

Как мы тестировали RevoDrive Hybrid

Весь пафос RevoDrive Hybrid состоит в том, что умная программа Dataplex обучается по мере обращений к жесткому диску и кеширует наиболее востребованные данные на SSD. А значит, средняя скорость чтения на практике зависит от того, насколько эффективны алгоритмы Dataplex. С записью все проще. Судя по тому, что это кеш типа write-back, она всегда должна происходить со скоростью SSD. Не очень понятно, как можно проверить Dataplex в деле, поэтому мы провели тестирование компонентов RD Hybrid по нашей стандартной методике. Жесткий диск — отдельно, твердотельный кеш — отдельно.

Порядок тестов

Для тестирования накопителей мы используем два популярных бенчмарка: HD Tune Pro 4.60 и Iometer 1.1.0 RC1. Первая программа дает упрощенную оценку основных аспектов производительности, а вторая применяется для более подробных и точных измерений. В дополнение к синтетическим тестам мы измеряем скорость копирования файлов на диске, разбитом на разделы, и время архивации/извлечения данных с помощью WinRAR 3.93 X64.

При тестировании твердотельных приводов блоки из нескольких бенчмарков перемежаются очисткой содержимого диска с помощью TRIM. Кроме того, данные, которые записываются на диск перед каждым обнулением, рассчитаны таким образом, чтобы не превысить его доступный пользователю объем. В сочетании с алгоритмами компрессии данных, которые используются в современных контроллерах SSD, эти меры предотвращают падение скорости записи по мере выполнения тестовых нагрузок.

Вот полный список тестов.

HD Tune Pro

1. Линейное чтение и линейная запись блоков по 64 Кбайт в пределах небольших диапазонов адресов, расположенных равномерно во всем объеме диска.


2. Произвольный доступ к данным во всем объеме диска с использованием блоков размером 4 Кбайт.

Текущая версия бенчмарка — 4.61.

Iometer 1.1.0 RC1

1. Линейное чтение (запись) данных с использованием блоков данных размером от 512 байт до 2 Мбайт и глубиной очереди запросов, равной четырем. Тест с блоками каждого размера продолжается в течение одной минуты, поэтому полученные результаты справедливы лишь для доступа к данным в «начале» диска. Благо у SSD скорость чтения и записи одинакова во всем объеме накопителя. Результатом теста являются график зависимости скорости передачи данных от размера блока и среднее значение скорости.


2. Произвольное чтение (запись) данных во всем объеме диска с использованием блоков данных размером от 512 байт до 2 Мбайт и глубиной очереди запросов, равной четырем. Тест с блоками определенного размера продолжается в течение 30 секунд. В результате выводится график зависимости производительности от размера блока и ее среднее значение. Границы блоков данных выравниваются относительно «линейки» с шагом 4 Кбайт. Т.к. SSD-накопители считывают и записывают информацию в виде т.н. страниц именно такого или кратного размера, выравнивание нагрузки позволяет избежать ситуаций, когда для чтения или записи одного логического блока требуется использовать дополнительные страницы.


3. Произвольное чтение (запись) данных во всем объеме диска с использованием блоков данных по 512 байт и глубиной очереди запросов, равной единице. Тест идет в течение 10 минут, поэтому большую часть времени дисковый буфер оказывается заполненным, что дает возможность оценить устоявшееся время отклика накопителя. Блоки данных в этом тесте также выровнены относительно 4-килобайтной «сетки».


4. Многопоточная нагрузка. В ходе этого теста с диском одновременно работают от одной до четырех копий тестовой утилиты (workers, в терминологии Iometer), выполняющих последовательное чтение (запись) блоков данных размером 64 Кбайт с глубиной очереди запросов, равной единице. Каждая копия имеет доступ к данным в отдельном адресном пространстве объемом 16 Гбайт. Адресные пространства расположены в объеме диска вплотную друг к другу, начиная с нулевого сектора. Измеряется совокупная производительность всех копий тестовой утилиты.


5. Компрессия данных. Сравнивается скорость линейной записи блоков по 128 Кбайт с глубиной очереди в четыре запроса, с одной стороны — при использовании повторяющихся данных, с другой — с данными, выбранными случайным образом. Случайные данные мало подвержены сжатию, и этот тест показывает, какой бонус к производительности дает компрессия тем накопителям, в которых она применяется.

Копирование файлов

Для проведения тестов с реальными данными диск разбивается на два раздела объемом 16 Гбайт, расположенные вплотную друг к другу без отступа от «начала» диска. Разделы форматируются в файловой системе NTFS с размером кластера по умолчанию.

Тестовая нагрузка заключается в копировании набора файлов в пределах раздела, а затем — на соседний раздел. Измеряется время выполнения каждой операции и вычисляется средняя скорость передачи данных.

Тестовые пакеты состоят из файлов различного размера: в первом пакете есть лишь один огромный файл, второй пакет включает файлы размером около 10 Мбайт, а в третий входит содержимое каталога System32 операционной системы Windows Server 2008 R2 (в двойном объеме — для увеличения надежности теста), которое представляет собой тысячи мелких файлов. Чтобы создать одинаковые условия для накопителей с «онлайновой» компрессией и без нее, в тестовых пакетах используются данные с одинаковой структурой: файлы большого и среднего объема представляют собой RAR-архивы мелких файлов, созданные без компрессии. В таблице ниже приведены характеристики каждого пакета. Для повышения надежности измерения тест выполняется пять раз, и выбираются средние значения результатов.

WinRAR 3.93 X64

Для того чтобы оценить быстродействие диска при работе с архиватором, пакет файлов Windows из предыдущего теста, скопированный на первый (от «начала» диска) раздел подопытного накопителя, упаковывается при помощи WinRAR со степенью сжатия по умолчанию. Архив создается на том же разделе, где находятся исходные файлы, а затем распаковывается туда же в отдельный каталог. Измеряется время выполнения каждой операции.

Выносливость SSD

Производительность твердотельного привода падает по мере его заполнения данными. Сохранять форму накопителю помогают компрессия данных и алгоритмы удаления «мусорных» данных. Для оценки эффекта от этих мер мы с помощью Iometer в течение 30 минут бомбардируем накопитель произвольными запросами на запись блоков по 4 Кбайт с глубиной очереди 32. Данные для записи генерируются случайным образом, чтобы затруднить компрессию, которую может выполнять контроллер. Затем процедура продляется еще на полтора часа. У свежего привода и после обоих циклов заполнения измеряется скорость произвольной записи 4-килобайтных блоков при глубине очереди в 4 запроса, с использованием как повторяющихся, так и случайных данных.

Также представляет интерес результативность очистки SSD с помощью команды TRIM, которую в нашем тесте выполняет встроенная в Windows 7 и Windows 2008 R2 утилита форматирования.

В этом тесте за небольшое время имитируется «износ» накопителя, который происходит в процессе длительной (и весьма интенсивной) повседневной эксплуатации. Побеждают модели с эффективной компрессией данных, большой объем также дает преимущество в этом тесте.

⇡#Тестовый стенд

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой MSI 890GXM-G65 и процессором AMD Phenom II X2 560 Black Edition. Диск подключался к контроллеру, встроенному в чипсет платы, и работал в режиме AHCI. Операционная система — Windows Server 2008 R2 (в отношении работы с накопителями является полным аналогом Windows 7).

⇡#Участники тестирования

Твердотельный компонент RevoDrive Hybrid мы сравним с RevoDrive 3 X2 и оригинальной моделью RevoDrive X2, причем последнюю протестировали как в конфигурации по умолчанию (массив из четырех контроллеров SandForce SF-1222), так и с двумя контроллерами в массиве. В последнем случае устройство аналогично модели OCZ RevoDrive без индекса «Х2». Для сравнения также приводим результаты быстрого SSD с интерфейсом SATA на чипе SandForce SF-2281 — OCZ Vertex 3.

• OCZ RevoDrive Hybrid
• OCZ RevoDrive 3 X2, 480 Гбайт
• OCZ RevoDrive X2 250 Гбайт, четыре контроллера в режиме RAID-0 (конфигурация по умолчанию)
• OCZ RevoDrive X2 250 Гбайт, два контроллера в режиме RAID-0 (аналог «простого» RevoDrive)
• OCZ Vertex 3 120 Гбайт

Для жесткого диска, входящего в конструкцию RevoDrive Hybrid, в качестве соперников подобрали два быстрых HDD форм-фактора 2,5 дюйма: один — семитысячник, у другого скорость вращения шпинделя 5400 об/мин, зато более плотная запись данных на магнитных пластинах.

• Western Digital WD7500BPKT (750 Гбайт, 7200 об/мин)
• Western Digital WD10JPVT (1000 Гбайт, 5400 об/мин)

⇡#SSD, синтетические тесты

Последовательный доступ, HD Tune Pro

• RevoDrive Hybrid значительно опережает обе модификации первого RevoDrive.
• RevoDrive 3 X2 работает гораздо быстрее, чем RevoDrive Hybrid.
• При такой слабой нагрузке, какую генерирует HD Tune, близкую к результатам RD Hybrid скорость чтения обеспечивает простой Vertex 3.
• Удивительно, но по скорости записи RD Hybrid оставил позади даже RevoDrive 3 X2.

Последовательный доступ, Iometer

• При серьезной нагрузке с очередью в четыре запроса Hyrbid демонстрирует огромное преимущество перед первыми версиями RevoDrive.
• RevoDrive 3 X2, в свою очередь, в полтора раза быстрее, чем RD Hybrid

Время отклика, HD Tune Pro

• При быстрой проверке в HD Tune RD Hybrid более отзывчив по сравнению с RevoDrive X2 в конфигурации из двух контроллеров, а в тесте на запись также опережает RevoDrive X2 со всеми четырьмя контроллерами в массиве.

Устоявшееся время отклика, Iometer

• Устоявшееся время отклика у RD Hybrid несколько больше, чем у всех остальных моделей RevoDrive.

Произвольное чтение, Iometer

• В этом тесте RD Hybrid оказался медленнее всех прочих моделей RevoDrive и уступает даже накопителю для интерфейса SATA 3 — Vertex 3.

Произвольная запись, Iometer

• Здесь RD Hybrid существенно опережает обе разновидности первого RevoDrive на блоках от 4 Кбайт и более крупных.
• RevoDrive 3 X2 по-прежнему гораздо быстрее гибридного накопителя.
• Блоки меньше 4 Кбайт RD Hybrid записывает медленнее остальных участников тестирования.

Многопоточное чтение, Iometer

• RevoDrive Hybrid не так быстро наращивает производительность, как другие накопители, и даже Vertex 3 в конце концов оказывается быстрее.

Многопоточная запись, Iometer

• При записи данных у RD Hybrid более активная динамика, чем в тесте на чтение. Лучший результат при нескольких потоках показал только RevoDrive 3 X2.

⇡#SSD, реальные задачи

Копирование файлов

• Результаты HD Hybrid не идут ни в какое сравнение с RevoDrive 3 X2.
• Только при копировании крупных файлов RD Hybrid демонстрирует по-настоящему большое преимущество перед OCZ Vertex 3. В случае со средними и мелкими файлами разница явно не соответствует тому, что можно было бы ожидать от RevoDrive Hybrid.

WinRAR

• При создании и распаковке архивов RD Hybrid оказался чуть-чуть медленнее моделей RevoDrive 3 X2 и Vertex 3.

Компрессия данных

• Как и все накопители на платформе SandForce, RevoDrive Hybrid испытывает колоссальное падение скорости записи при переходе от хорошо поддающихся компрессии повторяющихся данных к рандомизированным, плохо сжимающимся данным. В последнем случае он нисколько не быстрее, чем Vertex 3.

Выносливость SSD

• RD Hybrid сохраняет неплохую производительность по мере заполнения Flash-памяти. Но это относится только к повторяющимся данным, скорость записи рандомизированных данных падает гораздо сильнее. Команда TRIM, что характерно для всех SSD с контроллерами SandForce, не побуждает механизм «сбора мусора» немедленно очищать ячейки, и исходную производительность восстанавливает только процедура Secure Erase.

⇡#HDD, синтетические тесты

Последовательный доступ, HD Tune Pro

• Жесткий диск RevoDrive Hybrid оказался быстрее обоих конкурентов в тесте на чтение.
• Скорость записи диска RD Hybrid находится на уровне «семитысячника». «Зеленый» терабайтник WD WD10JPVT чуть-чуть быстрее.

Последовательное чтение, Iometer

• В Iometer при полноценной нагрузке RD Hybrid сильно уступает и «зеленому» конкуренту, и модели WD750BPKT в обоих тестах: на чтение и на запись.

Время отклика, HD Tune Pro

• Время отклика диска RD Hybrid при чтении немного выше, чем у WD10JPVT. При записи результаты двух HDD очень близкие.

Время отклика, Iometer

• В результате длительного теста жесткий диск RD Hybrid уже заметно уступает по времени отклика обоим соперникам.

Произвольное чтение, Iometer

• В этом тесте диск RD Hybrid также гораздо медленнее своих конкурентов, только на блоках размером 512–2048 Кбайт график WD10JPVT уходит вниз и RD Hybrid получает преимущество.

Произвольная запись, Iometer

• Как и все HDD с технологией Advanced Format, диск RevoDrive Hybrid сильно теряет в скорости при записи блоков меньше 4 Кбайт.
• Производительность винчестера RD Hybrid значительно меньше, чем у обоих дисков WD.

Многопоточный доступ, Iometer

• В отличие от винчестеров WD, у RD Hybrid скорость чтения и записи резко падает при доступе в несколько потоков.

⇡#HDD, реальные задачи

Копирование файлов

• По скорости копирования файлов любого размера диск HD Hybrid сильно уступает обоим своим соперникам. Разница особенно велика при копировании мелких файлов.

WinRAR

• Низкая скорость при работе с мелкими файлами сказывается на результатах жесткого диска RD Hybrid в тесте WinRAR: для распаковки архива требуется почти в три раза больше времени, чем в случае с WD7500BPKT.
• По скорости создания архива диск RD Hybrid близок к WD10JPVT.

⇡#Выводы

В основе RevoDrive Hybrid лежит разумная идея: объединить твердотельный накопитель и HDD под прослойкой виртуализации, так, чтобы все файлы находились на одном разделе и наиболее востребованные из них были доступны со скоростью SSD-кеша. Но результат оказался совсем не user friendly. Если бы контроллер «гибрида» сам занимался распределением данных, то цены бы ему не было. Но для этого нужна отдельная программа, которая сама работает в среде той ОС, файлами которой управляет, да еще и на блочном уровне. А кешировать не загрузочные разделы Dataplex не умеет. Ко всему прочему, для RD Hybrid, как и для других моделей RevoDrive, требуется фирменный драйвер.

OCZ утверждает, что RD Hybrid — быстрейший комбинированный накопитель на рынке, и это похоже на правду. Но нельзя не отметить, что конфигурация RD Hybrid далеко не оптимальна для того характера нагрузки, на который он рассчитан. Основная задача твердотельного кеша — ускорение ОС и приложений, а это по большей части произвольное чтение. Но в нашем бенчмарке массив из двух контроллеров SF-2281 с асинхронной памятью, который применяется в RD Hybrid, отстал даже от единственного Vertex 3. Скорость произвольной записи вполне соответствует оной у других представителей семейства RevoDrive, но от этого уже не легче. RD Hybrid себя хорошо проявляет в тестах на линейное чтение и запись, но чтение — только при достаточно длинной очереди запросов. В противном случае опять-таки единственный мощный SSD с шиной SATA 3 может сработать не хуже. Тем более, они сейчас дешевеют и осваивают более скоростную память. То есть SSD в RD Hybrid сам по себе не очень эффективен, но в конечном счете реальная производительность устройства зависит, с одной стороны, от программы Dataplex, а с другой — от характера доступа к данным. Даже если механизм кеширования работает так, как надо, запросы на чтение новых или уже выброшенных из кеша блоков все равно будет обслуживать жесткий диск, далеко не самый быстрый даже в своей категории. Для такой системы благоприятна предсказуемая нагрузка: одни и те же файлы изо дня в день.

Если представить себе правильный комбинированный накопитель, то он должен работать без какого бы то ни было дополнительного софта и вендорских драйверов, и массив из нескольких SSD-контроллеров ему не нужен, довольно и одного. Все это легко упаковать вместе с винчестером в корпус форм-фактора 3,5 дюйма с интерфейсом SATA 3, и OCZ могла бы сделать такую штуку, ведь у нее есть собственный разработчик контроллеров — Indilinx. А RevoDrive Hybrid — это в своем роде замечательная вещь, но практической пользы от него немного.