Компании Hitachi GST, принявшей эстафету новатора от винчестерного подразделения компании IBM, принадлежит немало рекордов в области разработки и производства жестких дисков. Например, весной 2004 года был выпущен первый в мире настольный жесткий диск емкостью 400 Гб. Сегодня этот рекорд уже побит: Hitachi предлагает покупателям Deskstar 7K500, первый в мире жесткий диск, достигший знаковой отметки в половину терабайта.

Винчестеры сверхбольшого объема традиционно востребованы в области серверных систем и систем хранения и резервирования данных. На их базе можно строить недорогие дисковые массивы для хранения архивной информации, резервного копирования и других задач, требующих, в первую очередь, большой емкости и не критичных к скорости доступа. Чем больше будет емкость каждого винчестера в массиве, тем меньше будет энергопотребление и габариты в расчете на один терабайт объема, а, следовательно, меньше будет стоимость владения (TCO). Сейчас об этом аспекте говорят очень часто, так как многие компании не прочь сэкономить на IT.

Но сегодня емкие винчестеры востребованы и другими категориями пользователей. Например, они могут использоваться в мультимедийных задачах - при монтаже звука и видео в условиях студии, для хранения домашних архивов видео и фото. Емкие винчестеры устанавливаются также в устройства записи видео - персональные видеорекордеры (PVR), популярные в странах, где распространено кабельное и спутниковое телевидение. Их можно устанавливать и в обычные ПК, если позволяют финансы. В общем, область применения сверхъемких винчестеров сегодня достаточно широка, они стали массовым и общедоступным продуктом.

Модельный ряд Hitachi

Раньше у Hitachi, как и у многих других производителей жестких дисков, было только одно текущее семейство настольных винчестеров. С освоением новых технологий и увеличением плотности записи новое семейство сменяло старое. В рамках семейства выпускались винчестеры различного объема, но все они имели схожую конструкцию, использовали одну и ту же технологию, оснащались электроникой одного типа.

Сегодня производители винчестеров стараются разделить настольные семейства на несколько линеек. Это связано с резким обострением конкурентной борьбы и одновременным снижением темпов развития технологий магнитной записи. В данный момент производители винчестеров готовятся представить первые массовые винчестеры с применением технологии перпендикулярной записи. Пока внедрение этой технологии задерживается, поэтому приходится изобретать новые способы привлечения внимания покупателей. Разделение семейства продуктов по областям применения - хорошо известный прием стимулирования спроса.

Еще один момент, на который хотелось бы обратить внимание, связан с особенностью винчестеров Hitachi, унаследованной от IBM. Среди всех разработчиков именно команда этой фирмы имеет самый большой опыт создания сверхъемких жестких дисков. У IBM, а потом и у Hitachi в линейке винчестеров Deskstar всегда имелись очень емкие модели. Понятно, что диски с 4-я и 5-ю пластинами требуют применения иных технологий, нежели диски с 1-2 пластинами, поскольку габариты и вес как пакета пластин, так и блока головок в этом случае намного больше, чем обычно. Как правило, в емких винчестерах используется иная электроника, например, буфер увеличенного объема, и специальная версия микрокода (firmware), что обусловлено спецификой применения сверхъемких винчестеров.

В итоге в текущем семействе Deskstar имеются три ветви - 7K80, T7K250 и 7K500. Первое семейство, 7K80, состоит из винчестеров малой емкости - 40 и 80 Гб. Особенность этих винчестеров в том, что они содержат только одну пластину объемом 80 Гб, а, следовательно, отличаются упрощенной механикой и меньшими габаритами. Семейство T7K250 пришло на смену 7K250, предыдущему базовому семейству Deskstar. В него входят две двухпластинные модели объемом 160 и 250 Гб. В этих винчестерах впервые применены пластины емкостью 125 Гб каждая. Семейство 7K500 содержит только один винчестер - с пятью пластинами по 100 Гб. О нем и пойдет речь в обзоре.

Особенности конструкции

По сути, Deskstar 7K500 является дальнейшим развитием предыдущей сверхъемкой линейки - 7K400. Разрабатывая 7K400, инженеры Hitachi применили ряд наработок из области серверных жестких дисков, поскольку семейство было рассчитано на применение не только в ПК, но и в дисковых массивах различного класса.

В диске 7K500 применен уникальный для настольных винчестеров пакет дисков из пяти пластин (обычно производители винчестеров не рискуют устанавливать более трех пластин в корпус). Тяжелый шпиндель жестко закреплен с обоих торцов, чтобы исключить возможность вибрации и разрушения в процессе работы. И, конечно, применены гидродинамические подшипники (FDB) - более надежные в работе и менее восприимчивые к вибрациям и перегрузкам, чем обычные шариковые.

Во всех новых винчестерах Hitachi применяются защелки (latch) для фиксации головок на держателе (ramp) при парковке. Головки не лежат на поверхности диска как обычно - они отведены на безопасное расстояние и зафиксированы. В случае возникновения нештатной ситуации при транспортировке защелка не даст головкам соскочить с держателя и нанести удар по поверхности диска.

Из всей серии Deskstar только в 7K400, а теперь и в 7K500 применяется система компенсации вибрации и ударов (RVS). В диск встроены два ортогональных датчика инерции, которые измеряют вибрацию винчестера. По данным от этих датчиков, контроллер головок чтения-записи прогнозирует внешнее воздействие на корпус и вводит дополнительную поправку в сигналы управления, чтобы головки не "промахивались" мимо нужных дорожек, когда они "уплывут" под действием вибрации.

Как и в других современных сериях Deskstar, в 7K500 применена новая электроника и новая версия микрокода, которые вместе реализуют полную поддержку дополнений стандартов Serial ATA и ATA/ATAPI-7. В частности, винчестер поддерживает обмен данными на скорости 3 Гбит/с (300 Мб/с), отложенный запуск шпинделя и технологию управления очередью команд - NCQ. Специально для улучшения работы с поточными мультимедиа-данными новые винчестеры Hitachi поддерживают специальные режимы обработки ошибок и управления кэшированием/буферизацией. Выпускается версия винчестера с увеличенным до 16 Мб буфером.

Очевидно, в серии 7K500 реализованы все последние достижения разработчиков жестких дисков, поскольку это - флагман в семействе винчестеров Hitachi.

Характеристики

Посмотрим, каковы заявленные скоростные характеристики 7K500. Следует сразу оговориться - Hitachi предлагает варианты как с интерфейсом Serial ATA, так и с интерфейсом Parallel ATA (реализована поддержка режима UDMA Mode 6, или UDMA/133). По своим характеристикам они равнозначны.

Hitachi гордится качеством механики своих дисков: по средней задержке позиционирования (8.5 мс) с ними соперничать могут только диски Seagate. В частности, на сегодня самая высокая скорость доступа среди настольных винчестеров с оборотами 7200 - у Seagate Barracuda 7200.8: производитель заявляет цифру 8 мс. В это верится с трудом, и результаты тестов не подтверждают правдивость этих данных. Диски остальных производителей имеют среднюю задержку 8.9-9 мс, что заметно больше, чем у Hitachi. Кроме того, лишь Hitachi открыто говорит о таком параметре, как "Command Overhead" - задержке, возникающей при обработке команд чтения-записи в контроллере винчестера. Часто она не прибавляется к общей цифре, за счет чего получается небольшой выигрыш. Если эту задержку не учитывать, то скорость доступа у 7K500 будет еще выше (средняя задержка 8.3 мс). Очень быстро осуществляет этот винчестер доступ по полному радиусу: максимальная задержка позиционирования составляет от 15 до 18 мс, в то время как у большинства конкурентов она не меньше 19.

(Указанные цифры относятся к операциям чтения; при выполнении операций записи задержки увеличиваются на 1 мс).

Производительность канала чтения у 7K500 вполне соответствует плотности записи 100 Гб на пластину, максимальная скорость поступления данных в буфер составляет 817 Мбит/с. Производитель приводит также среднюю скорость последовательного чтения данных с учетом всех задержек и накладных расходов: 64.8 Мб/с в первой зоне и 31 Мб/с в последней. Эти цифры мы можем проверить в ходе тестирования.

Теперь о других характеристиках. Обращает на себя внимание большая задержка на раскручивание шпинделя и подготовку винчестера при старте. Для 7K500 требуется от 20 до 31 секунды (!), прежде чем винчестер будет готов обрабатывать данные. Жесткие диски с меньшим количеством пластин не требуют такого продолжительного периода времени на подготовку - среднее время не превышает 9 секунд.

Акустические характеристики сверхъемкого винчестера по понятным причинам хуже, чем обычно. Так, шум при простое составляет 31 дБ, что на 4-5 дБ больше среднего уровня для современного винчестера. При позиционировании 7K500 шумит чуть больше - 35 дБ, но эта цифра отнюдь не максимальна, по сравнению с аналогами. В частности, старшие модели Seagate и Maxtor шумят еще больше.

Устойчивость к ударам и вибрации у винчестера с пятью пластинами ниже, чем у более простых по конструкции моделей: при работе 7K500 выдерживает воздействие до 55 G в течение 2 мс (средняя цифра по отрасли - 63 G), в выключенном состоянии он не повреждается при воздействии 225 G (в среднем, 300-350 G).

Тестирование

Переходим к результатам тестирования жесткого диска Hitachi Deskstar 7K500. В качестве тестового образца был использован вариант с интерфейсом Parallel ATA и буфером 8 Мб:

• маркировка: HDS725050KLAT80;
• объем буфера: 7663 Кб (часть буфера отведена под микрокод);
• версия микрокода: K2AOA10C;
• режим снижения шума (AAM): отключен (0FEh).

Жесткий диск подключался к вторичному каналу (Secondary) контроллера ATA/ATAPI, встроенного в южный хаб ICH5 чипсета Intel 865G. Другие параметры тестовой конфигурации:

• хост-винчестер, с которого выполнялась загрузка ОС и запуск тестов - Seagate Barracuda 7200.7 PATA 80 Гб;
• процессор Intel Pentium 4 2.80 (шина 800 МГц);
• материнская плата Intel D865GBF (Intel 865G);
• память 2 x 256 DDR400, включен двухканальный режим работы;
• видеокарта GeForce FX 5600;
• винчестер устанавливался в 2.5-дюймовую корзину корпуса Inwin J551.

У винчестера 7K500 немного аналогов, поэтому выбор конкурента для тестирования был несложным. На момент тестирования (сентябрь 2005 года) лишь Seagate готовилась представить винчестер объемом 500 Гб, а в продаже уже имелся винчестер объемом 400 Гб. WD тоже выпускает винчестеры 400 Гб, но соответствующая модель WD4000KD упоминается на фирменном сайте лишь изредка, ее доступность под вопросом. Поэтому был выбран только один винчестер - Seagate Barracuda 7200.8 с интерфейсом Serial ATA (увы, найти винчестер с Parallel ATA не удалось):

• маркировка ST3400832AS;
• буфер 8 Мб;
• геометрия: 3 пластины по 125 Гб;
• версия микрокода: 3.02;
• режим снижения шума (AAM): управление не поддерживается (скорее всего, включен).

Что интересно, винчестер Seagate лишь по объему близок к Hitachi 7K250. На самом деле это жесткий диск другого типа - с тремя, а не пятью пластинами, причем плотность записи у него самая высокая в отрасли - 133 Гб на пластину. Тем интереснее будет посмотреть, какая тактика выгоднее - наращивать плотность записи или увеличивать количество пластин.

Подключение, настройка

По габаритам 7K500 не нарушает требований стандарта, винчестер без проблем установился в стандартную корзину. Поскольку на плоской верхней крышке имеется отверстие воздушного фильтра, следует позаботиться о наличии зазора сверху.

Винчестеры Hitachi традиционно позволяют настроить многие параметры с помощью перемычек. Карта перемычек нанесена на наклейку в торце диска. Выбор логической схемы в формате CHS с 15 головками вместо максимальных 16 (эта схема не имеет отношения к реальной конфигурации), а также ограничение объема винчестера до 32 Гб введены для сохранения совместимости со старыми BIOS и операционными системами. По умолчанию винчестер настроен на максимальный объем. С помощью перемычки также выбирается режим подключения: Master, Slave, Cable Select (выбор мастера с помощью шлейфа) или "DEV1 Present" (наличие устройства Slave, которое не может корректно себя идентифицировать). Для винчестеров с интерфейсом Serial ATA вместо этого режима выбирается максимальная скорость интерфейса - 150 или 300 Мб/с.

Производительность: низкий уровень

Тестирование винчестера на низком уровне, без форматирования, выполнялось с помощью следующих программ:

• IOMeter 2004.07.30;
• HDTach 2.68;
• HDTach 3.0.1.0;
• Winbench 2.0 (диск форматировался под один раздел NTFS).

Эти программы позволяют определить скорость доступа и скорость последовательного чтения и записи, генерируя последовательность одинаковых команд. Дополнительно HDTach измеряет пропускную способность интерфейса - моделирует ситуацию, когда данные поступают только из буфера винчестера, а физический доступ не производится.

Все четыре теста используют несколько отличающиеся методики измерений, но строгая корреляция между их результатами всегда соблюдается. Так, по скорости доступа винчестер Hitachi однозначно опережает винчестер Seagate: при произвольном доступе у первого задержка составляет 12.4-12.7 мс, у второго - целых 15.2-15.8 мс. Мы видим, что Hitachi очень точно соблюдает заявленные параметры. Задержка доступа, а мы измеряли именно ее, является суммой задержки позиционирования (поиска запрошенной дорожки) и задержки на вращение (время полуоборота диска). Если к заявленным 8.5 мс прибавить 4.17 мс (задержка на вращение у всех винчестеров с 7200 об/мин одинакова), получим 12.67 мс. А вот Seagate приводит неправильные данные: вместо обещанных 8+4.17=12.17 мы имеем более 15 мс. Очевидно, у Seagate включены алгоритмы замедления позиционирования (AAM), о чем, к сожалению, инженеры не предупреждают в документации.

По непонятной причине (ошибка в микрокоде?) скорость доступа при записи у винчестера Seagate оказалась ниже, чем при чтении. Хотя Hitachi благодаря возможности отложенной записи рапортовала о вдвое большей скорости доступа.

Как и следовало ожидать, благодаря более высокой плотности данных на пластине винчестер Seagate берет реванш по последовательному чтению/записи. Если Hitachi 7K500 демонстрирует средний результат на уровне 50-51 Мб/с (как при чтении, так и при записи), то у винчестера Seagate Barracuda 7200.8 этот показатель выше - 57-58 Мб/с. Однако если взглянуть на графики чтения (их строят HDTach и Winbench), то становится очевидным недостаточно стабильное качество работы канала чтения у Seagate: графики зубчатые, с большим количеством провалов и пиков, что является (предположительно) результатом коррекции ошибок чтения. Ошибки при чтении данных неизбежны, однако их частота не должна быть слишком высокой.

Производительность: имитация работы приложений

Для измерения скорости работы винчестера применялись другие тесты - синтезирующие близкую к реальной нагрузку на подсистему ввода-вывода:

• IOMeter 2004.07.30, шаблон Workstation;
• PCMark05;
• Winstone 2004.

На винчестере создавался единственный раздел объемом 32 Гб (кроме теста IOMeter), который последовательно форматировался под NTSF и FAT32.

Шаблон теста IOMeter содержит вероятностное описание операций доступа к диску, составленное на основе анализа выполнения ряда типичных программ для работы с текстом, таблицами, базами данных, мультимедиа-информацией. Он также позволяет увеличивать длину очереди запросов, формируя нагрузку от нескольких параллельных потоков (имитация многозадачной работы). Согласно этому тесту, винчестер Hitachi стабильно опережает Seagate - он выполняет на 5% больше операций ввода-вывода за единицу времени. При возрастании количества запросов винчестеры по скорости сравниваются уже после 16 запросов в очереди.

Тест PCMark05 сообщает о преимуществе винчестера Hitachi в операциях, требующих быстрого доступа к мелким файлам - загрузке операционной системы и программ, открытии и закрытии файлов. При выполнении последовательного доступа (сканирование на вирусы, копирование файлов) выигрывает Seagate - по понятным причинам.

Тест Winstone содержит комплекс различных приложений - от текстового редактора (Word) до сжатия видео (Windows Media Encoder). Он позволяет разместить все файлы - как программы, так и данные - на заданном логическом диске. Этот тест не измеряет скорость работы дисков, но его результаты зависят от того, где располагаются файлы. Винчестер Hitachi обеспечил небольшой прирост (менее 1%), но, в целом, выбор винчестера не повлиял на скорость работы.

Другие аспекты

Уровень шума при работе у винчестера Hitachi немного выше, чем у дисков с меньшим объемом. Пожалуй, при простое он шумит так же, как винчестеры двух-трехлетней давности. То есть его шум можно различить на фоне многочисленных вентиляторов, но только если вплотную приблизиться к корпусу. Шум позиционирования - глухой стук без резких звуков - тоже громче, чем у современных дисков. Но больше всего беспокоит нагрев: по данным SMART, температура диска через час тестов составила 41 градус, в то время как другие винчестеры за это время нагревались до 29-30 градусов. Следовательно, при установке Deskstar 7K500 в корпус нужно обязательно предусмотреть активное охлаждение.

Винчестер предоставляет полную информацию о своем состоянии в виде 17 атрибутов SMART. Среди них есть счетчики частоты ошибок чтения, позиционирования и обмена по интерфейсу, счетчики времени работы, циклов запуска и парковки (в том числе безуспешных), несколько счетчиков дефектных секторов, а также индикаторы производительности - скорости доступа, чтения, раскручивания шпинделя. Винчестер способен выполнять offline-тест в моменты простоя, чтобы обновлять счетчики. Судя по показаниям SMART, большинство счетчиков не работали - либо не было ни одного offline-теста (известно, что первый тест может включаться лишь через несколько часов работы), либо требовалось включать поддержку SMART в BIOS Setup.

Выводы

Проанализировав результаты тестов, мы можем с уверенностью заключить, что концепция сверхъемкого винчестера с пятью пластинами вполне жизнеспособна. За исключением повышенного шума и нагрева (находящихся, впрочем, в разумных рамках), у винчестера Hitachi Deskstar 7K500 нет явных недостатков. Хорошая скорость позиционирования и приемлемая плотность записи позволяют ему демонстрировать конкурентоспособную производительность в типичных настольных задачах. С немногими конкурентами он успешно справляется (ждем 500-гигабайтную "барракуду" от Seagate?). Стабильность чтения поверхности позволяет надеяться на надежность этого винчестера, хотя с уверенностью можно говорить об этом параметре, только вооружившись данными "упрямой науки" статистики.

Макс КУРМАЗ,
max@techlabs.by,
белорусский хардварный портал WWW.TECHLABS.BY

Благодарим компанию "АСБИС" за предоставленный жесткий диск Hitachi

Механизм отложенной записи (Write Caching)

Наряду с упреждающим чтением (Look-ahead reading), механизм отложенной записи входит в число стандартных оптимизационных приемов, применяемых во всех современных винчестерах. Суть его в том, что жесткий диск осуществляет операцию записи не сразу при поступлении команды, а через некоторое время, когда диск не загружен командами (если, конечно, не исчерпан объем кэша). Целостность данных при этом не нарушается, так как система вряд ли запросит блок данных, который только что послала на запись. Даже если такое случится, винчестер вернет данные из кэша.