sonyps4.ru

Энергопотребление жесткого диска. Диета нжмд: энергопотребление и тепловыделение

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... ;)

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:

  1. 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.
  2. 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:

  1. Процессор Intel Pentium 4 3.0C
  2. Материнская плата Gigabyte GA-8KNXP Ultra-64 на чипсете Intel E7210 (i875P с южным мостом Hance Rapids 6300ESB с шиной PCI-X)
  3. Системная память 2×256 Мбайт DDR400 (тайминги 2.5-3-3-6)
  4. Контроллер Ultra320 SCSI Adaptec AIC-7902B на шине PCI64
  5. Основной жесткий диск Maxtor 6E040L0
  6. Блок питания Zalman ZM400A-APF, 400 ватт
  7. 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!

С производительностью это действительно так, поскольку флэш-накопители на основе памяти SLC (SLC = single level cell, одноуровневая ячейка) легко обходит традиционные жёсткие диски. Однако с энергопотреблением всё сложнее: выясняется, что после установки флэш-накопителя время автономной работы снижается.

В данной статье рассматривается почти десяток разных SSD-накопителей и результаты оказываются неутешительными. Чтобы оценить их реальное энергопотребление, мы провели серию тестов на нашем ноутбуке Dell Latitude D630. Было обнаружено уменьшение времени автономной работы вплоть до одного часа после установки SSD по сравнению с производительным 2,5" винчестером на 7200 об/мин!

Почему уменьшается время автономной работы?

У большинства SSD-накопителей энергопотребление в режиме бездействия и под нагрузкой вполне сравнимо с традиционными 2,5" жёсткими дисками. Обычный 2,5" винчестер, использующий вращающиеся магнитные пластины, обычно потребляет от 0,5 до 1,3 Вт в режиме ожидания, а также от 2 до 4 Вт при максимальной нагрузке. В последнем случае привод постоянно перемещает головки по поверхности диска из-за произвольного доступа к данным.

Однако обычный жёсткий диск достигает пикового энергопотребления только при запросе произвольных данных, которые разбросаны по поверхности диска. В случае последовательного чтения или записи жёсткие диски не требуют увеличения энергии по сравнению с режимом ожидания, поскольку не требуются весьма затратные по энергопотреблению операции перемещения блока магнитных головок.

Вся индустрия ищет способы улучшения флэш-памяти на MLC-ячейках, чтобы выпускать более ёмкие твёрдотельные накопители с достаточным уровнем производительности, но при этом алгоритмы равномерного распределения износа более важны, чем механизмы энергосбережения, чтобы не возникло проблем с надёжностью. Если традиционные жёсткие диски могут работать с относительно небольшим энергопотреблением, когда не требуется частых перемещений головок, то есть во время последовательного доступа к данным, энергопотребление твёрдотельных накопителей в данном случае максимальное.

Будьте осторожны с 1,8" SSD

Если перенести сравнение в 1,8" сектор, где обычные жёсткие диски потребляют существенно меньше энергии из-за скорости вращения 3600, 4200 и 5400 об/мин (обычно, максимум, 2 Вт), то энергопотребление флэш-накопителей особо не изменяется. И единственное различие кроется в форм-факторе. Устройство большинства 1,8" и 2,5" твёрдотельных накопителей практически одинаковое. Исходя из нашего тестирования, SSD-накопители форм-фактора 1,8" проигрывают по энергопотреблению 1,8" механическим жёстким дискам.

Хотя 1,8" твёрдотельные накопители и помогают поднять уровень производительности ультрапортативных устройств до массовых ноутбуков, большинство инноваций сегодня происходит в сфере 2,5".

После выхода на рынок первого SSD-накопителя от Samsung производительность существенно улучшилась. У первой модели скорость чтения составляла 50 Мбайт/с, а записи - меньше 30 Мбайт/с. В статье мы рассмотрим производительные твёрдотельные винчестеры, которые обеспечивают более 130 Мбайт/с по скорости чтения и почти 100 Мбайт/с по скорости записи. Все модели построены на флэш-памяти на SLC-ячейках. Все крупные производители флэш-памяти, такие как Intel, сфокусированы сегодня на MLC-ячейках, поскольку соответствующая память дешевле - но и не такая быстрая, как на SLC-ячейках.

Тестируемые флэш-накопители

В статье рассматриваются четыре модели SSD-накопителей, к которым добавили обычный 2,5" винчестер на 7200 об/мин для сравнения. Мы специально выбрали такой жёсткий диск, поскольку он обеспечивает высокую производительность, а также потребляет больше энергии, чем другие модели с меньшей скоростью вращения. Если повторить сравнение с винчестером на 5400 об/мин, результаты SSD окажутся ещё хуже.

Crucial SSD, 32 Гбайт

SSD-накопитель от Crucial CT32GBFAB0 обеспечивает ёмкость 32 Гбайт в форм-факторе 2,5". Как можно видеть по результатам тестов, это самый быстрый твёрдотельный накопитель.

Пропускная способность чтения достигает 124 Мбайт/с, что больше, чем у Memoright. Однако производительность записи падает меньше 60 Мбайт/с, хотя модель Memoright обеспечивает впечатляющую скорость записи 120 Мбайт/с. С другой стороны, накопители Memoright стоят явно дороже.

SSD-винчестер Crucial плохо показал себя в синтетических тестах, и даже финишировал последним в тесте, симулирующем запуск Windows XP.
После замены мобильного жёсткого диска Hitachi 7K200 на 7200 об/мин твёрдотельной моделью от Crucial, время автономной работы снизилось с семи часов и трёх минут до шести часов и трёх минут.

Пользователи, которые приобрели SSD-накопитель, поверив заявлениям Crucial о том, что данный продукт идеален для тех, кто "желает получить большее время автономной работы" и "низкое энергопотребление", будут разочарованы. Конечно, время автономной работы зависит от нагрузки, но значения минимального и максимального энергопотребления доказывают, что утверждения Crucial ошибочны. Энергопотребление 1,6 Вт в режиме бездействия - это больше, чем требует любой 2,5" мобильный жёсткий диск.

Memoright MR25.5-032S, 32 Гбайт

Твёрдотельный накопитель Memoright был нашим фаворитом среди SSD-винчестеров. Он обеспечивает около 120 Мбайт/с на чтение и запись, что превосходит уровень многих других флэш-накопителей. MR25.5 использует интерфейс SATA/150, который обеспечивает максимальную пропускную способность 126 Мбайт/с. Если посмотреть на тесты производительности, данное решение на данный момент является самым оптимальным для интенсивных операций ввода/вывода, поскольку оно даёт большее число операций ввода/вывода в секунду, чем любой другой накопитель.

Однако данная модель имеет самое высокое энергопотребление в режиме ожидания из всех представленных в нашем тестировании, оно не снижается менее 2 Вт. Мы получили время автономной работы всего шесть часов и 38 минут. Это намного лучше, чем в случае Crucial SSD. Кроме того, Memoright даёт существенно большую производительность при более длительном времени автономной работы. С другой стороны, время автономной работы почти на 30 минут меньше, чем в случае жёсткого диска Hitachi Travelstar 7K200.

Mtron Flash SSD, 32 Гбайт

Mtron является корейским производителем SSD-накопителей на флэш-памяти, который относительно давно вышел на рынок. По эффективности энергопотребления чудес не произошло, тестовый ноутбук продержался всего шесть часов и шесть минут: это почти так же мало, как у Crucial Flash SSD, но Mtron Flash SSD обеспечивает намного более высокую производительность записи, более высокие результаты по операциям ввода/вывода в секунду, а также лучшие результаты производительности. Опять же, механический жёсткий диск дал почти на час больше времени автономной работы.

Sandisk SSD 5000, 32 Гбайт

Данный накопитель не относится к сегменту высокопроизводительных SSD-винчестеров, поскольку даёт не больше 68 Мбайт/с на чтение и меньше 50 Мбайт/с на запись. С другой стороны, он всё ещё является альтернативой традиционным жёстким дискам из-за меньшего времени доступа.

Однако Sandisk SSD 5000 оказался единственным твёрдотельным накопителем в наших тестах, который смог достичь такого же времени автономной работы, что и обычный 2,5" жёсткий диск Travelstar 7K200 от Hitachi: мы получили семь часов и две минуты на SSD-винчестере Sandisk, то есть почти идентичный результат. По крайней мере, заявления производителя об эффективности энергопотребления оказались истинными, хоть мы и не получили какого-либо преимущества в этом отношении по сравнению с производительными 2,5" мобильными винчестерами. Возможно, нам стоит провести сравнение с моделями на 5400 об/мин, но в этом случае мы потеряем позиционирование по цене и производительности.

HDD для сравнения. Hitachi Travelstar 7K200, 200 Гбайт, 7200 об/мин

Жёсткий диск Travelstar 7K200 будет защищать репутацию обычных винчестеров, которые "прожорливые, шумные и принадлежат к умирающему поколению".

Как явно показывает наша статья, обычные жёсткие диски, в данном случае модель на двух пластинах со скоростью вращения 7200 об/мин и кэшем 8 Мбайт, имеет право на существование.
Обратите внимание, что другие 2,5" мобильные жёсткие диски для ноутбуков на 7200 об/мин обеспечивают схожие результаты: они обходят SSD-накопители по времени автономной работы.

20 современных серий - SAS, SCSI, Serial ATA

Энергопотребление и тепловыделение современных накопителей на жестких магнитных дисках, имеющих, как правило, значительно меньший диапазон рабочих температур (от +5 до +55 градусов Цельсия, реже от 0 до +60 С), чем большинство других компьютерных компонентов - это одна из проблем, на которую пользователи все чаще обращают внимание. Производительность жестких дисков растет, как и скорость процессоров или графических ускорителей. Но, к счастью, здесь нет того бурного роста тепловыделения (с увеличением быстродействия), который наблюдается у центральных и графических процессоров в последние лет десять. Тем не менее, общие требования по экономии электропитания и по лимитированной нагрузочной и охлаждающей способности конкретных компьютерных шасси все чаще заставляют пользователей задумываться и о том, сколько «кушают» их винчестеры. Причем, данные вопросы задаются не только пользователями (и производителями) ноутбуков, где каждые полватта способны повлиять не только на температуру накопителя в узком и плохо вентилируемом пространстве, но и на время автономной работы всего ноутбука (за которое обычно всеми силами борются). И не только потребителями и сборщиками настольных персональных компьютеров, где вследствие резкого роста прожорливости процессоров и видеокарт на винчестеры остается лишь крупица мощности бюджетных блоков питания.

Но вопросы потребления и тепловыделения накопителей все настойчивее волнуют и тех, кто по долгу службы работает с высокопроизводительными профессиональными средствами хранения данных на жестких дисках, принадлежащих к так называемому сегменту Enterprise, то есть дискам для корпоративных применений. Помимо прочего, здесь играет роль и то, что надежность и 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. Применение же мощных охлаждающих систем не всегда оправдано ввиду их большого шума и немалой стоимости. В целом же, экономия и экономичность - это те факторы, о которых никогда не следует забывать при принятии решений. Поэтому наша попытка в очередной раз обратиться к теме энергопотребления и тепловыделения жестких дисков в практической плоскости носит не только «познавательный», но и чисто прикладной характер.

Напомню, что ранее мы уже рассматривали на систематизированной основе вопросы энергопотребления и тепловыделения трехдюймовых жестких дисков для настольных компьютеров и производительных двухдюймовых накопителей для ноутбуков . И будем возвращаться к этой теме еще не раз. Но сегодня пришла пора поговорить о наиболее дорогих и критичных к отказам (в том числе, из-за перегрева или проблем с питанием) накопителям Enterprise-сегмента, к коим мы вслед за производителями причисляем жесткие диски форм-факторов 3,5 и 2,5 дюйма со скоростью вращения 10 и 15 тысяч оборотов в минуту и интерфейсами Ultra320 SCSI и Serial Attached SCSI (SAS) (Fibre Channel пока оставим в стороне). А также определенные профессиональные модели со скоростью вращения 7200 об./мин, интерфейсом Serial ATA (позднее SATA 2.5) и высокой емкостью (400-500 Гбайт, пока недоступной SCSI-моделям), выполненные на базе существующих настольных винчестеров этих же производителей, но слегка модернизированных по конструкции и управляющей микропрограмме с целью повысить надежность и улучшить работу в профессиональных задачах. К последним, то есть к профессиональным жестким дискам с интерфейсом Serial ATA и скоростью вращения 7200 об./мин., мы отнесем традиционные серии Maxtor MaXLine III и MaXLine Pro 500 (а также более раннюю MaXLine II), недавно появившуюся Seagate NL35 (проф. аналог старших моделей Barracuda 7200.8 и 7200.9), а также Western Digital Caviar RE и RE2 (в частности, недавно появившуюся 400-гигабайтную модель WD4000YR). К сожалению, Hitachi GST не выделяет свои диски Deskstar 7K400 и 7K500 (объемом 400 и 500 Гбайт соответственно) в «профессиональную» линейку, хотя по многим характеристикам они могут быть к ней причислены. Поэтому мы в данном обзоре привлечем к рассмотрению и их, наряду с вышеперечисленными семитысячниками и всеми текущими SCSI-сериями, обзор которых сделан нами, например, в недавней статье . Кроме того, здесь примет участие и первый (из реально появившихся в России) из дисков с SAS-интерфейсом - Seagate Cheetah 15K.4 SAS.

Подробные обоснования нашего подхода к анализу энергопотребления и тепловыделения жестких дисков (и почему в единицах мощности это практически одно и то же) вы можете найти в нашем предыдущем обзоре на эту тему. Поэтому без лишних слов переходим к цифрам. Напомню лишь, что мы сознательно не будем использовать температуру жестких дисков как меру их тепловыделения, поскольку, на наш взгляд, делать это в типичных случаях просто бесполезно, то есть почти не имеет практического смысла (обоснование нашего подхода см. по лику выше). Кроме того, измеряя энергопотребление (вместо температуры), мы получаем ряд полезной дополнительной информации.

Спецификации энергопотребления жестких дисков

Чтобы нам было, от чего оттолкнуться, в таблице 1 приведу данные по энергопотреблению основных серий профессиональных дисков, указанные в их спецификациях.

Таблица 1. Мощность энергопотребления (ватт) жестких дисков для профессиональных применений (согласно спецификациям)

SCSI- и SAS-диски со скоростью вращения 15 000 об./мин.
Серия Fujitsu MAU3147 15K Hitachi Ultrastar 15K147 Maxtor Atlas 15K II Seagate Cheetah 15K.4
MAU3036NC/NP
MAU3073NC/NP
MAU3147NC/NP
HUS151437VL38
HUS151437VL36
HUS151473VL38
HUS151473VL36
HUS151414VL38
HUS151414VL36
8E036L0
8E036J0
8E073L0
8E073J0
8E147L0
8E147J0 		ST336754LW
ST336754LC
ST3733454LW
ST3733454LC
ST3146854LW
ST3146854LC

Емкость моделей, Гбайт

36,7 /
73,5 /
147

36,7 /
73,4 /
147

36,7 /
73,5 /
147,1

36,7 /
73,4 /
146,8

Число головок/пластин

3/2, 5/3 и 10/5

Температура, С, вкл. (выкл.)

5…55 / макс. {T корпуса =60 C для Fujitsu и Maxtor}
(-40…+70)


поиске (seek)
в покое (idle)

13,2/13,9/17
8,2/8,8/11,2

-
9,2/10,8/14

13,5/14,3/17,5
8,04/9,5/12,0

Обзор на сайте сайт
SCSI-диски со скоростью вращения 10 000 об./мин.
Серия Hitachi Ultrastar 10K300 Fujitsu MAT3300 10K Maxtor Atlas 10K V Seagate Cheetah 10K.7 Seagate Savvio 10K.1
HUS103073FL38
HUS103073FL36
HUS103014FL38
HUS103014FL36
HUS103030FL38
HUS103030FL36 		MAT3073NC
MAT3073NP
MAT3147NC
MAT3147NP
MAT3300NC
MAT3300NP 		8D073L0
8D073J0
8D147L0
8D147J0
8D300L0
8D300J0 		ST373207LW ST373207LC ST3146707LW ST3146707LC ST3300007LW ST3300007LC ST936701LC ST973401LC

Емкость моделей, Гбайт

73,4 /
147 /
300

73,5 /
147 /
300

73,5 /
147,1 /
300

73,4 /
146,8 /
300,0

36,7 /
73,4

Температура, С, вкл. (выкл.)

5…55 / макс. {Tкорпуса=60 C для Maxtor}
(-40…+70)

Потребление, ватт, не более, при:
поиске (seek)
в покое (idle)

-
8,0/8,5/11,2

-
7,9/8,8/10,8

11,7/13,0/16,4
6,8/7,8/10,1

7,9/8,1
4,8/5,1

Обзор на сайте сайт

Серия дисков

Idle Seek Read Write Start
Hitachi Deskstar 7K400 9,0 (pata) / 9,6(sata) - - - 30 (2A@12V)
Hitachi Deskstar 7K500 9,0 (pata) / 9,6(sata) - - - 30 (2A@12V)
Maxtor MaXLine Pro 500 9,97 - - - -
Maxtor DiamondMax 11 - -
Maxtor MaXLine III 6,3 (pata) / 6,7 (sata) - - - -
Maxtor DiamondMax 10 7,6 - - - -
Seagate NL35 7,4 - - - -
Seagate Barracuda 7200.9 7,4 12,6 13,0 13,0 -
Seagate Barracuda 7200.8 7,2 12,4 12,8 12,8 -
WD Caviar RE2 WD4000YR 8,8 - 10,0 10,0 -
WD Caviar SE16 WD4000KD 8,75 - 9,5 9,5 -
WD Caviar RE WDxx00SD 8,75 - 9,5 9,5 -
WD Raptor WD740GD 7,9 - 8,4 8,4 -

К сожалению, «паспортные данные» в большинстве случаев оказываются очень скупы и не могут 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 нам придется с ними считаться.

Ошибкой, кстати, будет судить об энергопотреблении винчестеров по цифрам, нанесенным на их крышке. Ниже, сравнив эти «надписи» с реальными цифрами, мы убедимся, что совпадение наблюдается далеко не всегда. Более того, эти значения нередко расходятся даже со спецификациями самих дисков, и понять, по какому принципу каждый из производителей указывает эти «циферки», порой, не так просто.

Участники и методика испытаний

В наших испытаниях приняла участие 21 модель современных жестких дисков, представляющих 20 современных серий накопителей для профессиональных применений. Диски перечислены ниже в таблице результатов тестов (см. таблицу 3). Отдельной строкой на диаграммах мы включили случай использования двух винчестеров серии Seagate Savvio 10K.1, поскольку их пара в RAID способна составить реальную конкуренцию самым высокопроизводительным дискам со скоростью вращения 15 000 об./мин. (см., например, наш обзор).

Для измерений энергопотребления жестких дисков применялся стенд в составе:

  1. Процессор Intel Pentium 4 3.0C
  2. Материнская плата Gigabyte GA-8KNXP Ultra-64 на чипсете Intel E7210 (i875P с южным мостом Hance Rapids 6300ESB с шиной PCI-X)
  3. Системная память 2×256 Мбайт DDR400 (тайминги 2.5-3-3-6)
  4. Контроллер интерфейса Ultra320 SCSI Adaptec AIC-7902B на плате Gigabyte
  5. Контроллер интерфейса SAS - Adaptec 4800SAS
  6. Основной жесткий диск Maxtor 6E040L0
  7. Блок питания Zalman ZM400B-APS, 400 ватт
  8. 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) и активном случайном поиске (Seek) (а дополнительно – и в режиме тихого поиска, когда это поддерживалось накопителем; эти результаты мы здесь не представляем за неактуальностью). Кроме того, измерялись максимальные токи 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 AIDA32 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 не размеченными 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 +5,02 В и +12,04 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 (усредненные за время порядка 0,3 с) значения.

Результаты тестов

Результаты измерений приведены в таблице 2. В последней колонке указаны данные, приведенные на корпусе дисков.

Таблица 2. Ток потребления (в мА) жестких дисков от источника питания в различных режимах работы


V Idle ATA Seek Read Write Start Данные на корпусе
Seagate Cheetah 15K.4 36GB SAS 5 970 1050 1080 1240 1460 1070 1500
12 430 440 800 440 440 1360 1000
Seagate Cheetah 15K.4 147GB 5 500 910 690 1040 1120 760 800
12 830 880 1350 880 880 1590 1200
Maxtor 15K II 147GB SCSI U320 5 730 930 870 1350 1230 720 950
12 940 900 1430 960 960 1780 1500
Hitachi Ultrastar 15K147 73GB SCSI U320 5 660 820 780 1420 1360 780 640
12 530 530 860 530 530 1570 1220
Fujitsu MAU3073NP SCSI U320 5 440 1160 930 1500 1370 990 1000
12 510 510 850 510 510 1980 1200
Seagate Savvio 10K.1 73GB SCSI U320 5 450 810 620 840 900 630 800
12 190 190 510 190 190 1200 500
Fujitsu MAT3147NC SCSI U320 5 450 1060 850 1340 1240 900 1000
12 580 580 890 580 580 2010 1200
Hitachi Ultrastar 10K300 147GB SCSI U320 5 630 1090 880 1380 1300 860 700
12 460 470 800 470 470 1630 600
HP-Seagate BD14685A26 SCSI U320 5 830 1120 920 1500 1070 830 1200
12 490 510 910 520 560 1360 800
Maxtor 10K V 300GB SCSI U320 5 800 1060 930 1400 1380 800 950
12 650 620 1200 660 660 2020 1500
Seagate Cheetah 10K.7 147GB SCSI U320 5 520 900 680 1200 1000 750 800
12 430 430 990 430 430 1650 800
Seagate Cheetah 10K.7 74GB SCSI U320 5 500 850 950 1100 990 700 800
12 360 360 660 360 360 1230 800
WD Raptor WD740GD 5 510 550 640 770 770 520 700
12 380 380 690 380 380 1670 750
WD Caviar RE2 WD4000YR 5 630 680 710 870 930 650 700
12 410 440 660 440 440 2020 750
WD Caviar SE16 WD4000KD 5 620 660 700 870 920 670 700
12 410 410 680 440 440 2020 750
Hitachi Deskstar 7K400 400GB SATA 5 460 530 830 1250 910 670 780
12 480 480 880 480 480 1200 980
Seagate NL35 400GB SATA ST3400832NS 5 480 500 540 800 940 580 460
12 420 420 620 420 420 2290 560
Seagate Barracuda 7200.8 400GB SATA 5 500 510 550 820 970 600 460
12 440 440 630 440 440 2280 560
Seagate Barracuda 7200.9 500GB SATA 5 570 800 620 930 970 610 460
12 510 510 830 510 510 2380 560
Maxtor DiamondMax 11 6H500F0 SATA 5 530 610 800 1100 1050 700 800
12 430 490 820 490 490 1950 790
Maxtor MaXLine III 7B300S0 SATA 5 550 730 800 1130 1070 700 740
12 440 490 820 490 490 1400 1520

Цифр в таблице много и комментировать каждую из них, видимо, особого смысла нет - они и так говорят сами за себя. Однако необходимо отметить, что ток потребления от +5 вольт для диска Seagate Cheetah 15K.4 с интерфейсом SAS оказался много выше, чем для его аналога с параллельным интерфейсом SCSI - на 200-470 мА в зависимости от режима! Ранее мы уже могли убедиться , что при переходе с интерфейса UltraATA к Serial ATA ток потребления (для однотипных моделей, различающихся только интерфейсом) возрастает на 100-250 мА (в зависимости от производителя и модели), а для Serial ATA на скорости 3 Гбит/с эта прибавка еще больше. Так что сам по себе последовательный интерфейс Serial Attached SCSI «кушает» на стороне диска весьма прилично - от 1 до 2,4 ватт дополнительно (и, видимо, столько же - на стороне контроллера), и прогресс даже здесь не достается бесплатно.

Для удобства анализа на следующей диаграмме приведена мощность потребления дисков от напряжения +5В в режиме передачи данных по интерфейсу (без обращения к магнитным пластинам) (то есть это, в основном, часть, потребляемая контроллером, тогда как механика диска питается от +12В). Диски здесь и ниже сгруппированы по категориям (по скорости вращения).


Мощность потребления жестких дисков по шине питания +5 В при передаче данных по интерфейсу

Интересно, что самым экономичным SCSI-контроллер оказался у пятнадцатитысячников Hitachi (если помните, они построены по более прогрессивной схеме, чем у их собратьев со скоростью вращения 10 000 об./мин.). Впрочем, у Savvio 10K.1 (да и у Чит вообще) контроллеры тоже потребляют мало. К слову сказать, 4-5 ватт в режиме передачи данных по интерфейсу (то есть без чтения/записи) - это достаточно большие цифры, то есть сами платы контроллеров (не оснащенные радиаторами) могут испытывать значительный нагрев в работе. Поэтому не рекомендую устанавливать профессиональные диски вплотную друг над другом, а для охлаждения их электроники лучше использовать обдув (например, в корзине).

Самый экономичный контроллер из всех дисков со скоростью вращения 10 000 об./мин. - у WD Raptor с интерфейсом Serial ATA. И он при этом, как ни странно, обогнал даже все (почти) нынешние профессиональные диски со скоростью 7200 об./мин. Самый экономичный контроллер оказался у 400-гигабайтных дисков Seagate NL35, построенных на базе Seagate Barracuda 7200.8. Эта парочка потребляет (контроллером) всего по 2,5 ватта в режиме передачи данных по интерфейсу.

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).

Теперь насчет корреляции между данными потребления, указанными на корпусе накопителей, и реально измеренными значениями в различных режимах. Здесь наблюдается полная разноголосица! Честно говоря, я даже не стану гадать, что именно имел ввиду каждый производитель, когда наносил эти «циферки» на диски. Можете попробовать догадаться сами. :) Могу лишь предположить, что у некоторых дисков указанные на корпусе значения соответствуют максимальному току в режиме Idle (и то с изрядной долей условности). Короче, этим надписям на корпусе определенно верить не стоит, они фактически бесполезны и даже вредны, поскольку дезинформируют. И тем более, по ним нельзя судить о реальном тепловыделении накопителей!

Стартовый ток

Отдельно стоит остановиться на стартовом токе дисков. Если по шине +5 В он укладывается в 1 А, то главная нагрузка, безусловно, идет по линии +12 В, где пиковые токи (усредненные за десятые доли секунды) доходят до полутора-двух ампер и иногда даже более. Хорошо, если используемый вами контроллер и модели дисков поддерживают так называемую поочередную раскрутку (старт) дисков (staggered spinup). А если нет, и стартуют почти одновременно все диски массива, то нагрузка на блок питания получается очень неслабая (например, до 9-10А при старте 4-дискового массива из старших SATA-дисков Seagate)!


Стартовая мощность потребления жестких дисков для трех профессиональных категорий с разной скоростью вращения

Наиболее «гуманными» (по отношению к блоку питания при старте) оказались диски Hitachi Deskstar 7K400 и малютка Seagate Savvio 10K.1 (стартовый ток не более 1200 мА от +12 В), а также Maxtor MaXLine III (1400 мА) и однопластинные модели Seagate Cheetah 10K.7 и 15K.4 SAS (у последней, правда, подводит пятивольтовая нагрузка). Наиболее прожорливыми при старте уже традиционно становятся SATA-диски Seagate - Barracuda 7200.8 и 7200.9, а также их «последыш» NL35: 30 и более ватт при старте (и 2,3 А по линии +12В) - это «по силам» лишь сдвоенному Savvio 10K.1. :) Между тем, около двух ампер (и более 28 ватт) в пике при раскрутке потребляют SCSI-диски Fujitsu (причем это еще средние, не самые емкие модели данных серий), а также два диска Maxtor предельно большой емкости - 300-гигабайтный SCSI Atlas 10K V и 500-гигабайтный MaXLine Pro 500 (в лице DiamondMax 11:)). Да и 400-гигабайтные модели WD не могут похвастать «нежным» стартом (в отличие от WD Raptor). Объясняются данные характеристики достаточно просто: у некоторых SCSI- и ATA-дисков пусковой ток в «динамике» «размазан» на достаточно большой промежуток времени (в течение раскрутки пусковой ток ограничивается электроникой диска на заданном уровне). Тогда как у других моделей сделана ставка на быструю раскрутку и подготовку диска к работе, поэтому и график их пускового тока напоминает, скорее, резкий импульс с ниспадающем наклоном, нежели долгое «плато».

Тепловыделение дисков

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 конкретному случаю измерений. При других напряжениях питания мощность может быть немного иной.

Таблица 3. Мощность энергопотребления и тепловыделения (Вт) жестких дисков в различных режимах работы


Диск Гбайт Шина Idle ATA Seek Read Write Start
Скорость вращения пластин 15 000 об./мин.
Seagate Cheetah 15K.4 SAS 36 SAS 9,93 10,44 14,87 11,35 12,39 21,47
Seagate Cheetah 15K.4 147 SCSI 12,41 15,00 19,49 15,63 16,01 22,66
Maxtor 15K II 8K147L0 147 SCSI 14,84 15,34 21,30 18,06 17,49 24,69
Hitachi Ultrastar 15K147 73 SCSI 9,62 10,40 14,14 13,28 12,99 22,53
Fujitsu MAU3073NP 73 SCSI 8,30 11,80 14,74 13,42 12,80 28,34
Скорость вращения пластин 10 000 об./мин.
RAID 1 из Seagate Savvio 10K.1 147 SCSI 9,04 12,57 18,38 12,86 13,44 34,88
Seagate Savvio 10K.1 73 SCSI 4,52 6,28 9,19 6,43 6,72 17,44
Fujitsu MAT3147NC 147 SCSI 9,19 12,16 14,83 13,50 13,02 28,25
Hitachi Ultrastar 10K300 147 SCSI 8,64 10,99 13,91 12,37 11,99 23,62
HP-Seagate BD14685A26 146 SCSI 9,97 11,61 15,41 13,54 11,97 20,30
Maxtor 10K V 8J300L0 300 SCSI 11,74 12,64 18,89 14,73 14,64 27,88
Seagate Cheetah 10K.7 147 SCSI 7,74 9,59 15,19 11,04 10,08 23,32
Seagate Cheetah 10K.7 73 SCSI 6,81 8,52 12,58 9,72 9,19 18,14
WD Raptor WD740GD 73 SATA 7,09 7,29 11,43 8,37 8,37 22,42
Скорость вращения пластин 7200 об./мин.
WD Caviar RE2 WD4000YR 400 SATA 8,04 8,65 11,42 9,57 9,86 27,15
WD Caviar SE16 WD4000KD 400 SATA 7,99 8,19 11,61 9,57 9,81 27,24
Hitachi Deskstar 7K400 400 SATA 8,04 8,39 14,62 11,87 10,24 17,64
Seagate NL35 ST3400832NS 400 SATA 7,43 7,52 10,11 8,99 9,67 29,94
Seagate Barracuda 7200.8 400 SATA 7,76 7,81 10,28 9,33 10,05 29,92
Seagate Barracuda 7200.9 500 SATA 3Gb/s 8,94 10,07 13,00 10,69 10,89 31,13
Maxtor DiamondMax 11 6H500F0 500 SATA 3Gb/s 7,79 8,90 13,76 11,28 11,04 26,58
Maxtor MaXLine III 7B300S0 300 SATA 8,01 9,49 13,76 11,42 11,13 20,14

Некоторые данные удобнее наблюдать на диаграммах. Например, на следующем рисунке приведена мощность потребления дисков в режиме Idle (вращение без обращения к пластинам и передачи данных по интерфейсу).


Типовая мощность потребления и тепловыделения жестких дисков в режиме Idle

Очень любопытен громадный разброс значений в клане 15-тысячников: наиболее экономичный здесь диск Fujitsu (средней емкости) почти вдвое лучше, чем старшая модель Maxtor. Представитель последней жарче всех и в категории десятитысячников - хотя это и более емкая модель, чем остальные. Кстати, модели Seagate Cheetah 10K.7 емкостью 73 и 147 Гбайт различаются по энергопотреблению здесь всего на 0,9 ватт и обе являются самыми экономичными SCSI-дисками со скоростью вращения 10 000 об./мин. (они и в реальности заметно холоднее остальных в работе). Диски со скоростью 7200 об./мин. гораздо меньше отличаются друг от друга по этому параметру, чем SCS-модели - от 7,4 Вт для Seagate NL35 (прямо как в паспорте!) до 8,9 Вт для 500-гигабайтной модели Barracuda 7200.9 (спецификации, видимо, обманули. :)). В среднем же 8 ватт являются для подобных накопителей типичным тепловыделением в режиме Idle, хотя нюансы (то есть токи по шинам 5 и 12В) могут заметно разниться от модели к модели (как правило, от 400 до 500 мА по шине +12В и 480-630 по +5В). Победил по экономичности 2,5-дюймовый SCSI-десятитысячник Seagate Savvio 10K.1 - 4,5 ватт в режиме Idle, это очень хорошо. То есть даже пара таких дисков рассеивает тепла меньше, чем большинство пятнадцатитысячников и часть десятитысячников.

Лидирует экономичный Savvio и при активном случайном поиске. Здесь диски расположились по энергопотреблению и тепловыделению следующим образом:


Средняя мощность потребления и тепловыделения жестких дисков в режиме случайного поиска

Снова SCSI-диски Maxtor наибольшей емкости оказались самыми прожорливыми (около 20 ватт - это не шутка, активное охлаждение им просто необходимо). И оправдывает их лишь то, что при этом они лидируют и по производительности в большинстве профильных приложений. Впрочем, старшая модель Seagate Cheetah 15K.4 тоже оказалась одной из самых горячих при поиске, в отличие от младшей SAS-модели этой же серии. Самыми экономичными в своих категориях при поиске оказались SCSI-модели от Hitachi GST. А SCSI-диски Fujitsu в лишний раз подтвердили нашу оценку, что это лучшие на сегодня накопители для персональных компьютеров (!), поскольку наряду с лучшей производительностью в настольных приложениях они обладают еще и одним из наименьших энергопотреблением (в своих классах). :) Кстати, разброс по мощности в режиме поиска среди SCSI-моделей составляет более полутора раз в каждом из классов, тогда как для SATA-дисков со скоростью вращения пластин 7200 об./мин. разброс немного меньше, и большинство дисков укладываются в диапазон от 11 до 14 ватт. Интересно, что лидируют по экономичности здесь диски Seagate поколения Barracuda 7200.8, тогда как 7200.9, имеющая большее количество пластин, уже не может похвастать низким нагревом. Впрочем, даже она менее прожорлива при поиске, чем пятипластинная модель Hitachi 7K400 и старшие SATA-модели Maxtor.

Чтобы привести цифры таблицы 3 к общему, более простому и понятному для читателя «знаменателю», мы вычислили два практически полезных параметра: усредненную потребляемую мощность дисков при низкой загрузке накопителя работой и при интенсивной (постоянной) работе компьютера с винчестером. Для вычисления этих оценочных показателей, не претендующих на какую-то «полноту отражения реальности», я применил две характерные модели использования дисков:

1. При низкой загрузке диска (например, при офисной работе 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 (гораздо более характерной для типичного профиля использования профессиональных накопителей) среднее потребление численно описывается формулой:

P max =(Write + Seek + Read *3)/5

По вычисленным данным потребляемой мощности построены следующие две диаграммы.


Средняя потребляемая мощность жестких дисков в режиме низкой рабочей загрузки (типичной работы ПК).

Эти результаты, очевидно, близки к расстановке «сил» по режиму Idle - победители по экономичности потребляют при такой работе ПК всего 7-8 ватт, наиболее «холодными» являются диски Seagate и WD, а также пятнадцатитысячник Fujitsu. Разумеется, Savvio 10K.1 наголову экономичнее всех остальных участников.

Усредненная потребляемая мощность дисков при интенсивной (постоянной) работе компьютера с винчестером показана ниже.


Средняя потребляемая мощность жестких дисков в режиме интенсивной работы компьютера с накопителями.

Здесь расстановка участников тестирования близка к таковой при активном поиске, хотя среднее потребление на несколько ватт ниже. Интересно, что два диска Savvio 10K.1 потребляют примерно столько же, сколько один пятнадцатитысячник или даже десятитысячник. Это делает их реальными соперниками (по производительности тоже) и даже дает некоторое преимущество по занимаемому месту. Среднее потребление старших моделей SATA-дисков в активной работе сейчас составляет 10-12 ватт, что менее чем в полтора раза больше, чем в режиме idle. И при грамотной установке на металлическом шасси активное охлаждение в работе им не потребуется. В отличие от старших SCSI-моделей, где активное воздушное охлаждение при интенсивной работе просто необходимо. Но опять же - не для всех. Например, для младших моделей Seagate Cheetah в ряде случаев размещения на шасси вполне возможно обойтись и пассивным охлаждением.

Зависимость энергопотребления от размера блока случайного доступа

В процессе наших экспериментов с энергопотреблением профессиональных жестких дисков возник вопрос - а какова зависимость энергопотребления этих дисков от размера блока случайного доступа? Дело в том, что ток потребления дисков по шине +5В при чтении или записи обычно заметно выше, чем при поиске (см. таблицу 2). Тогда как ток по шине +12В выше, напротив, при поиске. И по средней мощности тепловыделения именно поиск более требователен к охлаждению (см. таблицу 3). Вместе с тем, по мере роста размера блока случайного доступа к диску постепенно возрастает ток потребления по шине +5В и падает - по шине +12В (поскольку время перемещения между крупными блоками возрастает за счет дополнительных затрат времени на чтение или запись этих блоков). И может возникнуть ситуация, когда монотонность зависимости средней мощности нарушается и для каких-то размеров блока чтения или записи потребление либо становится наибольшим, либо наоборот, имеет некий минимум.

В поисках этих экстремумов мы и провели исследование зависимости энергопотребления дисков от размера блока случайного доступа при чтении и записи. В качестве объектов для наших экспериментов были выбраны два новейших накопителя из противоположных участков Enterprise-поля: Seagate Cheetah 15K.4 емкостью 36 Гбайт с интерфейсом SAS и скоростью вращения 15 000 об./мин. и WD Caviar RE2 на 400 Гбайт с интерфейсом Serial ATA и скоростью вращения 7200 об./мин. К слову, средний ток потребления шпиндельного мотора от +12В у этих двух дисков в режиме последовательного чтения или записи совершенно одинаков, хотя контроллер у Читы почти вдвое более прожорлив.

Средний ток потребления измерялся в зависимости от размера блока случайного чтения или записи от 512 байт до 1 Мбайт при выполнении соответствующих паттернов в программе IOMeter. Одновременно регистрировались изменения показателей производительности этих накопителей - среднее время доступа, количество операций в секунду (IOps) и абсолютная производительность чтения или записи в Мбайт/с. Результаты приведены в таблицах ниже и проиллюстрированы на сводных графиках.

Seagate Cheetah 15K.4 SAS ST336754SS
Чтение
Размер блока чтения, байт Ток от +5В Ток от +12В Суммарная мощность, Вт IOps MBps Среднее время доступа, мс
512 1080 870 15,704 162,12 0,0792 6,167
1K 1080 870 15,704 160,34 0,1566 6,236
2K 1080 860 15,585 159,29 0,3111 6,277
4K 1080 850 15,466 155,45 0,6072 6,432
8K 1090 830 15,277 150,54 1,1761 6,642
16K 1100 820 15,206 141,46 2,2103 7,068
32K 1110 790 14,898 127,02 3,969 7,872
64K 1150 720 14,257 105,1 6,569 9,514
128K 1130 760 14,637 114,74 14,34 8,715
256K 1160 700 14,067 89,09 22,27 11,22
512K 1230 560 12,734 33,95 16,97 29,46
1M 1240 540 12,543 27,19 27,19 36,77
Запись
Размер блока записи, байт Ток от +5В Ток от +12В Суммарная мощность, Вт IOps MBps Среднее время доступа, мс
512B 1060 710 13,706 264,85 0,1293 3,761
1K 1060 710 13,706 261,32 0,2552 3,813
2K 1060 710 13,706 256,41 0,5008 3,876
4K 1060 710 13,706 250,85 0,9799 3,985
8K 1070 700 13,635 232,98 1,8202 4,276
16K 1080 670 13,326 206,48 3,2263 4,818
32K 1090 640 13,017 165,6 5,175 6,016
64K 1110 590 12,517 108,88 6,805 9,159
128K 1130 620 12,971 87,51 10,94 11,427
256K 1160 610 12,995 71,09 17,77 14,066
512K 1210 610 13,234 53,43 26,72 18,714
1M 1250 600 13,306 35,82 35,82 27,915
idle 1160 470 11,325

Для диска Seagate Cheetah 15K.4 SAS при случайном чтении ток по шине +5В постепенно возрастает почти на 20% при росте размера блока от 512 байт до 1 Мбайт, тогда как ток на шине +12В падает с 870 до 540 мА. Полная мощность потребления тоже падает, но меньше в процентном отношении - с 15,7 ватт до 12,5 ватт, причем, на графике зависимости мощности от размера блока мы наблюдаем два экстремума: один минимум при блоках 64 Кбайт и следом за ним максимум на блоках 128 Кбайт. Это как раз то, о чем мы говорили в преамбуле к данным экспериментам. Одновременно можно наблюдать, что картина производительности в IOps поразительно повторяет картину с энергопотреблением! Таким образом, работа с блоками размером 64 Кбайт для данного жесткого диска (в паре с контроллером Adaptec 4800SAS) оказывается далеко не оптимальной в плане производительности, и предпочтение стоит отдавать блокам по 32 или 128 Кбайт, хотя потребление при этом и будет немного выше.

Аналогичный экстремум для блоков размером 64 Кбайт можно наблюдать для этого диска и при записи: совершенно очевиден провал потребления и выпадение из общей тенденции в худшую сторону по производительности в данной точке. В целом зависимость потребления от размера блока при записи значительно меньше, чем при чтении (да и само потребление в целом меньше), поскольку при записи эффективно работает кэширование отложенных операций (write-back). На записи видна и другая тенденция - для блоков размером 32-128 Кбайт потребление действительно меньше, и оно снова возрастает при дельнейшем росте размера блока до 1 Мбайт.

Western Digital Caviar RE2 WD4000YR
Чтение
Размер блока чтения, байт Ток от +5В Ток от +12В Суммарная мощность, Вт IOps MBps Среднее время доступа, мс
512B 710 660 11,416 74,69 0,03647 13,39
1K 710 660 11,416 74,12 0,07245 13,48
2K 710 660 11,416 74,43 0,14536 13,44
4K 710 660 11,416 74,29 0,2902 13,46
8K 710 660 11,416 73,59 0,5749 13,59
16K 720 660 11,465 72,81 1,1376 13,73
32K 720 650 11,346 70,71 2,2097 14,14
64K 730 640 11,275 68,29 4,2687 14,64
128K 740 630 11,205 63,24 7,9056 15,81
256K 760 590 10,826 52,94 13,235 18,88
512K 780 550 10,446 42,39 21,193 23,59
1M 800 510 10,066 30,03 30,025 33,3
Запись
Размер блока записи, байт Ток от +5В Ток от +12В Суммарная мощность, Вт IOps MBps Среднее время доступа, мс
512B 640 520 9,405 137,17 0,06698 7,289
1K 640 520 9,405 135,32 0,13215 7,389
2K 640 520 9,405 135,67 0,265 7,37
4K 640 520 9,405 134,72 0,526 7,42
8K 640 510 9,286 133,02 1,039 7,52
16K 650 510 9,335 128,89 2,014 7,76
32K 660 500 9,264 123,07 3,85 8,12
64K 680 490 9,242 119,15 7,45 8,39
128K 710 480 9,269 105,5 13,12 9,48
256K 750 480 9,464 78,32 19,58 12,77
512K 740 520 9,893 36,49 18,24 27,4
1M 800 500 9,946 27,36 27,36 36,54
idle 640 400 7,971

Для жесткого диска WD4000YR тенденции немного другие. При случайном чтении мы наблюдаем абсолютный максимум энергопотребления при размере блока 16 Кбайт (хотя видимых аномалий в производительности при этом нет). То есть в данном случае именно некоторое повышение среднего тока чтения дает свой вклад, тогда как замедление поиска из-за роста размера блока еще не начало сказываться. При записи ситуаций еще необычнее. Минимум потребления есть на блоках среднего размера (выраженные минимумы - при 8 и 64 Кбайт; или можно сказать, что на фоне общего снижения потребления на блоках от 8 до 128 Кбайт наблюдается максимум на тех же 16 Кбайт, что и при чтении). А при блоках 256 Кбайт и больше потребление резко повышается, несмотря на то, что скорость доступа резко падает. И это уже связано со значительным замедлением поиска притом, что ток записи в это же время намного выше.

Заключение

Изучение энергопотребления и тепловыделения жестких дисков путем измерения токов по шинам питания +5 и +12В в различных режимах работы дает возможность получить дополнительную информацию о свойствах накопителей, полезную как для общего понимания, так и для практического применения. В заключение нашего исследования энергопотребления представителей практически всех серий современных винчестеров Enterprise-сегмента остается сказать, что:

1. 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 данным непосредственных измерений в реальных задачах.

2. В enterprise-сегменте существуют три основные категории накопителей на жестких дисках, которые различаются по скорости вращения шпинделя (15000, 10000 и 7200 об./мин.). И хотя в энергопотреблении и тепловыделении тенденция зависимости от скорости вращения тоже прослеживается, она далеко не такая выраженная, как, скажем, по среднему времени доступа или некоторым другим параметрам быстродействия. Оказывается, что ряд даже самых быстрых моделей дисков обладает потреблением на уровне накопителей более медленной категории, и наоборот. А в рамках одной категории потребление накопителей может различаться порой в полтора и даже более раза.

3. И это безусловно нужно учитывать при проектировании профессиональных систем хранения данных - если с накопителями одного производителя может оказаться вполне достаточным использовать пассивной охлаждение дисков, то с их «классовыми» аналогами от другого производителя может потребоваться активное охлаждение, и наоборот.

4. Более того, некоторые современные высокопроизводительные SCSI-диски очень «гуманны» в плане тепловыделения, соревнуясь в этом даже с настольными SATA-дисками. А миниатюрный Seagate Savvio 10K.1 вообще оказался самым экономичным из высокопроизводительных накопителей, опередив все ATA-диски форм-фактора 3,5 дюйма, хотя и по производительности он ведет себя очень достойно

5. В определенных случаях следует уделять особое внимание обеспечению надлежащей нагрузочной способности блока питания во время старта жестких дисков - это касается даже некоторых современных SATA-моделей (например, от Seagate), и особенно - их массивов. Максимальный пусковой ток дисков, как оказывается, практически не коррелирует со скоростью вращения шпинделя, поскольку производители иногда применяют специальные схемы его (тока) ограничения. И некоторые SATA-модели на 7200 об./мин. могут оказаться вдвое более жадными до тока раскрутки, чем их более быстро вращающиеся SCSI-собратья того же производителя.

6. Появление последовательного интерфейса Serial Attached SCSI (SAS) выводит на новый уровень энергопотребление контроллеров от шины питания +5В. К сожалению, изменения произошли не в лучшую сторону, поскольку те же диски с интерфейсом SAS потребляют по +5В значительно (от 1 до 3 ватт) больше энергии, чем их аналоги с традиционным параллельным интерфейсом SCSI. Фактически, это плата всего за несколько трехгигабодных буферов (приемопередатчиков) последовательного интерфейса. И очевидно, что с дальнейшим повышением скорости передачи данных по шине в будущих поколениях этого интерфейса ситуация будет только усугубляться, поскольку чтение и запись тоже будут требовать все больших токов (ввиду возрастания внутренней скорости передачи данных с пластины). Тогда как потребление «по механике» от +12В, скорее всего, будет немного падать или оставаться на прежнем уровне.

7. В этих условиях вызывает интерес зависимость энергопотребления накопителей от характера их обращений к данным на пластине и, в частности, от размера блока данных при случайном характере доступа, более типичном именно для профессиональных применений винчестеров. При росте размера блока данных чтения или записи может наблюдаться экстремум по энергопотреблению, причем, как максимум, так и минимум. Это было бы не лишним учитывать при эксплуатации таких дисков, подбирая системам хранения данных оптимальные условия работы с учетом производительности и тепловыделения.

Напоследок хочется отметить, что нами уже накоплен немалый опыт оценки энергопотребления и тепловыделения жестких дисков самых разных категорий. И если в нашей методике тестирования дисков для ноутбуков эти вопросы уже давно прописаны на регулярной основе, то при тестированиях очередных новинок сегментов Desktop и Enterprise они пока отсутствуют, хотя в грядущей (обновленной) методике тестов таких винчестеров мы наверняка будем привлекать измерения энергопотребления по уже отлаженной или немного усовершенствованной схеме.

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?..

Загрузка...

Возможно вам будет интересно:

Базовые элементы монтажа в Vegas Pro Вставка шаблонных титров
Вопрос

Базовые элементы монтажа в Vegas Pro Вставка шаблонных титров

Всем привет! Сегодня мы перейдем с вами к видеомонтажу. И первым делом мне хотелось бы дать вам подробную инструкцию, как пользоваться сони вегас про 13, даже если вы начинающий пользователь. На сегодняшний день эта программа является одной из лучших. Ко

Как создать, установить и поменять тему на андроид Как создать лаунчер на все телефоны
Вопрос

Как создать, установить и поменять тему на андроид Как создать лаунчер на все телефоны

Для организации и взаимодействия с приложениями на Android используются лаунчеры. Которые обычно состоят из серии домашних экранов, где мы можем организовать ярлыки приложений, виджеты и так далее. Каждый телефон поставляется с лаунчером, но не все лаунче

Где и в каком виде хранится информация
Вопрос

Где и в каком виде хранится информация

Откройте окно с задачей "Мой компьютер ". Если значки в окне мелкие, то измените их на крупные. Конечно, с помощью Правила Внешнего вида!Окно задачи будет выглядеть приблизительно так, как на рисунке:В данном примере значки (C:), (D:) и (E:) обозначают ло

Реклама