Исследование влияния SATA контроллера на производительность SSD

Оглавление

• Вступление
• Участники тестирования
• Сводная таблица технических характеристик
• Тестовый стенд и методика тестирования
• Тестирование в классических бенчмарках
• Crystal Disk Mark
• AS SSD
• PCMark 7
• Intel NAS Performance Toolkit
• FC-test
• Тестирование в прикладных программах
• Практические сценарии
• Скорость установки программ
• Скорость загрузки программ
• Заключение

Вступление

После тестирования множества дисков SSD накопились фундаментальные вопросы, требующие ответов, а именно:

• Насколько велико падение производительности относительно номинала, если SATA контроллер на материнской плате не поддерживает SATA 6 Гбит/c? Возможно, пропускная способность второй версии этого интерфейса уравнивает все твердотельные накопители между собой? В отличие от компании AMD, которая еще в начале 2010 года выпустила южный мост SB850, поддерживающий шесть портов SATA 6 Гбит/с, Intel внедрила высокоскоростной стандарт на год позже и лишь в чипсетах для Sandy Bridge, и до сих пор лишь два порта из шести могут похвастаться скоростью 6 Гбит/сек. Наверняка владельцы систем с сокетами LGA 1366 и LGA 1156 переживали, что они не могут полноценно работать с современными SSD. Стоит проверить, так ли много они потеряли.


• Влияет ли на производительность режим работы SATA контроллера, AHCI и RAID? Теоретически они оба полноценно поддерживают SATA накопители (в отличие от IDE), а именно обеспечивают поддержку NCQ и TRIM. Но RAID вдобавок позволяет создавать массивы (правда, TRIM для такой конфигурации до сих пор поддерживается не полностью). Так является ли AHCI режим частным случаем RAID или же он обладает какими-то другими преимуществами?


• Будет ли прирост в скорости после обновления драйвера Intel Rapid Storage Technology (RST)? В случае с видеокартами все ждут от новой версии +100500% производительности в большом числе актуальных приложений. Может быть, и драйвер SATA контроллера даст некое ускорение?

Именно это и предстоит изучить в данном материале.

Участники тестирования

Работы и так получается много, поэтому участников всего два. Выбирались они как представители топовых и бюджетных SSD.

К первой категории относится OCZ Vector. Один из самых дорогих твердотельных накопителей потребительского класса в формате 2.5". По производительности с ним могут соперничать разве что Plextor M5 Pro и Samsung 840 Pro.

OCZ Agility 4 – один из самых доступных по цене SSD. Было бы интересно протестировать старенький и при этом всё еще актуальный Crucial M4, но его всё никак не удается получить. Agility 4 отличается от собратьев тем, что у него высокая скорость записи даже несжимаемых данных, но относительно низкая скорость чтения. В общем, приемлемый вариант для бюджетного SSD, не абсолютный low-end.

Не вижу смысла повторно расписывать все подробности об устройствах, их вы можете изучить по ссылкам, представленным выше. Перейдем к делу.

Сводная таблица технических характеристик

Тестовый стенд и методика тестирования

Тестовый стенд:

• Процессор: Intel Core i7-2600K, 4.8 ГГц (100 х 48);
• Система охлаждения: GELID Tranquillo Rev.2;
• Материнская плата: ASRock Z68 Extreme7 Gen3 (BIOS 1.30);
• Оперативная память: G.SKILL Ripjaws Z, F3-17000CL9Q-16GBZH (1866 МГц, 8-10-9-26 1N) 2x4 Гбайта;
• Диск: SSD OCZ Vertex 4, 128 Гбайт;
• Видеокарта: NVIDIA GeForce GTX 260, 896 Мбайт GDDR3;
• Блок питания: Hipro HP-D6301AW, 630 Вт.

Системное ПО:

• Операционная система: Windows 7 x64 SP1 Ultimate RUS;
• Обновления операционной системы: все на 08.03.2012, включая DirectX;
• Драйвер для видеокарты: NVIDIA GeForce 295.73 WHQL.

Методика тестирования

Глобальные настройки:

• В ОС не установлен никакой антивирус, способный влиять на результаты замеров, Windows Defender отключен.
• По той же причине отключены служба индексирования файлов, служба обновлений и плановая дефрагментация.
• Отключен Windows UAC, который делал невозможным работу некоторых тестовых программ.
• Отключены System Restore и гибернация – экономия места на диске.
• Отключен Superfetch.
• Файл подкачки – 1 Гбайт.
• Профиль электропитания – высокая производительность. Отключать диски – никогда.
• В момент снятия замеров не используются программы фонового мониторинга типа Crystal Disk info, HWMonitor, счетчиков perfmon и прочих.
• Кэш записи дисков включен (в диспетчере устройств в свойствах диска на вкладке «политика» поставлена галка «разрешить кэширование записей для этого устройства»). «Повышенная производительность» не активирована. Обычно диск по умолчанию настроен так, но все же нужно удостовериться.

Набор тестовых приложений следующий:

• Crystal Disk Mark 3.0.1 x64. Завоевавший популярность тест, который позволяет измерить скорость диска в восьми режимах: чтение и запись при последовательном доступе, в случайном режиме крупными блоками по 512 Кбайт, мелкими блоками по 4 Кбайта и те же 4-Кбайтные запросы при длине очереди к диску в 32 запроса (проверка эффективности работы NCQ и механизмов распараллеливания нагрузки). Использовались настройки по умолчанию, а именно трёхкратный прогон несжимаемых данных на участке 1000 Мбайт.


• AS SSD Benchmark 1.6.4237.30508. Бенчмарк, похожий на Crystal Disk Mark, но разработанный специально для SSD. Позволяет проводить дополнительные тесты, например, измерение скорости копирования и выявление зависимости от степени сжимаемости данных.


• PCMark 7 x64 1.0.4. Известный тестовый пакет Futuremark.


• Intel NAS Performance Toolkit 1.7.1. NASPT – очень мощный тест, сопоставимый по функционалу с IOMeter и разработанный прежде всего для тестирования сетевых накопителей. Вполне пригоден и для тестирования локальных дисков.


• FC-test 1.0 build 11. Программа работала над двумя NTFS разделами, представляющими собой всё доступное для форматирования пространство, разделенное пополам. Перед началом каждого замера компьютер перезагружался, весь процесс полностью автоматизирован.
  
  В качестве тестовых наборов использовались шаблоны Install (414 файлов общим объёмом 575 Мбайт), ISO (3 файла общим объёмом 1600 Мбайт) и Programs (8504 файла общим объёмом 1380 Мбайт). Для каждого набора измерялась скорость записи всего набора файлов на диск (тест Сreate), скорость чтения этих файлов с диска (Read), скорость копирования файлов внутри одного логического диска (Copy near) и скорость копирования на второй логический диск (Copy far). Агрессивное кэширование записи Windows искажает результаты в тесте Create, а два способа копирования на SSD ничем не отличаются, поэтому ограничусь обнародованием двух оставшихся результатов для каждого шаблона.


• WinRAR 4.11 x64. В этом и всех последующих тестах накопители были системными: эталонный образ Windows, включающий все необходимые программы и дистрибутивы, заливался с помощью Acronis True Image 12. Тестовым файлом служила заархивированная папка Windows 7. 83 000 файлов суммарным объемом 15 Гбайт были сжаты стандартным способом до 5.6 Гбайт. Измерение показало, что на скорость запаковки диски влияют минимально, поэтому для экономии времени тестировалась только распаковка в соседнюю папку.
• Microsoft Office 2010 Pro Plus. Измерялось время инсталляции из дистрибутива, представляющего собой ISO копию оригинального DVD, смонтированного в Daemon Tools.


• Photoshop CS5. Всеми любимый графический редактор инсталлировался из ISO образа, подключенного с помощью Daemon Tools. Устанавливались обе версии (x32 и x64) с английским интерфейсом и замерялось время установки. В качестве бенчмарка использовалась схема с этого специализированного форума, а именно – данный скрипт, создающий изображение 18661x18661 пикселей и выполняющий с ним несколько действий. Замерялось общее время выполнения без пауз между операциями. По-хорошему, для подобных вещей нужен громадный объем оперативной памяти, так что тест накопителей, по сути, сводится к проверке скорости работы с scratch-файлом и файлом подкачки Windows. Photoshop’у было дозволено занимать 90% памяти, остальные настройки оставались по умолчанию. На данной конфигурации scratch-файл получался объемом 15.2 Гбайт.


• SFC. System File Checker – консольная утилита Windows, проверяющая целостность системных файлов. Незаменимая вещь при восстановлении системы после вирусной атаки или сбоя диска. Процедура достаточно дискозависима, можно использовать как бенчмарк. Запускалась с ключом /scannow.


• CHKDSK. Стандартное приложение Windows для проверки файловой системы на ошибки. Безусловно, скорость работы зависит от возможностей диска. Запускалась на системном диске в загруженной ОС без дополнительных ключей.


• Загрузка Windows 7. Измерялись три отрезка времени: интервал с момента нажатия кнопки «Power» до появления логотипа Windows, время до появления рабочего стола Windows, и время до окончания загрузки приложений: в автозагрузке были расположены Word 2010, Excel 2010, Acrobat Reader X и Photoshop CS5, открывающие соответствующие файлы. Помимо этого, в фоновом режиме стартовали Daemon tools и Intel RST. Окончанием загрузки считалось появление фотографии в Photoshop, остальные приложения запускались раньше.


• Запуск программ. В уже загрузившейся ОС запускался bat файл, запускающий одновременно вышеупомянутые Word, Excel, Acrobat Reader и Photoshop с их документами, а также WinRAR, открывающий тестовый архив с Windows. Самая долгая операция – чтение файлов в архиве и подсчет их количества.


• Crysis Warhead. Популярный в прошлом шутер использовался для проверки скорости инсталляции и загрузки (с момента покидания рабочего стола до начала 3D сцены). Ранее выяснилось, что дискозависимость у этой игры одна из самых сильных, поэтому в качестве бенчмарка для накопителей она отлично подходит. Установка производилась из оригинального DVD, распакованного на системный диск в виде набора папок. Запуск осуществлялся через утилиту Crysis Benchmark Tool 1.05 со следующими настройками:
  
  – Quality Settings: Very High;
  – Display resolution: 1280 x 1024;
  – Global settings: 64 bit, DirectX 10;
  – AntiAliasing: no AA;
  – Loops: 1;
  – Map: ambush flythrough;
  – Time of Day: 9.


• StarCraft II: Wings of Liberty. Выход Heart Of The Swarm наверняка порадовал всех поклонников жанра, но для тестирования игра стала непригодной. Принудительное обновление умножило на ноль прошлые результаты измерений скорости загрузки. Vector уже был возвращен производителю, повторить тесты не было никакой возможности. Замерялось лишь время установки из дистрибутива версии 1.0.0.15405.

Тесты производились в порядке их перечисления на одних и тех же накопителях. Перед началом следующей серии выполнялась полная очистка SSD (Secure Erase средствами OCZ Toolbox).

• SATA контроллер работает в режиме RAID, драйвер Intel RST 11.1.0.1006, порт SATA 6 Гбит/с (используются полученные ранее результаты, вот уже год как конфигурация по умолчанию для моих статей).
• Всё то же самое, но порт SATA 3 Гбит/с.
• Всё как в первом случае, но контроллер в режиме AHCI.
• Режим RAID, порт SATA 6 Гбит/с, но драйвер версии 11.7.0.1013.

Тестирование в классических бенчмарках

Crystal Disk Mark

Для каждого участника выполнялось два прогона: несжимаемые данные и все нули.

Отклонения от теории в первом же тесте: Agility 4 в режиме AHCI на сжимаемых данных был такой же медленный, как и на случайных. Микросхема Everest 2 не использует компрессию, но на чтении разница между сжимаемыми и несжимаемыми данными очевидна. Кроме того, заметно падение при использовании нового драйвера.

Скорость записи у Agility 4 высокая, хотя до топового SSD не дотягивает. SATA-II уравнивает всех. Влияния драйверов и режимов работы контроллера не замечено.

На этот раз «выстрелил» новый драйвер вкупе с Agility 4, и это не опечатка: скорость оказалась даже выше, чем при последовательном чтении, причем только на несжимаемых данных. Аномалия.

Расстановка сил аналогична линейной записи.

Медленный SATA порт лишь немного замедляет участников. Разница между ними во всех случаях остается существенной.

А тут конкуренты «расплылись». Напомню, в данном случае особенности Vector и Agility 4 как готовых изделий не столь важны, они выступают как представители категорий «быстрый SSD» и «медленный SSD». В первую очередь нужно обращать внимание на отличия между ними в разных режимах тестирования. Если посмотреть внимательно, можно выделить SATA-II режим и новый драйвер, с которым соперники стали чуть медленнее обычного.

Алгоритмы упорядочивания и параллельной обработки запросов во всех случаях работают одинаково хорошо.

С кэшированием тоже всё в порядке.

AS SSD

Цирк с участием Agility 4 продолжается. Сомневаюсь, что переход на новый драйвер или переключение режима контроллера сможет удвоить скорость какого-либо другого накопителя. В Crystal Disk Mark такие числа не удавалось получить даже на сжимаемых данных. Vector идет ровно, логичное падение только на медленном интерфейсе.

Картина в точности такая же, как в Crystal Disk Mark.

На этот раз странности проявились у Vector. В AHCI режиме скорость упала до уровня SATA-II, а заметный прирост в скорости был получен лишь за счет новой версии драйвера. Фундаментальное утверждение, что производительность на случайном чтении слабо зависит от поколения SATA интерфейса, еще раз подтвердилось.

Неожиданное лидерство Agility в паре тестов.

Идеально ровные графики.

А здесь с новым RST Vector чуть замедлился, а Agility 4 – ускорился.

Долгое время доступа у асинхронной памяти Agility 4 не дает ему шансов.

На записи абсолютные значения очень малы, поэтому зависимость от скорости интерфейса ощущается острее.

Аномально высокие скорости линейного чтения в двух режимах слегка завысили общий балл Agility 4. В случае с Vector всё стабильно.

А на записи быстрый и медленный диски ведут себя почти одинаково. Думаю, если бы в качестве бюджетной модели использовался SSD на базе SandForce, картина была бы аналогична таковой во время чтения.

Средняя температура по больнице скрыла все нюансы.

Результаты Agility 4 в тестах копирования с трудом поддаются логике. В шаблонах ISO и Program однозначно лидировала «типовая» схема, а в Game новый драйвер буквально положил прочие конфигурации на лопатки. Vector каждый раз тоже менял поведение, но разброс значений был уже не такой большой.

PCMark 7

В PCMark 7 тяжело найти отличия между SSD вообще, куда уж там выявить разницу в условиях. Заметным остался только факт, что скоростной SSD, даже будучи подключенным к интерфейсу SATA 3 Гбит/с, оказывается быстрее, чем дешевый аналог на контроллере 6 Гбит/с.

Intel NAS Performance Toolkit

У Agility 4 графики скачут хаотично. В HD Video Playback and Record и Directory Copy To NAS наблюдается гигантский отрыв старой конфигурации, в некоторых других тестах лидирует AHCI режим, а кое-где – новый драйвер. Vector ведет себя стабильнее. В нескольких дисциплинах он снова обходит Agility 4 даже на SATA-II.

FC-test

Read

Чтение – слабая сторона Agility 4. Если не считать «тормоз» в лице SATA-II, ни один из режимов тестирования не позволил ему хоть как-то побороться с Vector.

Copy

Vector почему-то плохо перенес режим AHCI, Agility напротив развил в нем максимальную скорость. В режиме SATA-II разница между накопителями уже не двукратная, но всё еще заметная.

Тестирование в прикладных программах

Практические сценарии

WinRAR

В прикладном тесте разница между режимами работы контроллера и версиями драйверов ничтожна. Выделяется только медленный интерфейс. При этом замедление Vector в процентном соотношении относительно SATA 6 Гбит/с гораздо меньше, чем у Agility 4.

Photoshop CS5

Скорость записи у Agility 4 хорошая, отставание от лидера не так уж велико. Поведение участников в разных режимах одинаково.

CHKDSK

Похоже, время доступа на чтении оказалось решающим. Agility 4 этим совсем не блещет и никакие изменения в окружении не в силах ему помочь.

SFC

Разница мала, тем не менее, сразу видно, кто есть кто.

Скорость установки программ

Office 2010

В этой процессорозависимой задаче плохо показал себя новый драйвер. Разница оказалась больше, чем при переходе с одного SSD на другой.

Photoshop CS5

И снова RST 11.7 выступил не лучшим образом.

Crysis Warhead

По сути, это тест на линейное чтение и запись, в нем влияние интерфейса очень велико.

StarCraft II: Wings of Liberty

Vector в худшей своей ипостаси обходит все реинкарнации Agility 4.

Скорость загрузки программ

Windows

Первая (и последняя) уверенная победа AHCI режима над RAID. С ним BIOS загружается существенно быстрее. Кстати, если бы было подключено несколько накопителей, время загрузки в RAID режиме выросло бы еще на одну-две секунды, даже если массивы не используются.

Запуск пакета программ

У Agility 4 нет шансов. Возможно, бюджетный SSD с хорошей скоростью чтения дал бы другую картину.

Crysis Warhead

Еще немного и Agility 4 на SATA-II упал бы на уровень HDD. Удивительно, но на Vector медленный интерфейс практически не повлиял.

Заключение

Итак, ответы на три поставленных вопроса были получены.

• Медленный интерфейс существенно снижает скорость простых файловых операций, но по мере усложнения нагрузки на первое место выходят особенности самого накопителя. Во многих прикладных тестах Vector на SATA-II обошел Agility 4 на SATA 6 Гбит/с. Данный факт еще раз подтверждает низкую эффективность RAID из SSD – гигабайт в секунду на линейном доступе вы получите, но в практических задачах прирост относительно одиночного накопителя будет минимален.
  
  Отсюда следует, что, во-первых, производителям еще есть в чем совершенствовать твердотельные диски даже без перехода к SAS 12 Гбит/с и SATA Express. В первую очередь это должна быть высокая производительность случайного чтения малыми блоками на единичной очереди. Во-вторых, владельцы систем без поддержки SATA 6 Гбит/с могут приобретать быстродействующие SSD не только «на вырост». Конечно, их потенциал не раскроется полностью, но разница по сравнению с бюджетными накопителями всё равно будет.


• С AHCI и RAID были некоторые флуктуации, выявить однозначного лидера не удалось, в среднем они равны. Единственное, в режиме AHCI заметно быстрее проходит загрузка BIOS. Соответствующий опрос на форуме еще не собрал значимое число голосов, но если верить текущим результатам, три четверти опрошенных используют именно AHCI. Главное, не оставляйте IDE, его единственный плюс, пожалуй, только в возможности установить Windows XP без использования дискет с драйверами.


• Разные версии Intel RST также не смогли отличиться друг от друга по скорости, всё работает стабильно. На данный момент основная недоделка Intel в этой сфере – TRIM в RAID массивах. В ранних версиях драйверов были проблемы даже у одиночных дисков, затем была заявлена поддержка RAID-0, но другие конфигурации до сих пор ее лишены. Раздражают прикладные возможности драйвера, а именно ограничение на отправку электронной почты: уведомление по SMTP в случае сбоя может быть настроено только на чипсетах шестой серии и более новых. Сильно сомневаюсь, что дело в схемотехнике южных мостов. А плановой проверки целостности массива нет вообще нигде, только ручная. Хочется верить, что когда-нибудь это будет реализовано.