Zares trd(n)i diski

Objavljeno: 31.3.2009 | Avtor: Matjaž Jeruc | Kategorija: Veliki preizkusi | Revija: April 2009

Razvoju pogonov (diskov) SSD je iz dneva v dan teže slediti; izdelovalci z veliko hitrostjo pošiljajo na trg vedno nove in nove izdelke z izboljšano tehnologijo. Odločili smo se za trenutek ustaviti čas in razkriti izvore, zgradbo ter pokukati v prihodnost skladišč podatkov brez gibljivih delov.

Sama zamisel o pogonih s tako imenovano tehnologijo "solid state physics" (fizika trdnega stanja) sega že v 40. leta prejšnjega stoletja, v čas računalnikov iz elektronk in relejev. Poskuse s pomnilniki SSD, ki so temeljili na železu ali njegovih spojinah, so dokaj hitro opustili ob popularizaciji magnetno-bobnastega pomnilnika (ki je s svojo diskovno zasnovo predhodnik modernega magnetnega pogona). Za prvi pravi pogon SSD pa štejemo napravo, ki jo je leta 1978 razvilo nekaj nekdanjih IBMovih inženirjev, združenih v podjetju StorageTek. Visoko raven priljubljenosti so pogoni SSD uživali predvsem zato, ker so bili magnetni pogoni nesramno dragi, diskete in disketne enote pa zelo počasne.

Leta 1995, ko je podjetje M-Systems razvilo prvi SSD na osnovi tehnologije flash, je bila slika že diametralno nasprotna: magnetno-diskovni pogoni so prevladovali, SSDji pa so uspevali v vojaški in aeronavtični industriji (zaradi odpornosti za sunke, vibracije in temperaturne razlike). Trenutno smo v dobi vnovičnega razcveta tehnologije SSD, saj so magnetno-diskovni pogoni, kot vse kaže, dosegli skrajni rob zmogljivosti vrtenja in miniaturizacije, pomnilniki flash pa se še kar naprej cenijo in so vedno hitrejši.

Kako delujejo

Nobeno naključje ni, da med izdelovalci pogonov SSD prevladujejo podjetja, ki izdelujejo pomnilnike flash in RAM. Večina podjetij pogone SSD sestavlja iz flash pomnilnika NAND, ki ohrani podatke tudi brez napajanja, in pomnilnika DRAM ("dynamic random access memory"), ki večinoma rabi kot predpomnilnik, čeprav ga lahko z dodatnim napajanjem (baterijo) uporabimo tudi samostojno. Flash tehnologija NAND, ki jo je pred dvajsetimi leti razvila Toshiba, shranjuje podatke v vrsto pomnilnih celic. Glede na to, koliko bitov lahko posamezna pomnilna celica shrani, ločimo tako imenovane SLC in MLC enote (več o tem v okviru).

Hitrostne zmogljivosti pogona SSD lahko povečamo z vzporedno vezavo več čipov NAND, ki tako delujejo bistveno hitreje od enega samega. Predvsem Intel pa je z vključevanjem RAIDu podobne tehnologije v strukturo samega pogona SSD zadnje generacije dosegel hitrosti branja in pisanja na samem robu zmogljivosti vmesnika SATA (okrog 250 MB/s). Drugi izdelovalci mu pospešeno sledijo, tudi z rabo predpomnilnika DRAM.

Zlati Monitor

Pogon SSD zadnje generacije, ki je nastal v skupnem sodelovanju Kingstona in Intela, Kingston Intel SSD SNM125-S2 80 GB, je daleč najhitrejši pogon, kar smo ga imeli kdaj priložnost preizkušati. Hitrosti zaporednega branja se povsem približajo robu zmogljivosti vmesnika SATA II, naključno branje pa je za vsaj 40 MB/s hitrejše od konkurentov druge znamke. Najvidnejši napredek nove generacije SSDjev je izboljšana tehnologija SSDnow!, ki podatke zapisuje zaporedno in naključno s praktično enako hitrostjo, HD Tune pa je pri povprečnem iskalnem času izpisal ničlo!

V praksi se pogon izkaže še bolje. Na povsem povprečnem računalniku smo Okna XP Professional SP3 naložili v vsega 17 minutah (s pogona DVD!), namestitev vseh programov in popravkov pa je bila končana v slabi uri in pol. Rezultati zagona Oken so izjemni, delo na računalniku s tem diskom pa je prava "milina". Menuji v Oknih se odpirajo hkrati s klikom, škrabljanje diska ob zagonu firefoxa je pozabljeno, kopiranje podatkov je izredno hitro in še bi lahko naštevali.

Cena je edini pravi minus tega pogona, četudi uporablja flash pomnilnik vrste MLC. Najboljše in seveda najdražje je Intel rezerviral za svojo serijo Extreme, kjer je vse dobrote iz tega pogona združil še s tehnologijo SLC, a na žalost tudi močno navil ceno. Žal nam tega diska (še) ni uspelo preizkusiti.

Prednosti SSDjev

Pogoni SSD so znani prav po svoji hitrosti: zagon enote je hiter (beri: trenuten), ker nimajo gibljivih delov, ki bi jih bilo treba spraviti v gibanje; dostopni časi so silno kratki, saj nimajo premične bralne glave; iskalni časi so nadvse nizki, raven branja podatkov pa je vseskozi enakomerna. To pripomore npr. k hitrejšemu zagonu operacijskega sistema. Na nedavnem CeBitu je podjetje OCZ predstavilo prototip pogona SSD z zmogljivostjo 1 TB, ki je bil sposoben prek vmesnika PCI Express x8 prenašati podatke z zares vrtoglavo hitrostjo branja med 654 in 712 MB/s!

Pogoni so praktično neslišni, razen nekaterih visoko zmogljivih SSDjev, ki imajo vgrajene ventilatorje. Poraba energije je v primerjavi z magnetno-diskovnimi pogoni precej manjša, mehanske okvare so prava redkost, pogoni so sposobni preživeti nenadne sunke, močne vibracije in skrajne temperature (povprečni SSDji lahko nemoteno delujejo celo pri 70 stopinjah Celzija).

Nezanemarljiv vidik je tudi velikost in teža pogonov. Večina SSDjev je velikosti 2,5 palca, tiste z manjšo zmogljivostjo najdemo tudi v 1,8-palčni obliki. SSDji enake zmogljivosti kot primerljivi magnetno-diskovni pogoni za prenosnike so tudi precej lažji in s tem prispevajo k manjši skupni teži celotne naprave.

Tudi izdelovalci pogonov SSD za zanesljivost svojih izdelkov pogosto uporabljajo običajni MTBF ("mean time between failures" - vmesni čas med napakama). Napoved, ki pri nekaterih sega čez 2 milijona delovnih ur! Če že pride do napake pogona, je z vidika uporabnika bistveno manj kritična. Večina napak pri pogonih SSD se zgodi pri pisanju: ko odpove kaka pomnilna celica, pogon sam zazna napako in jo neha uporabljati, ne da bi uporabnik sploh vedel za to (odpoved se opazi šele pri zmanjšani zmogljivosti hranjenja podatkov). Večina napak pri magnetnih pogonih se, ravno nasprotno, zgodi pri branju, to pa večinoma pomeni tudi izgubo podatkov.

Slabosti

Poglavitna slabost SSDjev je visoka cena. Vsi pogoni, še posebej tisti zadnje generacije, vedno stanejo bistveno več kot magnetno-diskovni pogoni. Razmerje za en GB zmogljivosti je bilo pri tokrat preizkušenih pogonih od 1 : 16 pa vse do 1 : 50 v korist magnetnih pogonov. Razmerja pri zmogljivejših SLC SSDjih (uporabljenih v strežniškem svetu) pa se lahko povečajo tudi do 1 : 150!

Zmogljivost hranjenja podatkov (po domače: "velikost diska") je pri pogonih SSD še vedno nekoliko slabša, čeprav so izdelovalci že prikazali delujoče primerke pogonov z zmogljivostjo 1 TB. Za razliko od cene se prednost magnetnih pogonov v tem oziru hitro manjša.

Nekaj več težav imajo diski SSD tudi pri pisanju podatkov. Predvsem naključno pisanje je tudi nekaj preizkušenim pogonom predstavljalo velike težave (pogoni SSD hkrati brišejo precej velike skupke podatkov, od 0,5 do 1 MB, zato manjše datoteke upočasnijo naključno pisanje). Toda Intelovi pogoni s tehnologijo SSDnow! so z uporabo RAIDu podobnih tehnik ta problem že skoraj popolnoma odpravili.

Največji ugovor proti pogonom SSD je poleg visoke cene omejeno število ciklusov pisanja in branja. V povprečju naj bi se celice pri pogonih iztrošile nekje po 1000 ali 10.000 pisalno/brisalnih ciklusov, pri SLCjih pa po nekje 100.000 ciklusih. Izdelovalci se tej omejitvi MLC poskušajo izogniti s tako imenovano "wear leveling" tehnologijo, ki poskuša izravnati obrabo celic s tem, da enakomerno zapisuje po celotnem pogonu. Določeni izdelovalci celo priporočajo, da na pogonih SSD ne poganjamo defragmentacijskih programov, ker naj bi dodatno obrabljali celice. V laboratorijih podjetja Diskeeper se s tem ne strinjajo, saj se pogoni SSD na datotečnem sistemu NTFS ob vsakdanji rabi hitro "nasmetijo" in občutno izgubijo na hitrosti prenosa podatkov (več o tem v januarski številki).

V praksi se izkaže, da je ta obraba dandanes že praktično urbana legenda, saj večina izdelovalcev že za MLC SSDje zagotavlja, da bo pogon zdržal pet let pri zapisovanju od 50 do 100 GB na dan! Industrijski SSDji pa se tako ali tako ponašajo s tehnologijo, ki zagotavlja do 5 milijonov pisalno/brisalnih ciklusov.

+ :

Hiter dostop do podatka

Hitro branje in zapisovanje

Neslišni

Lahki

Zanesljivi

- :

Zelo dragi

Majhne zmogljivosti

Načeloma omejena trajnost

Počasno zapisovanje (pri starejših modelih)

Kaj smo preizkusili

Za tokratni preizkus smo se še posebej oborožili z zvrhano mero vztrajnosti in potrpežljivosti, vendar nam je kljub temu uspelo nabrati le pogone SDD petih izdelovalcev. Po brskanju po slovenskem spletu je resda kazalo precej bolje, vendar se izkaže, da ima kar nekaj prodajalcev in zastopnikov pogone SSD le na cenikih, dobavljivi pa so le po naročilu. Glede na njihovo ceno pravzaprav razumljivo. Pa tudi tisti, ki nekaj diskov SSD vendarle imajo pokazati (in morda celo prodati), se pri tem omejijo le na cenejše modele. To pomeni, da so večji modeli (250 GB) redkost, predvsem pa prav nobeden nima na zalogi takega ali drugačnega modela s tehnologijo SLC. Tu je seveda še posebej razlog cena. Po ceniku bi, recimo, za Super Talentov model MasterDrive PX 32GB med pisanjem članka odšteli kar 457 evrov. Za borih 32 GB!

Na preizkusu smo brez kančka dvoma ugotovili, da sta trenutno na področju pogonov SSD (vsaj pri nas) trenutno dva svetova. Intelov (in Kingstonov, ki pod svojim imenom prodaja Intelove diske) in svet vseh drugih. Tako zelo se hitrost delovanja prvih razlikuje od drugih. No, žal se enako razlikuje tudi cena.

Kingston in Intel

Intel SSD SA2MH080G1GN (X25-M)

Kaj: 2,5-palčni disk SSD, 80 GB.

Izdeluje: www.intel.com.

Prodaja: www.elkotex.si, www.asbis.si.

Cena: 447 EUR.

Za: Hitrost branja.

Proti: Cena, nekoliko počasnejše pisanje.

Kingston Intel SSD SNM125-S2 80GB

Kaj: 2,5-palčni disk SSD, 80 GB.

Izdeluje: www.kingston.com.

Prodaja: www.avtera.si.

Cena: 512 EUR.

Za: Izjemna hitrost branja in pisanja, dostopni čas.

Proti: Cena, obremenitev procesorja.

Podjetji Kingston in Intel sta leta 2008 združili moči tudi pri izdelavi pogonov SSD. Rezultat intenzivnega razvoja sta odlični seriji pogonov X25-M in X25-E z izboljšano tehnologijo SSDnow. Serija M temelji na tehnologiji NAND MLC in je namenjena vsakdanji rabi, serija E pa je namenjena strežniški rabi in vsebuje tehnologijo SLC.

Na preizkusu smo imeli dva modela X25-M. Intelov model se je izkazal za razvojni primerek, ki ni bil namenjen prodaji in nam ponuja svojevrsten pogled v razvoj končnega izdelka. Tehnologija SSDnow je namreč doživela korenite spremembe predvsem pri zapisovanju podatkov, saj se je hitrost pisanja v primerjavi s končnim Kingstonovim izdelkom podvojila. Intelova pogona sta v vseh pogledih močno odstopala od pogonov drugih izdelovalcev in le potrdila, da se je samosvoja pot obrestovala. Kingstonovemu pogonu SSD smo podelili tudi nagrado zlati Monitor, obrazložitev si lahko preberete v okvirčku.

OCZ Technology

OCZ Solid Series SSD2 SLD1 250GB

Kaj: 2,5-palčni disk SSD, 250 GB.

Izdeluje: www.ocztechnology.com.

Prodaja: www.izishop.net.

Cena: 705 EUR.

Za: Zmogljivost, priključek mini USB 2.0.

Proti: Počasno naključno pisanje.

OCZ Solid Series SSD2 SLD1 60GB

Kaj: 2,5-palčni disk SSD, 64 GB.

Izdeluje: www.ocztechnology.com.

Prodaja: www.izishop.net.

Cena: 204 EUR.

Za: Priključek Mini USB 2.0.

Proti: Napačno označevanje zmogljivosti.

OCZ svoje pogone SSD deli v tri kategorije: visoko zmogljive pogone serije Vertex, srednje zmogljive pogone serij Apex in Core ter "žepu prijazne" pogone serije Solid. Posebnost serij Core in Solid je vgradnja vmesnika mini USB 2.0, prek katerega se pogon SSD tudi napaja in tako v praksi demonstrira majhno porabo energije.

Na testu smo imeli dva pogona serije Solid in odrezala sta se povsem povprečno. Dodatno vrednost pogonu prinaša raba vmesnika mini USB 2.0, s katerim lahko SSD uporabljamo tudi kot zunanji prenosni pogon. Zmogljivejši SSD je v negativnem smislu odstopal pri slabih prenosih naključnega pisanja, pri modelu 64 GB pa je za dodatno zmedo poskrbel sam izdelovalec. Na embalaži oglašuje pogon kot 60 GB primerek, računalnik pa ga prepozna kot 64 GB model in tudi zmogljivost hrambe podatkov je povsem primerljiva z drugimi 64 GB modeli.

Pri OCZ tehnologijo svojih pogonov ljubosumno skrivajo in v nobenih specifikacijah ne omenjajo, ali so pogoni izdelani po tehnologiji MLC ali SLC. Glede na dosežke na preizkusu sumimo, da so pogoni tehnologije MLC, zmogljivejše različice pa uporabljajo izdatne količine predpomnilnika DRAM.

Patriot

Patriot WARP SATA SSD S2SN 64GB

Kaj: 2,5-palčni disk SSD, 64 GB.

Izdeluje: www.patriotmem.com.

Prodaja: www.izishop.net.

Cena: 226 EUR.

Za: Nizka obremenitev procesorja.

Proti: Najvišja cena med neposrednimi konkurenti.

Patriot WARP SATA SSD S2SN 32GB

Kaj: 2,5-palčni disk SSD, 32 GB.

Izdeluje: www.patriotmem.com.

Prodaja: www.izishop.net.

Cena: 122 EUR.

Za: Nizka obremenitev procesorja.

Proti: Počasno naključno pisanje.

Podjetje Patriot je znano predvsem po izdelavi pomnilniških kartic in pomnilnikov USB. Na trg SSD vstopa z drugo generacijo pogonov, ki med uporabniki povzročajo veliko nezadovoljstva s svojo neprepoznavnostjo. Na tujih forumih lahko beremo kritike uporabnikov, ki so plačali ceno za pogon druge generacije, dobili pa SSD, ki je bil po videzu druge generacije, v resnici pa ni izpolnjeval obljub o hitrosti prenosa. V praksi se je izkazalo, da so si pogoni po zunanjosti med seboj tako podobni, da so spretni trgovci to izkoristili v svojo korist in prodajali staro tehnologijo za novo. Patriot se je iz tega marsikaj naučil in tako kot pogon tretje generacije ponuja le 256 GB različico.

Na preizkusu smo imeli Warp pogona druge generacije (potrjeno), ki sta žal izstopala z najvišjo ceno med primerljivimi modeli in počasnim naključnim pisanjem. Patriot podobno kot OCZ pri vseh svojih pogonih skriva tehnologijo, glede na zelo podobne dosežke pa lahko tudi tu naredimo podobne sklepe: izdeluje pretežno pogone tipa MLC, ki jim izdatno pomaga predpomnilnik.

SLC proti MLC

Multi-level cell (večnivojska celica) pomnilnik flash zmore v eno celico ob pomoči različnih nivojev električnega naboja zapisati več kot en bit podatkov, najpogosteje dva bita na celico. Pogoni SSD s tehnologijo MLC so zaradi gostejšega zapisa podatkov cenejši, a pogosteje podvrženi napakam pri prenosu (BER - bit error ratio), ki jih izdelovalci uspešno rešujejo z različnimi algoritmi za odpravo napak.

Single-level cell ali pomnilnik SLC shrani po en bit podatkov na celico in s tem zagotavlja hitrejše prenose, manjšo porabo energije in daljšo življenjsko dobo celic. Zaradi višje cene se je tehnologija SLC uveljavila predvsem v visoko zmogljivih pogonih, namenjenih zahtevni strežniški rabi. Pojavljajo pa se tudi že prvi pogoni, ki gredo v večjo varnost in višjo ceno s tem, da po en bit podatkov vpisujejo v dve celici.

Super Talent

Super Talent MasterDrive LX 64 GB (FTM GO25H)

Kaj: 2,5-palčni disk SSD, 64 GB.

Izdeluje: www.supertalent.com.

Prodaja: www.mlacom.si.

Cena: 152 EUR.

Za: Dodatni napajalni priključek "molex" 31/2 (kot pri 3,5-palčnih disketnikih).

Proti: Nizke hitrosti branja in pisanja.

Super Talent MasterDrive OX 64 GB (FTM GL25H)

Kaj: 2,5-palčni disk SSD, 64 GB.

Izdeluje: www.supertalent.com.

Prodaja: www.mlacom.si.

Cena: 186 EUR.

Za: Najnižja cena med neposrednimi konkurenti.

Proti: Počasno naključno pisanje.

Kalifornijsko podjetje Super Talent ima med vsemi izdelovalci na tokratnem testu največjo ponudbo najrazličnejših pogonov SSD. Razdeljeni so v tri kategorije, ki jih podjetje označuje z oznakami UltraDrive, MasterDrive in DuraDrive. Vsaka serija ima še celo vrsto podkategorij, v katerih je cela plejada pogonov različnih kombinacij tehnologije NAND SLC in MLC, vmesnikov SATA in IDE, zmogljivosti od 32 pa vse do 256 GB.

Če smo pri Patriotovih izdelkih omenili zmedo, se ta v Super Talentovem primeru le še stopnjuje. Pogoni so si podobni kot jajce jajcu, razlika se opazi le pri zelo natančnem branju oznak. Na preizkusu smo imeli dva pogona, oba z zmogljivostjo 64 GB, ki pa sta dosegla zelo različne rezultate, saj sta različnih razvojnih generacij. Slabši se računalniku predstavi celo kot Toshibin izdelek in je, gledano v celoti, najslabši pogon SSD na tokratnem preizkusu, kljub ugodni ceni. Na starejše poreklo pogona opozori tudi dodatni napajalni priključek "molex" 31/2, ki je na smetišče računalniške zgodovine romal skupaj z disketnimi pogoni.

Kako smo preizkušali

Program IOmeter, s katerim smo merili hitrost delovanja diskov.

Vse SSD in magnetne pogone smo preizkušali na testnem računalniku s procesorjem Intel Core 2 Duo E6550 hitrosti 2,33 GHz, Foxconn matično ploščo, ki temelji na čipovju Intel G33 in dvema GB delovnega pomnilnika.

Pogone smo najprej preizkusili v programu IOMeter, kjer smo merili hitrosti 64 KB zaporednega in naključnega pisanja ter branja. Preizkus smo opravili z dvema navideznima uporabnikoma (t. i. worker, kot ga označuje IOmeter) in se s tem še najbolj približali vsakdanji večnitni rabi povprečnega uporabnika. Vsak preizkus branja in pisanja je trajal po dve minuti, celoten postopek pa smo ponovili vsaj dvakrat.

HD Tune: Meritev hitrosti prenosa pri Kingstonu, OCZju in navadnem disku

Sledila je meritev povprečnega dostopnega časa in obremenitve procesorja. Pomagali smo si s programom HD Tune podjetja EFD Software, ki izdela tudi zelo nazorne grafikone meritev. Tudi tokrat smo preizkuse na pogonih ponovili vsaj dvakrat.

Za konec smo si zamislili še praktični preizkus. Merili smo hitrost zagona Oken XP Professional s paketom popravkov SP3 na vsakem izmed pogonov. Pod osnovni zagon Oken smo si zamislili zgolj naložena Okna z gonilniki za vse naprave in nujnimi popravki, pri polnem zagonu Oken pa smo dodatno naložili še paket najpogosteje uporabljanih programov, ki najdejo svoj prostor v skorajda vsakem računalniku (protivirusni program, paket Office, program za stiskanje podatkov, Adobe Reader, video predvajalnik ipd. - glej sliko). Merili smo zgolj čas nalaganja Oken; čas potreben za zagon BIOSa računalnika smo odšteli, saj lahko od računalnika do računalnika precej razlikuje.

Kaj pa magnetni diski?

Na preizkus smo uvrstili tudi štiri "prave" diske podjetja Western Digital, da bi dobili jasno primerjavo razlik med tehnologijama. "Klasične" pogone sta tokrat zastopala dva diska 750 GB Caviar (varčnejši in hitrejša izvedenka), hitrostni rekorder med magnetneži Velociraptor 300 GB in prenosniški (2,5-palčni) Scorpio Black 320 GB.

Pri preizkusu hitrosti zagona Oken smo v računalnik dodatno namestili paket najbolj uporabljanih programov.

Z dobljenimi rezultati smo zgolj potrdili vse zgoraj navedene prednosti in slabosti pogonov SSD. WDjevi pogoni so lahko dokaj konkurenčni pri zaporednem branju in pisanju, pri naključnem prenosu podatkov pa jim ne uspe dohiteti pogonov SSD. Tudi dostopni časi so bistveno slabši, vse seveda zaradi gibljive glave, ki se ne zmore dovolj hitro premikati. Magnetnim pogonom ostaja v tolažbo cena, ki je pogonom SSD nedosegljiva, in kratkoročno tudi zmogljivost hranjenja podatkov (terabajti ...), kjer se razmere počasi izenačujejo.

Tehnologija flash je v razcvetu in pričakovati je, da bo v nekaj letih s tako intenzivnim razvojem dohitela in verjetno tudi prehitela magnetno-diskovne pogone. Navsezadnje je v industriji prenosnih naprav in nenehne miniaturizacije našla specifično tržno nišo, kjer klasični diski ne morejo tekmovati. Verjetno pa ni daleč dan, ko bodo prevladovali pogoni SSD. Dokler se razvoj spet ne obrne v nepredvideno smer ...

Tabela z rezultati

Naroči se na redna tedenska ali mesečna obvestila o novih prispevkih na naši spletni strani!
Prijava

ph

Komentirajo lahko le prijavljeni uporabniki