Smart Response против Optane Memory: вспоминаем «старую» технологию кэширования... и благополучно забываем о ней навсегда05.07.2018 14:00

Методика тестирования накопителей образца 2018 года

Технологии кэширования Intel Optane Memory мы посвятили уже достаточно много материалов, в последнем из которых установили, что она небесполезна и для ускорения «несистемного» винчестера. Кроме того, после появления кэширующих модулей большого (по сравнению со «стартовыми» прошлогодними 16 и 32 ГБ) размера, в качестве которых можно использовать и SSD серии 800Р, выяснилось, что данная технология неплохо масштабируется вверх. И то, и другое делает ее более интересной на практике, чем казалось изначально — во всяком случае, при приобретении нового недорогого компьютера. Во-первых, производительность «оптанизированной» дисковой системы окажется более высокой, нежели при использовании только механики — это было известно сразу. Но к этому добавилось «во-вторых»: если позднее будет решено добавить в компьютер отдельный твердотельный накопитель для системы и приложений, то вложения в кэширующий модуль не пропадут — его можно будет по-прежнему использовать для ускорения винчестера. И «в-третьих»: кроме такого «стандартного» варианта модернизации, появляется и альтернативный — по мере снижения цен на накопители «оптанового семейства» можно будет заменить стартовый кэширующий модуль, приобретя модель большей емкости и продолжая использовать данную технологию. Зачем вообще менять? Дело в том, что чем больше кэш, тем больше вероятность нахождения именно в нем «нужных» данных. И при этом сохранится преимущество кэширования перед парой независимых накопителей: «ненужные» (точнее, редко востребованные) файлы можно продолжать хранить на более дешевом винчестере. Таким образом, постепенно «горячие» и «холодные» данные будут рассортированы по устройствам автоматически и правильным образом.

С другой стороны, как уже не раз было сказано, Optane Memory — далеко не единственная технология кэширования, существующая на рынке, причем даже в ассортименте Intel: компания долгое время поддерживала в части своих чипсетов технологию Smart Response. Ее в последнее время мы упоминали в основном в связи с Optane Memory, причем описывая достоинства новой технологии в сравнении с предыдущей. Однако есть определенные плюсы и у Smart Response: например, меньшая требовательность к оборудованию и ПО. Optane Memory в обязательном порядке требует использования того, что заложено в ее названии, тогда как Smart Response обойдется любым SSD. Первое время в случае Smart Response речь шла только об устройствах с SATA-интерфейсом, поскольку никаких других на рынке массово и не было, но некоторое время назад была реализована и поддержка PCIe. В итоге тот же модуль Optane Memory на 16/32/64 ГБ можно использовать и в таком качестве. Причем, если «по прямому назначению» он может работать только под управлением Windows 10, то Smart Response совместима с любыми ОС, начиная с Windows Vista (соответственно, и с популярной до сих пор Windows 7 тоже). Кроме того, для Optane Memory требуется процессор Core «седьмого» или «восьмого» поколения и плата на чипсете «двухсотой» или «трехсотой» серии (причем за исключением самого дешевого Н310), что ограничивает применимость этой технологии только новыми системами. Поддержка Smart Response тоже всегда была ограничена старшими чипсетами в линейках (за что Intel регулярно «пинали»), однако этих «старших» на руках уже накопилась масса: началось все с одного Z77, но каждый год добавлялось по два-три подходящих чипсета, так что общее их количество уже превысило десяток. При этом SSD емкостью до 64 ГБ (столько Smart Response поддерживает максимально) давно уже стоят копейки, поскольку многие от них избавляются, переходя на бо́льшие по емкости. Но ведь можно не избавляться, а просто возложить на «старый» накопитель задачу кэширования винчестера.

Вопрос применимости Smart Response для «несистемных» винчестеров мы исследовали еще пять лет назад и пришли к выводу, что в таковом качестве эта технология может оказаться даже вредной. Однако за прошедшие годы что-то могло измениться, тем более что тогда мы ограничились, можно сказать, «минимальным вариантом»: не слишком быстрым SSD емкостью 32 ГБ, да еще и с интерфейсом SATA300. Сейчас же в качестве кэша можно использовать даже модули Optane Memory, что позволяет сравнить обе технологии кэширования непосредственно. А это само по себе очень интересно и полезно.

Участники тестирования

Как и в предыдущей статье основным «рабочим телом» нам послужит ноутбучный винчестер WD Blue WD10JPVX, а ускорять мы его будем по-разному. Во-первых, сохранившимся в закромах родины SSD AData Premier Pro SP300, который мы использовали в «базовом исследовании» Smart Response пять лет назад. Как уже сказано, это, по сути, минимальный вариант: накопитель емкостью 32 ГБ на контроллере LSI SandForce SF-2141, поддерживающем только интерфейс SATA300. Поэтому к нему мы добавили не слишком новый, но заметно более быстрый Corsair Neutron GTX 240 ГБ. Впрочем, полную его емкость для Smart Response использовать невозможно, но она может пригодиться для работы внутренних схем выравнивания нагрузки, поскольку хост-система будет работать с «разными» 64 ГБ. С другой стороны, понятно, что заполучив где-то устройство на 240 ГБ, большинство будет использовать его как системный накопитель, но нам был интересен примерный максимум для технологии, если ограничиваться рамками SATA600. Производительность твердотельных накопителей сама по себе достигла его примерно в те годы; некоторые новые модели могут быть даже медленнее «старичка». Но как это скажется в кэширующих сценариях — интересно проверить.

Тем более, что сейчас уже не обязательно ограничиваться SATA — как уже сказано, Smart Response способна работать и с накопителями, рассчитанными на интерфейс PCIe и протокол NVMe. В качестве таковых мы взяли модуль Optane Memory на 32 ГБ и Optane SSD 800P 58 ГБ — последний фактически лучшее, с чем может вообще встретиться данная технология, да и емкость практически соответствует ее ограничениям.

Что касается накопителей по 32 ГБ, то для них мы использовали только режим Enhanced, принятый по умолчанию, а для максимальной емкости — и Enhanced, и Maximized. Различаются они подходом к записи данных: в первом режиме она осуществляется непосредственно на винчестер (как и без кэширования), а во втором — сначала все записывается в кэш, а потом уже из него копируется на винчестер. В идеале — в моменты простоя, хотя при интенсивных дисковых операциях и ограниченной емкости кэша таких не всегда получится «дождаться». Это еще один недостаток Smart Response, всегда предполагающей хранение данных именно на винчестере — Optane Memory позволяет для обработки «горячих» данных его вообще не задействовать, ограничиваясь только кэширующим модулем.

А сравнивать производительность мы будем как с «голым» WD Blue WD10JPVX, так и с гибридным Seagate FireCuda ST2000LX001. И, разумеется, нам никак не обойтись без результатов связки из WD10JPVX и 800Р 58 ГБ, но в режиме Optane Memory, благо аппаратно мы такую все равно используем, а вот особенности программной реализации разных режимов работы с ней как раз и любопытны.

Методика тестирования

Методика подробно описана в отдельной статье. Там можно познакомиться с используемым аппаратным и программным обеспечением. Единственное, что нам пришлось в очередной раз сделать — переключить режим работы дискового контроллера и установить Intel RST, хотя на самом деле это потребовалось еще для тестирования массива RAID0 из Optane SSD 800P.

Поскольку сегодняшнее тестирование достаточно специфично, мы не стали заносить результаты тестов в общую таблицу: они доступны в отдельном файле в формате Microsoft Excel. Так что желающие покопаться в цифрах (тем более, что не все они попадают на диаграммы) могут скачать его и удовлетворить любопытство. Заодно там же можно найти и результаты из предыдущего материала, посвященного Optane Memory.

Производительность в приложениях

С точки зрения этого теста, Smart Response по-прежнему можно считать достаточно эффективной технологией — во всяком случае, результаты получаются более высокими, чем демонстрирует гибридный винчестер. Но не менее очевидно, что хорошей масштабируемостью технология не отличается — в режиме Enhanced мы получили лишь 5% разницы между самым медленным (SSD емкостью 32 ГБ на старом контроллере с поддержкой только SATA300) и самым быстрым (Optane 800P 58 ГБ) вариантами. Режим Maximized позволяет производительность увеличить, но, опять же, не слишком зависит от характеристик кэша. И, что тоже показательно — несмотря на то, что в этом режиме и запись осуществляется исключительно в кэш (а только потом уже на винчестер), один и тот же 800Р позволяет получить больше в режиме Optane Memory, нежели при работе Smart Response.

Особенно радикально это проявляется с точки зрения низкоуровневого балла: для оптанизированного винчестера он превышает показатели большинства твердотельных накопителей, а вот Smart Response позволяет лишь догнать самые медленные из них. В лучшем случае — несмотря на то, что в данном случае кэшируются и операции записи (с соответствующим побочным эффектом в виде повышенного износа) и при использовании одного из самых быстрых твердотельных накопителей. Режим же Enhanced конкурентоспособен только в сравнении с «чистым» или гибридным винчестером. В принципе, и это когда-то было неплохо —, но уже маловато.

Предыдущая версия пакета более благосклонна к использованию Optane SSD 800P для Smart Response в режиме Maximized, но объясняется это тем, что она генерирует меньшую нагрузку — соответственно, тесты успевают выполниться до необходимости записывать данные на винчестер. Режим же Enhanced при любом раскладе воображение не поражает — по сути, в нем производительность даже немного ниже, чем у гибридного винчестера. Отметим — несмотря на существенно больший размер кэша: сходная идеология дает и сходную производительность. Optane Memory работает совсем по-другому, что заметно даже невооруженным глазом.

Последовательные операции

Если низкоуровневые тесты в случае оптанизированного винчестера работают предсказуемым образом, то Smart Response стабильностью результатов не отличается. Впрочем, поскольку CDM читает «свежезаписанные» данные, иногда его удается существенно ускорить — при использовании накопителей с интерфейсом PCIe. При этом хорошо заметно, что создавать копию данных в кэше система пытается и в режиме Enhanced, но общий прирост производительности в нем ниже, чем в Maximized — где тестовые данные всегда записываются на кэширующий накопитель, а потом уже копируются на винчестер.

Но операции записи в режиме Enhanced не кэшируются вообще, а анализировать данные все равно приходится — в итоге производительность в таком простейшем сценарии оказывается в разы ниже, чем обеспечивает сам винчестер безо всякого кэширования, либо только с «внутренней» реализацией последнего. Maximized позволяет поднять производительность, всегда «подсовывая» системе SSD вместо винчестера, хотя нормально срабатывает это лишь при небольшом (относительно) объеме данных.

Работа с большими файлами

При тестировании NASPT все тестовые данные изначально «лежат» на винчестере. В итоге, как видим, ни одна из технологий кэширования в работу операций чтения не вмешивается, что сильно отличает картину от низкоуровневых утилит. Зато ближе к практике.

С записью же положение дел плачевное — снижение производительности наблюдается и в режиме Enhanced, которому в такие сценарии вмешиваться не положено. А на деле выходит, что поступающие данные приходится анализировать на вопрос целесообразности помещения их копии в кэш, что замедляет процесс. Но немного замедляет его и режим Maximized, поскольку все поступившую информацию в обязательном порядке приходится записывать и на винчестер тоже. Впрочем, в данном случае снижение производительности невелико, а в многопоточном режиме есть даже небольшой прирост производительности при использовании Optane 800P… только вот таковой может работать и как Optane Memory — с большей эффективностью.

Совсем плачевны результаты при одновременных операциях записи и чтения — проще уж сразу на винчестер и писать. В режиме Maximized, впрочем, ускорение есть, причем по тем же причинам, что и при работе Optane Memory — не обязательно «дергать» винчестер одновременными запросами. Только вот кэшировать все операции записи, постоянно стирая старые данные слишком плохая затея для накопителя на базе NAND-флэш, а для Optane есть и более эффективные сценарии использования.

Рейтинги

Как уже было сказано выше, при работе Smart Response результаты стабильностью не отличаются: тестовые файлы они создают непосредственно перед использованием, так что у части данных есть большие шансы попасть в кэш, только вот эта «часть» может от запуска к запуску меняться, поскольку технология работает на уровне секторов, но не анализирует собственно файлы. Но главные зависимости видны хорошо: в режиме Enhanced операции записи даже замедляются из-за накладных расходов на анализ данных, а в режиме Maximized лишь незначительно ускоряются, поскольку «отложенная запись» в конечном итоге все равно предполагает запись на винчестер. Кэширующий модуль Optane Memory с ней может не торопиться, отложив вытеснение данных до момента, когда потребуется свободное место в кэше, а Smart Response таких вольностей не предполагает.

В общем и целом, получаем примерно следующее: Smart Response в режиме Enhanced имеет эффективность, сопоставимую с «внутренней гибридизацией». Масштабируемость же ограничена: разница между лучшим и худшим случаем — менее двух раз, хотя старенький SSD на 32 ГБ и Optane SSD 800P различаются радикально. У Optane Memory, впрочем, разброс результатов пока сопоставимый, но, во-первых, даже младший модуль на 16 ГБ уже работает быстрее (да и предсказуемее), чем можно выжать из Smart Response в режиме по умолчанию на любом «железе», а во-вторых, этой технологии хотя бы есть куда расти дальше. Режим Maximized со своим «безусловным кэшированием» может быть и более быстрым, но для этого все равно придется использовать те же дорогие (на данный момент) накопители «оптановой» линейки, чем вряд ли кто-то будет заниматься на практике (тем более, что для них есть и несколько лучший сценарий использования). Для накопителей же на «обычном» флэше такой режим при любом раскладе не годится, поскольку перезаписей при этом будет слишком много.

Итого

Итак, основной проблемой технологии Smart Response остается то, что она практически бесполезна для «несистемного» накопителя, поскольку многие дисковые операции попросту замедляет. С другой стороны, при наличии в запасе маленького старого SSD на 30–60 ГБ (который уже «не жалко») его можно попробовать использовать в режиме Maximized, но неизвестно, сколько он так протянет. А если никакого «лишнего» твердотельного накопителя нет, то даже для модернизации старого компьютера, отвечающего требованиям Smart Response, связываться с этой технологией смысла нет — проще уж купить SSD «нормальной» емкости, оставив винчестерам только хранение всякой мультимедийной информации. При сборке же новой системы вспоминать о Smart Response смысла тем более нет. Optane Memory в этом случае может пригодиться для экономии на первом этапе, поскольку производительность увеличивается сильнее, а кэширующий модуль не станет бесполезным и при добавлении в будущем «большого» SSD. Впрочем, как нам кажется, на данный момент ситуация с ценами и к этой технологии кэширования не слишком благосклонна, хотя определенные перспективы у нее есть. А вот время Smart Response и ей подобных безвозвратно ушло, так и не успев по-настоящему наступить.

Полный текст статьи читайте на iXBT