32-гигабайтный ускоритель жестких дисков

Использование в компьютерах адаптивных ускорителей Intel обеспечивает высокое быстродействие жестких дисков, приближая их скоростные характеристики к накопителям SSD

Евгений Рудометов

Основой большинства дисковых подсистем настольных компьютеров и ноутбуков в настоящее время являются накопители на жестких магнитных дисках (далее — жесткие диски или HDD). Данные устройства обладают высокой емкостью и сравнительно низкой стоимостью хранения информации. Это выгодно отличает их от твердотельных накопителей (SSD), у которых по сравнению с HDD емкость обычно меньше, а стоимость хранения информации в несколько раз больше. Правда, скоростные параметры у SSD все-таки выше. Однако использование специальных аппаратно-программных средств, основу которых составляют адаптивные ускорители, позволяют HDD успешно соперничать c SSD не только по емкости и стоимости хранения информации, но во многих случаях даже по скоростным характеристикам.

В качестве таких ускорителей целесообразно использовать модули Intel Optane Memory, созданные на основе энергонезависимой памяти 3D XPoint. Каждый из этих модулей является интеллектуальным адаптивным ускорителем дисковых подсистем для компьютеров с процессорами Intel Core, начиная с их 7-го поколения. Технология, лежащая в основе работы Intel Optane Memory, повышает быстродействие компьютера. Она запоминает часто используемые файлы и ускоряет доступ к ним даже при включении компьютера после отключения питания. Это означает, что можно работать, не теряя времени на ожидание. Использование в компьютерах такого модуля обеспечивает высокое быстродействие систем с накопителями большой емкости, представленных HDD, приближая их скоростные характеристики к накопителям SSD.

Младшим и самым дешевым представителем ускорителей Intel Optane Memory Series является модель с информационным объемом 16GB. Однако 32-гигабайтная модель получившая наименование MEMPEK1W032GA (далее — Intel Optane Memory 32GB, рис. 1), обладает лучшими скоростными параметрами. Основные характеристики Intel Optane Memory 32GB приведены в таблице 1.

Optane_Memory_32GB 01

Рис. 1. Модуль Intel Optane Memory 32GB

Таблица 1. Основные параметры Intel Optane Memory 32GB

Параметры Значения
Семейство Intel Optane Memory
Информационный объем, Гбайт 32
Форм-фактор M.2 2280
Интерфейс PCIe NVMe 3.0×2
Последовательные
операции, Мбайт/с
Чтение До 1350
Запись До 290
Случайные
операции, IOPS
Чтение До 240 000
Запись До 65 000
Задержки, мкс Чтение 7
Запись 18
Энергопитание в режимах использования, Вт Активный 3,5
Простой 1
Температура рабочая, °C 0 ~ 70
Время наработки на отказ (MTBF), час 1 600 000
Износоустойчивость, TBW 182,5
Дата выпуска Q1»17
Гарантия, лет 5

Модуль ускорителя Intel Optane Memory 32GB выполнен в форм-факторе M.2 с размерами 80,0 × 22,0 мм и односторонним монтажом элементов на плате из стеклотекстолита синего цвета. Данное устройство можно использовать (на сайте Intel имеется pdf-файл с подробной инструкцией) в компьютерах с материнскими платами, снабженными процессорами Intel Core 7-го или более нового поколения, разъемом M2 с интерфейсом PCIe NVMe 3.0×2, с установленными ОС Windows 10 64-bit, драйверами аппаратных средств ПК и пакетом SetupOptaneMemory.

Для демонстрации возможностей указанного ускорителя был выбран 2,5-дюймовый жесткий диск (HDD) с весьма низкими скоростными характеристиками.

В качестве тестовой системы был использован мини-ПК, созданный на основе комплекта Intel NUC7i7BNHX1. Основные компоненты системного блока этого мини ПК:

  • Процессор — Intel Core i7–7567U (литография 14 нм, микроархитектура Kaby Lake, 2 физических ядра, работающих c 4 потоками на тактовой частоте от 3,5 ГГц до 4,0 ГГц, кэш 4 Мбайт, TDP 28 Вт),
  • Материнская плата — Intel NUC7i7BNB,
  • Графическая подсистема — встроенная в процессор графика Intel Iris Plus 650,
  • Оперативная память — два модуля CT16G4SFD824A (Crucial 16GB DDR4–2400 SO-DIMM),
  • Дисковая подсистема — Intel SSD 545s Series 256GB (системный накопитель),
  • Блок питания — внешний компактный блок FSP065–10AABA (AC-DC: input — 100–240V/50–60Hz; output — 19V, 3.43A, 65W max),
  • Операционная система — Microsoft Windows 10 Enterprise 64-bit.

В качестве системного диска использовался низкоскоростной 2,5-дюймовый HDD ST9640320AS (640 Гбайт, SATA-II, 5400 об/мин, кэш 8 Мбайт). На этот накопитель, кроме операционной системы Microsoft Windows 10 Enterprise 64-bit были установлены с сайта Intel все полагающиеся драйверы. Модуль Intel Optane Memory 32GB был включен в систему через штатный разъем M.2 материнской платы Intel NUC7i7BNB. Управление этим модулем осуществляется с помощью утилиты Intel Optane Memory 16.8.1000, установленной запуском файла SetupOptaneMemory.exe.

Необходимо отметить, что возможны два варианта использования модуля Intel Optane Memory 32GB: в качестве твердотельного накопителя M.2 SSD 32GB или в качестве ускорителя системного накопителя, в данном случае его роль исполняет 2,5-дюймовый HDD ST9640320AS.

На рис. 2 — рис. 5 приведены результаты анализа и тестирования дисковой подсистемы, состоящей из HDD ST9640320AS и модуля Intel Optane Memory 32GB, используемого как отдельный накопитель M.2 SSD 32GB.

Optane_Memory_32GB 02

Рис. 2. Дисковая подсистема в режиме двух накопителей

Optane_Memory_32GB 03

Рис. 3. Емкостные характеристики двух накопителей

Optane_Memory_32GB 04-1

Optane_Memory_32GB 04-2

Рис. 4. Оценка скоростных параметров HDD ST9640320AS, выполненная CrystalDiskMark

Optane_Memory_32GB 05

Рис. 5. Оценка параметров HDD ST9640320AS, выполненная ATTO Disk Benchmark

Для использования модуля Intel Optane Memory 32GB в качестве ускорителя HDD ST9640320AS требуется объединить эти устройства в единую систему (единый накопитель). Как отмечалось выше, это осуществляется с помощью утилиты Intel Optane Memory 16.8.1000. Для выполнения указанного объединения требуется одноразовый запуск данной утилиты, после чего о ее существовании можно забыть, по крайней мере, до того момента, когда потребуется разделить ускоритель (Intel Optane Memory 32GB) и ускоряемый накопитель (HDD ST9640320AS). Результат работы этой утилиты представлен на рис. 6.

Optane_Memory_32GB 06

Рис. 6. Объединение Intel Optane Memory 32GB и HDD

На рис. 7 — рис. 9 приведены результаты анализа и тестирования дисковой подсистемы, в которой модуль Intel Optane Memory 32GB используется как ускоритель жесткого диска.

Optane_Memory_32GB 07

Рис. 7. Дисковая подсистема в режиме ускорения HDD

Optane_Memory_32GB 08-1

Optane_Memory_32GB 08-2

Рис. 8. Оценка параметров ускоренного HDD ST9640320AS, выполненная CrystalDiskMark

Optane_Memory_32GB 09

Рис. 9. Оценка параметров ускоренного HDD ST9640320AS, выполненная ATTO Disk Benchmark

Для удобства анализа некоторые результаты тестирования HDD без ускорителя и HDD с ускорителем приведены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты тестирования HDD

Операции чтения/записи HDD без
ускорителя
HDD с
ускорителем
Последовательные операции
(Q=32, T=1), Мбайт/с
Чтение 85 1415
Запись 78 293
Случайные операции
(Q=32, T=1), IOPS
Чтение 193 62200
Запись 187 57401
Transfer Rate,
Мбайт/с
Чтение 85 1402
Запись 79 295

Как следует из полученных результатов тестирования, модуль Intel Optane Memory 32GB, используемый в режиме ускорителя, значительно повысил скорости операций чтения/записи жесткого диска, как в последовательных, так и в случайных операциях.

Необходимо отметить, что эффективная работа HDD в связке с подобными ускорителями основана на кэшировании в указанных модулях файлов, непрерывно отбираемых в автоматическом режиме соответствующими программными средствами, реализующими специальные алгоритмы. Очевидно, что доступное пространство для кэширования пропорционально емкости используемого модуля. Однако в системном и пользовательском ПО преобладают сравнительно небольшие файлы, размеры которых много меньше информационного пространства даже младшей модели ускорителя. Именно это обстоятельство и объясняет высокую эффективность связки HDD и Intel Optane Memory 32GB в реальных условиях выполнения широкого спектра задач.

Все сказанное выше означает, что подобные средства действительно способны улучшать скоростные возможности накопителей, приближая их скоростные характеристики к аналогичным параметрам твердотельных накопителей. При этом программное подключение и отключение ускорителя, осуществляемых утилитой Intel Optane Memory 16.8.1000, не требует перестановки системного и прикладного ПО, инсталлированного на HDD. Для многих пользователей это обстоятельство может стать преобладающим фактором выбора подобного решения вместо традиционной замены системного HDD на SSD. Действительно, такая замена требует либо переустановки системного и прикладного ПО, либо проведения операций клонирования, что не внушает оптимизма большинству пользователей компьютеров.

Однако, оценивая открывающиеся перспективы ускорения работы HDD, необходимо отметить одну особенность, которую следует учитывать при выборе и эксплуатации указанного решения. Дело в том, что извлечение модуля из разъема M.2 без предварительного программного его отключения с помощью упомянутой утилиты вызывает неустранимый сбой системы, сопровождающийся сообщением об отсутствии ОС. Возврат же этого (именно этого!) модуля в разъем M.2 возвращает полную работоспособность. Увы, это свидетельствует об уязвимости связки HDD и ускорителя. Но, учитывая очень высокую надежность модулей Intel Optane Memory Series, вероятность сбоев весьма низкая. По крайней мере, эта вероятность принципиально ниже, чем в случае традиционных SSD, созданных по технологиям NAND и 3D NAND.

В заключение остается напомнить, что все указанное выше касается не только 2,5-дюймовых, но и 3,5-дюймовых жестких дисков настольных систем с аппаратно-программными средствами, совместимыми с модулями Intel Optane Memory. В качестве же приятного бонуса для настольных компьютеров с топовыми моделями жестких дисков можно получить системы очень большой емкости с очень высокими скоростными возможностями, например, HDD 14 Тбайт, работающий со скоростью SSD для широкого спектра задач. При этом эффект тем выше, чем больше емкость используемого модуля Intel Optane Memory Series.

Дополнительные материалы:
https://www.rudometov.com/uskoritel-zhestkih-diskov-1/

Полный текст статьи читайте на PCNEWS прочитано 43616 раз