SATA II i NCQ – Nova Nada
Datum objave 02.07.2005 - Krešimir Matanović
Uvod
Diskovi na okupu (fotić nam je na izdahu)
NCQ Tech i SATA Mit
NCQ Tech
Pojednostavljeno, NCQ je protokol za SATA standard koji omogućuje postojanje više neizvršenih naredbi istovremeno u disku. SATA disk koji podržava NCQ ima interni red naredbi u kojem one mogu biti dinamički preraspoređene i presložene. NCQ sadrži mehanizam traženja kako za neizvršene tako i za izvršene naredbe, a kao dodatak tome NCQ dopušta izdavanje dodatnih naredbi disku dok je ovaj već u izvršenju dane mu naredbe. Prema Seagateu prednosti NCQ-ua su vrlo vidljive i mjerljive i dobitak može biti ravan onome na diskovima koji se vrte na 10000RPM-a. Ovo naravno u praksi nije baš tako barem ako uzmemo u obzir nekakvo normalno, kućno korištenje računala. Ono što je vjerojatnije je podatak da NCQ smanjuje trošenje mehaničkih dijelova diska zbog svog načina rada.
Dakle, kako točno radi NCQ?
Native Command Queuing se sastoji od tri različite komponente:
-
Izrada redova naredbi unutar diska.NCQ disk može ili izvršiti odmah naredbe ili ih staviti na čekanje, disk "zna" koji će protokol koristiti za različite naredbe i dodjeljuje "tagove" pojedinim naredbama.
-
Transfer podataka za svaku pojedinu naredbuNCQ dozvoljava disku da sam izvrši DMA (Direct Memory Acces) operaciju za prijenos podataka i on kontrolira DMA operaciju, bira koji će transfer izvršiti radi smanjenja latencije i nakraju optimizira redoslijed izvršenja naredbi.
-
Vraćanje statusa izvršenih komandi.
Disk vraća status izvršenih komandi i taj status je u svako vrijeme poznat i dostupan bez ostvarivanja veze između diska i kontrolera. Za neizvršene naredbe disk i kontroler koriste 32-bitni registar koji uvijek mora biti točan.
Drugim riječima, disk bez NCQ-a pristupa podacima u redu koji mu je zadan. Zamislimo da je prvi podatak kojem pristupa u prvoj traci na vanjskom rubu ploče, dok po drugoga mora otići skroz na unutarnji rub diska, pa se po treći podatak opet vraćati na vanjski rub. Ovo strašno usporava cijeli proces i povećava mehaničko trošenje diska. S druge strane, disk sa NCQ podrškom neće raditi toliki put, nego će si redoslijed naredbi presložiti tako da obavi najmanji mogući put i time uvelike skrati rotacijska latenciju i vrijeme traženja. Ovo u konačnici rezultira i smanjenim mehaničkim trošenjem diska.
NCQ Slikom
NCQ bi trebao briljirati u multi-tasking okruženjima sa velikim količinama I/O zahtjeva, što će se dobro vidjeti u I/O meter testovima. Za single usere neće biti previše koristan, no i to bi se moglo promijeniti jer su dvojezgreni procesori na pragu, a uskoro će biti i sve više aplikacija koje će to znati iskoristiti.
SATA mit
Vrijeme je da rasčistimo i mit oko SATA II standarda - ako ima još netko kome to nije jasno. Kako je SATA standard obećavao 150MB/s transfer, tako se SATA II diči sa 300MB/s transferom (iliti nešto većih 3Gb/s). U praksi je ovo nemoguće postići jer je to propusnost kontrolera, dok su interne brzine transfera podataka u disku ostale jednake. Brzinu transfera podataka diktiraju razni faktori i to u pravilu mehanički. Kako se mehanika u diskovima nije značajno mijenjala tako su i brzine podjednake. Znači, na brzini ćemo jedino dobiti ako povećamo broj okretaja ploča, povećamo cache, povećamo gustoću zapisa na pločama i tako smanjimo broj ploča itd. Stoga, ne očekujte značajna poboljšanja performansi i neka vas komercijalni nazivi ne zbunjuju, pravu istinu će nam otkriti tek naši testovi.
Opis diskova
Hitachi Deskstar T7K250
Hitachi je prvi svjetski proizvođač koji je najavio i proizveo diskove sa 3Gb/s SATA II sučeljem. No to nije jedino što je promijenjeno, za razliku od Hitachijevih dosadašnjih 80GB ploča, u ovaj disk se ugrađuju ploče kapaciteta 125GB. Zatim je tu i NCQ podrška, koju je Hitachi prvi puta primjenio upravo sa ovom serijom diskova. Sve ostalo je manje - više standardno i već prije viđeno. Ploče rotiraju brzinom od 7200rpm-a a tu je i standardnih 8Mb cachea. Hitachi navodi povećanje internog transfer ratea sa 94.6MB/s (serija 7K250) na 105.4MB/s na aktualnoj T7K250, dok je kontinuirani transfer povećan sa 29.7-61.4MB/s na 32.9-67.8MB/s. Prosječno vrijeme traženja je ostalo nepromijenjeno te iznosi 8.5ms, kao i rotacijska latencija od 4.17ms.
Hitachijeva 250-gigabajtna spravica
Za naglasiti je kako se potrošnja el. energije nešto malo povećala u odnosu na prethodnu seriju te je bilo za očekivati i malo veće zagrijavanje diska, u što smo se i u praksi uvjerili. Kada su dva diska u stripeu znaju se pošteno zagrijati i potrebno im je dodatno hlađenje. Poznato Hitachijevo "mjaukanje" je eliminirano još na prošloj seriji, tako da ni ovaj disk ne pati od toga, čak što više vrlo je tih. Otkako je Hitachi kupio IBM-ove pogone za proizvodnju diskova kvaliteta im se značajno popravila tako da slove kao jedni od najpouzdanjih na tržištu, tako da s te strane ne moramo brinuti, a tu je i trogodišnja garancija proizvođača.
Seagate Barracuda 7200.8 400GB
Veličanstvenih 400GB prostora nas je istog trena oduševilo. No, postavlje se pitanje gdje ih iskoristiti? Na našim kućnim računalima? Pa zašto ne. U prvom redu, ovaj prostor će cjeniti svi koji obrađuju video. Zatim zamislite kompletnu kolekciju MP3 pjesama imati dostupnu, bez da kopate po CD/DVD caseovima, pa zatim držati backup svojih orginalnih 50-tak DVD filmova itd. itd. Primjene su beskonačne, no krenimo sa tehnikalijama. Ova "Cuda" se sastoji od tri ploče od po 133 GB, a takve velike ploče još samo ima manji model od 250Gb i to dvije. Ploče se vrte na standarnih i već više od 13 godina poznatih 7200RPM-a, a buffer ima također standardnih 8MB. Seagate u svojim tehničkim specifikacijama navodi vrijeme pristupa od samo 8ms, no testovi pokazuju drugačije, nešto veće brojke. Iako je ovaj disk rađen po SATA I standardu ipak ima primjesu SATA II standarda.
400GB zvijer
Naravno, riječ je o Native Command Queuing (NCQ) tehnologiji, koja je bila dostupna i u 7200.7 seriji. No, serija 8 nadmašuje seriju 7 u brzini transfera, pristupnom vremenu i naravno kapacitetu. Razlog su prije spomenute ploče kapaciteta 133GB, za razliku od 80GB iz serije 7. Veća gustoća zapisa osigurava pristup istoj količini podataka za manje vremena zbog manjeg prijeđenog puta glave. Tako Seagate za ovaj disk navodi povećanje internog transfera sa 85.4MB/s (7200.7 NCQ) na 95MB/s, a kontinuiranog transfera sa 58MB/s na 65MB/s. Vrijeme traženja se smanjilo sa 8.5ms na 8ms, a rotacijska latencija je ostala istih 4.16ms. Seagate na ovaj disk daje lijepih 5 godina garancije, što je vrlo pohvalno i ohrabrujuće. Valja napomenuti da je u prvih tri godine garanciju moguće ostvariti u trgovini gdje ste kupili disk. Preostalih dvije godine garancije možemo iskoristiti samo ako pošaljemo disk direktno Seagateu.
Test sistem
|
||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
Test sistem je na bazi nForce4 Ultra čipseta, tako da smo sva testiranja obavili na "native" SATA II kontroleru. Korišteni testovi su standardni, a jedina novost je Intelov I/O Meter. U slučaju Hitachija nabavili smo po dva primjerka od novih SATA II i starih SATA i diskova ( T7K250 i 7K250) i testirali ih u RAID 0 polju. E pa krenimo sa testovima!
ATTO Disk Benchmark i HD Tach
| ATTO Disk Benchmark |
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Write (MB/s) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Read (MB/s) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Naš prvi test nam pokazuje kako su Hitachijevi SATA II diskovi u prosjeku brži za oko 10% od svojih predhodnika, kako sami za sebe tako i u RAID polju. Nije neočekivan rezultat s obzirom da se radi o diskovima koji imaju ploče veće gustoće zapisa, no to povećanje performansi i nije nešto s čime bi trebali biti oduševljeni. Seagateov disk je s druge strane brži od oba Hitachijeva iako je rađen po SATA I standardu. Ovo se objašnjava činjenicom da Seagate ima ploče još gučćeg zapisa (133GB u odnosu na 125GB).
| HD Tach |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| AVG# READ (MB/s) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| AVG# WRITE (MB/s) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HD Tach potvrđuje rezultate iz prethodnog testa s jednom razlikom - u "write" testu Hitachijev SATA II disk je brži od Seagatea, što potvrđuje da su Hitachijeve dvije ploče brže od Seagatove tri. Lijepo je vidjeti gotovo duplo bolji rezultat diskova u RAID polju, što nas zapravo tjera da uložimo novac u još jedan disk.
| HD Tach Općenito |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| RAT (m/s) Manje je bolje | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| RBS (MB/s) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CPU (%) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
RAT test nam pokazuje jedino činjenicu da je Seagateov disk znatno sporiji od Hitachijevih koji su se svi poredali unutar jedne milisekunde. Ipak primjećujemo kako ta milisekunda odlazi u korist SATA I diskova. Što se tiče "Read Burst-a" očekivano su diskovi u Stripeu premašili magičnu brojku od 200MB/s, dok Hitachijevi "solo" diskovi gube od Seagatea.
SiSoft Sandra i I/O Meter
| SiSoft Sandra 2005 SP1 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Drive Index (MB/s) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sandra potvrđuje do sada viđeno i u prvi plan baca Seagateov disk, dok je Stripe i ovdje prilično brz. Razlika između Hitachija je opet oko 10% u korist SATA II diska.
Za kraj smo ostavili Intelov softvare koji je prije par godina postao "open source" i sada ga razvijaju Open Source Development Lab. Ovo je I/O test za single i cluster (grupne) sisteme, a nama je zanimljiv po tome što mu se može odrediti vrlo visoki "Queue Depth". QD je u ovom slučaju vrlo bitan jer predstavlja svojevrsni multitasking koji jako opterećuje diskove. U normalnom radu, tj. relativno nezahtjevnom radu broj I/O Queue Depth rijetko kada prelazi brojku 10. Za test smo odabrali "dubinu" 8 što predstavlja normalan rad i brojku 32 koja predstavlja pojačani multitasking i snažno opterećuje naše diskove, naravno tu dubinu smo mogli još povećati, no to već zalazi u sfere servera sa visokim I/O zahtjevima.
| IO Meter Queue Depth 8 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Total I/O po sek# | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Total MB/s | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Average Response Time (ms) Manje je bolje | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CPU Utilization (%) Manje je bolje | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kako vidimo Seagate odlično "pliva" u nezahtjevnom radu i ovdje NCQ radi odlično, dok se Hitachi-ji jako muče pa čak i u RAID polju ne nadmašuju Seagatea.
| IO Meter Queue Depth 32 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Total I/O po sek# | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Total MB/s | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Average Response Time (ms) Manje je bolje | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CPU Utilization (%) Manje je bolje | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Na pojačanom multitaskingu sasvim drugačija priča, povećavaju se I/O po sekundi, kao i vrijeme pristupa,. Sada trebamo čekati i do 80-ak milisekundi. Tu "solo" Hitachiji rade odličan posao i dobivamo brže rezultate nego na QD 8, rezultat SATA II specifikacija i NCQ-a, dok je Seagate neočekivano loš.
Zaključak