Обзор накопителя WD Black2: первый розничный «гибрид» от Western Digital

Western Digital уже довольно давно занимается разработкой и производством гибридных накопителей, но просто так купить «гибрид» от WD в магазине было нельзя, поскольку все инициативы в этом направлении до последнего времени были сосредоточены на OEM-поставках. От различных представителей WD мы много слышали про некий продукт, выпущенный в начале 2013 года и получивший название WD Black SSHD. Это было необычное устройство во многих отношениях. Начать с того, что WD предоставила намного больший объем Flash-памяти по сравнению с конкурирующим предложением: 24 Гбайт против 8 Гбайт у Seagate Laptop SSHD. Кроме того, твердотельный компонент накопителя выполнен в виде так называемого iSSD производства SanDisk, который представляет собой ядро Flash-памяти вместе с контроллером на одном кристалле (или по крайней мере в одной упаковке), что позволило диску вписаться в жесткие ограничения по высоте: 5 мм для версии объемом 500 Гбайт и 7 мм — для терабайтной. Наконец, был использован компактный форм-фактор разъема подключения к хост-контроллеру SFF-8038. В общем, многообещающая штуковина, которую нам, к сожалению, так и не довелось подержать в руках. Более того, ни в одном ноутбуке WD Black SSHD нам также не встретился. Но вот наконец-то перед нами предстала версия комбинированного накопителя от WD, предназначенная для розничного рынка.

⇡#Технические характеристики

Является ли WD Black² тем же самым устройством, которое продается под маркой WD Black SSHD? Нет, к добру или к худу ли, но этот привод устроен совершенно другим образом.

WD Black² представляет собой, по сути, два устройства, разделенные как на логическом, так и, в определенной степени, на механическом уровне. За основу разработчики взяли 2,5-дюймовый привод WD Blue с толщиной корпуса 7 мм и дополнили его разъемом на «глухой» части емкости, к которому присоединена плата с компонентами твердотельного хранилища. Таким образом, высота корпуса увеличилась до 9 мм, что близко к стандарту для обычных ноутбучных накопителей — 9,5 мм. Шпиндель HDD вращается со скоростью 5400 об/мин, внутри находятся две пластины емкостью по 500 Гбайт.

На месте дочернюю плату удерживает проклеенная рамка декоративной пластины. Отрывать ее с тестового образца мы постеснялись, но нам и так доподлинно известно, что находится внутри. Вместо полностью интегрированной системы iSSD мы имеем дело с твердотельным накопителем стандартной конструкции: чип контроллера, буфер DRAM, чипы NAND Flash-памяти.

В качестве контроллера WD использует JMicron JMF667H — довольно-таки экзотический вариант. Black² пока является одним из немногих коммерческих устройств, в которых нашел применение этот чип. JMF667H — самый свежий контроллер JMicron, поддерживающий шину SATA 6 Гбит/с. Производитель только-только успел представить для него референсную платформу форм-фактора 2,5 дюйма (плату и firmware), предназначенную OEM-производителям отдельных SSD.

Из публично доступных спецификаций известно, что контроллер обладает четырьмя каналами с поддержкой чередования восьми NAND-устройств на каждом. Вполне типичное решение для бюджетных устройств форм-фактора mSATA, которое подходит и для WD Black². Две микросхемы Flash-памяти имеют специфическую упаковку, поэтому по маркировке невозможно распознать конфигурацию чипов, находящихся внутри. Впрочем, WD указывает тип Flash-памяти — MLC 20 нм, что позволяет вычислить производителя: IMFT. В таком случае нам достались в общей сложности либо 16 NAND­-устройств объемом 64 Гбит, либо восемь по 128 Гбит. В обоих случаях устройств достаточно, чтобы заполнить все каналы контроллера. Доступный пользователю объем составляет 120 Гбайт, следовательно, в массиве зарезервирована разница между физической емкостью ячеек 128 ГиБ (двоичных единиц) и 128 десятичных гигабайт под фонд подменных ячеек для выравнивания износа и сборки мусора, а также дополнительные 8 Гбайт.

На плате также распаян чип DRAM типа DDR3-1600 объемом 128 Мбайт, который используется контроллером для кеширования таблиц LBA и прочей служебной информации. На другой плате обнаружился не только контроллер жесткого диска, но и чип Marvell 88SM9642. На сайте производителя отсутствует документация, но, если судить по маркировке, он является мультипликатором портов, который обеспечивает подключение двух накопителей в составе WD Black² — SSD и HDD — к одному порту хост-контроллера SATA.

Мультипликатор в данном случае является тем компонентом, который объединяет части гибридного привода на программном уровне, причем самым прямолинейным и в чем-то изящным способом. SSD и жесткий диск просто разделяют общее пространство LBA (Logical Block Addresses — «адреса логических блоков») таким образом, что первые 120 Гбайт адресуют ячейки Flash-памяти, а остальные 1000 Гбайт — сектора жесткого диска. В принципе, WD могла бы удовлетвориться простой мультипликацией портов, когда два накопителя предстают в системе как отдельные устройства, но объединение пространства LBA гарантирует совместимость диска с любыми хост-контроллерами, поскольку поддержка мультипликации не является для последних обязательным требованием.

Диск, впервые подключенный к системе, определяется как имеющий объем 120 Гбайт. Остальное скрыто [либо средствами чипа Marvell, либо просто с помощью функции HPA (Host Protected Area) протокола SATA], покуда не установлен «драйвер» от WD. Последний на поверку оказался просто утилитой, которая увеличивает доступный объем до 1,2 Гбайт и создает два раздела соответствующего объема. В порядке курьеза можно свалить весь объем диска и в один раздел, но тогда пользователь теряет контроль над тем, куда направляются данные.

К нам привод попал из вторых рук, и полный объем был доступен изначально. Если произвести разметку объема вручную, соблюдая границу пространств LBA жесткого диска и SSD, или направить запросы в нужную область, как мы это сделали при тестировании в Iometer, все работает как положено: разница между областями налицо. Стало быть, никаких функций по управлению «гибридом» после разметки «драйвер» действительно не несет. Благодаря этому можно смело использовать Black² в «Маках», что официально не поддерживается, только предварительно разблокировав полный объем.

А между прочим, вышеупомянутый WD Black SSHD — если верить тому, что мы знаем об этом устройстве, — как раз-таки пользуется драйвером, который указывает контроллеру приоритетные данные для кеширования.

⇡#Комплект поставки, цены

Диск поставляется вместе с адаптером SATA — USB 3.0 и ПО Acronis True Image WD Edition. Его, как и «драйвер», нужно скачать с сайта производителя. Имеющаяся в комплекте флешка с бумажным хвостом просто содержит гиперссылку. В московских интернет-магазинах цены на устройство начинаются с 7,5 тыс. руб.

⇡#Методика тестирования

Iometer 1.1.0 RC1

1. Последовательное чтение/запись данных блоками от 512 байт до 2 Мбайт и глубиной очереди запросов 4 (типичная глубина для десктопных задач). Проба теста с блоками каждого размера продолжается в течение 30 с. В результате получается график зависимости скорости передачи данных от размера блока. Тест с блоками каждого размера продолжается в течение одной минуты, поэтому полученные результаты справедливы лишь для доступа к данным в «начале» диска.
2. Произвольное чтение/запись данных во всем объеме диска блоками от 512 байт до 2 Мбайт и глубиной очереди запросов 4. Проба теста с блоками каждого размера продолжается в течение 30 секунд. Границы блоков выравниваются относительно линейки с шагом 4 Кбайт.
3. Время отклика. Выполняется произвольное чтение/запись данных во всем объеме диска блоками по 512 байт и глубиной очереди запросов 4. Так как тест идет в течение 10 минут, дисковый буфер заполняется, что дает возможность оценить устоявшееся время отклика накопителя. Блоки данных также выровнены относительно 4-килобайтной разметки.
4. Скорость последовательного доступа в зависимости от длины очереди запросов. Измеряется скорость чтения и записи блоков по 64 Кбайт при длине очереди от 1 до 8 с шагом 2 и от 8 до 32 с шагом 4.
5. Многопоточная нагрузка. С диском одновременно работают от одной до четырех копий утилиты, генерирующей нагрузку (workers, в терминологии Iometer). Каждый worker выполняет последовательное чтение/запись блоков по 64 Кбайт с глубиной очереди запросов 1. Worker’ы имеют доступ к непересекающимся адресным пространствам объемом по 100 Гбайт (для жестких дисков) или 16 Гбайт (для SSD), которые расположены в объеме диска вплотную друг к другу, начиная с нулевого сектора. Измеряется совокупная производительность всех worker’ов.

На SSD после каждого теста, включающего запись значительного объема данных, диск очищается с помощью Secure Erase. Длительные тесты на запись разделены на несколько частей, перемежающихся очисткой, чтобы первые пробы теста, заполняющие диск, не влияли на скорость последующих.

PCMark 7

Синтетический тест, эмулирующий нагрузку реальных приложений и различные паттерны использования ресурсов ПК. Бенчмарк установлен на основном накопителе стенда. На тестируемом накопителе создается единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объем и в PCMark 7 проводится тест Secondary Storage. В качестве результатов теста учитывается как итоговый балл, так и скорость выполнения отдельных субтестов.

⇡#Тестовый стенд

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой MSI 890GXM-G65, процессором AMD Phenom II X2 560 Black Edition и 4 Гбайт RAM DDR3 1600 МГц.

Тестируемый накопитель подключается к контроллеру, встроенному в чипсет материнской платы, и работает в режиме AHCI. Операционная система — Windows 7 Ultimate X64.

Объем и скорость передачи данных в бенчмарках указываются в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт).

Участники тестирования

• WD Black² (WD1001X06XDTL) 1,12 Тбайт
• Kingston HyperX 3K 120 Гбайт (SH103S3/120G)
• Transcend MSA 740 128 Гбайт (TS128GMSA740)
• HGST Travelstar 7K1000 1 Тбайт (HTS721010A9E630)

В качестве конкурентов для WD Black² мы выбрали 2,5-дюймовый SSD на принадлежащем к бюджетной категории контроллере SandForce SF-2281 и плату mSATA Transcend, которая построена на том же чипе JMicron JMF667H, что и наш главный подопытный, но комплектуется Flash-памятью SanDisk 19 нм: 16 NAND-устройств в совокупности. Быстродействие HDD будет оценено в сравнении с результатами диска HGST Travelstar 7K1000 1 Тбайт, сочетающим пластины объемом 500 Гбайт и скорость вращения шпинделя 7200 об/мин.

⇡#Производительность, Iometer

Последовательное чтение

• Твердотельный компонент WD Black² демонстрирует производительность немногим меньше, чем у конкурирующих продуктов, которые здесь достигают предела пропускной способности интерфейса.
• Жесткий диск также мало отличается от конкурента-семитысячника.

Последовательная запись

• Обескураживающий результат: скорость передачи данных SSD не превышает 150 Мбайт/с и лишь ненамного превосходит достижения жесткого диска.
• Transcend MSA 740 имеет производительность вдвое выше, что развеивает сомнения относительно типа памяти WD Black²: это микросхемы IMFT 20 нм объемом 64 Гбит, имеющие вдвое меньшую пропускную способность по сравнению с чипами для интерфейса Toggle-Mode DDR 2.0, которыми обладает плата Transcend. При небольшом количестве каналов это имеет определяющее значение.
• Сам жесткий диск опять-таки неплохо смотрится на фоне «семитысячного» привода HGST.

Устоявшееся время отклика

• У твердотельного компонента WD Black² такое высокое время отклика, какое мы еще ни разу не наблюдали у SSD эпохи SATA 6 Гбит/с. Нетрудно предсказать этому накопителю грядущие трудности в тестах произвольного чтения/записи.
• Результаты жесткого диска также не блещут, но находятся в рамках нормы для этого класса HDD.

Произвольное чтение

• Как и следовало ожидать, SSD в составе WD Black² выдал не больше, чем жалкие 2,5 тыс. оп./с. Это на фоне почти 40 тыс. оп./с. у конкурентов, принадлежащих отнюдь не к самой передовой категории.
• Столь драматическую разницу между WD Black² и SSD Transcend на том же чипе уже нельзя объяснить пропускной способностью Flash-памяти. Дело явно в сырой прошивке, доставшейся первой серии контроллеров, полученной WD.
• Жесткий диск также заявил о себе не лучшим образом: HGST Travelstar имеет в этом тесте большое преимущество.

Произвольная запись

• Результаты твердотельного компонента WD Black² при произвольной записи блоков столь же прискорбны. Даже накопитель на базе SandForce в наиболее тяжелом для него сценарии использования обладает более высокой производительностью.
• Жесткий диск, напротив, успешно соревнуется с HGST Travelstar и побеждает его.

Чтение при разной длине очереди команд

• На уровень производительности, близкий к пределу, SSD в составе WD Black² выходит при очереди в восемь команд. Впрочем, при четырех командах — типичном количестве для десктопной нагрузки — реализуется большая часть потенциала.

Запись при разной длине очереди команд

• Скорость записи нисколько не зависит от длины очереди команд, что можно было бы отнести к плюсам накопителя, если бы не прискорбно низкая общая производительность. Скорее можно утверждать, что в силу программных ограничений контроллер в недостаточной степени использует пропускную способность Flash-микросхем.

Многопоточное чтение

• Динамика производительности SSD в целом такая же, как у конкурирующих изделий. Увеличение числа потоков приводит к росту производительности, как и удлинение очереди команд в предшествующем тесте.
• Задача дискового накопителя — удержать скорость при добавлении потоков, и WD Black² справляется с ней на отлично, что мы не раз видели у приводов Western Digital.

Многопоточная запись

• Скорость записи SSD «гибрида», как и в тесте с варьирующей длиной очереди команд, нечувствительна к увеличению нагрузки.
• Жесткий диск на этот раз выступил хуже, чем конкурент от HGST.

PCMark 7

• PCMark 7 явно покровительствует устройствам с высокой скоростью последовательного чтения, но в соответствующем тесте WD Black2 себя никак не проявил, так что его лидерство по общему баллу в синтетическом бенчмарке объяснить сложно. Скорее уж такой результат ставит под сомнение адекватность PCMark 7 как измерительного инструмента.

Зависимость производительности от свободного объема

• На полную запись объема SSD WD Black² не реагирует ни малейшим спадом производительности. Но это как раз-таки плохой знак — свидетельство того, что логика распределения запросов между NAND-устройствами работает настолько плохо, что, выполняя затратную операцию перезаписи использованной страницы ячеек, микросхема может спокойно дождаться подхода нового сигнала от контроллера.

⇡#Выводы

Начнем с того, что WD Black² — это не совсем гибрид в том понимании, к которому мы привыкли. Это SSD и жесткий диск под одной крышкой и с общим интерфейсом. При этом WD Black² обладает отличными аппаратными характеристиками для гибридного накопителя. Объем Flash-памяти — 120 Гбайт — достаточно велик, чтобы можно было не связываться с кешированием, и операционная система вместе с критическими приложениями целиком расположилась бы в быстром твердотельном хранилище. Таким образом, совокупная емкость твердотельной и дисковой части устройства поступает в распоряжение пользователя в полном объеме, и быстрый доступ к наиболее востребованным файлам гарантирован, пока их объем не превышает 120 Гбайт. Контроллер JMicron JMF667H — хоть и представляет собой бюджетный чип с четырехканальной архитектурой — при наличии хорошей памяти успешно конкурирует с платформой SandForce второго поколения, так как лишен ее известных недостатков.

К сожалению, в WD Black² используются ширпотребные микросхемы IMFT 20 нм объемом 64 Гбит — их хорошей памятью не назовешь, поэтому скорость последовательной записи возвращает нас во времена ранних SSD, когда они не превосходили по этому параметру обычные жесткие диски. Но если тип памяти является неизбежным аппаратным ограничением, то ненормально высокое время доступа и, как следствие, совершенно жалкая скорость произвольного чтения и записи в терминах операций в секунду явно указывают на недоработки микропрограммы контроллера. Известны спецификации референсной платы на JMicron JMF667H с чипами IMFT объемом 128 Гбит: вплоть до 65 и 37 тыс. операций в секунду соответственно при произвольном чтении и записи блоков по 4 Кбайт, что не идет ни в какое сравнение с результатами в районе 2,5-3 тыс. операций в секунду, которые мы получили в тестах WD Black². А между прочим, 128-гигабитные чипы обладают большей латентностью при обращении с блоками меньше 16 Кбайт по сравнению с той памятью, которая используется в нашем «гибриде». То есть дело, очевидно, в неэффективной прошивке контроллера. Надеемся, что WD сможет поправить положение, выпустив обновленную прошивку контроллера JMicron JMF667H.

К жесткому диску в составе «гибрида», напротив, нет никаких претензий — для своего класса (5400 об/мин) он обладает весьма неплохой производительностью. А если не ждать от SSD-компонента особенных чудес, то «гибридизация» возвышает WD Black² над ему подобными HDD. Тот же Seagate Laptop SSHD, к примеру, тоже звезд с неба не хватает, если сравнивать его с полностью твердотельными накопителями, но очень даже неплох на фоне обычных жестких дисков.

Вот только цена на WD Black² совершенно неадекватна его возможностям: 7,5 тыс. рублей — это более чем в два раза дороже Seagate Laptop SSHD такого же объема. Ровно за ту же сумму можно купить отдельно диск WD Blue (2 тыс. рублей) и плату mSATA Transcend MSA 740 128 Гбайт (5,5 тыс. рублей), получив в итоге несопоставимо более высокую производительность. Единственное неоспоримое преимущество WD Black² перед такой конфигурацией состоит в том, что все находится в одном корпусе и подключается по общему порту SATA. Соответственно, оправдать покупку этого устройства может только отсутствие свободного слота mSATA в ноутбуке.