Флэш-брелок против жёсткого диска: битва технологий – THG.RU

10 лет развития накопителей

Вряд ли нам придётся долго ждать, прежде чем на массовый рынок выйдут “флэшки” на 64 Гбайт; 32-Гбайт модели присутствуют на нём уже многие месяцы. Вообще-то и появление 128-Гбайт USB-“флэшек” уже не за горами. Однако флэш-накопители не только стали больше по объёму памяти, но и подверглись поразительному уменьшению физических размеров. Мы решили сравнить один из самых маленьких USB-брелоков с равноценной по ёмкости моделью жёсткого диска, который мы нашли в недрах нашей тестовой лаборатории.

Текущее поколение USB-брелоков на основе флэш-памяти достигло ёмкостей, которые были доступны на рынке жёстких дисков лет 10 тому назад. В то время как старый, добрый жёсткий диск для настольных ПК увеличил свою ёмкость в 100 раз, а производительность почти в 12 раз, оставаясь всё в том же форм-факторе 3,5″, USB-флэш-накопители стали быстрее и миниатюрнее, с каждым годом увеличивая свою ёмкость, как минимум, в два раза. Но достигли ли флэш-накопители такого же уровня производительности? А может они стали ещё быстрее?

Сравнение старого 3,5″ жёсткого диска и современного USB-брелока на самом деле не так уж бессмысленно, поскольку максимальная пропускная способность 3,5″ жёсткого диска UltraATA десятилетней давности равна максимальной пропускной способности используемого в настоящее время интерфейса USB 2.0. В 1997-1998 гг жёсткие диски использовали интерфейс UltraATA/33, что в теории позволяло им достигать пропускной способности 33 Мбайт/с, а в реальности – около 30 Мбайт/с из-за дополнительной информации протокола. Интерфейс USB 2.0, скорость которого в теории может достигать 480 Мбит/с (60 Мбайт/с), на самом деле составляет чуть более 30 Мбайт/с.

Мы уверены, что время доступа USB-флэш-накопителя будет гораздо меньше, чем у жёсткого диска, а вот на пропускную способность будет интересно посмотреть.

Жёсткий диск против USB-флэш-накопителя

Прежде всего, мы должны разграничить эти два типа устройств хранения.

Жёсткие диски прошли долгий путь с момента их изобретения в 1956 году. IBM 350 Disk Storage стал первым коммерческим жёстким диском и вмещал в себя менее 5 Мбайт – звучит смешно по сравнению с современными терабайтными винчестерами. Подумать только: 305 RAMAC содержал в себе 50 24″-пластин, вращающихся со скоростью 1 200 об/мин!

Прошло почти 30 лет до того момента, как жёсткие диски были стандартизированы интерфейсами ATA и SCSI и достигли двузначных ёмкостей в мегабайтах. Прошло ещё десять лет, пока 3,5″ жёсткие диски не стали доступны в ёмкостях, равных нескольким гигабайтам. Мы выбрали IBM Deskstar DTTA-351010 ёмкостью 10,1 Гбайт, потому что это один из немногих старых винчестеров, сохранившихся в нашей лаборатории, который всё ещё работает, и ещё потому, что такую ёмкость, как правило, выбирают и для современных флэш-накопителей.

Однако жёсткие диски остаются самым противоречивым компонентом ПК, поскольку их ёмкость увеличилась до невероятных размеров, а производительность при этом возрастает непропорционально. Мы уже опубликовали целый ряд статей, посвящённых подробным характеристикам жёстких дисков; они могут вам помочь лучше разобраться в производительности винчестеров.

• “Флэш-брелок Corsair Flash Survivor: надёжность хранения данных прежде всего“;
• “Жёсткие диски за последние 15 лет: оценка скорости и ёмкости“;
• “Производительность жёстких дисков: оценка THG“;
• “Гибридные жёсткие диски: тесты первой модели Samsung HM16HJI“;
• “Seagate Barracuda 7200.11: ещё одна модель на 1 Тбайт“.

Флэш-память развивалась гораздо быстрее

Развитие флэш-памяти происходило не просто быстрее, а практически в геометрической прогрессии, то есть каждый год ёмкости, как минимум, удваивались. Хотя флэш-память давно использовалась для хранения рабочего кода (прошивки) для разнообразных устройств, таких как BIOS материнских плат или прошивка бытовой электроники, не так давно она стала использоваться и для хранения информации для всех типов приложений.

Если флэш-накопители первого поколения, как правило, предоставляли всего несколько мегабайт памяти и медленную производительность USB 1.1, то для современных USB-флэш-накопителей часто интерфейс USB 2.0 является “узким местом”. Их ёмкость возросла до 64 Гбайт. И 32-Гбайт USB-брелоки сейчас вполне доступны.

Красный график: мин. и макс. ёмкость флэш-брелоков. Синий график: мин. и макс. ёмкость жёстких дисков.

Если ёмкость флэш-памяти продолжит удваиваться с каждым годом, то дешёвые флэш-накопители будут обеспечивать больше ёмкости, чем жёсткие диски начального уровня. Хотя увеличение ёмкости жёстких дисков продолжится, ёмкость флэш-накопителей будет расти быстрее. Но понадобится ещё несколько лет, прежде чем флэш-накопители смогут приблизиться по объёму к жёстким дискам.

Жёсткий диск: серия IBM DTTA, 10 Гбайт ATA/33

Линейка жёстких дисков DTTA представляет собой старый дизайн IBM, разработанный до того, как корпорация IBM продала Hitachi свой бизнес производства жестких дисков, и образовалось подразделение Hitachi Global Storage Technology. Этот жёсткий диск был разработан для высокопроизводительных настольных ПК, серверов и рабочих станций начального уровня. Напоминаем, что это произошло в 1998 году, когда в сегменте “сервер/рабочая станция” исключительно доминировало дорогое “железо” SCSI, а Serial ATA ещё не был доступен.

Данный жёсткий диск использует самый быстрый на то время интерфейс: UltraATA/33, или, как его тогда называли, UltraDMA/33. Линейка DTTA состояла из нескольких моделей ёмкостью 3,2 Гбайт, 4,3 Гбайт, 6,4 Гбайт, 8,4 Гбайт, 10,1 Гбайт (его мы и выбрали для тестирования), 12,9 Гбайт и 16,8 Гбайт. 10,1-Гбайт модель DTTA-351010 представляет собой винчестер с тремя пластинами, хотя в линейке встречаются модели и с пятью пластинами (16,8-Гбайт винчестер).

Производительность: раньше хорошая, а сегодня слабая

Все жёсткие диски линейки имеют скорость вращения шпинделя 5400 об/мин, что в 1997-1998 гг было не так распространено, и все оснащены 464 Кбайт кэш-памяти. Функции, повышающие производительность, такие как “родная” очередь команд (Native Command Queuing, NCQ), в то время были недоступны. Заявленное среднее время поиска составляет 9,1 мс, что переводится в эффективное среднее время доступа 15,5 мс – это равносильно времени доступа современных 2,5″ мобильных винчестеров со скоростью вращения шпинделя 5400 об/мин.

Интересно сравнить скорости передачи с производительностью ввода/вывода. Хотя интерфейс способен обеспечить до 31,5 Мбайт/с, физическая производительность чтения/записи составила около 12,5 Мбайт/с и снижалась до 4,5 Мбайт/с (запись) и до 6,8 Мбайт/с (чтение) по мере заполнения физического носителя. Это почти равно производительности средней карты формата SD или CompactFlash и меньше, чем производительность среднего брелока стандарта USB 2.0.

Однако результаты производительности ввода/вывода говорят совсем о другом: жёсткий диск DTTA превосходит теоретически более быстрый USB-флэш-накопитель на значительную величину, когда дело касается записи. Хотя современные жёсткие диски обеспечивают в два, а то и в четыре раза более высокую производительность ввода/вывода, чем IBM DTTA-351010, данный винчестер всё равно гораздо быстрее, чем 8-Гбайт “флэшка” Super Talent Pico-C Gold, чьим “узким местом” является флэш-память MLC (multi-level cell, многоуровневые ячейки).

USB-флэш-накопитель: Super Talent Pico C Gold USB 8 Гбайт

Мы выбрали “флэшку” Super Talent Pico C Gold 8 Гбайт USB 2.0 не потому, что она особенно быстрая, а скорее потому, что она удобная. Pico C основана на одном чипе флэш-памяти MLC, что позволяет создавать чрезвычайно маленькие накопители. У неё нет защитных крышечек и чехлов, но вряд ли можно сделать “флэшку” ещё меньше.

Крошечная и быстрая, но не предназначена для сильных нагрузок

Компания Super Talent обозначила линейку накопителей Pico как “200X”, что означает, что скорость передачи данных в 200 раз выше скорости 1x CD-ROM (200 x 150 кбайт/с или 30 Мбайт/с). Хотя в тесте на скорость передачи данных производительность Pico C Gold иногда падает с 30 Мбайт/с до 16 Мбайт/с, в среднем, “флэшка” обеспечивает отличную скорость чтения 28,7 Мбайт/с. Это в 2,5 раза выше производительности жёсткого диска IBM DTTA.

Однако производительность записи далека от отличной скорости чтения и достигает, максимум, 12,6 Мбайт/с. В этом отношении жёсткий диск не намного медленнее: его максимальная скорость записи равна 10,9 Мбайт/с.

Как уже упоминалось при обсуждении жёсткого диска IBM DTTA, результаты производительности ввода/вывода (на операциях чтения) флэш-накопителя Super Talent Pico C Gold потрясающие. Он превосходит жёсткий диск DTTA в тесте web-сервера, который состоит только из операций чтения. Здесь флэш-память MLC обеспечивает отличную производительность. Но как только дело касается быстрых операций записи, особенно произвольных, производительность падает. На самом деле, она падает настолько, что старый (и довольно медленный) жёсткий диск превосходит 8-Гбайт флэш-накопитель Pico C: от трёх до пяти раз быстрее! Очевидно, что “флэшка” отлично подходит для хранения файлов, но не для интенсивного доступа.

Непревзойдённые характеристики: прочный, водостойкий корпус, технология “Plug & Play”

Рассмотрим некоторые другие функции, которые делают USB-брелоки гораздо более удобными, чем жёсткие диски. USB-брелок сразу же готов к работе, благодаря поддержке технологии “plug and play”. Он прочный: если вы уроните брелок, то он не сломается, и данные не потеряются. Кроме того, корпус флэш-накопителей Pico C водонепроницаемый. Мы не знаем ни одного механического жёсткого диска, который мог бы выдержать такие испытания.

По долгосрочности хранения данных – ничья

Компания Super Talent заверяет, что данные на “флэшке” могут храниться в течение 10 лет. Это звучит, как преимущество по сравнению с традиционными жёсткими дисками, компоненты которого рассчитаны всего на 5 лет. Тем не менее, винчестер IBM DTTA доказал, что жёсткий диск может нормально работать и через 10 лет (хотя нужно признать, что в последние несколько лет мы пользовались им от случая к случаю). Как правило, мы рекомендуем копировать все важные данные на новый носитель каждые несколько лет и хранить критичные файлы с избыточностью на разных накопителях – на всякий случай.

Тестовая конфигурация

Результаты тестов

Диаграммы передачи данных

Диаграмма передачи данных нашего жёсткого диска IBM имеет характерные “ступеньки”, которые встречаются у большинства современных винчестеров. Однако большинство жёстких дисков, доступных сегодня, обеспечивают близкую пропускную способность для чтения и записи, чего не скажешь об этой старой модели. Конечно, максимальная скорость чтения 12 Мбайт/с сегодня кажется ничтожно малой, поскольку жёсткие диски, такие как Samsung Spinpoint F1, достигают почти 120 Мбайт/с. Получается, что производительность современных винчестеров в 10 раз выше, и ёмкость в 100 раз больше.

Производительность флэш-накопителя Super Talent Pico C соответствует заявленной на сайте производителя: крошечная “флэшка” на самом деле обеспечивает скорость передачи данных (чтение) около 30 Мбайт/с и, как правило, держится выше 25 Мбайт/с. Скорость записи в среднем равна 12 Мбайт/с – это больше, чем производительность записи 10-Гбайт жёсткого диска IBM DTTA. Однако тестирование производительности ввода/вывода даёт совсем другие результаты.

Время доступа, пропускная способность интерфейса

Тест на время доступа включает в себя только операции чтения, именно поэтому флэш-накопитель Super Talent Pico C USB 2.0 оказался значительно более быстрым, чем жёсткий диск IBM DTTA. Устройства на основе флэш-памяти MLC отлично работают, когда дело касается операций чтения, а вот во время записи они часто сильно задерживаются.

Вот одна из основных причин, почему мы выбрали для сравнения именно эти два устройства. В том, что касается пропускной способности, они оба имеют аналогичный потенциал. Однако реальная пропускная способность разная.

Производительность чтения/записи

8-Гбайт USB-брелок Super Talent Pico C на основе флэш-памяти MLC не только обеспечивает в 2,5 раза более высокую производительность чтения, но и, как правило, поддерживает её на этом уровне, за некоторыми исключениями (см. диаграмму передачи данных). Pico C явно превосходит жёсткий диск IBM DTTA. Чтобы не отставать от “флэшки”, нужен 30-40 Гбайт винчестер примерно 2000-2001 гг.

В тесте на производительность записи ситуация выглядит иначе, хотя флэш-накопитель по-прежнему остаётся явным победителем. Из-за того, что накопители на основе флэш-памяти MLC не обеспечивают той же скорости записи, что и чтения, и имеют более длительное время доступа при записи, Super Talent Pico C снизил производительность более чем на 50%. Жёсткий диск DTTA тоже отстал от своей скорости чтения, но в данном тесте он смотрится уже не так плохо, как в предыдущем.

Производительность ввода/вывода

Этот тест на самом деле не существенен для USB-накопителей, поскольку производительность ввода/вывода не так важна для портативных накопителей, как для серверов или высокопроизводительных настольных ПК и рабочих станций. Полученные результаты, возможно, являются результатом ограничения производительности ввода/вывода интерфейсом USB 2.0, но с большей вероятностью они раскрывают недостатки флэш-памяти MLC в том, что касается произвольного доступа.

В тесте базы данных задействовано много операций записи, поэтому жёсткий диск выполняет от четырёх до шести раз больше операций ввода/вывода в секунду.

В тесте файлового сервера выполняются операции чтения и записи. Поскольку блоки данных больше, и большую часть действий составляют операции чтения, 8-Гбайт USB-накопитель Pico C выступил лучше, чем в тесте базы данных, хотя он по-прежнему обеспечивает недостаточную производительность. Ясно, что никто не будет использовать “флэшку” для файлового сервера или для хранения операционной системы. Любой жёсткий диск, даже этот десятилетний 10-Гбайт винчестер IBM DTTA, обеспечит лучшую производительность ввода/вывода.

В тесте web-сервера 8-Гбайт “флэшка” Super Talent Pico C лидирует, производя почти в 15 раз больше операций ввода/вывода в секунду. Это в очередной раз доказывает, что флэш-память MLC на самом деле очень быстро работает во время операций чтения, и что USB 2.0, в конечном счёте, не является таким уж “узким местом”.

И наконец, тест рабочей станции, включающий в себя операции чтения и записи, снова показывает, что Super Talent Pico C работает так же медленно, как и в других тестах на производительность ввода/вывода, где требуются операции записи.

Заключение

Надо сказать, что данное сравнение не имеет большого практического значения, но может быть интересно как эксперимент, поскольку результат был почти предсказуем. Да простят нас читатели за сравнение ультрапортативного компактного USB-накопителя с настольным жёстким диском ATA/33 десятилетней давности, но когда мы разбирали оборудование в нашей лаборатории, наше внимание привлекли два физически и архитектурно разных устройства хранения данных, которые, тем не менее, имеют много схожих важных характеристик. 10-Гбайт жёсткий диск IBM DTTA-351010 и 8-Гбайт USB-“флэшка” Super Talent Pico C предоставляют сходную ёмкость и аналогичную пропускную способность интерфейса. И нас просто поразила разница в их размере и весе.

С одной стороны, было очевидно, что любой приличный накопитель на основе флэш-памяти может обеспечить гораздо лучшую скорость передачи данных, чем десятилетний жёсткий диск: максимальная производительность чтения 12,4 Мбайт/с – это ужасно, и “флэшка” Pico C здесь явно побеждает.

Однако нас потрясла разница в производительности ввода/вывода. Флэш-накопитель Super Talent Pico C работала бы на удивление хорошо, если не принимать во внимание операции записи. Но так как операции записи были задействованы в тестировании, старый жёсткий диск со значительным отрывом опередил современную “флэшку”.

Результаты нашего тестирования показывают, что такие продукты, как 8-Гбайт USB-“флэшка” Super Talent Pico C, должны использоваться в качестве накопителей в особых случаях, и желательно для больших файлов, например, для фотографий, музыки и видео. Они ни в коем случае не могут заменить собой жёсткие диски, когда требуются интенсивные операции ввода/вывода, поскольку производительность тогда будет низкой. Если вы ищите накопитель небольшой ёмкости для маломощного ПК, то мы рекомендуем поискать другие решения, которые способны обеспечить большую производительность.