Obecność kontrolerów Serial ATA na płytach głównych to już niemal standard, natomiast gorzej jest z dostępnością takich kontrolerów w postaci kart PCI. Zazwyczaj nie ma ich w magazynach dystrybutorów, więc wypożyczenie kilku kart trwało prawie miesiąc. Mimo to nie udało nam się zdobyć do testu wszystkich produktów, które są w sprzedaży. Możnaby jeszcze czekać na kolejne kontrolery Promise, LSI Logic czy HighPoint, ale jest niemal pewne, że i tak lista sprzętu nigdy nie byłaby kompletna. Przetestowaliśmy więc kontrolery dwu- i czterokanałowe, obsługujące RAID i pozbawione tej funkcji.
Zestaw testowy
Wszystkie testy przeprowadziliśmy na komputerze z płytą główną ASUS A7M266-D. Z punktu widzenia tego testu najistotniejsze w płycie głównej są 64-bitowe złącza PCI, które mogą pracować z częstotliwością 66 MHz (udostępniając przepustowość 528 MB/s). Nawet najtańsze prezentowane kontrolery z układami SiI3112A mogą pracować z taką częstotliwością, choć na szynie 32-bitowej. Droższe kontrolery, takie jak np. czterokanałowe karty 3Ware czy Adaptec mają długie, 64-bitowe złącza PCI, ale oczywiście zachowują zgodność ze standardową magistralą PCI i mogą być montowane w zwykłych slotach - stracą wtedy jedynie na wydajności.
Ważnym elementem zestawu testowego są dyski - aby nie ograniczały one wydajności kontrolerów, wybraliśmy najszybsze dyski Serial ATA dostępne na rynku. Były to trzy dyski WD Raptor o prędkości obrotowej 10 000 RPM (obrotów na minutę) - ich wydajność zbliżona jest do wydajności dysków SCSI, bo zapewniają ciągły transferu na poziomie 60 MB/s i czas dostępu rzędu 8-9 ms. Dyski te mają gniazda zasilające charakterystyczne dla złącza Serial ATA, pozwalające na włączanie dysku podczas pracy, ale też gniazda standardowe, dzięki temu do podłączenia zasilania nie są potrzebne przejściówki.
Przy dyskach o prędkości 10 000 RPM istotne jest odpowiednie chłodzenie, szczególnie jeśli w komputerze montuje się kilka takich dysków obok siebie. Wykorzystaliśmy więc konstrukcję DataFree MS-324A firmy Proware, zawierającą cztery hot-swapowe kieszenie na dyski.
Każdy dysk montowany jest w osobnej, metalowej kieszeni, takiej jak na zdjęciu, więc świetnie odprowadza ciepło.
Obudowa ma też trzy wiatraki chłodzące, więc nieco hałasuje, ale dyski grzeją się w minimalnym stopniu. Na przednim panelu drzwiczek obudowy znajdują się zielone i czerwone kontrolki - te pierwsze informują o obecności dysków w kieszeniach, a te drugie - o zbyt wysokiej temperaturze wewnątrz obudowy.
Obudowa na dyski ma wysokość trzech napędów optycznych (12,5 cm), a głębokość ok. 24 cm. Ten drugi rozmiar może trochę przeszkadzać w standardowej obudowie komputerowej - w naszym przypadku tylna ścianka Proware dochodziła już do płyty głównej, a obudowa nadal wystawała kilkanaście milimetrów z komputera.
Jak się okazało podczas testów, niemałe znaczenie miała moc Athlonów MP 2200+. Niektóre kontrolery potrafiły przetwarzać dane z szybkością ok. 60 tys. operacji I/O na sekundę, co potrafiło przeciążyć nawet taką konfigurację.
Kontrolery SATA
Najprostsze spośród przetestowanych kontrolerów wykorzystują układ SiI3112A, który pracuje na szynie PCI 66 MHz i udostępnia dwa kanały Serial ATA do podłączenia dwóch dysków twardych. Obecnie jeszcze nie ma napędów optycznych z Serial ATA, więc trudno pozbyć się z komputera niewygodnych taśm IDE, chyba że zastosuje się przejściówkę np. Welland ST-101L (na zdjęciu). Dzięki niej do kontrolera Serial ATA można podłączyć zarówno dysk, jak i napęd optyczny.
Jeśli nie mamy na płycie kontrolera Serial ATA, a zależy nam na korzystaniu z tego interfejsu (choćby po to, by wykorzystać dyski WD Raptor), zakup karty PCI nie będzie dużym wydatkiem. Najtańsze kontrolery Serial ATA kosztują niewiele ponad 100 zł brutto, np. testowany Welland ST-108 kosztuje u dystrybutora 120 zł. Jest to kontroler z jednym kanałem wewnętrznym do podłączenia na stałe dysku twardego, a także jednym zewnętrznym służącym do podłączenia przenośnego napędu Serial ATA - to jedyny z testowanych kontrolerów, który ma złącze zewnętrzne.
Do kontrolerów tego typu po prostu podłącza się dyski, instaluje sterowniki, ewentualnie zmienia BIOS na nowszy i już można z nich korzystać, przynajmniej w Windows. Firma Silicon Image udostępnia także niewielki programik konfiguracyjny, który informuje o stanie kontrolera, może wysyłać informacje o jego pracy na wskazany adres e-mail i rejestrować wszystkie informacje w pliku tekstowym.
Firma Silicon Image dostarcza też sterowniki dla innych systemów (patrz tabelka 2), a także sterownik SATARaid dla Windows i Linuksa. Ten ostatni pozwala na utworzenie software'owej konfiguracji RAID 0 lub RAID 1 z dwóch dysków, nawet jeśli system operacyjny takiej funkcji nie oferuje.
Niestety, kontroler Welland nie może pracować ze sterownikiem SATARaid, bo macierzowy tryb pracy jest w nim opcjonalny. Na karcie ST-108 nie ma wlutowanego odpowiedniego rezystora i zworki, poza tym jest tylko jedno gniazdo wewnętrzne.
Welland ST-108 jest dość słabo wyposażony - producent dołączył do niego tylko dyskietkę ze sterownikiem dla Windows oraz krótką instrukcję, natomiast kabelek Serial ATA i przejściówkę zasilającą musimy zakupić we własnym zakresie. Jeśli dysk twardy ma standardowe złącze zasilające, przejściówka do zasilania oczywiście jest niepotrzebna. Ponieważ Welland ST-108 jest kartą niskoprofilową, dołączono także śledzia do niższych obudów. W zasadzie wszystkie opisane kontrolery mogą zmieścić się do pecetowej czy serwerowej obudowy o wysokości 2U, ale tylko do nielicznych są dołączone odpowiednie śledzie.
Równie prostym kontrolerem jak Welland, jest Adaptec SATAConnect 1205SA - jego cena wynosi ok. 200 zł brutto.
Na układzie scalonym widoczna jest naklejka z symbolem karty ASH-1205SA, natomiast po jej odklejeniu widać, że również on wykorzystuje układ SiI3112A.
Kontroler może korzystać więc z tych samych sterowników Silicon Image, co kontroler Welland, różni się tylko wersją BIOS-u. Jednak jest bardzo małe prawdopodobieństwo, by kontrolery te charakteryzowały się inną wydajnością. Różnią się za to nieco konstrukcją i wyposażeniem, bo Adaptec ma dwa gniazda wewnętrzne, w zestawie jest też kabelek Serial ATA, śledź do obudów niskoprofilowych, sterowniki na dyskietce i płycie CD oraz nieco dokładniejsza dokumentacja. Adaptec nic nie wspomina o możliwości wykorzystania tego kontrolera np. pod Linuksem, sprawdziliśmy również, że kontroler nie chce współpracować ze sterownikami SATARaid.
Trzecim kontrolerem dwukanałowym jest Promise SATA150 TX2 Plus. Ten stosunkowo drogi produkt - kosztuje brutto ok. 370 zł - oprócz dwóch kanałów Serial ATA ma też kanał UltraATA/133. Producent wykorzystał oczywiście układ swojej własnej produkcji o symbolu PDC20375, spotykany również na niektórych płytach głównych.
Kontroler Promise SATA150 TX2 Plus ma w komplecie dwa kable Serial ATA, 80-żyłową taśmę IDE, dyskietkę ze sterownikami dla Windows i płytę z dokumentacją - plikiem PDF o objętości kilkuset KB - jak widać taniej jest wytłoczyć płytę, niż nagrywać dyskietki :). Ze strony producenta można również ściągnąć sterowniki dla Linuksa (włącznie z kodem źródłowym) i NetWare. Kontroler daje się w pewnym stopniu konfigurować - na dyskietce znajduje się niewielki windowsowy programik Cache Config, który umożliwia włączanie lub wyłączenia bufora odczytu dla kontrolera oraz bufora zapisu dla każdego z dysków.
Domyślnie odczyt i zapis jest buforowany, przy czym bufor zapisu pracuje w trybie write-back. Taki tryb pracy oznacza, że dane są zapisywane dopiero wtedy, gdy kontroler i dysk nie wykonują innych zadań. Jest to więc teoretycznie korzystne z punktu widzenia wydajności, ale nie z punktu widzenia bezpieczeństwa, bo w razie awarii zasilania, kontrolera lub dysku, dane z bufora nie trafiają na dysk, lecz bezpowrotnie znikają. Dlatego producent oferuje program konfiguracyjny, by użytkownik sam zdecydował, czy woli większą wydajność, czy raczej bezpieczeństwo. Jest też drugi powód - okazuje się, że wykorzystanie bufora w kontrolerach Promise powoduje stosunkowo duże obciążenie procesora - w razie problemów można po prostu bufor wyłączyć.
Przy okazji mała uwaga: podczas zakupu kontrolerów Promise trzeba uważać, bo zupełnie różne modele noszą podobne nazwy i łatwo kupić coś, czego nie chcemy. Są dwie karty, które w nazwie mają oznaczenie TX2: karta SATA150 TX2 jest dwukanałowym kontrolerem Serial ATA, zaś karta FastTrak S150 TX2 jest już kontrolerem macierzowym. Podobnie jest z kontrolerami czterokanałowymi, które mają w nazwie oznaczenie TX4: model SATA150 TX4 ma zwykłe 4 kanały, zaś FastTrak S150 TX4 obsługuje macierze RAID 0 i RAID 1. Wersje z oznaczeniem Plus mają dodatkowo kanały UltraATA/133.
Kontrolery SATA RAID
Kolejne testowane karty są kontrolerami macierzowymi, mają konfigurowalny BIOS, za pomocą którego można ustawić poziom RAID, włączyć lub wyłączyć bufor, przeprowadzić formatowanie dysków itp. Najtańszym z nich jest dwukanałowy Adaptec Serial ATA RAID 1210SA.
Wykorzystuje on tani układ SiI3112A, ale kosztuje ponad 300 zł brutto. Nie działa ze sterownikami Silicon Image, a tylko ze sterownikami Adapteca. Wykorzystując dwa kanały można na nim skonfigurować macierz RAID 0, RAID 1 lub JBOD (połączenie dysków w jedną, dużą całość). W komplecie dostajemy dwa kable Serial ATA, śledzia dla obudów niskoprofilowych, płytę CD ze sterownikami i dokumentacją. Jest też program Adaptec Storage Manager Browser Edition (dla Windows i Linux), który umożliwia konfigurację i nadzorowanie pracy macierzy dyskowej przez przeglądarkę (nawet zdalnie przez Internet).
Program napisany jest w Javie, z pozoru ma ładny interfejs, choć daleko mu do doskonałości. Rozmieszczenie przycisków jest dość przypadkowe, animacje bardziej drażnią niż pomagają, a w dodatku większość czynności przeprowadzanych za pomocą tego programu trwa dłużej, niż z poziomu BIOS-u. Jednak Storage Manager spełnia swoją rolę - dzięki niemu istnieje możliwość konfiguracji macierzy bez konieczności resetu komputera. Przydaje się to np. w serwerach, których nie należy resetować, bo cały czas korzystają z nich użytkownicy (np. serwerów WWW). Skorzystaliśmy również z tego podczas testów, w których trzeba sprawdzić wiele różnych konfiguracji w krótkim czasie. Wszystkie czynności mogą być wykonywane dopiero po zalogowaniu użytkownika. Oczywiście oprogramowanie to nie jest niezbędne - wszystkie czynności konfiguracyjne można przeprowadzić również z poziomu BIOS-u kontrolera.
W komplecie z kontrolerem 1210SA nie ma dyskietki ze sterownikami dla Windows - to nie jest szczegół, bo jak wiadomo, podczas instalacji Windows dodatkowe sterowniki można wczytać tylko z tego przestarzałego nośnika. Dyskietkę można jednak przygotować za pomocą narzędzi zawartych na płycie CD. Co więcej - można to zrobić na "gołym" komputerze, bez systemu operacyjnego, bo płyta CD dostarczona przez Adapteca jest bootowalna, uruchamia się z niej mini-dystrybucja Linuksa z graficznym interfejsem użytkownika, zawierająca narzędzia do tworzenia dyskietek ze sterownikami i do konfiguracji kontrolera.
Jednak na naszym zestawie testowym system ten tracił kontakt z klawiaturą i myszą w kilka chwil po uruchomieniu, więc nie dało się go w ogóle wykorzystać. Na szczęście dyskietkę ze sterownikami można również szybko stworzyć w samym systemie Windows.
Kontroler 1210SA ma BIOS, który umożliwia konfigurację macierzy bez jakiegokolwiek oprogramowania. Można przy tym ustawić poziom RAID, zmienić wielkości porcji (paska) danych przy RAID 0 (domyślnie jest 64 kB), wyłączyć buforowanie zapisu i odczytu (domyślnie jest ono włączone).
Kontroler 1210SA ma pewną cechę, która przyda się przy dodawaniu nowych dysków do macierzy - jest to możliwość migracji z konfiguracji jednodyskowej do RAID 0 lub RAID 1. Załóżmy, że wykorzystujemy jeden dysk i po pewnym czasie dokupujemy drugi. Wchodząc do BIOS-u kontrolera możemy utworzyć nową macierz i wskazać dysk źródłowy, z którego mają być pobrane dane, po czym kontroler odpowiednio rozmieści je na obu dyskach. W przypadku tworzenia macierzy RAID 0 odpowiednia funkcja BIOS-u nazywa się Migrate, natomiast w przypadku RAID 1 - Build.
Dzięki migracji, po dodaniu drugiego dysku nie trzeba od nowa instalować systemu i wgrywać danych z kopii zapasowej. Niestety, w przypadku tego kontrolera nie jest możliwa taka migracja pomiędzy macierzami RAID 0 i RAID 1.
Kontrolerem macierzowym, który obsługuje RAID 0, RAID 1 i dodatkowo RAID 0+1 jest Promise FastTrak S150 TX4, wykorzystujący chip tego samego producenta. Ma on cztery kanały Serial ATA, więc bez problemu wystarczyłoby ich do utworzenia macierzy RAID 5, jednak taka możliwość istnieje tylko w nowym modelu SX4, którego nie udało nam się wypożyczyć do testu.
Promise FastTrak S150 TX4 otrzymaliśmy w wersji bez pudełka, ale za to z bardzo dobrym wyposażeniem. Oprócz czterech kabli Serial ATA, płyty i dyskietki ze sterownikami oraz instrukcji, są także przejściówki pozwalające na podłączenie zasilania do dysków, które mają tylko nowy typ gniazda zasilającego. Również cena kontrolera - jak na model czterokanałowy - nie jest wysoka i wynosi ok. 420 zł brutto.
Funkcje FastTrak S150 TX4 można konfigurować zarówno przy pomocy BIOS-u, jak i dodatkowego oprogramowania. W tym pierwszym przypadku można jedynie utworzyć macierz, skasować ją, ewentualnie sprawdzić jej stan i przypisane do niej dyski.
Ciekawą funkcją jest Auto Setup - użytkownik nie musi znać zalet poszczególnych rodzajów macierzy. Wystarczy, że zdecyduje, czy potrzebuje macierzy wydajnej czy bezpiecznej, a kontroler automatycznie tworzy z dostępnych dysków odpowiednią konfigurację. Macierze można również tworzyć ręcznie, wtedy można wybrać dyski, które zostaną w niej wykorzystane, określić poziom RAID (w tym przypadku nie jest to RAID 0 i RAID 1, tylko Stripe i Mirror), ewentualnie zmienić wielkość porcji danych.
Szkoda, że z poziomu BIOS-u kontrolera nie można włączyć lub wyłączyć buforów odczytu i zapisu - aby to zrobić, trzeba w Windows zainstalować program Promise Array Management.
Narzędzie to umożliwia także tworzenie i kasowanie macierzy podczas pracy systemu czy konfigurację powiadomień wysyłanych na adres e-mail. Problemem jest jednak to, że po utworzeniu macierzy czy włączeniu bufora i tak konieczny jest restart komputera. Dostęp do konfiguracji za pomocą Promise Array Management mają tylko ci użytkownicy, którzy zalogują się w programie.
Bardziej zaawansowane czterokanałowe kontrolery macierzowe Serial ATA obsługują już nie tylko RAID 0, RAID 1 i RAID 0+1, lecz stosowany głównie w serwerach poziom RAID 5. Do tych kontrolerów należy Adaptec Serial ATA RAID 2410SA z procesorem Intel 80302 oraz buforem o pojemności 64 MB z korekcją błędów ECC. Wykorzystuje on również układy SiI3112A, które w tym przypadku pośredniczą w przesyłaniu danych między procesorem a dyskami. Kontroler został wykonany w postaci karty PCI ze złączem 64-bitowym.
Jego wyposażenie jest podobne, jak modelu 1210SA - w zestawie jest bootowalna płyta ze sterownikami i oprogramowaniem Adaptec Storage Manager Browser Edition, cztery kable Serial ATA, krótka instrukcja, śledź do obudów niskoprofilowych. Ze względu na konstrukcję kontrolera (procesor Intel) i jego możliwości (obsługa RAID 5), zalicza się on do produktów z wyższej półki, więc jego cena jest wysoka - ok. 1800 zł brutto.
BIOS kontrolera wygląda podobnie, jak w przypadku 1210SA - pozwala na tworzenie macierzy, wskazanie dysków zapasowych (hot-spare), włączenie lub wyłączenie buforów odczytu i zapisu, modyfikację wielkości porcji danych (w przypadku RAID 0 i RAID 5).
Na stronie Adapteca znajdują się również informacje o funkcjach, które pojawią się w nowych wersjach BIOS-u. Będzie to m.in. możliwość tworzenia macierzy wykorzystujących tylko fragment poszczególnych dysków, dzięki czemu np. na dwóch dyskach będzie można utworzyć macierz RAID 0, a obok niej na tych samych dyskach RAID 1. Funkcja ta jest dostępna teoretycznie już teraz, ale niestety nie działa - utworzona macierz zajmuje zawsze cały dysk. W kontrolerze 2410SA będzie możliwa także migracja pomiędzy różnymi poziomami RAID i zwiększanie pojemności podczas pracy macierzy przez dodanie nowych dysków lub wymianę istniejących. Z nowym BIOS-em kontroler 2410SA będzie miał więc takie funkcje, jak większość macierzowych kontrolerów SCSI, będzie też na pewno najbardziej zaawansowaną spośród kart przedstawionych w tym tekście. Jednak póki co, jego funkcjonalność jest przeciętna.
W czasie testów pojawił się jednak nowy firmware dla kontrolerów 2410SA, usuwający rzekome problemy powstające podczas pracy z niektórymi dyskami Seagate i Western Digital. My takich problemów nie doświadczyliśmy, jednak po zakończeniu pomiarów użyliśmy nowego oprogramowania (Build 9957 - w kontrolerze było oryginalne 9955), a następnie wykonaliśmy kilka prób wydajności. Upewniliśmy się, że wyniki zmieniły się jedynie w granicach błędu (spadły o ok. 2-3 proc.), więc w tabelach i na wykresach ostatecznie znalazły się wyniki testów kontrolera z oprogramowaniem oryginalnym.
Ostatnim, najdroższym kontrolerem spośród przetestowanych, jest czterokanałowy 3Ware Escalade 8500, którego cena brutto wynosi ok. 2500 zł. Tak naprawdę dostaliśmy dwa takie kontrolery - jeden to model Escalade 8500-4, a drugi - Escalade 8506-4LP
Karta na zdjęciu ma tylko 4 złącza Serial ATA (dwa są od spodu płytki, więc są niewidoczne), ale cała płytka drukowana przystosowana do wykorzystania nawet 12 kanałów - po wlutowaniu odpowiednich układów i złączy. W tym przypadku jak najbardziej uzasadnione jest 64-bitowe złącze PCI, ale co się okazuje? Otóż kontroler ten, nawet z 12 kanałami, może pracować tylko na magistrali PCI 33 MHz, co daje przepustowość tylko 264 MB/s (zamiast 528 MB/s). Dla czterech dysków w zupełności to wystarczy, natomiast gdyby wykorzystać ich więcej, magistrala okaże się wąskim gardłem.
Drugi egzemplarz kontrolera Escalade 8500, jaki otrzymaliśmy, okazał się konstrukcją nieco inną. Model Escalade 8506-4LP wykorzystuje nowszy chip i może pracować na magistrali 66 MHz. Ma cztery złącza Serial ATA (i na płytce nie może być ich więcej), dzięki czemu mógł być wykonany jako karta niskoprofilowa (niestety, w zestawie brakuje krótkiego śledzia).
Z obydwoma kontrolerami są dostarczone cztery kable Serial ATA, sterowniki na płycie CD, oprogramowanie 3Ware Disk Manager do konfiguracji przez przeglądarkę, oprogramowanie do zarządzania macierzami z linii poleceń i dokumentacja.
Według testów producenta, 8-kanałowy model Escalade 8506-8 może być nawet o kilkadziesiąt procent szybszy, niż model 8500-8. W przypadku obu kontrolerów 4-kanałowych, które dostaliśmy do testów, przewaga nowej konstrukcji nie była aż taka duża, ale rzeczywiście dość wyraźna, więc w ostatecznym porównaniu kontrolerów uwzględniliśmy tylko nowszy model.
Kontrolery 3Ware można konfigurować bezpośrednio z poziomu BIOS-u, w ten sposób można wybrać poziom RAID, włączyć lub wyłączyć buforowanie zapisu, ustalić rozmiar porcji danych (paska) dla konfiguracji RAID 0. Typowe ustawienie jest takie jak w innych kontrolerach (64 kB), zazwyczaj rozmiar ten można zmniejszyć do 32 lub 16 kB, natomiast w kontrolerach 3Ware można go zwiększać aż do 1 MB. Warto to zrobić, jeśli kontroler operuje na dużych blokach danych.
Konfiguracja kontrolerów 3Ware może odbywać się nie tylko z poziomu BIOS-u, ale również przy pomocy oprogramowania 3Ware Disk Manager (3DM), które - podobnie jak w przypadku programów Adapteca - jest dostępne przez przeglądarkę. Jednak ten program jest nastawiony bardziej na funkcje diagnostyczne, pozwala na uzyskanie znacznie większej ilości informacji o pracy macierzy i skonfigurowanie powiadomień. Umożliwia również wyłączenie bufora, zwiększenie lub zmniejszenie priorytetu operacji pierwszoplanowych i wykonywanych w tle (np. odbudowa macierzy), ale przy jego pomocy nie można konfigurować nowych macierzy, definiować dysków zapasowych itp. Tak więc, mimo wysokiej ceny, funkcjonalność kontrolera firmy 3Ware oraz dołączonego oprogramowania również pozostawia sporo do życzenia.
Procedura testowa
Proste kontrolery Serial ATA łatwo jest ocenić pod względem wydajności - nie są one konfigurowalne, a jedynym parametrem, jaki można zmieniać, jest oprogramowanie - firmware oraz sterowniki. Znacznie trudniej jest w przypadku kontrolerów macierzowych - można w nich włączać lub wyłączać bufor zapisu i odczytu, testować różne konfiguracje RAID, w przypadku RAID 0 modyfikować wielkość bloku danych. Kontrolery będą też inaczej pracować na magistrali PCI 66 MHz o szerokości 64 bitów, a inaczej na standardowej magistrali PCI.
Aby wyniki były przejrzyste, musieliśmy przyjąć kilka założeń. Po pierwsze, aby nie ograniczać wydajności kontrolerów, wszystkie montowaliśmy w długich slotach PCI. Po drugie - dla wszystkich kart ściągaliśmy najnowsze sterowniki, pozostawialiśmy jednak oryginalny BIOS. Po trzecie - pomiary przeprowadzaliśmy z włączonym buforem odczytu i zapisu, zresztą w prawie wszystkich kontrolerach jest on tak skonfigurowany domyślnie. Jedynie Promise FastTrak S150 TX4 ma wyłączony bufor odczytu i zapisu, również Adaptec Serial ATA RAID 2410SA podczas tworzenia macierzy (ale tylko z poziomu BIOS-u) proponuje włączenie buforów kontrolera, ale jednocześnie wyłączenie buforów na dysku. Wszystkie testy były wykonane w Windows XP, bez instalacji jakichkolwiek uaktualnień.
Testy były wykonywane głównie za pomocą programu Iometer, który pozwala na ocenę takich parametrów, jak szybkość zapisu danych, szybkość odczytu, czas odpowiedzi w określonej sytuacji, obciążenie procesora oraz dziesiątki innych. Zaletą tego programu jest duża powtarzalność wyników, zresztą każdy test można wykonywać tak długo, aż wynik się ustabilizuje. Plusem jest również to, że program ten nie wykonuje testów na sformatowanych partycjach, lecz na fizycznych dyskach widzianych przez system operacyjny, więc wyniki nie są zależne od systemu plików.
Podczas testów wykorzystaliśmy standardowe wzorce programu Iometer, tzn. losowe operacje odczytu i zapisu (OLTP), operacje zapisu i odczytu sekwencyjnego (Streaming Write, Streaming Read), a także dwa testy Web Server oraz File Server. Każdy z nich był wykorzystany po 5 razy, przy różnym obciążeniu kontrolera (różna długość kolejki komend - od 1 do 256). Mniejsze obciążenie odpowiada pracy w komputerze osobistym, w którym podsystem pamięci masowej otrzymuje w jednym czasie do wykonania nie więcej, niż kilkanaście operacji wejścia/wyjścia. Większe obciążenie odpowiada serwerom, z których zazwyczaj korzysta wielu użytkowników, a kolejka komend I/O jest nieco dłuższa -zawiera kilkadziesiąt komend do wykonania.
Niestety, Iometer to test syntetyczny, dlatego pomiary uzupełniliśmy o test File-Copy napisany przez ludzi z X-bit Labs. Jest to test zbliżony do rzeczywistości, polegający na zapisywaniu i odczytywaniu plików ze wskazanej partycji. Ten test przeprowadzaliśmy na partycjach NTFS. Niestety, on też ma wady, główną jest mała powtarzalność wyników pomiarów (różnice dochodzą nawet do 10 procent).
Pojedynczy dysk - ocena ogólna
Pierwszy test dotyczył sytuacji, gdy do kontrolera podłączony jest tylko jeden dysk twardy. W tabeli znajdują się pomiary szybkości transferu (w MB/s) dla różnych wzorców i różnego obciążenia. Pola oznaczone na czerwono zostaną omówione później. Pomiarów jest sporo i tabela jest mało czytelna, ale na wykresie widać więcej. Aby wszystkie wzorce miały w ogólnym wyniku jednakowy udział, wartości zostały znormalizowane (każdy pomiar mógł przyjąć maksymalną wartość 1), a następnie zsumowane. Ponieważ dla każdego kontrolera przeprowadziliśmy po 45 pomiarów (9 wzorców, 5 sposobów obciążenia), każdy z nich mógł uzyskać w sumie 45 punktów.
Jak widać, oba kontrolery Promise uzyskały bardzo dobry wynik, znacznie lepszy od kontrolerów z układami Silicon Image. W tyle zostały także najdroższe kontrolery macierzowe, choć w przypadku testu z jednym dyskiem twardym nie jest to szczególnie istotnie - podłączanie pojedynczego dysku do kontrolera takiego jak Adaptec Serial ATA RAID 2410SA czy 3Ware Escalade 8500 byłoby sporym marnotrawstwem. Kontrolery obsługujące poziom RAID 5 mają zaawansowaną logikę, która podczas obsługi pojedynczego dysku twardego bardziej przeszkadza, niż pomaga.
Na powyższym wykresie widać również, w jakich testach kontrolery Promise mają największą przewagę nad pozostałymi kartami. Są to paski: zielony i ciemnofioletowy, które odpowiadają zapisowi i odczytowi małych bloków danych, o wielkości 512 bajtów. W takim przypadku kontroler TX2 osiąga podczas odczytu transfer na poziomie 30 MB/s, TX4 - prawie 22 MB/s, a pozostałe kontrolery nie więcej niż 6,8 MB/s. Trzeba przyznać, że różnica jest ogromna. Również przy zapisie różnice pomiędzy kontrolerami są bardzo duże, w niewielkim stopniu zależą od obciążenia kontrolera (długości kolejki komend).
Po takim teście można dojść do wniosku, że oba kontrolery Promise są zdecydowanie najszybsze spośród testowanych. Niestety, duża wydajność to przypadek szczególny - występuje tylko przy małych blokach danych, przy zapisie i odczycie sekwencyjnym, czyli wtedy, gdy kontroler może wykonać bardzo dużo operacji wejścia-wyjścia. Aby dotrzeć do prawdy, konieczne jest bardziej szczegółowe potraktowanie tych kontrolerów. Okazuje się, że w miarę zwiększania wielkości bloków danych różnice pomiędzy poszczególnymi kontrolerami niemal całkiem się zacierają, wystarczy spojrzeć choćby do tabeli, na sekwencyjny zapis i odczyt bloków o wielkości 64 kB.
Druga sprawa to obciążenie procesora. Bardzo szybki zapis i odczyt małych bloków danych stwarza pewien problem. Jak nietrudno policzyć, podzielenie 30 MB danych na porcje o wielkości 512 bajtów tworzy ok. 60 tys. takich porcji. Taka ilość danych może być przetworzona w ciągu sekundy przez kontroler, ale powoduje bardzo duże obciążenie procesora, na granicy zawieszenia systemu. Jeśli zaczniemy wymuszać większą liczbę operacji przez wydłużenie kolejki I/O do 4, 16, 64 lub 256 komend, szybko dochodzi do zawieszenia komputera. Podczas testów doszło do takiej sytuacji, wpisywaliśmy wtedy wyniki pomiaru, jakie zostały uzyskane przy mniejszym obciążeniu - w tabeli są to pola oznaczone na czerwono. Jednak nie ma się co martwić - ten fragment testu Iometer jest ekstremalny, podczas normalnej pracy kontroler na pewno nie zawiesi nam komputera, bo nigdy nie będzie pracował z szybkością 60 tys. operacji I/O na sekundę.
Okazuje się również, że oba kontrolery Promise potrafią tak szybko czytać i zapisywać małe bloki danych tylko wtedy, gdy bufor zapisu pracuje w trybie write-back, czyli dane nie są w rzeczywistości zapisywane na dysk. Przełączenie bufora w tryb write-through (natychmiastowy zapis danych na dysk) lub całkowite jego wyłączenie powoduje zdecydowany spadek obciążenia procesora, ale jednocześnie nieznaczny spadek wydajności. Wykres porównuje ogólną wydajność kontrolerów z buforem write-back oraz bez bufora.
Jak widać na wykresie, oba kontrolery uzyskują ogólny wynik na poziomie ok. 36,5 punkta, a więc i tak lepszy, niż wszystkie pozostałe karty.
Pojedynczy dysk - transfer i czas odpowiedzi
Powyższe wykresy porównują wydajność w bardzo ogólny sposób. Przyjrzyjmy się jednak poszczególnym przypadkom. Oto sekwencyjny zapis i odczyt bloków o wielkości 64 kB, przy różnym obciążeniu kontrolera - pozwoli to oszacować maksymalną szybkość zapisu i odczytu danych. Pierwszy wykres przedstawia transfer przy kolejce I/O o długości 1 komendy, drugi - 64 komend.
Jak widać, proste kontrolery potrafią zapisać i odczytać dane z maksymalną szybkością dysku twardego, czyli ok. 60 MB/s. Kontrolery droższe, takie jak Adaptec 2410SA i 3Ware Escalade, odrabiają straty dopiero przy większym obciążeniu. Natomiast kontrolery Promise pracują tak samo wydajnie bez względu na obciążenie, warto jednak zwrócić uwagę, że ani przy małym, ani przy dużym obciążeniu nie są najszybsze.
Kolejna tabela prezentuje średni czas odpowiedzi dysku (w milisekundach) podczas wykonywania losowych operacji zapisu i odczytu. Poniższe wykresy prezentują wyniki z wykorzystaniem bloków danych o wielkości 2 kB. Przy małym obciążeniu, gdy do kolejki I/O trafia pojedyncza komenda, najszybciej to zadanie realizuje kontroler Promise TX2. Gdy obciążenie rośnie (na drugim wykresie kolejka 64 I/O), równie wydajny staje się kontroler Adaptec 1210SA.
Skoro w przypadku kontrolerów Promise włączenie lub wyłączenie buforowania może bardzo wpłynąć na ogólny wynik, to spójrzmy jeszcze, w jaki sposób wpływa to na transfer sekwencyjny i czas odpowiedzi podczas wykonywania operacji losowych.
Jak widać, wyłączenie bufora w kontrolerach Promise może przynieść pewnie korzyści. W przypadku sekwencyjnych operacji zapisu i odczytu wyraźnie wzrasta transfer danych, szczególnie w kontrolerze TX4. Trudno to wyjaśnić - obciążenie procesora w tym czasie nie jest takie duże (kilkanaście procent), a kontroler wykonuje jedynie kilkaset operacji I/O na sekundę i ma jeszcze bardzo duży zapas wydajności. Dodatkowo w kontrolerze TX4 nieznacznie skraca się czas odpowiedzi. Tak więc włączony bufor kontrolera FastTrak S150 TX4 może niekiedy przeszkadzać - być może dlatego w fabrycznej konfiguracji nie jest używany.
Pojedynczy dysk - File-Copy
Wyniki uzyskane za pomocą programu Iometer można w pewien sposób potwierdzić za pomocą innych testów, jednak problemem jest słaba powtarzalność pomiarów. Na przykład za pomocą programu File-Copy można orientacyjnie sprawdzić, ile czasu potrzeba, by na dysku został zapisany plik o zadanej wielkości, następnie odczytany i skopiowany do innego katalogu.
File-Copy posługuje się pięcioma wzorcami, oto one:
Dzięki programowi można sprawdzić, jak dysk i kontroler zachowa się w określonych sytuacjach, np. odczytując czy zapisując na dysku pliki o określonej wielkości. Dla każdego kontrolera przeprowadza się kilka pomiarów, wyniki zamieściliśmy w tabeli oraz na wykresie, gdzie każda z części odpowiada średniej szybkości zapisu, odczytu i kopiowania plików (w MB/s).
Jak widać, test polegający na kopiowaniu plików potwierdza częściowo wyniki testu syntetycznego. Bardzo dobrze wypadają kontrolery z układami SiI3112A, ale podczas zapisu i kopiowania plików lepszy jest Adaptec 1210SA (również z tym układem). Nieźle wypadły również oba kontrolery Promise, zaś najsłabiej - najdroższe kontrolery 3Ware i Adapteca.
Wydajność macierzy
Pora przyjrzeć się, jaką wydajność osiągają cztery kontrolery, które mogą pracować w różnych konfiguracjach RAID. Na początek ogólne porównanie wydajności - tabela ze zmierzonym transferem w poszczególnych konfiguracjach oraz wykres:
W tym przypadku sytuacja jest analogiczna, jak podczas testów z pojedynczym dyskiem. Kontroler Promise ma zdecydowaną przewagę i jest to znowu zasługa bardzo szybkiego zapisu i odczytu małych bloków danych. Jest on bardzo wydajny w konfiguracji RAID 0, zapewniającej teoretycznie najszybszy transfer, jak i w konfiguracji RAID 1, pozwalającej na uzyskanie krótszego czasu dostępu do danych. Bardzo dobrze wypada również kontroler Adaptec 1210SA, następny jest 3Ware Escalade, a na końcu wreszcie Adaptec 2410SA.
Niestety, kontrolery 3Ware i Adaptec pracujące w konfiguracji RAID 5 okazały się zaskakująco wolne - uzyskały ogólny wynik na poziomie 22-24 punktów. O ile praca tych kontrolerów z pojedynczymi dyskami nie musi być szczególnie szybka, to RAID 5 (ale też 0 i 1) musi być obsługiwany wzorowo. Tymczasem są one bez porównania słabsze, niż kontrolery tej samej klasy, tyle że z interfejsami SCSI. W tabeli znajduje się krótkie porównanie kontrolerów Adaptec Serial ATA RAID 2410SA oraz Adaptec SCSI RAID 3210S. Oba kontrolery podczas testów miały podłączone po 3 dyski o prędkości 10 000 RPM i bardzo podobnej wydajności. Oba wykorzystują też podobny procesor Intela (80302 i 80303), pracują na magistrali 64-bitowej o częstotliwości 66 MHz, mają zintegrowany bufor o pojemności 32 MB (kontroler SCSI) i 64 MB (kontroler SATA). Różna była jedynie platforma testowa - w przypadku kontrolera SCSI była ona nieco wolniejsza (płyta z chipsetem AMD 761MP i procesor Athlon XP 1800+). Jednak mimo tego wydajność kontrolera SCSI była większa średnio o 60 procent...
Porównajmy teraz szybkość sekwencyjnego zapisu i odczytu danych. Teoretycznie w konfiguracji RAID 0 z dwoma dyskami i RAID 5 z trzema dyskami można uzyskać transfer na poziomie 120 MB/s.
Przy zwiększeniu obciążenia (kolejka komend 64 I/O) wszystkie cztery kontrolery pracujące w konfiguracji RAID 0 pozwalają na przekroczenie transferu 100 MB/s, zarówno podczas odczytu, jak i zapisu. Przy takim obciążeniu, w konfiguracji RAID 1 bardzo szybki okazuje się kontroler 3Ware. Najwolniejszy transfer zapewniają kontrolery 3Ware i Adaptec, które pracują w konfiguracjach RAID 5 z trzema dyskami. W tym przypadku szybkość odczytu danych ledwie przekracza możliwości pojedynczego dysku, zaś szybkość zapisu jest jeszcze mniejsza.
Kontrolery 3Ware i Adaptec w konfiguracji RAID 5 charakteryzują się również stosunkowo długim czasem odpowiedzi - zarówno przy małym, jak i znacznie większym obciążeniu. Oto tabela z danymi oraz wykresy:
Wolny transfer oraz długi czas odpowiedzi w takim trybie pracy świadczy o tym, że funkcja RAID 5 jest trudna do realizacji. Jednak przy większym obciążeniu czas odpowiedzi wzrasta do ok. 360 ms (3Ware) i 470 ms (Adaptec), natomiast dla analogicznego kontrolera SCSI w takim samym przypadku wynosi jedynie ok. 170 ms. To kolejny dowód, że oba kontrolery oferują jednak bardzo słabą wydajność w macierzach RAID 5.
Macierze w rzeczywistości
Podobnie, jak w przypadku pojedynczego dysku twardego, również w różnych konfiguracjach RAID przeprowadziliśmy test zapisu, odczytu i kopiowania plików za pomocą programu File-Copy. Oto wyniki w tabeli i na wykresie:
Ten test potwierdza wyniki uzyskane za pomocą programu Iometer - najszybszy zapis oferują kontrolery macierzowe Promise i Adaptec 1210SA. Natomiast kontroler 3Ware, który w teście syntetycznym wypada całkiem dobrze (przy najmniejszym obciążeniu zapisuje dane na macierzy RAID 0 z szybkością niemal 80 MB/s, przy większym - 120 MB/s), w teście File-Copy wykonuje to z maksymalną szybkością 11 MB/s.
W stu procentach potwierdziła się wydajność odczytu danych - najszybszy w tym przypadku jest kontroler Adaptec 1210SA (w RAID 0 i RAID 1), trochę wolniejsze kontrolery 3Ware i Promise. Szybkość kopiowania plików w pewnym sensie wynika z szybkości zapisu i odczytu, ale nie jest prostą wypadkową tych dwóch wartości. Najszybsze w tym przypadku są kontrolery Promise i Adaptec, które oferują zarówno szybki zapis, jak i szybki odczyt.
Wnioski
Oto tabela podsumowująca wyniki testów.
Początkowo próbowaliśmy wybrać jeden najlepszy kontroler nie obsługujący RAID oraz jeden macierzowy. W tym pierwszym przypadku wybór padłby na kontroler Promise SATA150 TX2 Plus, który ogólnie osiąga dobry wynik, choć jest to zasługa pewnych konkretnych warunków testu (w tym przypadku wykorzystania bloków danych o bardzo małej wielkości). W warunkach bardziej zbliżonych do rzeczywistych (test File-Copy) przewaga tego kontrolera nad konkurentami jest niewielka, jego wadą jest dość wysoka cena.
W tej sytuacji lepszym wyborem może być zakup kontrolera znacznie tańszego, takiego jak Welland ST-108 - dużo zyskamy na cenie, natomiast niewiele stracimy na wydajności. Jest też drugie wyjście - zakup kontrolera z obsługą RAID, w takiej samej cenie, jak kontroler Promise. Wskazałbym tu Adapteca Serial ATA RAID 1210SA - jest to produkt, któremu naprawdę niewiele można zarzucić - oferuje szybki odczyt i zapis danych na pojedynczym dysku, niezależnie od obciążenia transfer dochodzi wynosi 60 MB/s. Pozwala również na uzyskanie krótkiego czasu odpowiedzi i wysokich transferów (zarówno podczas zapisu, jak i odczytu) w konfiguracji RAID 0 i RAID 1, choć przy zwiększającym się obciążeniu wydajność RAID 1 wyraźnie spada. Przy wadach konkurentów nie jest to jednak bardzo istotny mankament. Plusem kontrolera Adaptec 1210SA jest możliwość konfiguracji wszystkich parametrów z poziomu BIOS-u lub za pomocą oprogramowania Adaptec Storage Manager, bez konieczności restartu komputera. Z tych względów kontroler zasłużył na rekomendację naszego serwisu.
Jeśli potrzebny jest kontroler o większej liczbie kanałów, wybór może paść jedynie na Promise FastTrak S150 TX4. Jest on znacznie tańszy i w większości testów wydajniejszy od swoich czterokanałowych konkurentów, dlatego również zasługuje na wyróżnienie. Co prawda, nie obsługuje RAID 5, ale jeśli obsługa ta miałaby odbywać się z taką wydajnością, jak w przypadku 3Ware czy Adapteca 2410SA, to równie dobrze może jej w ogóle nie być.
Natomiast co do kontrolerów obsługujących RAID 5 - nie kupilibyśmy ani kontrolera 3Ware Escalade 8500, ani Adaptec Serial ATA RAID 2410SA - są one bez porównania słabsze, niż kontrolery SCSI, choć również znacznie tańsze - w przypadku kontrolerów Adapteca różnica cen jest niemal dwukrotna. Być może producentom nie za bardzo zależy na tym, by sprzedawać szybkie kontrolery macierzowe Serial ATA, skoro mogą sprzedawać szybsze, ale znacznie droższe kontrolery SCSI?
Do testów kontrolery dostarczyły firmy:
Adaptec www.adaptec.com
Alstor www.alstor.com.pl
Asbis www.asbis.pl
Komputronik www.komputronik.pl
Konsorcjum FEN www.fen.pl
Veracomp www.veracomp.pl