Massamuistit 24 MikroPC 9/2013 WWW.MIKROPC.NET
TEKSTI JA TESTIT: OSSI JÄÄSKELÄINEN KUVAT: KAROLIINA PAAVILAINEN JA ERIC LERAILLEZ Kiintolevy, ssd vai hybridi? Ssd-levy on reilusti kiintolevyä nopeampi mutta selvästi kalliimpi. Flash-muistilla terästetyt kiintolevyt yrittävät yhdistää molempien parhaat puolet. WWW.MIKROPC.NET MikroPC 9/2013 25
Massamuistit >Kapasiteetin pullonkaulat 50 000 Mt/s Kiintolevy Välimuisti 64 Mt Keskusmuisti 200 Mt/s 600 Mt/s Perinteinen kiintolevy on nykypc:n pahin pullonkaula. Parhaimmat kiintolevyt yltävät nopeimmillaan kelvolliseen 200 megatavun sekuntinopeuteen, mutta ongelmaksi muodostuu kiintolevyn mekaanisesta toteutuksesta johtuva viive. Kiintolevyn sisällä on levypakka, jonka levyt pyörivät yleensä 5 400 tai 7 200 kierrosta minuutissa. Viive eli hakuaika johtuu siitä, että lukupään on siirryttävä levyn oikealle uralle ja odotettava, että levy pyörähtää siihen kohtaan, johon tiedosto on tallennettu. Kiintolevyn hakuaika on kymmenen millisekunnin suuruusluokkaa. Hakuaika kuvaa sitä aikaa, joka levyltä keskimäärin kuluu, ennen kuin se lähtee lukemaan haluttua tiedostoa. Kymmenen millisekuntia on vain yksi sadasosasekunti äärettömän lyhyt aika ihmiselle, mutta todella pitkä aika tietokoneelle. Intelin tuorein lippulaivamalli, kuusiytiminen Core i7 4960X, tekee yli 200 miljardia kokonaislukulaskutoimitusta tai lähes 150 miljardia liukulukulaskutoimitusta sekunnissa. Sadasosasekunnin viive tarkoittaa sitä, että suoritin voisi tällä välin laskea miljardin tai parikin laskutoimitusta. Hitaan kiintolevyn takia suoritin pyörittelee peukaloitaan: dataa ei vain irtoa riittävän nopeasti. Keskusmuistissa riittää kaistaa Tietokone lukee datan kiintolevyltä keskusmuistiin, jotta suoritin voi ottaa sen käsittelyyn. Kun data on luettu keskusmuistiin, suoritin saa ahmittua sitä huimaa vauhtia: nykyisten keskusmuistien kaistanleveys on parhaimmillaan yli 50 gigatavua sekunnissa. Tähänkin verrattuna kiintolevy on huomattavan hidas, esihistoriallinen pullonkaula. Jos perinteisen kiintolevyn sijaan tiedostot tallennetaan ssd-levylle, on siirtonopeus moninkertainen, mutta ero ei ole mullistava. Tämä johtuu osittain ssd-levyjen flash-muistitekniikasta, osittain tietokoneen massamuisteille tar- Jokaisen hakupään liikkeen aikana suoritin ehtisi tehdä pari miljardia laskutoimitusta. koitetun serial ata -väylän rajoitteista: tuorein sata 3.0 -standardi pystyy kuuden gigabitin sekuntinopeuteen. Väylän 8/10-bittisen enkoodauksen takia tämä tarkoittaa käytännössä enintään 600 megatavun sekuntinopeutta, joka on kolminkertainen kiintolevyihin verrattuna. Jatkuva lukunopeus on kuitenkin vain harvoin pullonkaulana. Sillä on merkitystä vain silloin, kun luetaan suuria tiedostoja, kuten videoita, keskusmuistiin. Ja keskusmuistiin verrattuna ssd-levykin on hidas. Hakuaika musertaa kiintolevyn Massamuistin suurin mahdollinen lukunopeus (tai hitaus) ei ole vielä koko totuus: kiintolevyn lukunopeus on suurimmillaan silloin, kun dataa luetaan yhteen pötköön. Aina, kun kiintolevy joutuu siirtämään lukupäänsä uudelle kohdalle, väliin muodostuu hakuajan mittainen viive. Mitä enemmän ja mitä pienempiä tiedostoja kiintolevyltä yritetään samanaikaisesti ladata, sitä hitaammin kiintolevy ennättää niitä hakea. Suurten tiedostomäärien lukemisen hitaus näkyy parhaiten windowsia käynnistettäessä. Kiintolevyltä pitää lukea huomattava määrä erilaisia tiedostoja, joita käyttöjärjestelmä tarvitsee. Käyttöjärjestelmän ydin, ajurit, asetustiedostot kiintolevyn lukupää joutuu ravaamaan edestakaisin, kunnes se on osunut kaikkien tuhansien ja tuhansien tarvittavien tiedostojen kohdalle. Windowsin käynnistämiseen voi mennä helposti minuutti tai pari. Kiintolevyt voivat suorittaa parhaimmillaankin joitain satoja levyoperaatioita sekunnissa. Ne voivat siis optimitilanteessa ehtiä lukea esimerkiksi 500 pientä tiedostoa sekunnissa. Kiintolevyn lukunopeus on pc:ssä huomattava pullonkaula. Levy ei pysty tarjoamaan dataa suorittimen suuntaan läheskään niin paljon, kuin välimuisti ja ennen kaikkea keskusmuisti pystyisivät ottamaan vastaan. Kiintolevyltä bitit siirtyvät välimuistiin korkeintaan 200 megatavun sekuntinopeudella, mikä on vain kolmasosa välimuistin 600 megatavusta, jotka se pystyy sekunnissa tarjoamaan keskusmuistille. Keskusmuistin kaistanleveys voi olla jopa 50 gigatavua sekunnissa, josta se pystyy hyödyntämään vain noin sadasosan, koska serial ata 3.0 -väylän maksiminopeus on noin 600 Mt/s. 26 MikroPC 9/2013 WWW.MIKROPC.NET
Suoritin >Hybridilevyn rakenne Hybridilevy yhdistää perinteisen kiintolevyn tallennuskapasiteetin ja modernin ssd-levyn suorituskyvyn. Bitit tallennetaan tavalliseen tapaan levypakkaan magneettisesti lukupään avulla, mutta levyn piirikortille on lisätty flash-muistipiiri tai -piirejä, joille luettu data tallennetaan väliaikaisesti. Valmistajat väittävät hybridilevyjen olevan flash-välimuistin ansiosta yhtä nopeita kuin ssd-levyt. Laboratoriomittaustemme perusteella hybridilevyt nopeuttavat käyttöjärjestelmän käynnistymistä selvästi, mutta raskaassa ohjelmistokäytössä ero perinteisiin kiintolevyihin on huomattavasti pienempi. Erillinen ssd on useimmissa tapauksissa suorituskykyisin ratkaisu. Vertailun vuoksi: pelkkä tyhjälle levylle asennettu windows koostuu kymmenistä tuhansista tiedostoista, joiden yhteiskoko on kymmeniä gigatavuja. Ssd jyrää levyoperaatioissa Sen sijaan, että bitit tallennettaisiin 60-luvulta periytyneelle pyörivälle kiekolle, jonka pinta on päällystetty magneettisella materiaalilla, voidaan ne tallentaa ssd-levyjen tapaan suoraan flash-muistipiireille. Tällöin bitit voi lukea käytännössä välittömästi, vain nanosekuntien viiveellä. Edullinenkin ssd-levy pystyy 50 000 levyoperaation sekuntinopeuteen: nopeusero kiintolevyyn on satakertainen. Nopeusero näkyy todella selvästi myös käytännössä. Ssd-levyllä varustettu tietokone tuntuu huomattavan nopealta, sillä käyttöjärjestelmä käynnistyy hämmästyttävän nopeasti ja suuret sovellukset silmänräpäyksessä. Paljain silmin näkee selvän eron kiintolevyllisen ja ssd-levyllisen pc:n välillä, mutta nopean ja hitaan ssd-levyn välillä ero on niin pieni, ettei sitä enää paljain silmin huomaakaan. Perustason edullinen ssd on kotikäytössä siis käytännössä yhtä hyvä kuin ammattikäyttöön tarkoitettu kallis erikoislevykin. Ssd-levyn haittapuolena on korkea hinta. Sadalla eurolla saa kahden teratavun eli noin 2 000 gigatavun kiintolevyn tai 128 gigatavun ssd-levyn. Ssd-levyjen gigatavuhinta on siis 15- tai 20-kertainen. Tämän takia ssd-levy kannattaa varata vain käyttöjärjestelmälle ja useimmiten käytetyille (ja suurimmille) sovellusohjelmille. Käyttäjän dataa, kuten videoita, musiikkia tai kuvia ssd:lle ei kannata tallentaa. Eikä yleensä voikaan, sillä vaikka teratavun vetoisia ssdlevyjä on jo olemassa, kovan hinnan takia 128- ja 256-gigatavun levyt ovat suurimpia, joita kuluttajat haluavat yleensä ostaa. 1 + 1 = 3? Ssd-levyn nopeuden ja kiintolevyn tallennuskapasiteetin yhdistävälle massamuistille on siis selvä markkinarako. Kiintolevyvalmistajat ovatkin havainneet tämän: myynnissä on kiintolevyjä, joihin on integroitu ssd-levyissä käytettyä flash-muistia. Hybridilevyjen ongelma on siinä, että niissä flash-muistia on vain muutama gigatavu. Se ei riitä, ellei jatkuvasti käytä samoja sovelluksia ja tiedostoja. Perinteisellä kiintolevyllä bitit on tallennettu magneettisesti levykiekolle, joita on levypakassa yksi tai useampia päällekkäin. Bitit luetaan levykiekolta lukupään avulla ja siirretään kiintolevyn piirilevyllä olevaan välimuistiin nykyisin yleensä kooltaan 64 megatavua josta ne luetaan tietokoneen keskusmuistiin suorittimen käsiteltäväksi. Jos suoritin sattuu tarvitsemaan uudelleen tietoa, jonka se hetkeä aiemmin sai kiintolevyltä, data saattaa olla vielä kiintolevyn välimuistissa. Tällöin datan saa luettua suoraan sähköisesti huomattavan nopealta keskus- WWW.MIKROPC.NET MikroPC 9/2013 27
Massamuistit muistilta ilman, että kiintolevyn lukupäätä tarvitsee odotella. Hybridilevyllä väliin tulee yksi työvaihe lisää. Kiintolevyn oman välimuistin ja keskusmuistin välillä on vielä ssd-levyistä tuttua flash-muistia käyttävä välimuisti, joka on hitaampaa kuin kiintolevyn dram-pohjainen välimuisti mutta samalla selvästi nopeampaa kuin kiintolevyltä lukeminen. Teoriassa tällainen tallennusratkaisu on täydellinen. Ikävä kyllä, teoria ei päde käytännössä. Flash-muistia liian vähän Testaamallamme Seagaten pöytätietokoneeseen tarkoitetulla 3,5-tuumaisella hybridilevyllä flash-muistia on vain kahdeksan gigatavua. Se ei riitä kuin harvoissa tapauksissa. Hybridilevyn etu näkyy parhaiten silloin, kun käytössä on rajallinen määrä sovelluksia, joita käytetään jatkuvasti. Esimerkiksi tyypillisessä toimistotyössä hybridilevy voi tuntua käyttäjästä yhtä nopealta kuin ssd-levy, kun käytössä ovat aina ne samat excelit, wordit ja powerpointit. Vähänkään raskaammassa käytössä hybridilevy taantuu tavallisen kiintolevyn tasolle ja etenkin kotikäytössä, kun tietokoneella on useita eri käyttäjiä, joista jokainen käyttää eri sovelluksia. Juniorin pelisession jälkeen isän excelöinti toimii yhtä hitaasti kuin tavallisellakin kiintolevyllä, kun välimuisti on täynnä pelien tarvitsemia tiedostoja. Tai päinvastoin, juniorin pelit latautuvat yhtä hitaasti kuin tavalliselta kiintolevyltäkin, jos tietokoneella on aiemmin vietetty työpäivä toimisto-ohjelmiston parissa. Käyttäjä ei siis voi itse valita tai edes vaikuttaa siihen, mitä nopeaan flash-muistiin tallennetaan. Älä pihistele muutamaa kymppiä Pöytäkoneisiin tarkoitetut 3,5 tuuman hybridilevyt maksavat muutaman kympin enemmän kuin perinteiset kiintolevyt. Hintaero ei ole suuri mutta eivätpä ole suorituskykyerotkaan. Pöytäkonekäytössä muutaman ekstrakympin maksaminen on turhaa, sillä nopeutta tulee lisää vain rajallisissa käyttötilanteissa. Vain ja ainoastaan jos käytät jatkuvasti muutamia yksittäisiä sovelluksia, ja olet kyllästynyt odottelemaan niiden käynnistymistä, on hybridilevy lisähintansa väärti. Pöytäkoneeseen kannattaa asentaa erillinen ssd-levy käyttöjärjestelmälle ja iso kiintolevy datavarastoksi. Valmistajien lupauksiin ei kuitenkaan kannata uskoa sokeasti: hybridilevy ei ole avain onneen. Esimerkiksi Seagate mainostaa windowsin käynnistyvän kymmenessä sekunnissa hybridilevyltä. Erittäin suorituskykyisessä testikokoonpanossammekin käynnistymisaika oli todellisuudessa yli 20 sekuntia. Hybridilevy tosin oli windowsin käynnistämisessä lähes yhtä nopea kuin ssd, mutta tämä olikin ainoa käyttötilanne, jossa näin oli. Useimmissa tapauksissa kuvetta kannattaa kaivaa vielä muutaman kympin verran lisää, jolloin tietokoneeseen saa sekä ssd-levyn käyttöjärjestelmälle ja sovelluksille että tilavan kiintolevyn datavarastoksi. Tilavista kiintolevyistä voit lukea lisää MikroPC:n numerosta 10/2012. Pöytäkoneessa rajallinen fyysinen tila ei muodostu ongelmaksi, sillä äärimmäisen harvoja tapauksia lukuunottamatta tietokoneen koteloon saa aina asennettua useamman kuin yhden massamuistin. Käyttöjärjestelmälle ja sovelluksille voi asentaa ssd-levyn ja sen rinnalle erillisen kiintolevyn edulliseksi datavarastoksi. Myös hinta laatu -suhdeajattelu puoltaa erillistä ssd-levyä ja datavarastolevyä. Hybridilevyn flash-välimuistin tuomaan lisähintaan verrattuna kolminkertaisella lisähinnalla saa 16-kertaisen määrän flashia ssd-levyn muodossa. Hybridilevyn flash-muisti on siis erittäin kallista sen tuomiin hyötyihin nähden. Lisäksi erillisen ssd-levyn ostamalla käyttäjä saa itse valita, mitä sille säilöö. Hybridilevyssä tätä mahdollisuutta ei ole, vaan levyn logiikka päättelee itse, mitä flash-välimuistissa milloinkin on. Hybridilevy sopii sylimikroihin Sylimikroissa, joihin ei joitakin poikkeuksia lukuun ottamatta voi asentaa kahta erillistä massamuistia, hybridilevyt voivat olla käytän- > Massamuistit Esimerkkilaite 3,5" kiintolevy 3,5" hybridilevy 2,5" ssd-levy 2,5" hybridilevy 2,5" kiintolevy Valmistaja Seagate Seagate Kingston Seagate Toshiba Malli Barracuda Desktop HyperX Laptop Thin SSHD MQ01ABD075 ST2000DM001 SSHD ST2000DX001 ST500LM000 Hinta, noin 100 140 200 80 70 Takuu 2 vuotta 2 vuotta 3 vuotta 1 vuosi 1 vuosi Kapasiteetti 2 Tt 2 Tt + 8 Gt ssd 240 Gt 500 Gt + 8 Gt ssd 750 Gt Gigatavun hinta 0,05 0,07 0,83 0,16 0,09 Välimuisti 64 Mt 64 Mt ei tiedossa 64 Mt 8 Mt Liitäntä sata 3.0, 6 Gbit/s sata 3.0, 6 Gbit/s sata 3.0, 6 Gbit/s sata 3.0, 6 Gbit/s sata 2.6, 3 Gbit/s Kierrosnopeus 7 200 rpm 7 200 rpm - 5 400 rpm 5 400 rpm Hakuaika, 8,5 ms / 9,5 ms <12 ms / <12 ms ei ilmoitettu <12 ms / <14 ms 12 ms luku / kirjoitus (1 Tiedonsiirtonopeus (1 156 Mt/s 158 Mt/s / 190 Mt/s (ssd) 555 Mt/s (luku) / 100 Mt/s ei ilmoitettu 510 Mt/s (kirjoitus) Levyoperaationopeus, ei ilmoitettu ei ilmoitettu 86 000 iops / ei ilmoitettu ei ilmoitettu luku / kirjoitus (1 60 000 iops Virrankulutus, 5,4 W / 8,0 W <3,9 W / 6,7 W 0,5 W / 2,1 W 0,9 W / 2,5 W 0,2 W / 1,5 W lepo / käyttö (1 1) Valmistajan ilmoittama 28 MikroPC 9/2013 WWW.MIKROPC.NET
nöllisiä ainakin joissakin käyttötarkoituksissa. Jos sylimikro on talouden ainoa tietokone, sille joutuu tallentamaan kaiken datan videoista lähtien. Tällöin tallennuskapasiteettia tarvitaan enemmän kuin järkihintainen ssdlevy tarjoaa. Juuri tällaiseen käyttöön hybridilevy on omiaan: käyttäjä saa lähes ssd-levyn käyttökokemuksen mutta kiintolevyn tallennuskapasiteetin, eikä hänen tarvitse hankkia ulkoista kiintolevyä datavarastoksi. Muussa tapauksessa on kuitenkin järkevämpää hankkia verkkolevy, jolle videot ja muut suurikokoiset tiedostot voi tallentaa. Tällöin tiedostot ovat saatavissa kaikilta kotiverkkoon kytketyiltä laitteilta, eikä tarvitse miettiä, mille koneelle tämän ja tuon tiedoston tallensikaan, tai miltä laitteelta löytyy halutun tiedoston tuorein versio. Jos verkkolevylle tallennettuja tiedostoja, kuten vaikkapa elokuvia, tarvitsee esimerkiksi lentomatkan aikana, ne voi kopioida väliaikaisesti sylimikrolle tai vaikkapa muistitikulle. Jos sylimikron suorituskyky ja etenkin responsiivisuus ovat tärkeitä, on fiksuinta hankkia suoraan ssd-levyllä varustettu sylimikro. Jos lisätallennustilalle tulee tarvetta, erillinen ulkoinen kiintolevy tai verkkolevy toimii bittivarastona. Etenkin, jos kodista löytyy valmiina langallinen tai langaton lähiverkko. Ulkoista kiintolevyä tai verkkolevyä voi lisäksi käyttää myös sylimikron varmuuskopioimiseen. Datastaan välittävälle ja huolehtivalle käyttäjälle ulkoinen levy tai verkkolevy on muutenkin jos ei jo valmiina hyllyssä, vähintään ostoslistalla. Jos läppärin suorituskyky ja responsiivisuus ovat tärkeitä, on fiksuinta hankkia ssd-levyllä varustettu kone. Ssd-levyn siirtonopeus on omassa luokassaan Isompi parempi. Mt/s 500 400 300 200 100 0 0 20 40 60 80 100 % Satunnaisia tiedostoja käsitellessä ssd on ylivoimainen Pidempi parempi. 3,5'' kiintolevy 3,5'' hybridilevy ssd-levy 2,5'' hybridilevy 2,5'' kiintolevy Kirjoitusnopeus Lukunopeus 0 10000 20000 30000 40000 50000 iops ssd 3,5'' hybridilevy 2,5'' hybridilevy 2,5'' kiintolevy 3,5'' kiintolevy Kiintolevyjen lukunopeudet ovat sitä hitaampia, mitä lähemmäs levyn loppua mennään. Ssd-levyn nopeus ei vaihtele sen mukaan, mistä kohtaa levyä luetaan, mutta testiyksilön lukunopeus oli Sandforce-ohjainpiirin takia alhaisempi siinä kohdassa levyä, jossa oli huonosti pakkautuvia tiedostoja, tässä tapauksessa windows-asennuslevyn alussa. "Hitaassakin" kohdassa ssd on kaksi kertaa nopeampi kiinto- ja hybridilevyyn verrattuna. Kun levyltä luetaan satunnaisia pieniä tiedostoja tai sinne kirjoitetaan sellaisia, hybridilevyt toimivat yhtä hitaasti kuin kiintolevyt. Ne pystyvät käsittelemään satoja tiedostoja sekunnissa. Ssd-levyt sen sijaan pystyvät kymmenien tuhansien levyoperaatioiden sekuntinopeuteen. Kiinto- ja hybridilevyjen nopeuspalkit ovat alle millimetrin pituisia. Raskaiden ohjelmistojen käytössä ssd on täysin ylivoimainen Pidempi parempi. 3,5'' kiintolevy 3,5'' hybridilevy ssd-levy 2,5'' hybridilevy 2,5'' kiintolevy 0 50 100 150 200 250 Mt/s PCMark 8 -testisovelluksen levytesti mittaa levynopeutta World of Warcraft- ja Battlefield 3 -peleissä, Adoben Creative Suite -multimediapaketissa (Photoshop, InDesign, After Effects, Illustrator) sekä Microsoft Office -toimisto-ohjelmistoa käytettäessä. Tulosten perusteella hybridilevyt ovat selvästi kiintolevyjä nopeampia, mutta ssd on raskaiden sovellusten käytössä ylivoimaisesti nopein. Näillä testasimme: Testikokoonpano: 3,5 3,9 GHz Intel Core i7 4770K -neliydinsuoritin, yhdysrakenteinen Intel HD Graphics 4600 -näytönohjain, Intel DZ87KLT- 75K -emolevy, 4 Gt ddr3-keskusmuistia ja 64-bittinen Windows 8. Massamuistit: 3,5 Seagate Barracuda 2 Tt kiintolevy, 3,5 Seagate Desktop 2 Tt hybridilevy, Kingston HyperX 240 Gt ssd-levy, 2,5 Seagate Laptop Thin 500 Gt hybridilevy, 2,5 Toshiba MQ01ABD075 750 Gt kiintolevy. Hybridilevyt nopeuttavat windowsin käynnistämistä Lyhyempi parempi. 3,5'' kiintolevy 3,5'' hybridilevy ssd-levy 2,5'' hybridilevy 0 10 20 30 40 sekuntia Hybridilevyllä varustettu testi-pc:mme käynnistyi suurinpiirtein yhtä nopeasti kuin ssdlevyllä varustettu. 3,5 kiintolevyllä varustettuna käynnistymisaika oli selvästi pidempi. 2,5-tuumaisella levyllä emme voineet teknisten ongelmien takia suorittaa tätä mittausta. WWW.MIKROPC.NET MikroPC 9/2013 29