Накопитель Gigabyte i-RAM

Характеристика накопителя Gigabyte i-RAM

   Принцип действия

   Установка

   Возможные сценарии применения

Методика тестирования производительности i-RAM

Результаты тестирования

   3D-приложения

   Обработка цифровой фотографии

   Кодирование аудиофайлов

   Архивирование

   Кодирование видео

Выводы

 

Считается, что одна из проблем современного компьютера — это несбалансированность производительности дисковой подсистемы (подсистемы хранения данных) с производительностью всех остальных подсистем компьютера (графической подсистемы, подсистемы процессор—память и т.д.). К сожалению, скорость дисковых операций растет немного медленнее, чем производительность памяти и процессоров. Тенденция развития жестких дисков такова, что с каждым годом увеличивается плотность записи на них и, как следствие, их емкость. Однако стремительного роста производительности жестких дисков, увы, не наблюдается.

Сегодня трудно предположить, какими станут жесткие диски (или, точнее, подсистема хранения данных) в будущем. Скорее всего, от традиционных жестких дисков со временем откажутся, заменив их на твердотельные диски на основе флэш-памяти. И первые примеры тому уже есть. Правда, пока диски на основе флэш-памяти очень дороги, и до массового их распространения еще далеко. Сейчас производители пытаются найти более дешевые способы увеличения производительности дисковой подсистемы. Причем, если вспомнить историю, такие попытки предпринимались еще на заре развития компьютерной техники. Вспомните хотя бы всевозможные контроллеры жестких дисков с буферами памяти (например, контроллеры TEKRAM), которые использовались для повышения производительности дисковой подсистемы. Другой пример — создание виртуальных RAM-дисков в оперативной памяти с применением специального программного обеспечения. Классический способ повышения производительности дисковой подсистемы — объединение нескольких дисков в RAID-массив. Первоначально RAID-массивы использовались исключительно в серверах со SCSI-дисками, причем не столько для увеличения производительности, сколько для повышения надежности хранения данных. Впоследствии RAID-массивы постепенно начали применять и в домашних компьютерах как средство увеличения производительности дисковой подсистемы, а сейчас уже все материнские платы для ПК обладают встроенными RAID-контроллерами для организации RAID-массивов уровней 0, 1 и 10. Однако стоит признать, что RAID-массивы способны лишь отчасти выполнить задачу повышения производительности дисковой подсистемы, поэтому считать их универсальным средством решения проблемы нельзя. Так что поиск идей продолжается.

 

Накопитель Gigabyte i-RAM

В настоящее время разрабатываются новые способы увеличения производительности дисковой подсистемы. К примеру, компания Intel продвигает технологию Robson для ноутбуков и ее аналог — технологию Snowgrass для ПК (более подробно о технологии Robson рассказывается в статье «Технология Robson» в этом номере). Впрочем, Intel — не единственная компания, которая ведет разработки в этой области. Примерно год назад в рамках выставки Computex 2005 компания GIGABYTE анонсировала устройство i-RAM, позволяющее отчасти решить проблему недостаточной производительности дисковой подсистемы. Отметим, что аналогичных устройств на современном рынке нет — таким образом, данное решение Gigabyte является уникальным.

На сайте Gigabyte сообщается, что в настоящее время выпускается уже третье поколение устройств i-RAM (версия v.1.3) и компания готовит к серийному производству новое поколение устройства i-RAM — 2. В настоящей статье мы детально рассмотрим все особенности наполнителя Gigabyte i-RAM v.1.2.

Характеристика накопителя Gigabyte i-RAM

Принцип действия

Итак, рассмотрим принцип функционирования устройства Gigabyte i-RAM. Это твердотельный накопитель на основе обычных модулей памяти. Устройство выполнено в виде платы расширения с интерфейсом PCI, а для установки модулей памяти на плате предусмотрены четыре DIMM-слота.

Конечно, кроме модулей памяти, устройство i-RAM должно содержать и контроллер интерфейса PCI, и контроллер памяти, и SATA-контроллер. В случае i-RAM все три контроллера объединены в одну ASIC-микросхему общего назначения Xilin XC3S1000. Физический уровень SATA реализован с использованием микросхемы JMicron JM20330.

Собственно, принцип работы накопителя i-RAM довольно прост. Питание накопитель получает от PCI-интерфейса, причем применяется только PCI-шина. Далее стабилизаторы напряжения преобразуют питание шины PCI из 5- или 3,3-вольтного в 2,5-вольтное, которое требуются модулям памяти, а также в требуемое напряжение для питания других компонентов устройства. Тактовый генератор ICS UA830006 отвечает за правильную работу DDR-памяти.

Отметим, что устройство i-RAM поддерживает спецификацию PCI v.2.2 с напряжением питания 5 В. Это может создать определенные проблемы, поскольку не все материнские платы имеют пятивольтовые PCI-слоты.

Максимальный объем памяти, поддерживаемый платой, — 4 Гбайт, соответственно если рассматривать i-RAM как обычный жесткий диск, то его максимальная емкость составляет 4 Гбайт.

В устройстве i-RAM могут использоваться модули памяти SDRAM DDR200/266/333/400. Причем производительность получаемого диска не зависит от производительности памяти (в данном устройстве память не является узким местом). Собственно, тактовая частота работы памяти в устройстве i-RAM составляет 100 МГц, что соответствует памяти DDR200. Поскольку память в устройстве i-RAM работает в одноканальном режиме, пропускная способность шины данных равна 1600 Мбайт/с. Если учесть, что в устройстве i-RAM используется одноканальный SATA-контроллер с теоретической пропускной способностью 150 Мбайт/с, то понятно, что узким местом в устройстве, ограничивающим его производительность, является именно пропускная способность SATA-контроллера, а от типа памяти и режима ее работы в данном случае ничего не зависит. Отметим, что на практике пропускная способность накопителя i-RAM составляет порядка 130 Мбайт/с, что, конечно же, существенно больше пропускной способности любого жесткого диска.

Память SDRAM является энергозависимой. Поэтому, чтобы избежать потери данных на таком диске при выключении питания, на плате i-RAM предусмотрен аккумулятор (емкость — 1700 мА·ч, выходное напряжение — 3,7 В). Такого аккумулятора достаточно для работы в автономном режиме в течение примерно 16 часов (время автономной работы зависит от количества и типа модулей памяти). Питание от аккумулятора начинается при отключении питания компьютера, поэтому если компьютер обесточен более 16 часов, то все данные на диске i-RAM будут утеряны. Если же компьютер выключен, но не отключен от электросети, то питание на PCI-слоте присутствует и аккумулятор не задействуется.

Установка

Установка устройства i-RAM в компьютер выполняется довольно просто. Собственно, все что вам понадобится — это плата i-RAM, модули памяти, наличие свободных слота PCI v.2.2 и SATA-канала. Понятно, что требование наличия свободного SATA-канала ограничивает круг материнских плат, с которыми совместим накопитель i-RAM.

С накопителем i-RAM можно использовать любые модули DDR-памяти. Можно сочетать модули разных производителей и типов и вовсе не обязательно применять четыре модуля. Однако оптимальным будет использование четырех модулей емкостью по 1 Гбайт, поскольку ожидаемый прирост производительности напрямую зависит от емкости накопителя и чем он больше, тем лучше.

После установки i-RAM будет работать как обычный жесткий диск. Операционная система присвоит ему букву, и его можно будет разбивать на разделы и форматировать средствами операционной системы.

Возможные сценарии применения

В зависимости от емкости накопителя i-RAM возможны различные сценарии его применения. Во-первых, если задействуются приложения, активно использующие своп-файл, то можно перенести его на накопитель i-RAM. Во-вторых, можно размещать на накопителе временные файлы и директории, с которыми работают определенные приложения. В-третьих, возможен перенос или даже инсталляция самих приложений вместе с рабочими каталогами на накопитель i-RAM. Ну и последний вариант — установка на нем операционной системы Windows вместе со своп-файлом и приложениями. Однако данный сценарий имеет ряд ограничений и годится разве что для экспериментов, а не для реальной работы. Дело в том, что при инсталляции ОС на накопителе i-RAM на нем не остается места для инсталляции большого количества приложений. Все-таки для использования i-RAM вместо жесткого диска его объем по сегодняшним меркам слишком мал.

Кроме того, в этом случае нужно помнить, что аккумулятор рассчитан только на 16 часов автономной работы и при возможных перебоях с электричеством это может привести к неприятным последствиям.

В начало В начало

Методика тестирования производительности i-RAM

Для тестирования производительности накопителя i-RAM использовался стенд следующей конфигурации:

  • процессор — Intel Pentium 955 Extreme Edition;
  • материнская плата — Intel D975XBX;
  • чипсет — Intel 975X Express;
  • память — DDR2-667 (два модуля Kingston KHX6000D2K2/1G по 512 Мбайт);
  • графическая карта — PNY NVIDIA Quadro FX 4500;
  • версия видеодрайвера — ForceWare 84.26;
  • SATA RAID-контроллер — ICH7R;
  • дисковая подсистема — два диска Seagate Barracuda 7200.7 по 120 Гбайт, объединенных в RAID-массив уровня 0, файловая система NTFS;
  • операционная система — Windows XP Professional SP2;
  • дополнительные утилиты и драйверы — Intel Chipset Software Installation Utility 7.2.2.1007 Intel Matrix Storage Manager Ver:5.5.0.1035.

Для измерения производительности жестких дисков традиционно применяются синтетические бенчмарки типа IOmeter, PCMark 2005, HD Tach, HD Tune и т.д. Синтетические тесты позволяют измерять конкретные характеристики дисковой подсистемы, минимизируя при этом влияние остальных подсистем ПК, однако, на наш взгляд, для получения полной картины необходимо рассмотреть сценарии использования накопителя i-RAM при работе с реальными приложениями. Поэтому для тестирования накопителя i-RAM мы применяли различные реальные приложения для работы с 3D-графикой, кодирования аудио- и видеофайлов, архивирования данных, обработки цифровых фотографий и пр.:

  • Adobe Photoshop CS2;
  • Discreet 3d Studio Max 7.0;
  • Alias WaveFront Maya 6.5;
  • Lame 3.98a;
  • WinRAR 3.51;
  • XMPEG 5.2 Beta;
  • TMPGEnc 2.5;
  • MainConcept H.264 Encoder;
  • DivX 6.11.

Мы провели тестирование накопителя i-RAM по трем возможным сценариям. В первом сценарии (Сценарий #1), чтобы выявить преимущества i-RAM, накопитель не использовался и все тесты и операционная система устанавливались на RAID-массив. Во втором сценарии (Сценарий #2) на накопителе i-RAM размещался своп-файл и инсталлировались приложения и бенчмарки. В третьем сценарии (Сценарий #3) i-RAM был единственным накопителем в ПК и на него устанавливались операционная система, своп-файл и приложения.

Нужно отметить, что во втором и третьем сценариях не обошлось без подводных камней. К примеру, при инсталляции на накопитель i-RAM приложений и бенчмарков выяснилось, что некоторые скрипты написаны таким образом, что требуют размещения только в корневом каталоге на диске C:. Кроме того, некоторые приложения (например, Windows Movie Maker 2.1) являются частью операционной системы и не могут быть инсталлированы на другой накопитель. Поэтому первый сценарий применения накопителя i-RAM может быть реализован далеко не во всех случаях.

В ходе тестирования по третьему сценарию обнаружилось, что загрузить компьютер с накопителя i-RAM не так-то просто. При наличии загрузочного CD-диска в приводе система нормально загружается с накопителя i-RAM, а при его отсутствии загрузиться не может. По всей видимости, проблема заключается в том, что на накопителе i-RAM не может быть создан Boot Sector. Однако, возможно, это просто один из глюков BIOS материнской платы.

Еще один подводный камень третьего сценария заключается в том, что 4-гигабайтный i-RAM хотя и позволяет установить операционную систему и Adobe Photoshop CS2, но запуск тестового скрипта невозможен из-за нехватки виртуальной памяти.

Впрочем, еще раз подчеркнем, что по причине малого объема накопителя i-RAM установка на него операционной системы и приложений нецелесообразна.

В начало В начало

Результаты тестирования

3D-приложения

Discreet 3d Studio Max 7.0

Для тестирования производительности при работе с приложением Discreet 3d Studio Max 7.0 применялся скрипт SPECapc_3dsmax_7_v2.1.3 вкупе с OpenGL-драйвером MAXtreme 8.00.03.

Результаты тестирования i-RAM по различным сценариям представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Результаты тестирования при работе с приложением Discreet 3d Studio Max 7.0

Таблица 1. Результаты тестирования при работе с приложением Discreet 3d Studio Max 7.0
(скрипт SPECapc_3dsmax_7_v2.1.3)

Как показывают результаты тестирования, использование накопителя i-RAM позволяет получить небольшое преимущество при размещении на нем приложения и своп-файла и еще большее преимущество при размещении на нем операционной системы, своп-файла и приложения. Однако стоит отметить, что выигрыш в данном случае не столь значителен, чтобы можно было сделать вывод о явном преимуществе применения накопителя i-RAM.

 

Alias WaveFront Maya 6.5

Для тестирования производительности при работе с приложением Alias WaveFront Maya 6.5 применялся скрипт SPECapc_Maya 6.5_v1.0. Он написан таким образом, что установка приложения должна осуществляться только на корневой диск С:. Соответственно в данном случае второй сценарий просто невозможен, хотя этот факт, конечно же, не означает, что в реальности нельзя установить своп-файл и приложение Alias WaveFront Maya 6.5 на накопитель i-RAM.

Результаты тестирования i-RAM по различным сценариям представлены в табл. 2.

 

Таблица 2. Результаты тестирования

Таблица 2. Результаты тестирования при работе с приложением Alias WaveFront Maya 6.5
(скрипт SPECapc_Maya 6.5_v1.0.)

Как видно по результатам тестирования, в приложении Alias WaveFront Maya 6.5 использование накопителя i-RAM позволяет получить небольшое преимущество, однако, как и в предыдущем случае, делать вывод о явном преимуществе применения накопителя i-RAM, конечно же, нельзя.

Обработка цифровой фотографии

Adobe Photoshop CS 2

Для тестирования испытуемых систем в приложении Photoshop CS2 использовался скрипт, имитирующий работу пользователя при обработке изображения с наложением различных фильтров и эффектов, который запускался с помощью утилиты Rational Visual Test 6.5.

В качестве исходных файлов были выбраны пять фотографий в формате TIFF с разрешением 2592x1944 и исходным размером от 11,3 до 14,4 Мбайт.

Как уже отмечалось, выполнение данного теста по третьему сценарию оказалось невозможным. Поэтому здесь можно говорить только о преимуществе применения накопителя i-RAM при размещении на нем файла подкачки, приложения и теста. Однако, как выяснилось в ходе тестирования, в данном случае накопитель i-RAM вообще не позволяет получить каких-либо преимуществ. Возможно, при установке в системе меньшего количества оперативной памяти можно достичь эффективного использования своп-файла, и в этом случае накопитель i-RAM позволит получить некоторое преимущество по производительности. Однако тогда возникает вопрос: на что более эффективно тратить деньги — на установку дополнительной оперативной памяти или на установку оперативной памяти на накопитель i-RAM?

Кодирование аудиофайлов

Для кодирования аудиофайлов (WAV->MP3) использовался популярный кодек LAME 3.98a. Кодированию подвергался WAV-файл с исходным размером 195 Мбайт, который конвертировался в MP3-файл размером 17,7 Мбайт. Кодек запускался из командной строки с настройками по умолчанию (44,1 кГц, 128 Кбит/с). Результатом теста является время конвертирования (табл. 3).

 

Таблица 3. Результаты тестирования при работе с приложением LAME 3.98a

Таблица 3. Результаты тестирования при работе с приложением LAME 3.98a

Как выяснилось в ходе тестирования, дисковая подсистема в данном случае не является узким местом в системе, в связи с чем применение накопителя i-RAM не позволяет получить каких-либо существенных преимуществ.

Архивирование

Для архивирования мы использовали популярный архиватор WinRAR 3.51. Архивированию подвергался тестовый каталог размером 49,5 Мбайт, который сжимался до размера 37,8 Мбайт. Архиватор запускался из командной строки с настройками по умолчанию. Результатом теста является время архивирования (табл. 4).

 

Таблица 4. Результаты тестирования при работе с приложением WinRAR 3.51

Таблица 4. Результаты тестирования при работе с приложением WinRAR 3.51

Как и в предыдущем варианте, применение накопителя i-RAM в данном случае не позволяет получить существенного выигрыша по производительности.

Кодирование видео

XMPEG 5.2 Beta+DivX 6.1.1

Для конвертирования использовался видеоклип в формате MPEG-2 (hdwatermellon.mpg) с исходным размером 51,8 Мбайт, с разрешением 1920Ѕ1980 точек и битрейтом 18 000 Кбит/с. С помощью утилиты XMPEG 5.2 Beta в паре с кодеком DivX 6.1.1 данный видеофайл конвертировался в видеофайл HD размером 36,5 Мбайт с битрейтом 8000 Кбит/с и разрешением 1920x1088.

В данном тесте основная нагрузка ложится на центральный процессор системы, при этом возможностей стандартной дисковой подсистемы вполне достаточно. Следовательно, получить выигрыш от применения накопителя i-RAM в этом случае невозможно — во всех трех сценариях время конвертирования получается абсолютно одинаковым.

 

TMPGEnc 2.5

Утилита TMPGEnc 2.5 предназначена для конвертирования AVI-файлов в формат MPEG для записи на DVD-диски. В нашем случае исходный AVI-файл (kitesurfing.avi) размером 416 Мбайт и длительностью 2 мин 1 с преобразовывался в MPEG-2-видеофайл (m2v+wav) размером 115 Мбайт в формате DVD 4:3 NTSC. Разрешение кадров устанавливалось равным 720x480 точек, битрейт — 8000 Кбит/с, а скорость воспроизведения — 29,97 fps.

Как и в предыдущем случае, в данном тесте узким местом является не подсистема ввода-вывода, а центральный процессор, на который ложится основная нагрузка. А значит, получить выигрыш по производительности при использовании накопителя i-RAM в данном случае не представляется возможным.

 

MainConcept H.264 Encoder v. 2.0

Утилита MainConcept H.264 Encoder также предназначена для конвертации AVI-файлов в формат MPEG. С помощью данной утилиты исходный AVI-файл (kitesurfing.avi) размером 416 Мбайт и длительностью 2 мин 1 с при использовании кодека H.264 High преобразовывался в MPEG-2-видеофайл (*.mpg) размером 295 Мбайт в формате DVD 4:3 NTSC. Разрешение кадров устанавливалось равным 720x480 точек, скорость воспроизведения — 29,97 fps.

Как и в предыдущих тестах, в процессе конвертирования с применением утилиты MainConcept H.264 Encoder основная нагрузка ложится на центральный процессор системы, поэтому использование накопителя i-RAM взамен или вместе со стандартной дисковой подсистемой не позволяет получить выигрыш по производительности.

 

DivX 6.11

С помощью утилиты DivX 6.11 проводилось конвертирование HDTV-видеофайла (The_Living_Sea_1080.wmv) с разрешением 1440x1080 (прогрессивная развертка) в формате WMV в DivX-файл с разрешением 960Ѕ720 (скорость видеокодирования — 60 000 Кбит/с). Для этого в утилите DivX использовалась настройка конвертирования HIGH DEF. Размер исходного файла составлял 150 Мбайт, а размер сжатого файла — 80,8 Мбайт.

При применении популярной утилиты DivX 6.11, как и во всех предыдущих тестах, использование накопителя i-RAM никак не сказывается на времени конвертирования. Это связано с тем, что в данных задачах узким местом в системе является не дисковая подсистема, а центральный процессор.

В начало В начало

Выводы

Конечно, для реабилитации накопителя i-RAM можно было бы привести результаты синтетических тестов, направленных на измерение скорости линейного чтения-записи, — по этому показателю накопителю i-RAM нет равных среди традиционных жестких дисков. Однако что толку от высоких результатов в синтетических тестах, если в реальных приложениях этот диск не позволяет получить выигрыша?

По результатам проведенного тестирования можно сделать следующий важный вывод. Для большинства современных приложений, ориентированных на конечных пользователей, узким местом в системе является не дисковая подсистема, а подсистема процессор—память. Соответственно никакими модернизациями дисковой подсистемы добиться увеличения производительности невозможно. Собственно, именно в этом и заключается проблема накопителя i-RAM: дело не в том, что накопитель плох или хорош, а в том, что большинство современных приложений просто в нем не нуждаются и принципиально не могут получить выигрыш от его использования.

Другая причина того, что накопитель i-RAM остался не у дел, заключается в том, что операционная система Windows XP создает свой собственный дисковый кэш в оперативной памяти и в использовании еще одного кэша просто нет надобности. И если уж выбирать, что лучше: добавить в систему оперативной памяти или применять накопитель i-RAM, — то предпочтение стоит отдать первому варианту, тем более что и затрат он требует меньше.

КомпьютерПресс 6'2006