Контроллер Promise SATA150 TX4: Serial ATA для любителя и профессионала

Контроллер SATA150 TX4 от известного бренда Promise несет сразу 4 порта Serial ATA, в отличие от популярных решений на чипе SiI3112A. Интерфейс Serial ATA все увереннее входит в нашу жизнь: контроллеры растут, как на дрожжах, да и диски Serial ATA уже перестали быть чем-то необычным - вслед за Seagate Barracuda и WD Raptor на прилавки (ну и в нашу лабораторию тоже) просочились «сериальные» модели от Maxtor и Samsung Electronics. Мы по мере наших сил и возможностей стараемся регулярно знакомить вас с этими новинками (как написал мне один из читателей - мы в ответе за тех, кого уже приручили к Serial ATA J), и сегодня у нас на повестке дня несколько подзадержавшийся обзор контроллеров Serial ATA от известной компании Promise Technology, Inc. Каюсь, обзор был почти готов еще в мае, но проклятая текучка и благословенный отпуск не позволили тогда внести финальные штрихи и вынести на ваш суд этот материал. Но прежде, чем перейти непосредственно к предмету нашего рассмотрения, кратко напомню наши предыдущие публикации на эту тему, а тем, кто их до сих пор не удосужился прочесть (шутка), рекомендую это сделать, поскольку повторять по десять раз одно и то же мы не привыкли, а без знания «истории вопроса» вам сложно будет ощутить прелести вопроса «настоящего». Итак, читайте: «Serial ATA: первые признаки жизни» «Serial ATA на IDF в Сан-Хосе: технические подробности» «Seagate Barracuda Serial ATA V - обзор первого диска с новейшим интерфейсом» «Сравнение трех контроллеров Serial ATA» «Контроллер Silicon Image SiI3112A: интерфейс Serial ATA от законодателя мод» «Внешний винчестер - по Serial ATA? Легко!» «Контроллер Adaptec Serial ATA RAID 1210SA» А теперь - за дело. У компании Promise Technology сейчас в активе четыре контроллера Serial ATA среднего и начального уровня: две модели без поддержки функций RAID - Promise SATA150 TX4 и Promise SATA150 TX2plus, а также две аналогичные модели с поддержкой простейших RAID-массивов - Promise FastTrak S150 TX4 и Promise FastTrak S150 TX2plus (мы пока опустим дорогой профессиональный контроллер Promise FastTrak S150 SX4). Все они показаны на этом фото (оно сделано, кстати, почти год назад!).И хотя компания демонстрировала работающие модели этих контроллеров и в сентябре 2002 года на IDF, и в марте 2003 года на CeBIT в Ганновере, реально в магазинах они появились не так давно - примерно в середине весны 2003 года, значительно отстав в этом от многочисленных клонов на чипах SiI3112A от Silicon Image. Однако с другой стороны, именно Promise стала одной из первых компаний, чьи микроконтроллеры (микросхемы контроллеров) Serial ATA стали интегрироваться в состав материнских плат ведущих производителей еще в августе 2002 года (см. здесь и здесь). Видимо, получив лидерство в этом сегменте, компания решила немного расслабиться по части собственных PCI-плат на этих же чипах. Впрочем, потеряла при этом она едва ли: винчестеры с интерфейсом Serial ATA стали продаваться лишь с конца зимы, и идут пока не очень бойко. А продвинутые пользователи (которые, собственно, и могут на первых порах приобретать более дорогие накопители Serial ATA) уже имеют «почти бесплатный» Serial ATA на новых системных платах (начиная с осени 2002 года), поэтому рынок отдельных недорогих PCI-плат контроллеров Serial ATA до сих пор весьма узок.Чтобы не растекаться мыслию по древу (а статьи не делать нечитабельными ввиду чрезмерного объема), мы решили разбить обзор всех этих контроллеров на несколько частей (статей): в нынешней речь пойдет о контроллере Promise SATA150 TX4, в следующей части (она выйдет сразу за этой) - о Promise SATA150 TX2plus, а RAID-контроллеры Promise FastTrak S150 TX4 и Promise FastTrak S150 TX2plus мы рассмотрим позднее, уже на новой тестовой базе (они того заслуживают J).Контроллер Promise SATA150 TX4 показан на фото выше и выгодно отличается от плат на чипе SiI3112A (и некоторых менее известных) тем, что имеет целых четыре (а не два, как у большинства конкурентов) порта Serial ATA. Плата Promise SATA150 TX4 выполнена в низкопрофильном формате, однако использовать ее в низкопрофильном корпусе (как низкопрофильный контроллер Adaptec Serial ATA 1210SA и некоторые другие) все же вряд ли получится, поскольку разъемы Serial ATA «смотрят вверх», то есть с подключенными кабелями плата превысит габариты «низкопрофильности». Видимо поэтому в коробочном комплекте контроллера отсутствует низкопрофильный сменный «брэкет» (планка на заднюю панель корпуса ПК). Заодно отмечу, что в коробке есть все 4 сигнальных кабеля Serial ATA (а также мануал и диск с драйверами), однако переходники питания на Serial ATA отсутствуют, хотя винчестеры от Seagate и Samsung без таких переходников не подключить (с дисками они не поставляются, приобрести их в розничной продаже до сих пор не так просто).К счастью, для дисков Maxtor и WD Raptor таких переходников не нужно, поскольку они имеют и обычный разъем питания.На главный чип контроллера Promise SATA150 TX4 намертво приклеен радиатор (в работе он действительно нагревается прилично), а с обратной стороны платы микроконтроллер надежно обвязан большим количеством блокировочных конденсаторов (это лишь подтверждает то, что чип потребляет достаточно большой импульсный ток).При помощи сотрудников компании Promise нам удалось заглянуть «под радиатор» - там (для контроллера Promise SATA150 TX4) находится чип PDC20318 (на фото выше). Логотип компании Marvell (в виде буквы «М») на этой микросхеме объясняется очень просто: промисовцы просто интегрировали в свой прежний кристалл микроконтроллера переллельного UltraATA/133-интерфейса готовое лицензированное Марвеллом решение транслятора из параллельного интерфейса в последовательный (обратите внимание на надпись 88SP5040 - это аналог суперпопулярного отдельного чипа-транслятора интерфейсов Marvell 88i8030). Таким образом, сейчас в контроллерах от Promise мы имеем не исходное, разработанное «с нуля» для интерфейса Serial ATA, решение, как, например у кристаллов от Silicon Image, а этакий «комбайн» - на одном кристалле объединены прежний контроллер UltraATA/133 и 4 моста-транслятора из параллельного в последовательный интерфейсы. Возможно, именно поэтому кристалл так сильно греется (к слову, чип SiI3112A практически холодный в работе).К слову, у «старшего брата» контроллера Promise SATA150 TX4 - RAID-контроллера Promise FastTrak S150 TX4 (на фото выше) - под радиатором скрывается уже другая микросхема - PDC20319 с обозначенной функцией RAID и измененной версией решения Marvell - 88SP5041. Однако, как сказал мне инженер компании Promise, эти два микроконтроллера фактически имеют один и тот же кристалл. Тем не менее, переделать не-RAID-плату в FastTrak (как это было пару лет назад) на сей раз не получится - компания предприняла соответствующие меры.Говоря о четырехканальности как отличительной особенности модели Promise SATA150 TX4 нельзя не отметить следующее. Хотя для накопителей Serial ATA мы здесь имеем 4 отдельных независимых канала (на каждом из каналов может «сидеть» лишь один винчестер), на самом деле микроархитектура кристалла PDC20318/20319 такова, что эти 4 канала трансляторами интерфейсов «садятся» на два двухканальных контроллера UltraATA/133 (поскольку основой чипа является фактически лишь немного измененный позапрошлогодний контроллер UltraATA/133 на PDC20269). Особенности работы такой микроархитектуры кристалла с дисками мы рассмотрим позднее, в статье про RAID-плату Promise FastTrak S150 TX4, поскольку именно в RAID-режимах это может оказаться наиболее критичным, здесь же остановимся на работе одиночных независимых дисков с платой Promise SATA150 TX4 - ведь именно для этого она и предназначена по сути. Ведь для четырех независимых ATA-каналов у Promise есть совсем другие - дорогие профессиональные решения. Например, контроллер Promise FastTrak TX4000 (на фото) на базе микросхемы PDC20619, а также ее SerialATA-аналог Promise FastTrak S150 SX4 на аналогичном чипе PDC20621 и внешних («наплатных») трансляторах 88i8030 от Marvell.Разумеется, контроллер Promise SATA150 TX4 поддерживает загрузочные диски, 48-битную LBA-адресацию для дисков объемом более 137 Гбайт, автоматически распознает и оптимизирует канал для каждого SATA-диск с целью получения лучшей производительности (включая tagged command queuing, elevator seek и packet chain command). Он может использоваться как с «бытовой» 33-мегагерцовой, так и с профессиональной 66-мегагерцовой 32-битной шиной PCI 2.3 (до 266 Мбайт/с) и имеет универсальный сигналинг шины PCI - как 5 вольт, так и 3,3 вольт. К сожалению, функция горячей замены дисков данным контроллером пока официально не поддерживается (хотя контроллер на это способен).Процедуру начальной загрузки (POST) контроллер Promise проходит достаточно быстро. Под DOS он работает через свой BIOS, а под Windows XP/2000/NT4/Me/98 имеются драйвера. К сожалению, программа Hitachi Feature Tool не может определить диски и работать с ними, если они подключены к контроллерам Promise SATA150, хотя, например, с контроллерами от Silicon Image таких проблем нет. После установки драйверов контроллер Promise SATA150 TX4 и подключенные к нему диски возникают в Device Manager Windows XP, как показано на скриншоте ниже.Еще одну важную и даже «знаковую» отличительную особенность контроллеров Promise SATA150 следует отметить особо. При помощи специальной утилиты CacheConfig под Windows можно управлять режимом кэширования при работе с дисками (чаще возможности таких настроек «спрятаны» в BIOS Setup контроллеров, как, например, у контроллера Adaptec Serial ATA 1210SA). Так, утилита CacheConfig позволяет включить/отключить кэширование у самого контроллера:А также выбрать режим (политику) записи на диск - Write Back (аналог отложенной записи внутри винчестеров) или Write Through (прямая запись, без отложенного кэширования). Как показывают результаты наших тестов, эти механизмы (особенно Write Back) соотносятся преимущественно к работе драйвера контроллера под Windows (а не к режиму функционирования firmware контроллера, как у ряда других изделий) и используют для кэширования записи не столько небольшой регистровый буфер внутри самого микроконтроллера Promise (его размера просто не хватило бы на это), сколько оперативную память Windows. Таким образом, мы по сути имеем очередные «сильно кэширующие» Windows-драйверы винчестеров, которые в последнее время появились у многих контроллеростроителей - компаний HighPoint Technologies, Silicon Image и даже «чипсетостроителей» - Intel, SiS и пр.В принципе, в этом нет ничего плохого, если эти драйверы реально помогают ускорить работы с дисками во многих приложениях (а не «заточены» сугубо под «рекламные» результаты на тесте WinBench 99, как было, например, у HighPoint). В этом нам, в частности, и предстоит убедиться на практике для контроллера Promise SATA150 TX4 (версии BIOS и драйверов, использованных нами для тестов см. на скриншотах выше). И в этом нам в очередной раз помогут винчестеры Seagate Barracuda Serial AVA V объемом 80 и 120 Гбайт, поскольку результаты тестов производительности этих двух моделей с интерфейсом Serial ATA и разной емкостью, как оказалось, порой различаются достаточно сильно - иногда настолько сильно, что впору задуматься о различиях в firmware этих моделей. Для практических испытаний нового PCI-контроллера мы использовали нашу стандартную тестовую системы для винчестеров в составе: материнская плата ABIT BX-133 на чипсете i440BX с контроллером UltraATA/100 на чипе HPT370, процессор Pentium III 800EB на шине 133 МГц и 256 Мбайт памяти PC133 (2-2-2) соответственно, базовый винчестер Seagate Barracuda ATA IV. Для сравнения мы использовали результаты тестов двух контроллеров Serial ATA на чипе SiI3112A - референс-плату от Silicon Image и контроллер Adaptec Serial ATA 1210SA. Для обозначения режимов кэширования Write Back и Write Through у контроллера Promise мы использовали на диаграммах сокращения «WB» и «WT» соответственно. Переходим к результатам испытаний под Windows XP Professional. Оказалось, что среднее время доступа к дискам на разных контроллерах, измеренное в программах HD Tach 2.61, WinBench 99 и AIDA32 v3.61, может заметно различаться. Очевидно, что при активировании режима Write Back у контроллера Promise SATA150 TX4 измеренное программно среднее время поиска возрастает почти на 1 мс - это не удивительно, если происходит «глубокое» отложенное кэширование записываемых данных (правда тогда скорее можно наблюдать уменьшение времени поиска, а не его увеличение), однако в данном случае программы измеряют все же время доступа при чтении , поэтому можно предположить, что «глубокое» кэширование в режиме Write Back работает не только на запись, но и в какой-то мере - на чтение. Тем не менее, даже в режиме Write Through, где таких задержек на кэширование быть не должно, контроллер Promise слегка уступил по времени доступа к диску референс-плате на SiI3112A (впрочем - в пределах погрешности).Скорость работы интерфейсов ATA (Serial ATA, UltraATA/100 и UltraATA/33) на разных контроллерах показана ниже. Видно, что в режиме Write Back скорость чтения «буфера диска» контроллером возрастает до заоблачных величин 300-500 Мбайт/с (тут новая AIDA32 показывает почти вдвое большие значения, чем старенький HD Tach 2.61). Это говорит только об одном - что кэширование в режиме Write Back происходит в оперативной памяти Windows (системная SDRAM PC133 или даже частично кэш второго уровня в самом процессоре). Таким образом, мы находим подтверждение «драйверной», а не «хардверной» реализации режима Write Back в контроллерах Promise этой серии. При отключении кэширования Write Back измеренная скорость интерфейса Serial ATA падает до вполне разумных величин 80 Мбайт/с (здесь, видимо, сказывается наличие «медленной» шины PCI и наличие трансляторов интерфейсов как в контроллере сериальных барракуд (это подтвердили мне и инженеры Seagate), так и внутри кристаллов Promise).Для наглядности работы в режимах Write Back и Write Through можно взглянуть на скриншоты теста HD Tach 2.61: если график скорости чтения почти не меняется, то график скорости записи меняется существенно. Сейчас уже нет особого смысла вдаваться в подробности, почему график в стареньком тесте HD Tach 2.61, на который уже давно пора смотреть сквозь толстые пальцы, выглядит так или иначе в зависимости от примененного режима кэширования записи (детали желающие могут почитать в этой статье). Просто отметим, что ни в том, ни в другом случае результатам скорости записи на диск в этом тесте, использующем специфический режим для измерения скорости записи, верить нельзя.Более наглядны и показательны тут будут результаты другого популярного теста - ATTO Disk Benchmark 2.02. Так, при установке режима Write Back и размере тестового файла менее объема буфера диска (см. результаты для 128 кб, 1 Мб и 4 Мб-файлов) скорость записи и чтения (!) блоками размером до 64 кбайт включительно резко возрастает до «кэшированных» значений порядка 200-300 Мбайт/с, то есть фактически все операции записи и чтения производятся с системной памятью ПК, минуя винчестер! Для блоков данных размером от 128 кбайт и выше Windows и драйвер не умеет использовать такой режим кэширования (это закономерно вследствие особенностей Windows). Если же размер тестового файла превышает буфер диска (8-16 Мбайт), то кэширование Write Back не может обеспечить увеличение скорости передачи, и быстродействие ограничивается сугубо скоростью чтения/записи пластины самого винчестера.Для режима Write Through (без специального кэширования под Windows) мы имеем немного другую картину: при небольшом размере тестового файла (128 кб и 1 Мб) скорость чтения или записи может возрастать относительно скорости пластины до примерно 70 Мбайт/с (то есть до скорости работы с буфером винчестера со стороны интерфейса Serial ATA), однако уже с 4-мегабайтного файла все упирается в скорость самой пластины. То есть можно сказать, что режим Write Back «помогает» ускорить работу непосредственно с буфером винчестера вплоть до файлов размером около 4 Мбайт, тогда как в «обычном» некэширующем режиме Write Through 8-мегабайтный буфер диска перестает «помогать» уже при меньших размерах файлов (около 2 Мбайт), то есть кэширование Write Back повышает эффективность работы контроллера с большим буфером винчестера.Еще одним интересным параметром, который позволит сравнить контроллеры и режимы кэширования между собой, является загрузка CPU на дисковых операциях. Видно, что в режиме Write Back загрузка процессора резко (в разы) возрастает, что еще раз говорит о том, что кэширование производится программными средствами. Однако и в режиме Write Through загрузка процессора с контроллером Promise в целом повыше, чем с контроллером от Silicon Image.Переходим к тестам производительности дисков в реальных (и не очень) приложениях. Результаты представлены на диаграммах ниже. В тесте офисных приложений Business Disk WinMark из WinBench 99 под Windows XP контроллер Promise SATA150 TX4 в режиме Write Back заметно оторвался от соперников, тогда как без кэширования (режим WT) он демонстрирует практически ту же скорость, что и контроллеры на чипе SiI3112A. Ровнее ситуация в тесте профессиональной работы (High-End Disk WinMark 99), где Windows-кэширование уже не так эффективно: лишь на диске объемом 80 Гбайт и на NTFS Promise SATA150 TX4 смог немного обойти соперников в режиме WB, тогда как в без кэширования он отстает от SiI3112A.Отрадно, что режим Write Back ускоряет работы с диском не только в «рекламных» тестах WinBench 99 (многие компании используют сейчас результаты этого теста для демонстраций преимуществ своих продуктов и оптимизируют свои продукты именно для более высоких результатов в этом тесте), но и в других «независимых» задачах. Например, в тесте скорости работы с временным файлом программы Adobe Photoshop. Тут контроллер Promise SATA150 TX4 в режиме WB просто «улетает» от соперников (до 30% прироста скорости!), тогда как без кэширования он даже немного уступает SiI3112A.В тестах многопотоковой работы (чтения или записи файлов) на FAT32 под Windows XP в тесте Nbench 2.4 контроллер Promise SATA150 TX4 не получил особых преимуществ: в режиме WB скорость многопотоковой работы (как записи, так и чтения) даже слегка упала по сравнению с режимом WT (!) и оба они проигрывают «аппаратному» кэшированию контроллера Adaptec 1210SA.Зато в тестах копирования крупных файлов преимущество режима WB контроллера Promise SATA150 TX4 налицо: с ним он легко опережает «силиконы» на обоих дисках, тогда как в режиме WT все же отстает от них. Однако при переходе на копирование мелких файлов преимущество Promise SATA150 TX4 в режиме WB исчезает, и результаты для всех случаев примерно равны: WB чуть лучше, чем WT, на NTFS, тогда как WT слегка опережает WB на FAT32.Очень похожая на копирование мелких файлов ситуация с архивированием мелких файлов: WB дает некоторый прирост на FAT32 (по сравнению с WT), но на NTFS они примерно равны и не могут «обскакать» конкурентов. А вот при разархивировании еще интереснее: преимущество режима WT перед WB есть всегда (!), и с WT контроллер Promise SATA150 TX4 в целом быстрее конкурентов на SiI3112A.Наконец, в паттернах теста Intel Iometer (для наглядности мы тут разделили результаты «по дискам», поскольку 80-гигабайтник показывает заведомо более высокие значения благодаря меньшему времени поиска и более короткой пластине) мы видим, что: 1) в трех серверных паттернах режим Write Through всегда более производительный, чем режим Write Back. Часто это позволяет контроллеру Promise SATA150 TX4 опережать конкурентов на чипе SiI3112A.2) В паттернах настольного ПК и рабочей станции ситуация аналогична - WT всегда предпочтительнее (это скорее еще один камень в огород теста Intel Iometer применительно к испытаниям «настольной» производительности накопителей). В среднем Promise SATA150 TX4 и здесь чуть лучше конкурентов.3) Наш специальный паттерн потоковой работы показывает, наконец, что и у WB в Iometer могут быть свои козыри (это закономерно - потоковая работа кэшируется более эффективно, чем «случайная»): в режиме Write Back контроллер Promise SATA150 TX4 на 25-30% опережает «силиконов» (вспомним «фотошоп» и копирование крупных файлов), тогда как в режиме WT - явно отстает от них.В качестве краткого резюме отметим, что несмотря на преимущества нового 4-канального Serial ATA контроллера Promise SATA150 TX4 над непосредственными конкурентами в ряде тестов и, особенно, при использовании режима Write Back программного кэширования под Windows, которое помогает ускорить работу с диском не только в «рекламных» тестах WinBench 99 Disk WinMark, но и, к счастью, во ряде других «настольных» приложений (проигрывая, тем не менее, в серверных), судьба этого контроллера Promise весьма неоднозначна. С одной стороны мы имеем очень популярную «контроллерную» марку Promise и некоторые выгоды в скорости по сравнению с конкурентами (хотя и не во всех задачах), но с другой - высокая розничная цена (рекомендованная на момент написания статьи она составляла около 50 долларов) и весьма ограниченный круг применений - ввиду поголовного встраивания контроллеров Serial ATA в системные чипсеты и материнские платы (включая и сами микросхемы от Promise) - существенно ограничивает массовость данных дискретных решений. По всей видимости, основным потребителем контроллера Promise SATA150 TX4 станут системы годичной (и более) давности, апгрейд которых потребует установки дисков Serial ATA. В этом смысле, у старшего (и более дорогого) брата - RAID-контроллера Promise FastTrak S150 TX4 - поле несколько шире и в него входят недорогие системы хранения данных, простые серверы и рабочие станции на базе надежных RAID-массивов из 2 или 4 Serial ATA дисков. Впрочем, тут тоже Intel наступает на пятки со своим ICH5R, хотя, конечно, возможности у него явно поменьше, чем у Promise FastTrak S150 TX4.