Hybridní disky rychlejší a spořivější

Archiv | 01.05.07

Flash paměť coby pomocník v klasických HDD Celkový výkon počítače se neodvíjí pouze od taktovací frekvence ...







Flash paměť coby pomocník v klasických HDD


Celkový výkon počítače se neodvíjí pouze od taktovací frekvence procesoru. Je ovlivněn prakticky všemi součástmi, které obsahuje. Přitom platí, že nejpomalejší komponenta dokáže výrazně zbrzdit i jinak velmi výkonný počítač. Mezi nejpomalejší zařízení v PC patří bezpochyby pevné disky. Jejich vliv na celkový výkon počítače je výrazný. Proto je potřeba, aby byly nové generace pevných disků ještě rychlejší než stávající zařízení.ovou generací myslíme tzv. hybridní harddisky. Nový operační systém Windows Vista dokáže tuto technologii využívat a my vám prozradíme, jak vše dohromady pracuje.
Hybridní disky (H-HDD) vycházejí ze standardních pevných disků. Kromě magnetických čtecích/zapisovacích hlaviček však obsahují navíc flashovou paměť (obdobnou, jakou můžeme vidět i u rychlých USB "klíčenek"), která slouží disku jako přídavná vyrovnávací paměť (cache). Operační systém i programy by s ní měly v budoucnu startovat výrazně rychleji. Především proto, že mnohé často potřebné informace budou uložené v rychleji dostupné paměti typu flash a ne na pomalejším pevném disku. Paměť flash, podobně jako magnetický záznam na pevném disku, nepotřebuje stálý přívod energie, aby "držela" informace. Běžná dynamická paměť (DRAM) vyžaduje neustálé napájení a jako vyrovnávací paměť může sloužit až poté, co jsou do ní data načtena po zapnutí PC. V případě výpadku napájení pak jsou data, která nebyla překopírována do nějaké "stálé" paměti, ztracena. Hybridní disky tyto nedostatky eliminují a nabízejí i další výhody související s rychlostí a úsporou energie není tedy divu, že jednou z prvních oblastí, kde se s nimi budeme v budoucnu často setkávat, jsou notebooky.

Nedostatky vynahradí rychlost

Paměťové moduly RAM a procesory budou neustále rychlejší. Pevné disky jsou však limitované mechanickými součástmi a ještě více zrychlit jejich výkon je nesnadné. Proto dnes tvoří jedny z nejpomalejších komponent v počítači. Paměť typu flash by měla tuto situaci pomoci řešit. Je sice fakt, že současné harddisky s rozhraním SATA II dosahují přenosových rychlostí až 60-70 MB/s (zatímco mnohé současné flashové paměti jsou pomalejší). Nicméně tuto rychlost zvládají pouze v ideálních podmínkách (při sekvenčním přenosu dat). Při běžném provozu jsou disky nuceny vyhledávat data v rámci celé datové oblasti, což vede k velmi častému přesouvání čtecích/zapisovacích hlaviček (seekovaní). Pevné disky tak nejsou pomalé pouze vlivem magnetického zápisu nebo čtení, ale především díky obrovským prostojům, které vznikají právě při vyhledávání požadované oblasti (konkrétního sektoru) na plotnách. V některých případech může čekání na vystavení hlaviček zabrat až 95 % času celé operace zápisu nebo čtení. Přístupovou dobu je možné jen sotva dále výrazně snížit, a tak počítač musí vždy čekat na pomalý pevný disk. Protože však flashová paměť nabízí vyšší přístupovou rychlost než pevný disk, zdá se, že by mohla tuto svízelnou situaci vyřešit.

Rychlejší start

Již při bootování se z pevného disku čte mnoho dat. Předpokládá se, že se v paměti flash vytvoří virtuální "mapa" s rozložením potřebných systémových souborů a informací na povrchu pevného disku. Při následném startu PC se počítač podívá do velmi rychle přístupné flashové vyrovnávací paměti a podle mapy optimalizuje práci řádově pomalejších čtecích/zapisovacích hlaviček. Je patrné, že optimalizací pohybu hlaviček se může zefektivnit jejich práce a ušetří se mnoho času. Pokud bude flashová paměť dostatečně velká, bude možné do ní zkopírovat i samotné systémové soubory načítané při startu systému pomalejší přístupy k harddisku tak bude možné při startu PC prakticky eliminovat a procesor získá data v kratším čase. Podobně mají H-HDD urychlit probouzení systému z klidového stavu (hibernace). Zvláště notebooky s Windows Vista budou zřejmě často spoléhat na nový hibernační režim. Standardně se zatím notebooky (v době nečinnosti) odebírají do tzv. režimu stand-by, při kterém je však napájena operační paměť RAM. Pro úsporu energie se bude v budoucnosti využívat flashová paměť disku, která "drží" data i bez napájení.

Rychlejší běh

Diskovou vyrovnávací flashovou paměť bude možné používat i pro ukládání uživatelem definovaných (v největší míře tedy často využívaných) dat kupříkladu dat v rámci aplikace Outlook. Výrobce PC bude moci mimo jiné pevně stanovit, co bude obsaženo v části flash. Například by mělo být možné ukládat zde informace o rozložení klávesových zkratek pro multimediální aplikace a podobné opakovaně vyžadované informace.

Úspora energie

Díky H-HDD mají být notebooky budoucnosti nejen výkonnější, ale i energeticky méně náročné, což povede k delší výdrži na baterie. A to především díky tomu, že pevný disk nebude muset při každém požadavku procesoru roztáčet motorově hnané datové plotny nebo je udržovat dlouhodobě v chodu. Často používaná data se totiž během práce automaticky uloží do vyhrazené oblasti paměti flash. Teprve ve chvíli, kdy se rychlá vyrovnávací paměť flash zaplní nebo v ní nebudou požadovaná (načítaná) data uložena, začne se řešit vlastní přístup k datovým plotnám. Obdobně bude pracovat i zápis: malé bloky (méně než 5 KB) budou zapsány na flashovou paměť a pevný disk zůstane v neaktivním stavu. Až při zaplnění vyrovnávací paměti se začne fyzicky zapisovat na datové plotny. V tuto chvíli se však bude zapisovat mnohem efektivněji, protože počítač podle dat ve
flashové paměti zvolí ideální zápisovou strategii.
OS Windows Vista dokáže s H-HDD spolupracovat. Nabízí dokonce i speciální technologii pro úsporu elektrické energie (WHHDPSM). Ta by měla zajistit, že bude cíleně využívána flashová paměť a samotný pevný disk bude moci "odpočívat" v neaktivním stavu. Tento vychytralý režim je určen především pro notebooky, které poběží v bateriovém režimu. Podle společnosti Microsoft bude spotřeba energie o cca 70-90 % nižší než při využití dnes běžných pevných disků. Při sledování DVD může být pevný disk s vyrovnávací flashovou pamětí 128 MB neaktivní až 80-90 % doby přehrávání.

Menší diskové výpadky

U PC, které nejsou starší než dva roky, patří disky a základní desky k nejčastějším zdrojům problémů. Při používání H-HDD budou mechanické komponenty mnohem méně (především mechanicky) namáhané. Díky tomu je pravděpodobné, že se sníží i riziko nenadálého poškození dat, především vlivem otřesu kdy uživatel omylem zakopne o počítač na zemi nebo do něj nešetrně strčí a podobně. Pokud to totiž udělá ve chvíli, kdy se bude využívat pouze paměť typu flash (ta je proti otřesům odolná), nestane se nic. Naopak běžný pevný disk by v této chvíli měl pravděpodobně už čtecí/zapisovací hlavičky zaryté do povrchů datových ploten. Rovněž se snižuje riziko, že se časem mechanické komponenty opotřebují a dojde ke ztrátě dat. Nicméně i každá datová buňka flashové paměti dovoluje pouze konečné množství zápisových cyklů. Z tohoto důvodu není rozumné využívat flashovou paměť přímo jako operační paměť, ale pouze jako vyrovnávací buffer. Navíc Windows Vista už nyní obsahují speciální algoritmy, které budou zapisování optimalizovat tak, aby se dosáhlo co nejvyšší životnosti informačních buněk. Navíc bude "zdraví" buněk monitorováno a v případě výpadku některé z nich se zabrání jejímu dalšímu využívání.

H-HDD a operační systém

Díky flashové paměti se mění koncepce spolupráce mezi pevnými disky a systémem. Nově bude moci systém spravovat i vyrovnávací paměť disku což dosud dělal pouze firmware harddisků.
Management flashové paměti upravuje nové příkazy (NV cache command set), které budou zahrnuty v novém standardu ATA8. S těmito povely může operační systém stanovit, které soubory budou zapisovány do flashového prostoru místo na pevný disk. Veškeré toto dění se bude zaznamenávat v rámci operačního systému do seznamu, tzv. Pin Listu. Pevný disk nebude smět data označená v Pin Listu svévolně přesunout na povrch datových ploten. Takto se například vytvoří seznamy souborů, které se budou využívat pro rychlý start počítače a celého operačního systému (jak během startu počítače, tak při probouzení z hibernace). Technologie Pin and Populate se pro změnu bude starat o to, aby byly systémem často využívané soubory rychle dostupné z flashové paměti.

Optimalizování pro Vista

Windows Vista podporuje v současnosti zřejmě jako první operační systém technologii NV cache command set: Microsoft nazývá příslušnou službu Readydrive. Operační systém pro Readydrive nepotřebuje žádné speciální ovladače. Windows XP tuto technologii nepodporují (a není pravděpodobné, že by se v budoucnu objevil ovladač či dodatečná podpora). Co přináší Readydrive? Využitelnost technologie přímo závisí na kapacitě flashové paměti. Vista po připojení disku sama zařízení otestuje, pokud rozezná přítomnost flashové paměti (s dostatečnou kapacitou), automaticky se začne využívat technologie Readydrive. V opačném případě bude disk využíván standardním způsobem.
Dostatečnou kapacitou míní společnost Microsoft alespoň 50 MB paměti typu flash. Doporučená hodnota je 128 MB. Čím větší však vyrovnávací paměť bude, tím markantnější výhody uživatel pocítí.

První produkty

Hitachi, Samsung a Seagate ohlásily příchod H-HDD modelů v nejbližších týdnech, Fujitsu a Toshiba je budou brzy následovat. Těchto pět společností založilo počátkem roku 2007 asociaci, aby mohly podchytit koncept a vývoj H-HDD.
Od společnosti Seagate přijde na trh produkt Momentus 5400PSD, který bude k dispozici ve velikostech 80 až 160 GB. Nabídne flashovou paměť o kapacitě 256 MB, další modely budou obsahovat dokonce 512 MB až 1 GB. Disk HM16HJI od společnosti Samsung bude disponovat kapacitou flashové paměti 256 MB a na trh se dostane ve velikostech 80, 120, 160 GB. Kromě flashové paměti se H-HDD nebudou v mnohém od standardních disků lišit. I opticky budou vypadat zcela shodně. Jak velikostí, tak hmotností i otáčkami ploten. Je velmi pravděpodobné, že se budou vyrábět H-HHD pouze pro moderní rozhraní SATA a IDE (PATA) modelu se nedočkáme.

Nejprve notebooky

V první vlně se na trhu objeví H-HDD pro notebooky. Budou to tedy 2,5" modely. Pro marketing je technologie H-HHD zlatým rýžovištěm a každý výrobce a prodejce notebooků bude chtít zákazníky na novince pořádně "natáhnout". Z tohoto důvodu je patrné, že nejdříve se H-HHD disky objeví v nejdražších firemních noteboocích cena, kterou přinejmenším zpočátku za technologii H-HDD zaplatíte, bude patrně relativně vysoká. Nicméně časem se disky rozšíří i do levnějších přenosných počítačů a také do stolních PC.

Budoucnost

V dlouhodobějších prognózách se technologie H-HDD považuje pouze za přechodné řešení. Budoucnost by měla patřit pevným diskům SSD, které se kompletně skládají z flashových paměti a již nyní se objevují v prvních přístrojích jako jsou UMPC (například nové Vaio od Sony) či v ultrapřenosných noteboocích. SSD disky ale v současnosti nabízejí nižší kapacitu než standardní pevné disky a jsou navíc pro běžné masové využití příliš drahé. Pouze v business segmentu a ve specifických oblastech jsou zajímavé již dnes. Výrobci SandDisk a PQI nabízejí v dnešní době SSD s velikostí 32 až 64 GB.

Výsledek

Hybridní pevné disky pomohou především notebookům k vyšším výkonům a k úspoře energie. Zda lze však považovat první generaci H-HDD za převratnou technologii, je nejisté. Při překotném vývoji flashových technologií a při poklesu jejich cen je už nyní patrné, že se v blízké budoucnosti objeví mnohem lepší flashové paměti, se kterými mohou být nové generace H-HDD buď mnohem výkonnější, nebo zastaralé ještě dříve, než se skutečně prosadí.

Shrnutí

Zejména v oblasti přenosných počítačů představuje technologie H-HDD velký přínos. Nicméně pro efektivnější start vašich aplikací nemusíte nutně ihned shánět H-HDD. Například funkci ReadyBoost lze využít v kombinaci s rychlou USB flashovou pamětí.

Řešení pro notebooky od Intelu

Technologie Robson je obsažena v nové platformě Centrino s kodovacím označením Santarosa, kterou chce Intel představit v příštích týdnech či dnech. Robson funguje shodně jako H-HDD, nicméně flashovou paměť nechce Intel umísťovat přímo do pevného disku, ale na základní desku (buď do slotu, nebo přímo integrovat na desku). Toto řešení může využívat klidně i stávající 2,5" SATA pevné disky. Technologie Robson využívá pro přenos dat rozhraní PCI Express s návazností na jižní můstek čipové sady. Pro využití technologie je nutný ovladač. Pak bude z Windows Vista dostupná i technologie Readyride.

Bezpečnost dat

Technologie Robson obsahuje paměťový řadič, který obstarává výměnu dat mezi flashovou pamětí a rozhraním PCI Express. Dále se komunikuje i modulem, který se stará o paměťový management vyrovnávací flashové paměti. Tento modul rovněž zabezpečuje konzistentnost dat a ochranu před přepsáním nebo jejich ztrátou v případě nenadálé události (výpadek energie a podobně). U H-HDD není posledně zmíněný modul potřeba, neboť vše je integrováno do jednoho kompaktního celku.

Robson: výhodná alternativa

Microsoft původně plánoval, že notebooky musejí mít H-HDD, aby získali certifikaci pro operační systém Windows Vista. To bude platit až od 1. 6. 2008. Robson by tak zatím mohl výrobcům notebooků zajistit větší flexibilitu. Výrobci tak mohou použít současné levnější pevné disky ve spojení s technologií Robson a nejsou závislí na modelových a časových plánech výrobců H-HHD.7 0167/LUC o

Slovníček pojmů

ATA: Komunikační protokol, který definuje způsob komunikace mezi připojenými zařízeními (pevný disk nebo optická mechanika) a samotným počítačem. V současné době se využívá verze ATA7. V novém standardu ATA8 se dočkáme například podpory pro technologii Readydrive.
Cache: Vyhrazená paměť, která se využívá pro krátkodobé odkládání dat. Zpravidla se v ní drží informace, s nimiž procesor (případně jiné zařízení) opakovaně a často pracuje. Cache využívá mnoho zařízení (procesory, HDD, vypalovačky a podobně).
Flash: Tento druh paměti uchová data i bez přísunu elektrické energie (na rozdíl od standardní operační paměti RAM). Paměť typu flash naleznete např. v paměťových kartách do digitálních fotoaparátů nebo třeba v USB "klíčenkách".
Hibernace: Šetřící režim pro úsporu energie, který uloží veškerý obsah operační paměti na pevný disk a počítač prakticky vypne. Využívá se především u notebooků. Opětovné probuzení počítače je rychlejší než standardní zapnutí, nicméně na dnešní dobu je i tak pomalé. Mnohem rychlejší probouzení slibuje technologie H-HHD.
Readydrive: Tuto funkci využívá Windows Vista ve spojení s H-HDD. Díky speciálním instrukcím se budou moci důležité údaje ukládat do flashové paměti disku a přístup k těmto často vyžadovaným informacím bude velmi rychlý.













Komentáře

K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.