Als weitere Kategorie in unserem Testportfolio spielen Datenträger eine wichtige Rolle, umso wichtiger ist es auch an dieser Stelle ein fundiertes Setup zur Verfügung zu haben. Die Entwicklung der Datenträger in den letzten Jahren ist ebenfalls mehr als beachtlich. Da gab es eine Zeit in der man dachte, man könne in Sachen Übertragungsrate nichts mehr erreichen, schließlich drehten die schnellsten Scheiben bereits mit 15k U/min. Einzig bei der Erhöhung der Kapazität schien noch Potential nach oben, dank besserer Datendichte und noch mehr Datenscheiben im Gehäuse. Gut, dass die Zeit der NAND-Speicher anbrach, welcher vorher nur durch die Verwendung in USB-Sticks bekannt war. Da sich mit diesem Speicher ganz neue Möglichkeiten ergaben erfreute dies sowohl die Verbraucher als auch die Hersteller.
Der Markt wurde wieder belebt und man merkte, dass sich der Wind zu drehen schien. Plötzlich musste man sich zwischen a) hohen Kapazitäten mit relativ geringen oder b) geringen Kapazitäten mit weitaus höheren Übertragungsraten entscheiden. Es entstanden Hybrid-Lösungen, die auch noch heute ihre Berechtigung und Verwendung finden.
Autor: Martin Nürnberger
Mainboard
Damit wir den technischen Anforderungen moderner Datenträger, insbesondere SSDs, gerecht werden können, haben wir unser Testsystem mit einem Gigabyte Z77MX-D3H ausgestattet (zum Hardware-Journal Testbericht), dessen SATA3-Anschlüsse an einem Intel Z77 Express Chipsatz angebunden sind. Der damit verfügbare Standard „SATA 6Gb/s“ stellt das aktuelle Maximum in Sachen SATA-Anschluss dar.
CPU
Damit es innerhalb unserer Testumgebung zu keinerlei Leistungseinbußen kommt, taktet auf dem Sockel 1155 ein Intel Core i7-3770K mit 4x 3,5 GHz respektive 3,9 GHz im Turbo Modus. Prinzipiell spielt die CPU für die Performance der per SATA angeschlossenen Datenträger keine tragende Rolle. Vielmehr hängt sie direkt von der Speicherschnittstelle des auf dem Mainboard verbauten Chipsatzes (z.B. Intel Z77 Express Chipsatz) ab. Wir wollen für unsere gesamte Testumgebung jedoch eine möglichst hohe Leistung abrufen können und setzen daher auf die erwähnte CPU.
RAM
Als Arbeitsspeicher kommt ein Kit mit 8 GB DDR3-RAM von der Marke Kingston HyperX zum Einsatz. Dieser besteht aus zwei Modulen zu je 4 GB, welche im Dual-Channel-Modus betrieben werden. Sie sind auf den Takt 1600 MHz sowie das Timing 9-9-9-27 eingestellt – gemäß Herstellerangaben.
Netzteil
Beim Netzteil haben wir uns für ein Modell mit 430 Watt und Cable-Management im unteren Preissegment entschieden, welches 80PLUS zertifiziert ist. Es belegt in unserer Testumgebung keine entscheidende Position, dennoch setzen wir auf einen renommierten Hersteller wie Be Quiet, der sich durch seine qualitativ hochwertigen und zuverlässigen Produkte einen Namen gemacht hat.
Unterbau
Wer etwas häufiger in den Genuss kommt regelmäßige Wechsel von Datenträgern im Gehäuseinneren durchführen zu dürfen, wird sicher die Vorzüge unserer Entscheidung teilen, die wir mit der Wahl eines BenchTable ganz bewusst getroffen haben. Das Modell von Coolermaster scheint wie geschaffen dafür, da es unseren Ansprüchen genügt und preislich in einem sehr attraktiveb Rahmen liegt.
Grafikkarte
Für die Messergebnisse spielt die Grafikkarte keine entscheidende Rolle. Da wir jedoch ein möglichst praxisnahes Testumfeld schaffen und auch ein wenig für die optische Stimulation sorgen möchten findet die gute alte HD4890 auf dem PCIe 16x Steckplatz ihre letzte Ruhestätte.
Technische Details
Intel Z77-Datenträger-Testsystem | ||
Prozessor: | Intel Core i7-3770K (Retail) | |
Mainboard: | Gigabyte Z77MX-D3H | |
Kühlung: | EKL-Stock Kühler | |
HDD: | Western Digital WD5003ABYX Enterprise | |
SSD: | Kingston SSDNow V+200 - 240GB | |
RAM: | 2x4GB Kingston HyperX (KHX1600C9D3/4G)) @ 1600MHz | |
Netzteil: | beQuiet Pure Power L8-CM 430W | |
Grafikkarte: | Sapphire Vapor-X HD4890 1 GB | |
Betriebssystem: | Microsoft Windows 8 Pro x64 | |
Grafiktreiber: | - |
Testumfeld und Testbedingungen
Wir möchten für die Leser unserer Testberichte die nötige Transparenz herstellen und beschreiben daher ganz genau, wie beim Test eines Datenträgers vorgegangen wird. Sofern nicht anders erwähnt stellen wir sicher, dass der zu testende Datenträger immer an einer der beiden SATA 6 Gb/s Schnittstellen unserer Testumgebung angeschlossen ist. Dabei wird der Datenträger stets als Systemfestplatte verwendet, sprich das Betriebsystem immer frisch installiert. Handelt es sich beim Testobjekt um einen USB-Speicher, wird dieser an den USB3.0 Anschluss des Mainboards angeschlossen.
Im BIOS unseres Mainbaords haben wir den SATA-Modus AHCI gewählt, da dieser Modus eine hohe Performance der angeschlossenen Geräte verspricht. Intel® Rapid Start Technologie, Intel ® Turbo Boost Technologie sowie Hyper Threating wurden aktiviert. Stromsparmechanismen wie C3- und C6-Status sowie EIST wurden deaktiviert, um die Fremdeinflüsse dieser Techniken während des Testablaufes zu unterbinden. Im Alltag sollten alle vorher genannten Einstellungen im BIOS jedoch auf AUTO gestellt werden, mit Ausnahme des SATA-Modus. Hier empfiehlt sich auf jeden Fall die Einstellung.
Als Betriebssystem kommt das kürzlich erschienene Microsoft Windows 8 Pro 64bit (Build 9200) zum Einsatz, da es mittel- und langfristig Einzug in den häuslichen PCs finden wird. Nach der Installation von Windows 8 werden alle verfügbaren Updates dafür installiert. Die Treiber für das System (Mainboard) werden wie unten angegeben verwendet. Sollte sich nach Aktualisierung der Treiber und erneuter Messung eine Abweichung ergeben, wird diesbezüglich Ursachenforschungen betrieben und vermehrt darauf eingegangen. Veränderungen der Messwerte nach Treiber- und Softwareupdates sind zu erwarten.
Verwendete Treiber *zum Öffnen/Schließen klicken*
Gruppe | Treiber | OS | Version | Veröffentlichung |
AUDIO | VIA audio driver | Win8 x64 / Win7 x64 | 6.0.01.10800 | 2012.09.19 |
CHIPSET | Intel Management Enginge Interface | Win8 x64 / Win7 x64 | 8.1.0.1263 | 2012.09.20 |
Intel INF installation | Win8 x64 / Win7 x64 | 9.3.0.1021 | 2012.09.20 | |
LAN | Atheros LAN driver | Win8 x64 / Win7 x64 | 2.1.0.7 | 2012.09.20 |
SATA RAID | Intel® Rapid Storage Technology | Win8 x64 / Win7 x64 | 11.5.4.1001 | 2012.09.20 |
Intel SATA Preinstall driver (For AHCI / RAID Mode) | Win8 x64 / Win7 x64 | 11.5.4.1001 | 2012.09.20 | |
VGA | Intel VGA Driver | Win8 x64 / Win7 x64 | 15.28.4.2843 | 2012.09.20 |
ATI Radeon HD 4800 Series | Win8 x64 | 8.970.100.3000 | 2012.07.03 | |
USB 3.0 | Intel USB 3.0 Driver | Win7 x64 | 1.0.5.235 | 2012.09.20 |
Innerhalb von Windows 8 werden alle Energiesparoptionen auf Höchstleistung eingestellt, um die Testläufe konstant präsent zu halten. Auch deaktivieren wir LPM (Link Power Management), welches in Intels Rapid Storage Treiber erst ab Version 10 standardmäßig aktiviert wurde. Der Grund dafür ist, dass es in der Praxis zu Problemen bei der Verwendung des SATA 6Gb/s Ports kommen kann. Diese wirken sich in der zeitlich erhöhten Reaktionszeit der angeschlossenen SSD-Festplatte aus und führen zu kurzzeitigem Einfrieren des Systems. Die Änderung nehmen wir per Registrierungsdatei vor, da es dafür keine komfortable Oberfläche mit Klick-Option gibt. Wie das funktioniert beschreiben wir ein paar Zeilen weiter unten.
Datenträger Benchmarks
Übersicht
- ATTO
- AS SSD
- Crystal Disk Mark
- PCMark 7 Advanced Edition
- Microsoft Office Home and Student 2010 - Installation
- Adobe Photoshop CS6 Extended - Startzeit
ATTO
Der ATTO Disk Benchmark ist ein ausschließlich auf Windows Systemen lauffähiges Tool zum Überprüfen der Datenträger-Leistung. Entwickelt wurde er von der ATTO Technology, Inc. aus Amerika, welche seit über 20 Jahren im Bereich Storage-Anbindung und Infrastruktur-Lösungen für Massendaten entwickelt und vertreibt.
Für den Test gibt es eine Vielzahl an Parametern, die in beliebigen Kombinationen herangezogen werden können. Dazu zählen verschiedene Blockgrößen (0,5 KB – 8192 KB), welche eine Gesamtdateimenge (64 KB – 2 GB) sequenziell durchlaufen. Es besteht die Möglichkeit eine Arbeitstiefe (2 – 10) auszuwählen (Option: Overlapped I/O). Damit können parallele Durchläufe simuliert werden, was den Datenträger bei maximaler Arbeitstiefe zusätzlich stark belastet. Bei normalen PC-Systemen im Heimbereich sind Arbeitstiefen von 1 bis 3 zum Vergleich heranzuziehen. Höhere Arbeitstiefen findet man im Serverbereich, wo enorm hohe Anforderungen herrschen.
Eine weitere Stärke dieses Benchmarks ist es, zwischen verschiedenen Datenmustern (Option: I/O Comparison) wählen zu können. Zwischen dem einen, indem sich Daten immer wiederholen (Bsp.: 00000000) und dem anderen, indem rein zufällige Daten (Bsp.: 7FAE33EA) geschrieben und gelesen werden, sind mehrere Abstufungen wählbar. Das dabei jeder Controller anders in der Lage ist diese Daten zu komprimieren führt dazu, dass teilweise starke Unterschiede beim Vergleich der Messungen entstehen. Als Ergebnis liefert der ATTO Disk Benchmark einen Graphen, in dem die Lese- und Schreibgeschwindigkeiten mit verschiedenen Blockgrößen abgebildet werden (siehe Bild 1). Wir verwenden für unsere Tests stets die Standard Einstellungen (siehe Bild 2), um diesen Test möglichst nachvollziehbar zu gestalten.
Weitere Infos zum ATTO Disk Benchmark sind unter http://www.attotech.com/products/product.php?sku=Disk_Benchmark zu finden.
AS SSD
Ausschließlich für die Verwendung von SSD-Festplatten ist der AS SSD Benchmark von Alexey Schepeljanski auch Chemnitz entwickelt worden. Dieser enthält neben sechs synthetischen Tests auch drei Kopier-Tests. Prinzipiell setzt dieser Benchmark nicht komprimierbare Daten ein, mit Ausnahme des Kompressionstests. Zur Ermittlung der Lese- und Schreibperformance mit Hilfe der synthetischen Tests wird nicht der System-Cache verwendet. Beim sequenziellen Test wird eine 1 GB große Datei gelesen und geschrieben. Der 4K Test ließt und schreibt zufällig ausgewählte 4KB große Blöcke, wobei der 4K-64Thrd Test das Ganze in 64 Threads gleichzeitig ausübt. Die Übertragungsraten unterscheiden sich hierbei erheblich von den vom Hersteller propagierten Werten, da die hier verwendeten Daten nicht komprimierbar sind, was der Realität bei der Nutzung im Alltag an nahesten kommt.
Als weiterer Test steht ein Kopier-Benchmark zur Verfügung. Dieser ist in drei Messungen aufgeteilt: ISO, Programme und Spiel. Diese unterscheiden sich in der Größe der verwendeten Dateien. Der ISO-Kopier-Test verwendet 2 große Dateien, der Programm-Kopier-Test viele kleine Dateien und der Spiel-Kopier-Test kleine und große Dateien. Die Tests werden unter Verwendung des System-Caches ausgeführt, was zu Abhängigkeiten durch das verwendete Betriebssystem führt. Wichtig ist hierbei, dass gleichzeitig gelesen und geschrieben wird. Da es bei mehreren Messungen zu teilweise starken Schwankungen kommen kann wird der Mittelwert aus 10 Messungen als Ergebnis herangezogen.
Da manche Datenträger, vorzugsweise SSDs, gerne mit Kompression arbeiten, um ihre Transferraten in der Theorie möglichst hoch zu treiben, ist es interessant herauszufinden, wie stark sich das entsprechende Testobjekt auf diese Tatsache stützt. Der mitgelieferte Kompressions-Benchmark zeigt sich in der Hinsicht als sehr nützlich und legt offen, wie sich die Transferraten bei stark komprimierbaren Daten (Nullen, z.B. 00000000) bis schlecht komprimierbaren Daten (keine Nullen, z.B. ADF493CA) verhalten. Dabei zeigt die X-Achse im abgebildeten Graphen die Komprimierbarkeit (0% - 100%).
Weitere Informationen zu diesem Benchmark können auf der Herstellerseite http://alex-is.de nachgelesen werden.
Crystal Disk Mark
Der Benchmark namens Crystal Disk Mark ist für verschiedene Speicher geeignet. Darunter für HDD, SSD, USB-Speicher, Speicher-Karten und was die Produktpalette noch so hergibt. Entwickelt wurde er in Japan von „Hiyohiyo“. Ähnlich dem AS SSD testet dieser Benchmark sowohl die sequentiellen als auch zufälligen Schreib- und Lesegeschwindigkeiten. Die sequentielle Geschwindigkeit wird anhand von 1024 KB großen Blöcken gemessen. Bei den zufälligen Zugriffen werden sowohl 512 KB als auch 4 KB große Blöcke durchlaufen. Als letzter Test werden 4 KB große Blöcke mit einer Arbeitstiefe (QD - Queue Depth) von 32 durchgeführt. Wichtiger Unterschied zum AS SSD ist hier die Auswahl der Größe der Testdatei, welche beim Test von USB-Sticks wegen der Speicherkapazität eine Rolle spielen dürfte. Diese kann in 6 Stufen zwischen 50 MB und 4000 MB gewählt werden.
Für unsere Tests verwenden wir die Einstellungen wie unten abgebildet: drei Durchläufe mit einer 4000 MB großen Datei. Als Ergebnis erhalten wir hier, ähnlich dem Schaubild vom AS SSD Benchmark, die Transfergeschwindigkeiten für das Lesen und Schreiben in den oben erwähnten Modi Sequentiell, 512K, 4K sowie 4K-32QD.
Die Seite des Anbieters ist unter http://crystalmark.info/software/CrystalDiskMark/index-e.html zu finden.
PCMark 7 Advanced Edition
Mit PCMark 7 Version 1.0.4 in der Advanced Edition steht uns ein Benchmark zur Verfügung, der darauf ausgelegt ist, das System als Gesamtes zu bewerten. Da im Ergebnis eine Unterteilung in die einzelnen Bereicht wie z.B. System Storage stattfindet kann man daraus die Leistung der HDD bzw. SSD im Einzelnen erkennen. Eine ausführliche Beschreibung des Benchmarks erhält man, indem man sich das Whitepaper von PCMark 7 zu Gemüte führt: PCMark 7 Whitepaper In der Advanced Edition ist es im Gegensatz zur Basic Edition möglich, den Test auf einem beliebig angeschlossenen Datenträger durchzuführen. Die Kompatibilität zu Windows 8 wird seitens Futuremark offiziell bestätigt. Bedingung ist die Installation der aktuellen Software SystemInfo, damit die Hardware im System ordnungsgemäß erkannt wird.
Microsoft Office Home and Student 2010 - Installation
Parallel zum AS SSD Kopier-Benchmark wollen wir die Ergebnisse mit praktischen Beispielen belegen. Dafür legen wir auf dem Testobjekt, welches mittlerweile durch Spiegelung der Windows 8 Installation als Systemfestplatte in Betrieb ist, einen Ordner mit Installationsdateien für Microsoft Office Home and Student 2010 an. Während der Installation werden viele Dateien, sowohl große als auch kleine, auf dem Datenträger gelesen und geschrieben. Dass dieser Test nicht mit USB-Speichern durchgeführt wird, da diese als Systemfestplatte ungeeignet sind, möchte an dieser Stelle noch einmal erwähnt sein. Gemessen wird die Zeit in Sekunden, die benötigt wird, um eine Office Installation ab Bestätigung des Paketumfanges (siehe unten) bis zur abschließenden Meldung durchzuführen.
Adobe Photoshop CS6 Extended - Startzeit
Ergänzend zur Installation von Office 2010 wollen wir wissen, wie schnell ein Datenträger in der Lage ist die Bildbearbeitungssoftware Adobe Photoshop CS6 Extended zu laden. Hierbei kommt es rein auf die Lesegeschwindigkeit von zufälligen und unterschiedlich großen Daten an. Dieser Test ist für USB-Speicher ebenfalls ungeeignet, da die Installation von Adobe Photoshop stets auf einer Systemfestplatte stattfindet. Als Ergebnis wird die Zeit in Sekunden gemessen, die es ab dem Start der Anwendung bis zur nutzbaren Oberfläche benötigt.
Wissenswertes zum Thema SSD
Alle SSDs sind schnell, das sagen doch die Hersteller. Oder?
Klare Antwort: Nein! Hersteller von SSDs geben in ihren Beschreibungen oft Werte für die Übertragungsraten an. Doch Theorie und Praxis liegen oft weit auseinander. Entscheidend für die Gültigkeit dieser Werte ist die Kombination aus Controller, Cache, Firmware und NAND-Speicher. Die trügerische Angabe von Übertragungsgeschwindigkeiten beruht immer auf dem sequentiellen Lesen und Schreiben von komprimierbaren Daten. Darin sind selbst SSDs der unteren Preiskategorie gut, die meist ohne Cache auskommen müssen. Die Kaufentscheidung sollte sich also nicht nur nach den Zahlen richten, die von den Herstellern angepriesen werden. Ein Blick in aktuelle Testberichte lohnt sich allemal, um die tatsächliche Leistung im Alltagsgebrauch einschätzen zu können, bevor man kauft.
Wenn man sich entscheiden muss, welchen Controller man wählen sollte, bleibt nur der Blick in die Historie. Dort wird man die Geburtsstunden diverser Controller finden, welche immer wieder für Begeisterung durch noch höhere Transferraten gesorgt haben. Aktuell ist es so, dass die jüngeren Controller in der Regel auch höhere Transferraten bewerkstelligen können, was unmittelbar mit der Entwicklung neuer Technologien zusammen hängt.
Die Qual der Wahl: SLC, MLC, TLC, …
Die Bedeutung dieser Bezeichnungen ist recht trivial: SLC - Single Level Cell, MLC - Multi Level Cells und TLC - Triple Level Cell. Im Heim-Bereiche werden meist die günstigeren MLC-Speicher zu finden sein, im Server-Bereich mit Hochverfügbarkeit dagegen die SLC –Speicher. Gründe dafür gibt es einige. SLCs erreichen höhere IOPS, sie sind zudem langlebiger und zuverlässiger. Technisch gesehen lässt sich in SLCs ein elektrischer Zustand speichern, in MLCs sind es dagegen zwei. Darin begründet sich der Mehraufwand an Zellen für SLCs, was zu erheblichen Preisunterschieden bei der Anschaffung führt.
Neu im Geschäft sind TLCs, welche von Intel und Micron erforscht werden/wurden. Dabei lassen sich gleich drei Zustände je Zelle speichern, was eine höhere Datendichte auf weniger Zellen Bedeutet. Damit einher geht eine Senkung der Produktions- und Anschaffungskosten, was diesen Speicher in Zukunft sehr attraktiv machen dürfte.
NAND-Speicher synchron, asynchron und Toggle-Mode …
Wir versuchen es ganz kurz zu erklären, ohne technisch jedes kleinste Detail abzugrasen. Prinzipiell wird die Verbindung zwischen dem Controller und dem NAND-Flashspeicher beschrieben. Dafür gibt es ein standardisiertes Interface, das sich ONFI (Open NAND Flash Interface) nennt und das es in aufsteigenden Versionsnummern gibt (1.0; 2.0; 2.1; 2.2; 3.0). Wohingegen ONFI 1.0 nur asynchron arbeitet sind die darauf folgenden Versionen in der Lage synchron zu arbeiten. Generell kann man sagen, dass asynchrone NAND-Speicher langsamer sind als die synchronen Artgenossen. Dies ist ganz einfach mit der Technologie des jeweiligen Standards begründet, da diese unterschiedliche Transferraten erreichen können. Es gilt: je höher der Standard, desto höher die Transferrate pro Kanal zwischen Controller und Speicher. Das Diagramm zeigt die Standards, deren Veröffentlichung sowie die Übertragungsgeschwindigkeit pro Kanal.
Over Provisioning
Dieses Verfahren findet bei sehr vielen SSD-Herstellern Verwendung und bedeutet, dass auf jeder SSD ein Pool an Zellen vorhanden ist, der nicht in der angegebenen Kapazität enthalten ist. Sollte der Controller feststellen, dass aktiv genutzte Zellen fehlerhaft sind, werden diese deaktiviert und eine andere Zelle aus dem Pool dafür verwendet. Wie groß dieser Pool an frischen Zellen genau ist lassen die Hersteller leider nicht durchblicken, definiert wird er in der Firmware der entsprechenden SSD.
Wir hoffen mit diesem Beitrag etwas mehr Klarheit über unsere Testumgebung geben zu können und sind selbstveständlich bestrebt, die angesprochene Transparenz bei Tests konstant aufrecht zu erhalten. Für weitere Informationen stehen die nachfolgenden Quellen und Links zur Verfügung:
Weiterführende Links:
Hardware-Journal Datenträger Testberichte
Hardware-Journal Datenträger - Forum