مقایسه هارد درایوهای SSD و HDD

دلیل شما از انتخاب هارد درایو های SSD چیست؟

دلیل شما از انتخاب هارد درایو های SSD چیست؟ احتمالا اولین پاسخ و شاید تنها دلیلی که بیان می‌کنید، سرعت بیشتر باشد. هرچند که سرعت بالا انتخاب اول و اصلی در برگزیدن هارد درایو های SSD است اما تفاوت این نوع هاردها با HDD ها یا هاردهای مکانیکی، مبحث قابل توجهی است.

شاید کارکرد یا ظاهر HDD و SSD شبیه یکدیگر باشد اما با خواندن این مقاله، اطلاعات جامع و کامل‌تری نسبت به تفاوت آنها با یکدیگر به دست می‌آورید. با ما همراه باشید.
سه نکته مهم در مورد کارایی SSD ها

شما را با سه نکته مهم در مورد کارایی SSD ها آشنا می‌کنم:

توان عملیاتی یا Throughput
زمان تاخیر یا Latency
سرعت یا نرخ جابجایی اطلاعات در یک ثانیه IOPS

این سه مورد می‌تواند قابلیت کارایی دستگاه ذخیره ساز را بیان می‌کنند.
توان عملیاتی یا Throughput چیست؟

ذخیره سازهای HDD و SSD در مقایسه با دیگر اجزای مهم کامپیوتر مثل CPU، کارت گرافیک و حافظه DRAM، پایین‌ترین سرعت را دارند. حافظه‌های DRAM می‌توانند با سرعت بیش از ۲۰ گیگابایت در ثانیه، اطلاعات را جابه‌جا می‌کنند. CPU و کارت گرافیک در ثانیه، میلیاردها عملکرد داخلی اجرا می‎کنند. این در حالی است که بیشتر سخت افزارها و نرم افزارهای در حال اجرا، بیشتر معطل دستگاه‌های ذخیره ساز می‌شوند تا منابع دیگر زیرا هارد درایو ها در بهترین حالت، تنها چند مگابایت داده در ثانیه منتقل می‌کنند.

وقتی سرعت انتقال داده‌ها را بر اساس MB/s یا GB/s اندازه‌گیری می‌کنیم، در واقع توان عملیاتی یا سرعت انتقال داده را مشخص می‌کنیم. سرعتی که اطلاعات به / از دستگاه ذخیره ساز منتقل می‌شود به صورت بایت در ثانیه اندازه گرفته می‌شود که معمولا کیلوبایت یا مگابایت در ثانیه است. ایده‌آل ما، مگابایت‌های بیشتر در ثانیه است. گاهی در متون فارسی، از این پارامتر به عنوان پهنای باند هم یاد می‌شود.

زمان تاخیر یا Latency چیست؟

سرعت انتقال دیتا یا Throughput در سیستم‌های ذخیره سازی یعنی این که چه مدت زمانی طول می‌کشد تا انتقال داده شروع شود یعنی چه مدت طول می‌کشد تا دستگاه ذخیره ساز، کار IO را شروع کند. این پارامتر، زمان تاخیر یا Latency نامیده می‌شود و اهمیت بیشتری نسبت به شاخص Throughput دارد.

هرچند که انتقال دیتا با سرعت پایین از یک سیستم به سیستمی دیگر باعث کاهش کارایی می‌شود اما مدت زمانی که طول می‌کشد تا انتقال اطلاعات در سیستم‌های ذخیره ساز شروع شود، نکته بسیار مهمی در زمینه کارایی دستگاه‌های ذخیره ساز است. هر چه زمان تاخیر کمتر باشد، بهتر است.

در HDD منظور از تاخیر Positional Latency است که خود شامل دو نوع تاخیر است:

Seek Time
Rotational Time

بنابراین Latency معیاری است که در بازدهی دستگاه‌های ذخیره سازی اطلاعات مهم است. زیرا دستگاه‌های ذخیره ساز اغلب در حال انتقال و جابه‌جایی داده‌ها هستند.
تعداد ورودی و خروجی در ثانیه یا IOPS چیست؟

نکته دیگر در زمینه کارایی دستگاه‌های ذخیره ساز که اهمیت آن در حد زمان تاخیر است، بدین شرح است: دستگاه ذخیره ساز، هر چند وقت یک بار می‌تواند انتقال داده انجام دهد؟ چه تعداد عملیات ورودی و خروجی (IO) در ثانیه می‌تواند انجام دهد؟ این پارامتر، IOPS نامیده می‌شود که اندازه‌گیری آن بسیار مهم است. هر چه عدد IOPS بیشتر باشد، کارایی بهتری خواهیم داشت. بسته به نوع IO، انواع IOPS ها را داریم.

توان عملیاتی، شاخص مهمی است و شاید در نگاه اول، معیار مناسبی برای مصرف کنندگان عادی باشد اما وقتی صحبت از حوزه انترپرایز و فضای دیتاسنتری می‌شود، IOPS و Latency ابزارهای مهم‌تری هستند.

از IOPS برای اندازه‌گیری کارایی حجم‌های کاری رندوم یا تصادفی مثل دیتابیس‌ها در سیستم‌های ذخیره سازی استفاده می‌شود. IOPS می‌تواند برای هر یک از شاخص‌های زیر به صورت جداگانه مطرح شود:

Read
Write
Random
Sequential
Cache Hit
Cache Miss

به دلیل اینکه صفحات حافظه (Memory Page)، کلاسترها و فایل سیستم‌ های سیستم عامل‌ها اندازه‌ای برابر با ۴ کیلوبایت دارند. از این واحد (فایل‌های ۴ کیلوبایتی)، معمولا در اندازه‌گیری‌های IOPS استفاده می‌شود.
مقایسه کارایی HDD و SSD

سه معیار Latency و Throughput و IOPS شاخص‌های بسیار خوبی برای اندازه‌گیری عملکرد و کارایی سیستم‌های ذخیره ساز است. در این مقاله با استفاده از دو نرم افزار AS SSD و HD True Pro یک San disk SSD و یک Hitachi HDD را تست کردیم که نتایج جالب آن را برای شما تشریح خواهیم کرد. مدت زمانی که طول می‌کشد تا SSD به تمام پارامترهای تست جواب دهد چیزی در حدود ۵ دقیقه بود اما این زمان برای HDD بیش از یک ساعت طول کشید.

سه معیار Latency و Throughput و IOPS شاخص‌های بسیار خوبی برای اندازه‌گیری عملکرد و کارایی سیستم‌های ذخیره ساز است. در این مقاله با استفاده از دو نرم افزار AS SSD و HD True Pro یک Sandisk SSD و یک Hitachi HDD را تست کردیم که نتایج جالب آن را برای شما تشریح خواهیم کرد. مدت زمانی که طول می‌کشد تا SSD به تمام پارامترهای تست جواب دهد چیزی در حدود ۵ دقیقه بود اما این زمان برای HDD بیش از یک ساعت طول کشید.


۱- بررسی پارامتر IOPS در SSD و HDD

HDD در قسمت چپ و SSD در قسمت راست تصویر زیر دیده می‌شود.

میزان IOPS ها بیانگر این است که هر درایو با چه سرعتی می‌تواند به درخواست‌های IO پاسخ دهد.

ردیف اول، بیانگر IOPS خواندن و نوشتن فایل ۱۶ مگابایتی است، فایل بزرگی که به صورت Sequential IO است. تفاوت HDD و SSD خیلی زیاد نیست: سرعت Read IOPS در SSD، ۳.۴ برابر HDD است و سرعت Write IOPS در SSD، ۳.۵ برابر HDD است. می‌بینیم که سرعت خواندن و سرعت نوشتن، تفاوت چندانی با هم ندارند.

ردیف دوم به IOPS خواندن و نوشتن فایل‌های کوچک با سایز ۴ کیلوبایت و به صورت تصادفی و رندوم، مربوط است. رندوم یعنی اطلاعات در تمام سطوح ذخیره ساز پخش شده نه اینکه به صورت مرتب و پیوسته (مانند Tape Drive ها) در یک مکان مشخص و به صورت پشت سر هم قرار داشته باشد. پس Random IO برای دستگاه‌های ذخیره ساز به مراتب سخت‌تر و زمان‌برتر است.

IOPS خواندن در HDD برابر با ۱۷۶ است در حالی که IOPS خواندن مربوط به SSD برابر با ۹۴۱۷ است؛ یعنی SSD به میزان ۵۳ برابر سریع‌تر است. خواندن فایل‌های کوچک ۴ کیلوبایتی، رایج‌ترین IO در PC های معمولی هستند پس می‌توان نتیجه گرفت که SSD ها چقدر می‌توانند برای کاربر، سریع‌تر باشند.

IOPS نوشتن همین فایل‌های ۴ کیلوبایتی در HDD معادل ۳۱۱ است در حالی که در SSD برابر با ۳۲۹۳۳ است یعنی چیزی حدود بیش از ۱۰۵ برابر بزرگتر. این نکته می‌تواند تاثیر به سزایی در کارایی داشته باشد. از چنین کارایی‌ای می‌توان صرف نظر کرد؟

مورد بعدی تست ۴K – ۶۴ thrd است. در این تست، توانایی درایو در استفاده از ویژگی (NCQ (Native Command Queuing در AHCI سنجیده می‌شود. ۴K یعنی اندازه فایل در Random IO و ۶۴-thrd یعنی دو سریِ ۳۲ تایی درخواست NCQ Type IO در تست انجام شده است.

تکنولوژی NCQ به سادگی، درایوی با دسترسی مستقیم به حداکثر ۳۲ درخواست IO را در سیستم حافظه فراهم می‌کند که تنها با یک دستور IO ارسالی به درایو (به جای ۳۲ دستور IO: یک دستور برای هر درخواست IO) انجام می‌شود. در نتیجه تمامی زمان‌های پردازش ۳۲ دستور مجزا حذف می‌شود.

در این حالت، HDD بر اساس درخواست‌های IO (از یک تا ۳۲ درخواست)، هد خود را طوری برنامه‌ریزی می‌کند تا سکتورها پشت سر یکدیگر قرار گیرند تا میزان جابجایی هر HDD کمتر شود یعنی کاهش Latency Position) که باعث افزایش بازدهی HDD می‌شود.

۲- بررسی Throughput در SSD و HDD

IO فایل‌های بزرگ که به صورت پیوسته انجام شود (Large Fale Sequential IO)، برای دستگاه‌های ذخیره سازی آسان‌ترین است. به همین علت است که فروشندگان از این شاخص برای معرفی محصولات خود استفاده می‌کنند که البته درک آن هم آسان است. اما در واقع این شاخص، مهم‌ترین معیار برای نشان دادن کارایی سیستم ذخیره ساز نیست.

سرعت خواندن فایل‌های ۴ کیلوبایتی در HDD بسیار ناچیز است: در حدود ۰.۶۹ MB/s و در مقابل، سرعت SSD برابر با ۳۶.۷۹ MB/s است. و دوباره SSD به میزان ۵۳ مرتبه از HDD سریع‌تر است. سرعت نوشتن فایل‌های ۴ کیلوبایتی در HDD برابر با ۱.۲۲ MB/s است که از سرعت خواندن بهتر است اما در SSD برابر با ۱۲۸.۶ MB/s است که حدودا ۱۰۵ مرتبه سریع‌تر از HDD است.

AHCI و NCQ در اصل برای بهبود کارایی در HDD طراحی شده‌اند هر چند که HDD ها را خیلی خارق‌العاده نمی‌کنند و با وجود این تکنولوژی‌ها باز هم کارایی بسیار پایین‌تری نسبت به SSD ها دارند.

در این تست، IOPS خواندن در HDD را به ۴۰۵ رساندیم یعنی ۲.۳ برابر بیشتر اما سرعت خواندن کمتر از دو برابر یعنی ۱.۵۸ MB/s شد. IOPS خواندن در SSD را به ۹۲۵۸۶ رساندیم یعنی ۲۸۸ مرتبه سریع‌تر. و بار دیگر سرعت خواندن SSD به میزان ۳۶۱.۶۶ MB/s شد که باز هم ۲۸۸ بار سریع‌تر از HDD است.

متاسفانه HDD با استفاده از NCQ در تست NCQ 4Kwrite تغییر چندانی نداشت و ۳۱۱ IOPS و ۱.۲۱ MB/s ماند. کارایی SSD حدود ۱۹۳ برابر Write IOPS در HDD است و با سرعت ۲۳۵ MB/s باز هم ۱۹۴ برابر سریع‌تر از HDD است.
۳- بررسی Latency در SSD و HDD

آخرین ردیف مربوط به زمان دسترسی یا تاخیر است. این اعداد به آسانی نشان‌دهنده سرعت دسترسی به فایل‌های موجود روی ذخیره ساز هاست. البته لازم به ذکر است که سرعت دسترسی با توجه به شرایط می‌تواند مقادیر مختلف داشته باشد. اعداد نشان داده شده در جدول بیانگر متوسط سرعت دسترسی ذخیره ساز هاست.

بیایید نگاهی به Access Time که همان Latency است بیندازیم. Read Access Time در HDD برابر با ۱۵.۷۸۵ میلی ثانیه و در SSD برابر با ۰.۰۳۱ میلی ثانیه است یعنی SSD به میزان ۵۰۹ برابر سریع‌تر است. Write Access Time در HDD سریع‌تر از خواندن است چون به تنها چیزی که نیاز دارد، رسیدن به آدرسی است که فضای خالی دارد؛ برای تمام دسترسی‌ها نیازمند آدرس کامل مکان‌های حافظه LBA (Logical Block Add) است که دارای فضای خالی باشد. و در نهایت زمان دسترسی نوشتن در SSD به میزان ۱۰۲ برابر سریع‌تر از HDD است. حال فکر می‌کنید که می‌توان از چنین کاهشی در اکسس تایم، هنگام بوت سیستم عامل در PC چشم‌پوشی کرد؟

اجازه دهید نگاهی به نتایج به دست آمده از تست‌های نرم افزار HD Tune Pro بیندازم. SSD در سمت چپ و HDD در سمت راست قرار دارد. همان طور که مشاهده می‌کنید در HDD با افزایش حجم انتقال داده، کارایی به شکل چشمگیری کاهش می‌یابد در حالی که در SSD در همان سطح ابتدایی باقی می‌ماند.

حال نگاهی به اکسس تایم در HDD و SSD می‌اندازیم. این مثال، بهترین مثالی است که می‌توان زد تا نشان داد Latency چقدر در SSD در مقایسه با HDD کم است!

SSD اطلاعات را مثل نفت در خطوط لوله به صورت پیوسته جابه‌جا می‌کند اما HDD باید مرتبا به تکه‌های (Chunk) داده که روی دیسک‌ها ذخیره شده مراجعه کند و این خود باعث کاهش کارایی و افزایش قابل توجه در زمان دسترسی به دیتا می‌شود.

جمع‌بندی

صرف نظر از اینکه ما از SSD های معمولی ۷۰ دلاری استفاده کنیم یا از PCIe SSD های انترپرایزی ۱۵ هزار دلاری؛ Latency و Throughput و IOPS سه ضلع مثلث کارایی را در تمام SSD ها تشکیل می‌دهند. همان قدر که توان عملیاتی می‌تواند به عنوان معیاری برای فروش به کاربران عادی استفاده شود، Latency و IOPS در سطح انترپرایز، معیارهای بهتری هستند.

با استفاده از این اطلاعات می‌توانیم درک بهتری داشته باشیم که چرا کامپیوترها با استفاده از هارد درایو های SSD تنها در مدت ۱۵ ثانیه شروع به کار می‌کنند اما پی سی ‌هایی با HDD به بیش از یک دقیقه زمان برای شروع به کار لازم دارند.

IOPS یعنی یک دستگاه ذخیره ساز با چه سرعتی یا چند وقت به چند وقت می‌تواند به درخواست‌های IO پاسخ دهد. IOPS بیانگر اطلاعاتی در مورد سرعت است که به صورت MB/s بیان می‌شود.

Latency یعنی مدت زمانی که طول می‌کشد تا درخواست IO شروع شود.

Throughput یعنی سرعت و نرخ واقعی انتقال اطلاعات که اغلب به صورت MB/s بیان می‌شود.

با توجه به نکات گفته شده، نتیجه می‌گیریم که هارد درایو های SSD بازدهی و کارایی چندین برابر نسبت به HDD دارند و ۳.۵ تا ۵۰۰ برابر سریع‌تر از HDD ها هستند.

دو عامل از اصلی‌ترین و مهم‌ترین عوامل در کارایی بیشتر SSD ها نسبت به HDD ها عبارتند از:

توانایی پاسخ به درخواست‌های IO بیشتر
شروع سریع‌تر پاسخ به درخواست‌ها با سرعتی بین ۵۰ تا ۵۰۰ برابر

آنچه مسلم است ان است که کاربران معمولا هرگز از تمام قابلیت‌های کارایی SSD ها استفاده نمی‌کنند.

داشتن SSD در سیستم به معنایی کارایی بهتر، سکوت کامل (بدون صدا کار کردن)، دمای پایین‌تر، تحمل‌پذیری و ایمنی داده بسیار بالا است. علاوه بر این باعث افزایش طول عمر باتری لپ تاپ شما هم می‌شود.