Maxtor

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La gamme de Maxtor en matière de disques durs (Serial) ATA diffère légèrement des autres constructeurs, car l’on trouve en fait deux séries distinctes et aux rôles bien différents.

D’une part, les DiamondMax Plus 9 représentent la gamme de disques destinée aux PC de bureau, et c’est elle qui est la plus couramment testée. S’étalant de 60 Go à 250 Go (contre seulement 200 Go initialement), les disques de cette gamme sont garantis 3 ans. Ils présentent tous une densité de 80 Go/plateau.

Leurs successeurs sont aujourd'hui disponibles, il s'agit des DiamondMax 10. Leurs caractéristiques sont très proches de celles des Maxline III (voir plus bas) mais avec une fiabilité a priori moindre, officiellement du moins (MTTO non spécifié). Deux gammes de capacité se distinguent : les disques de 80 Go à 200 Go qui embarquent 8 Mo de cache, alors que les disques de 250 Go et 300 Go en possèdent le double. Curieusement, Maxtor a décidé de rendre sa nouvelle gamme disponible à la fois en P-ATA et en S-ATA, comme avec les Diamond Max Plus 9. La différence provient toutefois de la conception initiale : l'ancienne gamme utilisait un pont pour être disponible sur l'interface S-ATA, alors qu'au contraire, les DiamondMax 10 sont nativement S-ATA et utilisent le pont pour les versions P-ATA (un schéma similaire à ce que fait nVidia avec le HSI, en fait). Au niveau de la garantie, on reste à 3 ans pour toutes les capacités.

Nous soupçonnions l'existence d'une autre différence entre les versions 80-200 Go et 250-300 Go. En effet, vu les capacités il aurait semblé logique que les premières soient dotées de plateaux de 80 Go, contre 3 plateaux de 83,3 Go sur le 250 Go, et 3 plateaux de 100 Go sur le 300 Go. D'ailleurs, les caractéristiques officielles du site Maxtor ne font tout simplement pas mention de la densité des DiamondMax 10. Renseignements pris avec Maxtor, il semblerait que tous les DiamondMax 10 soient dotés de plateaux de 100 Go, le 80 Go étant réservé aux DiamondMax Plus 9. Limiter un disque à 80 Go alors que ce dernier embarque un plateau de 100 Go ? Cela paraît assez surprenant, mais ce serait apparemment lié au fait que 80 Go représente un point de capacité pour tous les disques classiques, et constitue donc un passage obligé.

A noter que ces disques supportent "l'accélération MHX". Derrière ce terme marketing, se cache en fait l'arrivée de deux processeurs sur le PCB du disque. Auparavant (sauf pour les Maxline III, identiques sur ce point), les disques étaient dotés d'un seul processeur. Cette nouvelle architecture permet en fait de dédier un processeur à la gestion du S-ATA, alors que le second pourra se concentrer entièrement sur le disque en lui-même. En fait, c'est l'arrivée du NCQ (voir explication plus bas) qui semble nécessiter un tel design, puisqu'elle introduit fort logiquement beaucoup plus de travail au niveau du disque et des algorithmes de gestion de la file d'attente des requêtes.

D’autres part, les Maxline Plus II représentent les disques de la catégorie « Near-Line Applications ». L’objectif de ces disques ? Stocker de très grosses quantités de données qui ne sont pas accédées très souvent, mais qui doivent être disponibles relativement rapidement en cas de requête (on parle donc ici d’un environnement serveur). Ces disques secondent les arrays RAID SCSI tout en étant bien moins onéreux que ces derniers, et servent accessoirement de tampons pour l’unité de stockage externe. Initialement annoncés en versions 200 Go et 250 Go, seule la version 250 Go a vu le jour. Celle-ci se dote de 3 plateaux de 83,3 Go, et bénéficie de spécifications techniques très légèrement supérieures aux Diamond, sauf au niveau du bruit (38 dBa annoncés contre 35 dBa pour les Diamond en Seek mode).

Enfin, et pour rester dans les « Near-Line Applications », les Maxline III. Remplaçants des Maxline Plus II, ils commencent tout juste à être disponibles en deux versions : 250 Go et 300 Go. Cependant, dans les deux cas ces disques incluent 3 plateaux et 6 têtes de lecture. La version 250 Go a donc une densité de 83,3 Go, contre 100 Go pour la version 300 Go.

Sur le plan technologique, ces disques apportent pas mal de changements, et ce aussi bien pour augmenter les performances avec des accès séquentiels, qu’au contraire, avec des accès aléatoires (c’est qu’on sait s’amuser chez Maxtor !). Explications.

• Augmenter les performances lors d’accès séquentiels

Pour une utilisation typique d’un PC de bureau, la plupart des accès disques se font au même endroit physique sur le plateau, et à la suite. Les données étant stockées au même endroit pour une application donnée, leur chargement s’apparente à une opération séquentielle. Comment améliorer les performances pour ce type d’accès ? Essentiellement grâce à trois moyens : l’augmentation de la vitesse de rotation des plateaux, l’augmentation de la densité d’information par plateau, et l’augmentation de la mémoire cache. Maxtor a choisi les deux derniers moyens, puisqu’en sus de l’augmentation de la densité, la taille du cache du Maxline III passe de 8 Mo à 16 Mo !

Pourquoi l’augmentation du cache d’un disque dur augmente-t-elle les performances lors d’accès séquentiels ?

Lorsqu’un disque effectue une lecture, cela correspond en fait à deux opérations distinctes, et répétées le nombre de fois nécessaire : le transfert d’informations depuis le plateau jusqu’au cache (remplissage), puis le vidage du cache vers la mémoire centrale (d’où la notion de tampon). Dans le cas d’une écriture, les mêmes opérations sont observées mais le plateau et la mémoire centrale sont intervertis. Or, le remplissage et le vidage ne pouvant être simultanés, augmenter la taille du cache permet de réduire le nombre de remplissages (= temps mort lors de l’écriture), et donc de vidages (= temps mort pour la lecture) du cache.

Notez que ceci n’est vrai que parce que les transferts entre les plateaux et le cache sont toujours plus lents que ceux entre le cache et la mémoire centrale (‘burst’). Notez par ailleurs que c’est sur l’existence de ces temps morts que se base le RAID Stripping (0) : lors d’une écriture par exemple, pendant que le premier disque transfert ses données du cache vers les plateaux, la mémoire centrale peut envoyer les données vers le cache du second disque, au lieu de ne rien faire.

• Augmenter les performances lors d’accès aléatoires

En ce qui concerne les accès aléatoires, c’est le Native Command Queuing qui est introduit (pour la première fois dans un disque ATA), afin d’améliorer les performances. Ce qu’il faut comprendre, c’est que le NCQ n’a en soit rien de nouveau et demeure utilisé depuis des années dans le monde SCSI. Mais avec l’émergence du secteur nearline, l’orientation vers la parallèlisation et les applications multi-threading, les situations où plusieurs programmes différents vont vouloir accéder en même temps au disque vont devenir plus fréquentes. Car c’est seulement dans ces situations que le NCQ peut apporter un gain, et c’est pourquoi il devrait progressivement s’étendre à l’ensemble des disques ATA.

Plusieurs analogies peuvent être utilisées pour représenter le fonctionnement du NCQ, mais celle de l’ascenseur reste la plus fidèle. Au rez-de-chaussée d’un immeuble, trois personnes attendent l’ascenseur. Quand celui-ci arrive enfin, le premier va appuyer sur le bouton du sixième étage, le deuxième (qui, au passage, est une vraie brêle) va appuyer sur le bouton du premier étage au lieu d’y aller par l’escalier, et le dernier va presser le bouton du quatrième.

Il n’y a encore pas si longtemps, les ascenseurs traitaient les requêtes dans l’ordre où elles étaient reçues. Ainsi, l’ascenseur serait d’abord monté au sixième étage, avant de redescendre au premier pour enfin remonter au quatrième étage. Evidemment, ce fonctionnement est pourri : l’ascenseur parcours une grande distance, et le temps nécessaire pour répondre aux trois requêtes est très long. Ceci représente pourtant le fonctionnement des disques durs dépourvus de Command Queuing.

Les ascenseurs ont donc évolués, et si vous faites ce test sur un modèle récent vous remarquerez que l’ascenseur se comportera de manière beaucoup plus optimisé : il s’arrêtera d’abord au premier, puis au quatrième, et enfin au sixième. Ceci symbolise le comportement des disques munis d’un système de Command Queuing. Il existe cependant une limite importante à cette analogie : contrairement à un ascenseur, les plateaux d’un disque dur ne s’arrêtent jamais en fonctionnement, et leur vitesse de rotation est constante. Ainsi, dans le second cas avec l’ascenseur, la personne habitant au sixième mettra plus de temps pour atteindre cet étage que dans le premier cas. Ce n’est pas vrai dans le cas des disques durs.

Prenons le cas (rare) ou un disque recevrait l’ordre de lire quatre données, arrivées dans l’ordre A-B-C-D. S’il les traites à la suite sans se poser de questions, il va effectuer le trajet bleu (le plateau tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre) et les 4 données ne seront lues qu’au bout de 2 tours et demi. L’ordre le plus logique à réaliser serait B-D-A-C (pas assez de temps pour accéder à C en premier), et cela serait réalisé en un seul tour.

Evidemment, ceci implique que ce soit le disque dur qui gère lui-même cette réorganisation, car lui seul sait où sont situées les données sur le plateau. Par ailleurs, cela présuppose l’existence d’une file d’attente dans laquelle les différentes requêtes seraient stockées, et réorganisées au fur et à mesure que de nouvelles commandes arrivent. Dans le cas du NCQ, cette file d'attente peut recevoir jusqu'à 32 requêtes au maximum.

Nous en arrivons donc à la réorganisation proprement dite. A la vue de l’illustration, on pourrait croire que celle-ci est facile, mais ce n’est pas le cas. Les algorithmes utilisés pour déterminer quelle sera la prochaine donnée à récupérer sont complexes, et prennent en compte de nombreux facteurs, comme par exemple :

• la position et le direction initiale de la tête


• la piste sur laquelle se trouve la donnée à accéder


• l’angle de la piste sur lequel se trouve la donnée à accéder


• le potentiel d’accélération du « déclencheur » (l’unité contrôlant la position de la tête de lecture)


• la latence de rotation : le temps nécessaire pour qu’une fois que la tête soit sur la bonne piste (le bon diamètre), l’angle de rotation permette d’accéder à la donnée (en moyenne, une demi-rotation soit 4,17 ms pour un 7200 rpm, 3 ms pour un 10 000 rpm). Certains algorithmes permettent d’abaisser cette durée, en autorisant la lecture de la piste en cours de route (dès que la tête est sur la piste donc), et en complétant les données lors du passage du début de la piste.


• le cas où la donnée demandée se trouve en cache


• le cas où le cache en écriture est désactivé


• les requêtes d’entrée/sortie ayant comme destination la même adresse de bloc logique (LBA)


• les algorithmes d’élimination d’une « famine » de requêtes


• etc.

Il est à noter qu’afin de tirer le meilleur parti du NCQ, les applications nécessitent de légères modifications. En fait, la majorité des applications actuelles sont écrites pour utiliser les entrées/sorties synchrones. Avec celles-ci, la fonction qui est appelée pour lire (ReadFile) ou écrire (WriteFile) un fichier sur le disque ne répond pas avant que la lecture ou l’écriture n’ait été effectuée (répondre dans le sens rendre la main à l’application). En réécrivant ces applications afin qu’elles utilisent les entrées/sorties asynchrones, la fonction répondra presque immédiatement, avant que la requête ne soit réellement effectuée. L’application recevra simplement un rappel quand l’entrée/sortie sera effectuée, ou bien elle devra le vérifier par elle-même à l’aide de la fonction WaitForMultipleObjects(DWORD,HANDLE,BOOL,DWORD) (qui permet entres autres de spécifier en paramètres le nombre d’entrées/sorties attendues, et s’il faut attendre qu’elles soient toutes effectuées ou bien seulement la première, afin de l’utiliser dès que disponible). Mais avant cela, elle pourra continuer à exécuter d’autres instructions, y compris demander d’autres lectures ou écritures sur le disque. Dans le cas d’un grand nombre d’entrées/sorties (de 4 à 8), le fait de pouvoir traiter toutes ces opérations en même temps (et non plus une à la suite de l’autre) divise jusqu’à deux le temps total de récupération des données.

Activer le NCQ sur i915

Si vous voulez activer le NCQ sur une plateforme i9x5 munie de l’ICH6, une précaution est à prendre avant même d’installer le système d’exploitation : rentrer dans le bios, et activer le SATA Advanced Host Controller Interface. En effet, il ne sera pas possible de modifier cette option une fois le système d’exploitation installé.

Puis, il faut installer le système d’exploitation, mais en prenant soin de lui fournir les pilotes du contrôleur SATA AHCI, sans quoi il ne détectera pas le disque dur. L’opération se fait, dans le cas de Windows XP, en pressant F6 au début et en insérant obligatoirement… une disquette de pilotes ! Voilà un anachronisme intéressant, pour une plateforme qui ne jure que par la DDR2, le PCI Express, le Matrix Raid…

Une fois le système installé, il ne reste plus qu’à installer les pilotes Intel Application Accelerator 4 pour valider et vérifier le support du NCQ.

Enfin, les Maxline III se caractérisent également par la gestion native du Serial ATA II 1.0 (d’où le support du NCQ), alors que les Maxline II restaient limités au S-ATA première génération, et utilisaient de plus un pont P-ATA -> SATA (Marvel).

• Des différences ?

Afin de creuser le sujet au niveau de la différence entre la famille DiamondMax et Maxline, nous avons posé la question aux ingénieurs Maxtor. Ceux-ci nous ont confirmés que les éléments constituants ces disques étaient différents, les Maxline correspondants aux composants les plus poussés au niveau fiabilité. Pour des disques ATA s’entend, car si le MTBF (voir plus loin) des Maxline atteint 1 200 000 h, il n’est pas comparable à celui des disques SCSI. La principale différence vient en fait du ‘Duty Cycle’, qui représente grosso modo le taux d’utilisation du disque : atteignant 80 % pour les SCSI, il ne dépasse pas les 30 % pour les disques IDE. Bref, les Maxline ne remplacent en aucun cas ces disques, mais leur mécanique est a priori plus fiable que les DiamondMax. Armé de ces informations, nous pourrons mieux comprendre certaines différences de performances, plus loin.

Il est à noter que Maxtor fait preuve d’une attitude discutable en terme d’annonce de produits. Premier à annoncer des disques durs d’une densité de 80 Go (DiamondMax Plus 9), ces disques ne furent pendant plusieurs mois qu’équipés de plateaux de 60 Go, puis 66 Go. Ils ne passèrent à 80 Go qu’en même temps que la concurrence. Les Maxline Plus II, eux, mirent plus de 6 mois à être disponibles après leur annonce. Et aujourd’hui encore, c’est un peu la même situation que l’on rencontre avec les Maxline III : annoncé mi-juin, ils commencent à peine à être annoncés en précommande, bien que l’on évoque cette fois-ci des problèmes de production.

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