Disques durs : les performances suivant les générations

Introduction

Si la capacité des disques durs n’a cessé de croitre pour atteindre 2000 Go (2 To) aujourd’hui, on peut en dire de même des performances. Les constructeurs ont fini par intégrer la consommation parmi leurs critères dès le stade de la conception, améliorant ainsi non seulement les capacités et performances des disques durs récents, mais aussi leur rendement en termes de performances par Watt ou bien en capacité par Watt.

Afin de mesurer le progrès accompli, nous avons choisi trois générations de disques durs Samsung en prenant systématiquement le modèle phare.

Disques durs contre SSD

Les derniers SSD atteignent jusqu’à 256 Go, leurs débits dépassent souvent les 200 Mo/s avec des latences extrêmement faibles. Cependant, ils ne sont qu’une petite minorité à justifier les quelques centaines d’euros à débourser puisque ces disques à mémoire flash demandent des configurations multicanaux avec des contrôleurs intelligents et de la mémoire cache. Cette dernière est nécessaire pour activer le NCQ (Native Command Queuing) de façon à répartir l’usure de façon optimale et optimiser les performances suivant la charge de travail. On ne s’étendra pas plus sur les SSD, vu qu’ils ne sont vraiment intéressants que sur les segments entrée de gamme et très haut de gamme. Les disques durs domineront encore le marché du stockage pendant quelques années.

A l’heure actuelle, il est impossible d’atteindre une capacité plafonnant à 2 To avec de la mémoire flash. Quand bien même ce serait possible techniquement, le coût serait prohibitif. L’avantage des disques durs sur le rapport capacité/prix est encore plus significatif pour le grand public, vu que l’on trouve des modèles atteignant 1 To pour moins de 70 € là où un SSD coûte 4 fois plus cher pour seulement 10 à 20 % de cette capacité. Dernier point, la production mondiale de mémoire flash n’est pas suffisante pour répondre aux besoins de stockage actuellement satisfaits par les disques durs, et cette situation ne changera pas à court terme.

Samsung : une place acquise depuis peu

Nombreux sont ceux qui ne pensent pas spontanément à Samsung pour les disques durs et pourtant, la marque coréenne a su devenir un acteur important, à côté de Seagate, Hitachi et Western Digital. Les marques japonaises que sont Fujitsu et Toshiba sont encore assez actives, mais focalisées sur les disques durs pour portable et serveurs (dans le seul cas de Fujitsu). Ce dernier constat s’applique aussi à Seagate et Hitachi, tandis que Samsung et Western Digital ont beau proposer des produits pour les serveurs, leur offre est bien moins fournie.

Analyse des disques durs

Les disques durs 2,5 pouces feront l’objet d’un prochain article : leur domination sur le marché du stockage dans les années à venir est probable,  au vu de la nomadisation de l’informatique. Aujourd’hui, ce sont donc trois générations de disques durs Samsung qui nous intéressent : le Spinpoint T166 500 Go, le Spinpoint F1 EcoGreen 1000 Go et enfin le Spinpoint F2 EcoGreen 1500 Go. Ces modèles représentent donc les trois dernières lignes de produits de la marque coréenne et nous permettront de déterminer les orientations futures du marché stockage.

Trois générations : quels changements ?

L’enregistrement magnétique perpendiculaire (PMR) a été déterminant pour permettre aux disques durs de dépasser la barre des 1000 Go : l’Hitachi Deskstar 7K1000, premier disque dur 1 To, nécessitait la bagatelle de cinq plateaux vu qu’il n’utilisait pas le PMR. Bien qu’utilisant cette technologie, le Seagate Barracuda 7200.11 était basé sur quatre plateaux. Enfin, le Samsung Spinpoint F1 1 To est arrivé un peu plus tard, mais il s’agissait du premier modèle 1 To sur trois plateaux, ce qui lui donnait un avantage sur le terrain des performances et du rendement. Samsung avait donc un avantage concurrentiel puisque la capacité par plateaux passait de 250 à 300 Go grâce à une meilleure densité. Aujourd’hui encore, la capacité maximale à moindre coût est la clé pour les ventes de disques durs en volume important.

Accélération, décélération

La hausse de la densité a permis d’améliorer les débits, vu que les têtes peuvent lire/écrire plus de données à vitesse de rotation et encombrement égaux : les débits en pointe sont ainsi passé d’environ 80 Mo/s en 2007 à plus de 120 Mo/s en 2009.

Voilà donc pour ce qui est des comparaisons entre modèles 7200 tr/min. Notons que le rendement étant au moins aussi important que les bonnes performances, les vitesses de rotation des disques durs grand public ont tendance à décroitre : le Seagate Barracuda LP est à 5900 tr/min, les WD Caviar Green et Samsung EcoGreen sont tous deux à 5400 tr/min. Tous trois offrent une capacité conséquente avec des performances nettement supérieures aux anciennes générations. Comme on le verra dans l’évolution des disques Samsung, la perte de performance qui accompagne la baisse de la rotation est tout à fait acceptable : les disques durs 3,5 pouces “verts” atteignent quand même 110 Mo/s aujourd’hui (comme c’est le cas du Samsung Spinpoint F2 EcoGreen par exemple).

Les tendances : stockage mobile, stockage performant, stockage massif

Il apparaît clairement que le marché prend plusieurs directions. Les netbooks ont besoins de disques durs à bas prix, fiables et rapides : ce sont typiquement les disques durs 2,5 pouces de 160 Go à un seul plateau. Les notebooks se devant d’offrir plus d’espace, les disques 2,5 pouces 5400 tr/min allant jusqu’à 250 Go par plateau sont pour eux la norme. Les produits orientés marché professionnel sont souvent basés sur deux plateaux, lesquels embarquent chacun jusqu’à 500 Go. Enfin, les notebooks haut de gamme sont pourvus de SSD ou bien de disques 2,5 pouces 7200 tr/min.

Deux types de solutions équiperont de plus en plus souvent les PC fixes à l’avenir : le système d’exploitation devrait être placé sur une solution de stockage performante, qui pourrait être un SSD ou bien un RAID de deux disques durs ou plus. Les disques 7200 tr/min récents seront toutefois suffisants pour la grande majorité d’entre nous. D’autre part, si l’OS doit pouvoir profiter des meilleures performances possibles, il ne nécessite pas une capacité importante : c’est le rôle des disques durs dont la première qualité est la capacité, bien souvent dans un boitier externe.

Le disque dur est de sortie

Il y a encore quelques années, il fallait systématiquement acheter un disque dur puis l’installer dans son boîtier pour avoir plus d’espace de stockage. L’approche actuelle est bien plus pratique : tous les grands noms du stockage proposent des produits externes allant jusqu’à 2 To dans des boîtiers ou docks stylisés, lesquels se branchent en USB 2.0 ou encore mieux, en eSATA pour profiter d’un débit supérieur. Toute personne ne serait-ce qu’un peu concernée sur le choix des composants internes devrait clairement miser sur une solution rapide pour le système d’exploitation ainsi que des périphériques de stockage additionnels, parmi lesquels on trouvera très probablement un disque dur 3,5 pouces externe.

2007 : Spinpoint T166 (HD501LJ) 500 Go

En 2007, les disques durs Samsung pour PC fixe étaient représentés par la série Spinpoint T166 dont le nom reflétait la densité de 166 Go par plateau. Regardons de plus près les références : le HD501IJ est un disque dur Spinpoint F1 de 500 Go, tandis que le HD501LJ est un T166. La série T166 se déclinait en versions 500, 320, 160 et 80 Go, avec une vitesse de rotation fixée à 7200 tr/min, une interface Serial ATA/300 avec gestion du NCQ ainsi que 8 Mo de cache pour toutes les capacités et 16 Mo pour les versions 500 et 320 Go. Le passage de 8 à 16 Mo de cache ayant un impact négligeable sur les performances, mieux valait prendre une version 8 Mo à moins que la différence de prix soit minime.

Compte tenu de leur vitesse de rotation, les Spinpoint T166 souffrent de quelques désavantages par rapport aux séries plus récentes, en particulier une résistance assez faible aux chocs : 63 G pour un Spinpoint T166 contre 70 G pour les EcoGreen. Toutefois, cette même vitesse de rotation permet au disque d’être accessible 10 secondes après le début du mouvement, contre 12 à 13 secondes pour les EcoGreen. Ces derniers demandent plus de temps pour être accessibles du fait que le constructeur coréen prend soin de minimiser la consommation au démarrage.

2008 : Spinpoint F1 EcoGreen (HD103UI) 1 To

Le Spinpoint F1 était donc la première série comprenant un modèle 1 To à trois plateaux, que l’on peut encore considérer comme un bon disque dur malgré ses quelques 18 mois. Il faut toutefois noter que Samsung a commercialisé le F1 EcoGreen (EG) un peu plus tard : ce modèle fonctionne à 5400 tr/min contre 7200 tr/min pour son  prédécesseur, afin de minimiser sa consommation. Nous avons naturellement choisi ce modèle parce que l’on peut le considérer comme un 5400 tr/min « première génération », sachant que de plus en plus de disques durs haute capacité auront des vitesses de rotations inférieures à 7200 tr/min. Il s’agit donc d’un bon exemple pour voir d’où vient la tendance des constructeurs à se focaliser sur la baisse de la consommation, d’autant plus qu’il y a une bonne nouvelle : le F1 EG présente de meilleurs débits qu’un T166 malgré la vitesse de rotation de ses plateaux.

Les disques durs Spinpoint F1 EcoGreen étant encore dans le commerce, on mettra l’accent sur les nouveaux Spinpoint F2 EcoGreen (cf. page suivante) qui placent la barre encore plus haut en termes de performances et consommation. Notons tout de même que la capacité des  F2 EG varie de 500 Go à 1500 Go, là où l’on trouve des Spinpoint F1 EcoGreen en version 250, 320, 500, 640, 750 et 1000 Go. La plupart des modèles disposent d’une mémoire cache de 16 Mo, qui passe à 32 Mo sur les versions 750 et 1000 Go. La conception à trois plateaux rend le F1 EG presque aussi lourd que le T166 (respectivement 640 et 639 grammes), mais ce dernier résiste mieux aux chocs : 70 G contre 63 G pour son prédécesseur.

2009 : Spinpoint F2 EcoGreen (HD154UI) 1,5 To

Troisième et dernier disque du jour, le HD154UI est le Samsung Spinpoint F2 EcoGreen le plus récent et premier modèle 1500 Go du constructeur, dans cette série « verte » qui plus est. Un Spinpoint F2 à 7200 tr/min devrait voir le jour sous peu, mais la chronologie de commercialisation rend les priorités de Samsung évidentes. Si les F2 Eco Green visent à améliorer les performances et la consommation, le but premier est de proposer des capacités plus importantes : on commence avec un modèle 500 Go, lequel n’est séparé que par un 1000 Go de notre exemplaire de test et ses 1500 Go. Les deux modèles à la plus haute capacité sont disponibles avec 16 ou 32 Mo de cache, tandis que le 500 Go F2 EG se cantonne à seulement 16 Mo.

Bien qu’un peu plus lourd que le F1 (650 grammes), le F2 EcoGreen dispose des mêmes spécifications techniques (résistance aux chocs de 70 G) et un niveau de consommation similaire. Comme on le verra un peu plus loin avec les relevés, la consommation est même légèrement supérieure à celle des Spinpoint F1 EcoGreen. Il reste que cette différence est ténue, et les 500 Go supplémentaires du F2 EcoGreen par rapport à son prédécesseur lui donnent l’avantage dans une perspective capacité par Watt. Enfin, rappelons que ces disques ne sont pas conçus pour des performances maximales, bien qu’ils s’en tirent très honorablement par rapport au Spinpoint T166 de 2007.

Tableau comparatif et configuration du test

Configuration de test

Temps d’accès et performances E/S

Au niveau des temps d’accès, la domination du T166 et ses 7200 tr/min n’a rien d’étonnant. Notons tout de même que cette différence n’est pas problématique dans une optique de stockage massif de données.

Performances E/S

Les performances E/S sont similaires : les disques EcoGreen (en particulier le F2 1500 Go) ne sont clairement pas adaptés pour des charges du type station de travail ou serveur web, du fait de leur moins bon temps d’accès (on constate même une diminution surprenante des performances lors du passage au F2 !). Pour ce type d’usage, les disques 10 000 tr/min constituent un choix bien plus judicieux.

Débits

Si le débit du nouveau F2 EcoGreen est impressionnant, le F1 affiche des performances très honorables : malgré une vitesse de rotation des plateaux en retrait, il distance le Spinpoint T166 de 2007. Les disques durs 7200 tr/min les plus rapides ont beau atteindre 130 Mo/s de nos jours, les 107 Mo/s ici sont tout de même satisfaisants.

Débits sur l’ensemble du disque

PCMark Vantage : performances applicatives

Le test applicatif PCMark Vantage montre que le disque le plus récent est aussi le plus performant, au-delà de sa capacité ou encore de la vitesse de rotation de ses plateaux.

Le benchmark dédié au débits dans un environnement ludique demande de gérer une quantité importante de petits fichiers, domaine dans lequel le Spinpoint T166 7200 tr/min est le mieux placé. Rappelons que les deux autres disques n’ont pas été conçus pour des applications demandant un maximum de performances.

Le test de démarrage intéressera tout ceux qui voudraient prendre un de ces trois produits comme disque système. Malgré son ancienneté, le Spinpoint T166 est le plus rapide mais le F2 EG est assez proche.

Avec le meilleur score HDD global, le Spinpoint F2 EG sort vainqueur de PCMark Vantage.

Consommation

Données constructeur

Mesures relevées

La consommation minimale en veille a été relevée après dix minutes d’inactivité, avec le moteur des plateaux encore en fonctionnement. Bien que nos résultats diffèrent de ceux annoncés par Samsung, les disques durs EcoGreen consomment très nettement moins que leur prédécesseur ne serait-ce qu’en veille.

En débit maximal, les disques durs EcoGreen affichent des valeurs proches de ce que la marque coréenne annonce en mode recherche. Encore une fois, le Spinpoint T166 est bien plus gourmand que ses deux concurrents.

La lecture vidéo limite l’activité à un flux et à une quantité de données numériques transmise en bits par seconde : il s’agit ici d’une vidéo H.264 Full HD lue à partir des disques. Dans ce scénario, les deux EcoGreen consomment environ 40 % de moins que le Spinpoint T166.

Avec une activité type station de travail, l’écart demeure à peu près constant en proportions. Les deux EcoGreen justifient leur nom par rapport au T166.

Performance par Watt, températures

On en arrive à l’essentiel : les nouveaux disques ont beau ne pas être les plus performants dans tous les benchmarks, ils consomment nettement moins que les autres pour accomplir la même tâche. Il en résulte qu’en partant du Spinpoint T166, on voit que la performance par Watt a doublé en deux générations si l’on considère la lecture sur des blocs contigüs.

Les performances E/S n’étant pas le domaine de prédilection des disques 5400 tr/min, le rendement n’est pas aussi brillant qu’avec le benchmark en lecture. Néanmoins, les disques EcoGreen capitalisent si bien sur leur consommation qu’il en résulte de meilleures performances par Watt, même avec des charges E/S typées station de travail.

Bien entendu, la vitesse de rotation réduite se traduit par une température en surface inférieure. Elle est ici équivalente sur les F1 et F2, avec pas moins de 7°C de moins.

Résultats normalisés

Tous les graphiques de cette page sont normalisés en partant de l’indice 100 pour le Spinpoint T166 et ses deux ans d’âge, afin de mieux cerner les écarts entre générations 5400 et 7200 tr/min.

Performance

Notre index de performance est composé de 50 % accordés aux débits, 25 % pour PCMark Vantage performance et 25 % pour les temps d’accès.

L’EcoGreen F1 ne fait pas mieux que le Spinpoint T166, tandis que le F2 EcoGreen domine de la tête des épaules.

Consommation

On répète ici la mesure au bout de dix minutes d’inactivité avant de normaliser les résultats : les deux EcoGreen consomment environ 40 % de moins que le T166.

Les résultats sont similaires en débit maximal.

Le rendement du Spinpoint F2 EcoGreen est encore meilleur lorsque les flux de données sont plus contenus.

Rendement (performance par Watt)

Excellent résultat pour la dernière génération de disques durs verts : le rendement a doublé par rapport au T166.

Vu que les performances ne se sont pas améliorées avec des charges E/S station de travail, le rendement ne pouvait que s’améliorer grâce à une consommation en baisse. Certes, le T166 est ici le plus rapide, mais le rendement des deux EcoGreen est bien meilleur.

Conclusion

Nous avons donc comparé trois des dernières générations de disques durs, prenant en compte la tendance de fond : on s’éloigne des modèles 7200 tr/min pour passer à 5400 tr/min sur le segment haute capacité. La transition est naturelle dans le sens où l’on arrive plus facilement à de hautes capacités en relâchant la vitesse de rotation des moteurs mais aussi parce que le stockage de masse ne demande pas les meilleures performances possibles : il existe des disques plus rapides et des SSD qui seront plus adaptés pour accueillir un système d’exploitation. La meilleure solution est donc de prendre un disque hautes performances pour le système d’exploitation, et d’opter pour un gros disque dur à fort rendement.

Pour représenter ces générations, nous avons choisi trois disques Samsung : un Spinpoint T166 500 Go, commercialisé en 2007; un F1 EcoGreen 5400 tr/min 1 To, sorti en 2008, et enfin un Spinpoint F2 EcoGreen 1.5 To. Les tests ont révélé que la baisse des débits était contrebalancée par une hausse de la densité entre le Spinpoint T166 et le F1 EG. Le F2 EG arrive enfin à un débit de 110 Mo/s, soit autant que les premiers disques durs 1 To. En parallèle, la consommation a atteint un niveau suffisamment faible pour permettre au rendement de doubler.

Il faut tout de même signaler un inconvénient : la vitesse de rotation en baisse entraine une hausse des temps d’accès et des performances E/S en retrait pour les disques durs EcoGreen. Ce n’est toutefois pas un drame puisque l’on peut supporter une légère baisse des performances lorsque l’on cherche un disque haute capacité avec un bon rendement. Les débits sont satisfaisants, la consommation a atteint un niveau faible et les charges E/S devraient de toute façon être assumées par des disques pour serveur ou station de travail et les SSD.

Il en ressort une règle : quand on achète un disque dur, il faut le choisir parmi la dernière génération dans le commerce.