Hdd versus ssd
In de loop der jaren hebben we tal van solid state drives gereviewd, maar een vergelijking van die ssd's met oudere schijven hebben we nooit eerder gemaakt. Tijd om daar verandering in te brengen en een shoot-out rondom opslag te organiseren. We hebben daartoe een evolutionaire lijn van opslagmedia geselecteerd, van de traagste tot de snelste drives.
/i/2000553284.jpeg?f=imagenormal)
Aan de ene kant van het spectrum hebben we harde schijven van 2,5" en 3,5", zoals je die in desktops en laptops vindt, aan ons standaardprotocol voor opslagproducten onderworpen. Aan de andere kant hebben we op flash gebaseerde opslag getest. Daarin is tegenwoordig volop vernieuwing te vinden. Jaren waren solid state drives met sata-interface de standaard, maar tegenwoordig komt er steeds meer variatie in interfaces. Zo hebben we niet alleen sata-drives getest, maar ook m2-ssd's met pci-express-aansluitingen, met twee en vier lanes.
De brug tussen opslagcapaciteit en snelheid moet geslagen worden door harde schijven met een stukje flashgeheugen als cachinglaag. Ook van dit type opslag hebben we een 2,5"- en een 3,5"-variant getest. Zo kunnen we eindelijk antwoord geven op de vraag: welk type opslag voor consumenten is het snelst en hoeveel sneller dan tragere alternatieven is dat?
Van traag tot snel: de line-up
De traditionele drives die we in deze test gebruikt hebben, zijn harde schijven die vrij standaard zijn voor desktops en laptops. Onze 3,5"-testexemplaren worden veelal als massa-opslagmedium gebruikt, bijvoorbeeld in een nas of voor films in een desktop. We testten een 2TB-Samsung-drive, de HD204UI, die op 5400rpm draait, en Western Digitals WD40EFRX, een 4TB-drive met Intellipower-techniek, die de spindle eveneens op 5400rpm aanstuurt. De derde traditionele drive uit onze test is een 2,5"-harde schijf van een laptop: de Seagate Momentus Thin ST500LT012 van 500GB, die op 5400rpm draait en een sata-300-interface heeft.
Omdat geen van deze harde schijven 's werelds snelste is, hebben we ook een WD Velociraptor aan het rijtje testhardware toegevoegd. De hdd's van deze serie behoren tot de snelste consumentendrives, met spindles die op 10.000rpm draaien. Ons testmodel heeft een capaciteit van 600GB.
Uit het hybride kamp hebben we een 2,5"-drive met flash-cache getest: de Toshiba AUF02A van 1TB met 8GB cache. Daarnaast hebben we een grotere 3,5"- hybride drive van Seagate, de ST2000DX001 van 2TB getest. Alle hybride-drives hebben 8GB flashgeheugen aan boord, dat als cachinglaag dienstdoet.
Drive | Interface | Capaciteit | Grafieknaam |
OCZ Revodrive |
Pci-e x8 |
480GB |
Pcie-x8-ssd |
Samsung XP941 |
M.2 x4 |
512GB |
M.2 x4-ssd |
Samsung XP941 |
M.2 x2 |
512GB |
M.2 x2-ssd |
Samsung 840 Pro |
Sata-600 |
256GB |
Sata-ssd |
Seagate Desktop SSHD ST2000DX001 |
Sata-600 |
2TB (8GB flash) |
Shdd 3,5 inch |
Seagate Laptop Thin SSHD ST1000LM014 |
Sata-600 |
1TB (8GB flash) |
Shdd 2,5 inch |
WD Velociraptor WD6000HLHX |
Sata-600 |
600GB |
Hdd 2,5 inch 10k |
WD Red WD40EFRX |
Sata-600 |
4TB |
Hdd 3,5 inch 4TB |
Samsung Spinpoint HD204UI |
Sata-600 |
2TB |
Hdd 3,5 inch 2TB |
Seagate Momentus Thin ST500LT012 |
Sata-300 |
500GB |
Hdd 2,5 inch |
Om reguliere solid state drives te vertegenwoordigen kozen we een van de snelste sata-drives: de Samsung 840 Pro van 256GB. Deze ssd wordt gewoon met een sata-600-interface aangesloten. Een msata-variant onder de sata-ssd's hebben we niet gekozen; deze heeft immers dezelfde interface als een sata-drive.
Als vertegenwoordiger van de nieuwe generatie solid state drives werd een Samsung XP941-ssd van 512GB uitverkoren. Dat is een solid state drive in de m2-formfactor, maar dan wel een van de weinige drives die niet alleen over een x2-, maar ook over een x4-interface beschikt. Dat betekent dat maximaal vier pci-express-lanes voor data-overdracht benut kunnen worden, wat een theoretische maximale snelheid van 20Gbit/s oplevert. Deze m2-ssd hebben we met zowel een x2- als een x4-interface getest; ons Asrock Z97 Extreme6-bord heeft als een van de weinige Z97-borden een x4-slot.
Om de grenzen van ssd-prestaties op te zoeken hebben we ten slotte een pci-express-drive met maar liefst acht pci-express-lanes. Deze Revodrive 350 van OCZ, met 480GB aan opslagcapaciteit, maakt gebruik van een raid-controller die vier SF2282-controllers aanstuurt. Uiteraard is een dergelijke ssd een van de duurdere; de prijs per gigabyte is in ieder geval de hoogste van de geteste producten.
Ons testsysteem is een Windows 8.1-systeem dat is opgebouwd met een Asrock Z97 Extreme6-moederbord, 2x 4GB-ddr3-werkgeheugen, een Pentium G3220-processor en een Kingston V300-ssd. We hebben benchmark AS-SSD en onze trace-based benchmark gedraaid met behulp van Intels Nas Performance Toolkit. Uit die eerste test komen synthetische cijfers voor maximale overdrachtssnelheden rollen. Uit de traces kunnen we veel realistischere data destilleren. De resultaten geven de prestaties van een systeemschijf bij verschillende gebruiksscenario's weer.
Synthetische benchmarks
We hebben voor de puur synthetische prestaties van de verschillende drives de AS-SSD-benchmark gedraaid. Hierbij noteren we sequentiële lees- en schrijfsnelheden van niet-comprimeerbare data. De overige tests zijn vrij ssd-specifiek en kunnen nauwelijks door de harde schijven voltooid worden.
We zien een keurige progressie van traag naar snel. De harde schijven zijn extreem langzaam, waarbij de 2,5"-Seagate de laagste snelheid haalt. De 3,5"-drives doen het iets beter, maar halen nog geen 150MB/s overdrachtsnelheid. De Velociraptor-drive, met een rotatiesnelheid van 10.000rpm, is een van de snelste harde schijven, maar breekt nog steeds geen records. De twee hybride drives zijn iets sneller, maar blijven nog ver achter bij drives die alleen van nand gebruikmaken.
Ook in de flash-drives zien we mooi hoe de interface steeds hogere snelheden mogelijk maakt. Een van de rapste ssd's met sata-600-interface blijft op ruim 500MB/s steken. De sata-barrière wordt geslecht door over te stappen naar de m2-drives met pci-express-interface. De x2-drive haalt een imposante 750MB/s, maar met tweemaal de bandbreedte zitten we ruim over de 1100MB/s. Dat er baas boven baas is, toont OCZ met de Revodrive, met acht pci-express-lanes en een interne raid-opstelling.
De schrijfsnelheden geven een beeld dat vergelijkbaar is met dat van de leessnelheden, maar de 2,5"- hybride schijf zet de minste prestaties neer. De overige prestaties liggen meer in de lijn der verwachting, met een gestaag stijgende lijn van schrijfsnelheden. De Samsung-drive is overigens net iets sneller dan de Revodrive, maar die verschillen zijn gering.
De 4k-prestaties van harde schijven zijn, vergeleken met flash-opslag, extreem traag. Het snel kunnen lezen en schrijven van dergelijke kleine datablokken is vooral van belang voor het besturingssysteem, dat grote hoeveelheden dll's, configuratiebestanden en drivers moet lezen.
Het zal duidelijk zijn dat de snelheidswinst van een ssd boven een harde schijf ten minste een factor drie bedraagt. Bovendien blijkt het gebruik van een m2-ssd met een pcie-interface van twee of vier lanes wel degelijk een significant verschil voor de snelheden op te leveren.
Traces: dagelijks gebruik
Onze trace-based benchmarks draaien opgenomen harde-schijf-toegangspatronen af. Daarbij worden onder meer traces van een Windows-installatie, het starten van Windows en diverse applicaties, en het spelen van games gereproduceerd. We splitsen deze traces op in een aantal scenario's. Welke handelingen daarvoor meegerekend worden en hun relatieve belang kun je hier teruglezen.
We beginnen met de Boot StorageMark, waarbij een kleine 18 gigabyte aan data van de drives gelezen wordt en ongeveer 11 gigabyte wordt geschreven. Het booten van een desktop en een laptop met Windows wordt in beide gevallen voor 30 procent gewogen in deze traces.
De twee m2-drives presteren hier uitstekend en de twee andere flashdrives ontlopen elkaar niet veel, hoewel de Revodrive eigenlijk een stuk sneller zou moeten zijn. De prestaties van de hybride Toshiba-schijf vallen tegen; in deze test zien we geen prestatiewinst van het nand-geheugen in de drive.
In de Home & Office StorageMark telt vooral een desktop-workload. Deze traces tellen voor maar liefst 60 procent mee in deze set. Daarbij wordt in totaal ongeveer 31GB gelezen en bijna 24GB aan data geschreven.
Opnieuw is de m2-drive met x4-interface de snelste, gevolgd door dezelfde drive met x2-aansluiting. De harde schijven zijn, met en zonder flash-ondersteuning, enkele malen trager. Alleen de Velociraptor scoort nog redelijk, maar is ook ruim tweemaal zo langzaam als een ssd.
Met de Gaming StorageMark draaien we traces van onder meer Call of Duty Modern Warfare 2 en Black Ops, Dirt en Stalker. Daarbij wordt vooral data gelezen; bij de traces wordt ongeveer 6GB aan data gelezen en slechts 3GB geschreven.
Het zal duidelijk zijn dat de m2-ssd's ook nu weer de beste prestaties leveren. De harde schijven zijn in het beste geval drie- tot viermaal zo traag. Ook nu zien we geen verbeteringen van hybride drives ten opzichte van puur magnetische drives.
De StorageMark 2011-index is een gecombineerde score voor de bovenstaande traces, met inbegrip van een Workstation- en Data Storagemark-index.
Met de gecombineerde score blijkt de x4-interface van de m2-drive van Samsung verreweg de snelste drive op te leveren. Dezelfde drive met x2-interface is vrijwel even snel als de Revodrive. Die drie pci-express-drives zijn flink sneller dan een standaard-solid state drive met sata-interface; de winst is ongeveer vijftig procent.
De best presterende harde schijf is nog altijd ruim driemaal zo traag als een ssd en dat verschil loopt flink op naarmate de harde schijf kleiner is. Onze 2,5"-laptopschijf is vijfmaal zo traag als de geteste ssd. De 3,5"-Seagate hybride drive is weliswaar iets sneller dan een gewone 3,5"-drive, maar nog altijd tussen de drie- en viermaal zo traag als onze ssd.
Performance-degradatie
Een verse installatie werkt altijd het vlotst, want na verloop van tijd worden systemen trager en trager. Een factor die daaraan bijdraagt, zijn steeds voller wordende systeemschijven, reden om onze traces niet een, maar vier keer uit te voeren. De eerste keer doen we dat op een nagenoeg lege drive. Alleen de data voor de traces, ongeveer 80GB, staat dan op de drive. Dit geeft veelal optimale prestaties.
De tweede keer dat we de traces draaien, vullen we de helft van de resterende ongebruikte capaciteit van de drives met willekeurige data. Een schijf van 500GB heeft dan ongeveer 210GB vrije ruimte. Voor de derde 'run' vullen we het grootste deel van de vrije ruimte. Er is dan nog slechts ongeveer tien gigabyte aan vrije ruimte beschikbaar. Een ssd of harde schijf moet dan flink zoeken naar beschikbare vrije blokken om data weg te kunnen schrijven en zal, als de huishouding niet op orde is, trager worden. Bij de laatste test houden we nog slechts 4GB ruimte vrij: de minimaal benodigde ruimte voor de traces. De facto is de drive dan gewoon vol.
Met het scoreverloop zien we of de drives slechter, ofwel trager, worden naarmate ze voller raken. Vooral oudere generaties ssd's hadden hier last van door gebrekkige garbage-collection- en trim-functionaliteit.
De harde schijven hebben geen last van degradatie, maar daarentegen zien we ook geen toegenomen prestaties van de hybride drives. Dat komt ongetwijfeld doordat de trace-data te groot is voor de 8GB nand-geheugen van de drives, waardoor ze dat niet kunnen cachen.
Bij de flashdrives zien we helaas dat de eerste run van de traces steeds veel lager is uitgevallen dan de overige runs. We kunnen daar geen verklaring voor bedenken, temeer daar het zowel bij sata- als bij m2- en pcie-interfaces optreedt.
Praktijk in een laptop
Om ook een indicatie te krijgen van de verschillen die je in een daadwerkelijk gebruiksscenario van een harde schijf, hybride schijf of ssd kunt verwachten, hebben we die drie varianten in een laptop getest. In een B5400-laptop van Lenovo hebben we de standaard-harde schijf, een Toshiba hybride schijf en een ssd geïnstalleerd.
Omdat weinig benchmarks in ons laptopprotocol op het opslagmedium zijn gericht, hebben we een beperkt aantal benchmarks gedraaid. De Photoshop-test zou behoorlijk afhankelijk zijn van het type opslag in de laptop, omdat het programma veel data van en naar de schijf schrijft. PCMark 8 heeft een op traces gebaseerde opslagbenchmark, reden om die ook te draaien.
In de Photoshop-benchmark zien we geen enkel significant verschil tussen de harde schijf, de hybride drive en de ssd. Dat komt vooral doordat we de acties en instellingen dermate getweaked hebben dat de benchmark vrijwel uitsluitend de processorprestaties in kaart brengt.
In de twee PCMark 8-scores zien we daarentegen wel verschil. In de Home-score is de hybride drive iets sneller dan de standaard meegeleverde harde schijf. De ssd is weer iets sneller dan die hybride drive.
In de Storage-deeltest worden die verschillen uitvergroot. De harde schijf scoort het minst, terwijl de hybride drive een prestatieverbetering van ruim twintig procent toont. De solid state drive overtuigt en scoort tweeënhalf keer zo goed als de harde schijf en tweemaal zo goed als de hybride drive. Dat zien we overigens niet terug in onze traces.
Om ook real-life situaties als games te testen, hebben we savegames van Battlefield 4 en Crysis 3 verschillende malen geladen met de hdd, hybride drive en ssd. De verschillen in BF4 bleken echter totaal niet significant. Ongeacht het opslagmedium duurde het laden op onze laptop ongeveer 40 seconden. Met het laden van Crysis zagen we bij de ssd wel een lichte verbetering: van 26 seconden voor de hdd en shdd naar 21 seconde voor de ssd.
Conclusie
Dat een solid state drive een stuk rapper is dan een traditionele harde schijf voelde iedereen op zijn klompen aan en zal een ieder die ooit een systeem naar een ssd heeft gemigreerd aan den lijve ondervonden hebben.
De vraag hoeveel sneller drives met flashgeheugen zijn dan harde schijven, hebben we nu geprobeerd te beantwoorden. In synthetische benchmarks zien we snelheidswinsten van ongeveer 4,5 keer bij sequentieel lezen en schrijven. Wanneer we daar de 4k-prestaties bij betrekken, zien we ssd's tientallen malen tot meer dan honderdmaal beter presteren dan harde schijven.
Waar deze review minder in geslaagd is, is het aantonen van de winst die een hybride schijf oplevert ten opzichte van een traditionele harde schijf zonder caching-flash. Met AS-SSD zijn de hybride schijven iets beter met leesprestaties en in de 4k-prestaties doet het nand van de Toshiba-shdd goede zaken. Ook in de laptop zien we dat de hybride notebookdrive net iets beter presteert dan de standaarddrive.
Ten slotte zien we dat de ruim 500MB/s die we al een tijdje bij de snelste sata-ssd's als topprestatie hebben gezien helemaal geen permanente grens is. Met de m2-drives, die redelijk goed verkrijgbaar zijn, en nu zowel Z97- als X99-moederborden standaard met een m2-slot worden uitgerust, is de sata-barrière eenvoudig geslecht.
Met een m2-slot met vier pcie-lanes, die iets zeldzamer zijn, en een ssd die dat ondersteunt, kunnen ongekende prestaties neergezet worden, die zelfs de psychologische grens van 1000MB/s in de verder weinigzeggende AS-SSD-benchmark overschrijden. De meerprijs die je voor een pci-express-drive op een insteekkaart betaalt, laat zich wat ons betreft niet zien in de prestaties.
Concluderend kunnen we rustig stellen dat een ssd in je systeem de prestaties met op z'n minst een factor drie verbetert, met pieken naar een factor honderd. Bovendien is de sata-barrière van 6Gbit/s met m2-drives te slechten, wat een zinvoller upgrade-pad biedt dan een nieuwe sata-ssd kopen die marginaal sneller is dan je huidige ssd.