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Western Digital VelociRaptor
StockageDisques durs
Publié le Jeudi 24 Juillet 2008 par Marc Prieur

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Page 1 - Introduction



Depuis 2003, Western Digital est le seul à proposer des disques Serial ATA fonctionnant à une vitesse de 10.000 tpm. Réservée jusqu’alors aux disques SCSI, qui atteignent même les 15.000 tpm, cette vitesse de rotation permet d’atteindre un stade de performance supplémentaire par rapport aux disques classiques ne fonctionnant qu’à 7200 tpm.

L’histoire du Raptor a commencé en février 2003, avec une version 36 Go, et a ensuite vue sa capacité doubler 7 mois plus tard. Il aura fallu ensuite attendre décembre 2005 pour voir une nouvelle génération arriver, qui apportait une capacité de 150 Go, le NCQ et un cache doublé de 16 Mo. Western Digital revient aujourd’hui sur le devant de la scène avec le fils spirituel des Raptor, le VelociRaptor.
10.000 tpm, pour quoi faire ?
La vitesse de rotation a un impact double sur les performances d’un disque dur moderne. Le premier se situe au niveau du débit : à densité d’information égale, plus les plateaux tournent vite, plus le débit est important.

Ceci est toutefois compensé par le fait qu’il est difficile d’utiliser la même densité sur des plateaux tournant plus vite : les disques 7200 tpm compensent donc en partie leur vitesse de rotation par des plateaux généralement plus denses.

Le second impact se situe au niveau du temps de latence, une donnée essentielle qui vient se rajouter au temps d’accès pur. En effet, pour accéder à une donnée située sur une piste d’un plateau, il faut d’une part que la tête de lecture vienne se positionner sur la piste, ce que les fabricants appellent le temps d’accès, mais également que le plateau tourne de façon à ce que la donnée à lire se positionne sous la tête de lecture.

Selon les cas, la tête de lecture peut attendre 1/4, 1/2 tour ou plus pour pouvoir lire la donnée : c’est ce temps de latence qui est raccourci en fonction de la vitesse de rotation du disque. En effet, à 7200 tpm, il faut 8,3ms pour une rotation complète, contre 6ms à 10.000 tpm.
Le VelociRaptor

Si le débit a toujours augmenté au fil des générations de Raptor, l’augmentation de densité aidant, il n’en est pas de même du temps d’accès qui restait plus au moins identique. Comment l’augmenter sans passer par une vitesse de rotation de 15.000 tpm par forcément compatible en terme de nuisance sonore avec ce qu’on attend d’un disque dur moderne ?


Pour se faire, Western Digital a repris une idée simple, déjà utilisée du côté des disques professionnels, notamment chez Seagate : pour diminuer le temps de positionnement des têtes de lecture, autant réduire la distance qu’elles ont à parcourir, en diminuant la taille des plateaux !

Du coup, le disque est en fait au format 2"1/2, mais il arrive vissé à un radiateur reprenant les mensurations d’un disque 3"1/2, le WD IcePack. Attention toutefois, il ne rentrera pas dans un portable, puisqu'il fait 15mm de hauteur, contre 9mm pour les disques classiques à ce format. Ce choix n’était pas le seul qui se proposait à Western Digital puisque Seagate avait sur ses disques professionnels Cheetah conservé un format 3"1/2 malgré des plateaux réduits, la coque plus importante permettant notamment une meilleure isolation phonique. Le choix de Western rend l'emplacement des connecteurs non standard, et de fait lui interdit l'accès à certains chassis de NAS hotswap par exemple.


A l’intérieur du disque, on trouve deux plateaux d’une densité de 150 Go, soit une densité surfacique inférieure de 10% environ aux 333 Go par plateaux des disques 3"1/2 récents. Par rapport à la génération précédente de Raptor, Western annonce un temps d’accès passant de 4.6 à 4.2ms, et un débit passant de 88 à 120 Mo /s.

Page 2 - Les disques, le test

Les disques
Pour ce test, nous avons comparé le VelociRaptor à un Raptor « 2005 », soit un 150 Go, ainsi qu’à un Raptor « 2003 », soit un 74 Go. Sont également intégrés les dernières stars du moment, à savoir les disques Samsung SpinPoint F1 et Western Digital SE16 640 Go, tous deux dotés de plateaux 320 Go : ils sont équivalents aux modèles 1 To, mais logiquement moins chers.

- WD Raptor 74 Go : WD740GD-41FLC2 (31.08F31)
- WD Raptor 150 Go : WD1500ADFD-00NLR5 (21.07QR5)
- WD VelociRaptor : WD3000GLFS-01F8U0 (03.03V01)
- Samsung SpinPoint F1 640 Go : SAMSUNG HD642JJ (1AA01109)
- WD Caviar SE16 640 Go : WD6400AAKS-00A7B0 (01.03B01)


Le protocole de test
Diverses mesures ont été effectuées au cours de ce comparatif. Tout d’abord, nous nous sommes intéressés aux performances « synthétiques » des disques : débit du cache, débit séquentiel, temps d’accès moyen. Viennent ensuite des tests un peu plus applicatifs, à savoir un indice de performance applicatif basé sur PC Mark Vantage, une simulation de charge de type serveur de fichier via IOMeter et enfin de l’écriture, la lecture, la copie proche (sur la même partition) et la copie lointaine (sur une partition qui débute à 50% du disque) de divers ensembles de fichiers.

Ces fichiers sont composés de la sorte :

- Gros : 13.2 Go pour 6 fichiers (2.2 Go de moyenne)
- Moyens : 7.96 Go pour 10480 fichiers (796 Ko de moyenne)
- Petits : 2.86 Go pour 68184 fichiers (44 Ko de moyenne)

La source ou la cible lors de la lecture ou de l’écriture sur le disque est un RAID de deux disques Raptor 150 Go de manière à ne pas être limité de ce côté. Ce type d’information est bien entendu intéressant puisque si le débit séquentiel donne une idée des performances lors de la copie de gros fichiers, les choses seront différentes avec des petits fichiers.

Toutes les mesures ont de base été faites avec la gestion acoustique des disques désactivée, mais nous avons également effectué quelques mesures avec cette option activée dans un second temps. La machine de test était basée sur un chipset X38 monté sur une carte mère P5E d’ASUSTeK, et les ports Serial ATA étaient configurés dans le bios en AHCI (Advanced Host Controller Interface) afin de disposer du NCQ.

Bien entendu en sus de ces mesures de performances nous avons mesuré leur température après 2H de fonctionnement intensif, ainsi que leur consommation. Enfin, la nuisance sonore de chacun des disques est évaluée, via une mesure en dBA mais aussi un enregistrement qui vous sera proposé à l’écoute.

Page 3 - Tests synthétiques

Débit du cache

On commence par le débit du cache, mesuré à l’aide de h2bench et de son « Core Test ». Contrairement aux Raptor, le VelociRaptor est au standard SATA 3 Gbits /s ce qui lui permet d’atteindre un débit digne de son nom lors d’accès au cache. Il s’agit donc du premier point sur lequel on note une forte amélioration.
Temps d’accès

Egalement relevé à l’aide de h2bench, le temps d’accès du VelociRaptor est également à la baisse, de plus ou moins 1ms par rapport aux précédents Raptor. Alors que l’activation de la gestion acoustique n’avait pas d’impact sur le Raptor 74 Go et n’avait qu’un impact limité sur la version 150 Go, l’impact est ici immédiat – nous verrons plus tard si le bruit émis par le disque est fortement diminué. Les disques 7200 tpm de Western et Samsung sont logiquement à la traine, avec un avantage au premier sans AAM.
Débit séquentiel
h2bench nous permet enfin de mesurer le débit en lecture et en écriture des disques lors d’accès séquentiels.


Avec une pointe à 119 Mo /s, le VelociRaptor est le disque SATA le plus rapide à l’heure actuel. L’écart avec les modèles 7200 tpm reste toutefois faible en début de piste, ces dernier profitant de la forte densité de leur plateau. Ces derniers sont d’ailleurs nettement devant les Raptor, le Samsung étant un peu plus rapide que le Western. En écriture, on note une légère chute des débits.


Ce graphique met en image le débit en fonction de l’avancement sur le disque. On note la très bonne tenue en débit du VelociRaptor qui lui permet de creuser l’écart en fin de disque par rapport aux disques 7200 tpm Samsung et Western.

On observe le même phénomène en écriture, mode dans lequel on remarque un comportement assez haché du disque Samsung en début de piste.

Page 4 - PC Mark Vantage

PC Mark Vantage
Nous passons maintenant à des tests moins synthétiques, avec pour commencer l’indice de performance disque dur de PC Mark Vantage. FutureMark reproduit sur le disque un ensemble de lecture / écriture enregistrée lors de diverses taches, à savoir le démarrage de Vista, le chargement d’applications (Word, Photoshop, IE, Outlook), la manipulation de fichiers multimédias (photo, vidéos, musique), le jeu (chargement dans Alan Wake) et le scan du disque via Windows Defender.


Alors qu’on ne note pas de grosse progression entre les Raptor 74 et 150 Go, les performances du VelociRaptor explosent. Ce n’est pas un luxe quand on voit les performances des disques 640 Go Western et Samsung qui parviennent à un niveau comparable à ceux des Raptor. Entre les deux, c’est le modèle Western qui l’emporte, avec ou sans gestion acoustique.

Page 5 - Copie de fichiers

Copie de fichiers
Nous passons maintenant à la copie de fichiers. Sont relevés les débits en lecture, écriture, mais aussi en copie proche (sur la même partition) et en copie lointaine (sur une partition qui débute à 50% du disque) de divers ensembles de fichiers.

Ces fichiers sont composés de la sorte :

- Gros : 13.2 Go pour 6 fichiers (2.2 Go de moyenne)
- Moyens : 7.96 Go pour 10480 fichiers (796 Ko de moyenne)
- Petits : 2.86 Go pour 68184 fichiers (44 Ko de moyenne)

La source ou la cible lors de la lecture ou de l’écriture sur le disque est un RAID de deux disques Raptor 150 Go de manière à ne pas être limité de ce côté. L’AAM n’a pas ici beaucoup d’impact sur les performances, mais vous pouvez consulter les performances sur ce tableau.



Que ce soit en lecture ou en écriture, la manipulation de gros fichiers donne des chiffres se rapprochant des données synthétiques mesurées à l’aide de h2bench. 3 disques passent les 100 Mo /s : le VelociRaptor bien entendu, mais aussi les disques 640 Go Samsung et Western. Lorsque l’on réduit la taille des fichiers, le disque Samsung prend d’ailleurs l’avantage sur le modèle Western et si le VelociRaptor reste devant en lecture, il cède sa première place pour ce qui est de l’écriture.


Lors de la copie des fichiers sur un même disque, le VelociRaptor reprend les devants sur le Samsung 640 Go dans toutes les situations, mais ce dernier reste proche en copie proche de petits et moyens fichiers. Ce n’est que lors de la manipulation de gros fichiers que le Western 640 Go parvient au niveau voir au dessus du modèle Samsung.

On note que si le Raptor 150 Go ne représentait pas une grosse avancée en terme de performances lors de la manipulation de fichiers petits et moyens, Western a réussi à corriger le tir avec le VelociRaptor.

Page 6 - IOMeter

IOMeter
IOMeter est utilisé pour simuler la charge dans un environnement multi utilisateur, en l’occurrence en utilisant une charge de type serveur de fichier constituée à 80% de lecture et 20% d’écriture le tout de manière 100% aléatoires sur le disque. Dans ce type de cas le NCQ peut être particulièrement utile puisque le nombre de commandes concurrentes est multiple. Dans le cadre de ce test nous avons mesuré les performances, exprimées en entrées / sorties par seconde (IO/s) avec 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 et 128 commandes simultanées. Evidemment avec une seule commande le NCQ n’apporte rien.


Plus on augmente le nombre d’accès concurrent, plus le VelociRaptor creuse l’écart par rapport à ses prédécesseurs. Les disques Samsung et Western 640 Go démarrent sur un pied d’égalité mais la meilleure gestion du NCQ chez Western lui permet ensuite de prendre l’avantage.


Avec la gestion acoustique, les performances s’effondrent ! Ceci est particulièrement vrai pour le VelociRaptor, qui reste du coup derrière le Raptor 150 Go jusqu’à 8 accès concurrents pour le dépasser ensuite. Attention toutefois, ces mesures sont à mettre en parallèle avec l’impact acoustique de cette fonction, qui n’est pas équivalente d’un disque à l’autre comme nous le verrons plus loin.

Page 7 - Consommation, température

Consommation
Voici maintenant les données de consommation pour chacun des disques telles que nous avons pu les relever à l’aide d’une pince ampèremétrique, en mesurant les intensités consommées sur les lignes 5V et 12V par chacun des modèles.


La réduction de la taille des plateaux mais aussi celle des têtes de lecture permet de réduire fortement la consommation du VelociRaptor qui met ici tout le monde d’accord, et de loin.
Température
Nous mesurons ensuite la température du disque après 2H de fonctionnement intensif sous IOMeter. Ces mesures sont faites avec le HDD en dehors du boitier, sans ventilation, chacun des disques étant légèrement surélevé. La température est mesurée à l’aide d’un thermomètre infrarouge en 2 points, à savoir sur le dessus au milieu du disque et sur le point le plus chaud du côté gauche (sur le VelociRaptor il s’agit de la température du IcePack). Enfin, nous avons également reporté la température de la sonde interne du disque (SMART).


La encore on note une nette amélioration du VelociRaptor par rapport au Raptor. Encore une fois nous avons par contre remarqué que la sonde intégrée aux disques durs était peu fiable. Ainsi, dès le démarrage de la machine, alors que la pièce était à 24°C, le disque Samsung annonçait fièrement être à 19°C, alors qu’aux dernières nouvelles il n’était pas équipé de climatisation. Nous avions remarqué un problème similaire sur le modèle 1 To. De même le Caviar SE16 640 Go annonçait être à 27°C tout juste après être branché, preuve d’une légère surestimation de sa température.


Afin de mieux illustrer encore le delta de température entre le Raptor 150 Go et le VelociRaptor 300 Go, nous avons utilisé la thermographie infrarouge lors d’une seconde mesure, toujours après 2h d’utilisation intensive des disques.


La différence de température saute aux yeux. Il faut noter qu’une partie de la surface du VelociRaptor dispose d’une émissivité plus faible de la température, ce qui fausse la mesure infrarouge : la partie verte devrait en fait être orangée, comme la surface sur laquelle est collée l’étiquette.

Page 8 - Nuisances sonores

Nuisances sonores
Pour cette mesure nous plaçons chaque disque dans une housse de protection Textorm Jelly Case afin d’éviter toute vibration posée sur le bureau. Un sonomètre est placé à 12cm au dessus du disque afin de mesurer sa nuisance sonore, le PC utilisé étant bien entendu fanless afin d’isoler le bruit du disque :


Alors que le VelociRaptor faisait jusqu’ici dans le sans faute, le résultat est cette fois catastrophique. En effet, le bruit en rotation du VelociRaptor est important, si bien qu’on a l’impression de se retrouver 5 ans en arrière, quand les disques utilisant des roulements à billes en lieu et place des roulements hydrodynamiques qui n'étaient pas encore monnaie courante.

Pour avoir une idée du type de bruit émis par ces disques, voici des enregistrements effectués avec un enregistreur portable Edirol R-09 de Roland placé à 12cm au dessus des disques. Sont enregistrées 15 secondes en rotation, puis 15 secondes en accès et enfin 15 secondes avec la gestion acoustique.

- Western Caviar SE16 640 Go
- Samsung SpinPoint F1 640 Go
- Western Raptor 74 Go
- Western Raptor 150 Go
- Western VelociRaptor

Vous remarquerez qu’en plus d’être important, le bruit émis par le VelociRaptor est aigue ce qui le rend encore plus désagréable.



D’où vient cette fâcheuse caractéristique, qui semble d’après les échos utilisateurs assez aléatoire d’un disque à l’autre ? D’un disque à la coque moins isolante, ou alors du WD IcePack qui ferait caisse de résonance ? Pour en avoir le cœur net, nous nous sommes munis d’un tournevis Torx T8, nous avons désolidarisé le VelociRaptor de son IcePack. Au démontage, on remarque que l’IcePack n’est pas plat et présente deux points de contacts destinés à transférer la chaleur du PCB du disque.


Le résultat est sans équivoque ! Les nuisances sonores chutent et le disque devient plus silencieux que le Raptor 150 Go (l'enregistrement est disponible ici), que ce soit avec ou sans accès. Par contre, et comme vous pouvez le voir sur les thermogrammes suivant, le disque chauffe notablement plus et on dépasse désormais les 50°C en surface. Mais le plus inquiétant ce situe au dos du disque, là-même ou l’IcePack est le plus efficace : le point le plus chaud est à 64.2°C après 2H d’utilisation intensive à l'air libre (24°C de température ambiante).



Pour confirmer notre hypothèse de la caisse de résonance, nous avons mené une expérience simple : nous avons rajouté de la matière entre le VelociRaptor et l’IcePack : si on rajoute une épaisseur au niveau des pads uniquement, cela ne change rien. Par contre, si on rajoute de la matière sous l’intégralité du PCB, ce qui fait que l’on a plus d’air entre l’IcePack et le disque, on se retrouve à un niveau proche de celui enregistré avec le disque nu ! L’IcePack fait donc bien caisse de résonance et amplifie le bruit de rotation du disque, et on ne peut que conseiller à Western de modifier son design afin de ne pas avoir une partie du PCB en contact avec l’IcePack mais tout le disque !

Page 9 - Conclusion

Conclusion
Avec le VelociRaptor, Western Digital propose sans conteste le disque dur SATA le plus performant à l’heure actuelle. Le gain par rapport à la génération précédente est important, ceci grâce notamment à une réduction de la taille du plateau qui permet de réduire le temps d’accès, et à une densité surfacique accrue permettant une forte hausse des débits. Bien entendu, Western fait payer au prix fort son exclusivité sur le segment 10.000 tpm SATA et il faudra compter 250 € environ pour un VelociRaptor 300 Go, un tarif pour lequel on peut par exemple acquérir 2 Samsung SpinPoint F1 1 To !


Toutefois, du côté acoustique le bât blesse. En effet, si l’IcePack offre de très bon résultat en termes de refroidissement du disque, il fait en contrepartie office d’une véritable caisse de résonnance, rendant le disque désagréable en simple rotation, même si apparemment cette gêne serait assez variable d’un disque à l’autre. Le fait de démonter le VelociRaptor de l’IcePack résout le problème, mais on se retrouve alors face à un disque qui chauffe un peu trop à notre goût, ce qui pourrait compromettre sa durée de vie, ce qui est doublement problématique puisque le démontage met a priori fin à la garantie constructeur !

Seagate Cheetah

Devant cet état de fait, on peut se demander si Western Digital ne s’est tout simplement pas trompé en choisissant de faire un vrai disque 2"1/2 affublé de l’IcePack. Des fabricants tels que Seagate ont déjà par le passé utilisés des plateaux de 2"1/2 tout en conservant une coque 3"1/2 sur des disques haut de gamme, et il semble que cette solution aurait été plus efficace en terme de nuisance sonore, tout en dissipant la chaleur correctement. Plus simple, il suffirait en fait d'après nos tests que Western modifie légèrement le design de son IcePack afin que le PCB du disque soit totalement en contact avec ce dernier, et non pas uniquement en deux points. En attendant, on notera que le constructeur annonce ce jour une version dépourvue de l'IcePack : plus de problème de bruit et de garantie donc, mais il faudra toutefois veiller au bon refroidissement du disque.

A l’heure ou les solutions de stockage de type SSD commencent à devenir moins onéreuses et sont à contrario complètement silencieuses, sujet sur lequel nous reviendrons au cours de l’été, cette erreur de Western est plus que malvenue. Du coup, il nous est difficile de conseiller le VelociRaptor avec IcePack, sauf à n’avoir que faire des nuisances sonores. Pour ce qui est des deux disques 640 Go du moment, à savoir le Western Caviar SE16 et le Samsung SpinPoint F1, il est difficile de trouver un vainqueur clair : le Western est plus rapide en applicatif et en serveur de fichiers, mais de son côté Samsung l’emporte lors de la gestion de fichiers et est un peu plus discret.
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