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Comparatif : 9 disques durs 2 To !
StockageDisques durs
Publié le Jeudi 6 Janvier 2011 par Marc Prieur

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Page 1 - Introduction



Les premiers disques durs d'une capacité de 2 To on fait leur apparition début 2009. Western fut ainsi le premier à lancer dès janvier le Caviar Green WD20EADS, Seagate lui répondant en avril avec le Barracuda LP. Ces deux disques se distinguaient de part l'utilisation de 4 plateaux de 500 Go chacun, et de vitesses de rotations inférieures à 7200 tpm : 5900 tpm chez Seagate, et une valeur non annoncée chez Western, mais approximativement de 5400 tpm. Nous avions effectué un premier test de ces disques en juillet 2009.


Depuis, les gammes se sont étoffées et tous les constructeurs ont à leur catalogue une telle capacité. Hitachi propose ainsi le 7K2000, un modèle doté de 5 plateaux de 400 Go mais fonctionnant à 7200 tpm, alors que les Caviar Black de Western et Barracuda XT de Seagate utilisent des plateaux de 500 Go. Samsung se contente de deux disques 5400 tpm, le SpinPoint F3 qui utilise 4 plateaux et le SpinPoint F4 qui est basé sur 3 plateaux de 667 Go.

Western propose également les premiers disques 2 To utilisant des secteurs de 4 Ko, les WD20EARS, technologie sur laquelle nous reviendront en page 2. La version la plus récente (00MVWB0) utilise 3 plateaux de 667 Go, contre 4 plateaux de 500 Go pour les 00S8B1 et 00J2GB0.
2 To, pourquoi faire ?
Faut-il limiter les disques d'une telle capacité au stockage pur ? Bien entendu, et notamment en ce qui concerne plus particulièrement les disques ne fonctionnant pas à 7200 tpm, c'est leur destination principale. Ils offrent en effet une capacité de stockage importante et de bonnes caractéristiques environnementales, ce qui leur confer un intérêt certain au sein d'un NAS, d'un PC Home Cinema et même d'un PC pour seconder par exemple un SSD !

Même si leurs performances sont généralement inférieures, ils peuvent bien entendu également être utilisés en tant que disque système. Un usage que l'on laissera toutefois plutôt aux modèles 7200 tpm.


Page 2 - Advanced Format

L'Advanced Format
Le secteur est la plus petite unité physique d'un disque dur, et jusqu'alors elle était de 512 octets, contre 4 Ko pour la page d'un SSD. Dès 1998, IBM avait identifié ces secteurs de 512 octets comme étant préjudiciable à terme à l'augmentation des capacités des disques, et l'IDEMA (Internation Disk Drive Equipement and Materials Association), qui regroupe les fabricants, a mis en place dès 2000 un comité afin travailler sur ce projet.

La problématique posée par les secteurs de 512 octets se situe au niveau de la correction d'erreur. Plus la densité augmente, et plus ils sont petits, mettant à mal les algorithmes ECC. Actuellement, chaque secteur est accompagné de 40 octets d'ECC, et sans changement il aurait fallu augmenter cette valeur afin de conserver un bon niveau de fiabilité, ce qui aurait annulé en partie les gains de capacité obtenus par l'augmentation de la densité. Avec un secteur de 4 Ko, 100 octets d'ECC suffisent, au lieu de 40x8 = 320 octets. De plus, chaque secteur est composé, en sus d'une partie dédiée aux données, de parties réservées qui sont le preamble, le data sync et l'Inter sector gap. Ces parties ne changent pas entre un secteur de 512 octets et un secteur de 4 Ko, et on divise donc leur place par 8 !


Au final, ces changements permettent d'augmenter l'efficacité du stockage sur les plateaux, puisqu'avec des secteurs de 512 octets seuls 87% de l'espace était finalement utilisée pour les données en elles-mêmes, avec la possibilité de passer à seulement 81% si on avait du augmenter l'ECC à 80 octets par secteurs. Avec les secteurs de 4 Ko, on atteint une efficacité de 96%.

Quid de la compatibilité avec les BIOS et OS actuels ? Elle est effective, et invisible. En effet, dès 2005 Western Digital et Seagate ont proposé une émulation qui a été depuis adoptée par tous, l'Advanced Format 512e. Ces disques intègrent physiquement des secteurs de 4 Ko mais émulent via leur firmware des secteurs de 512 octets, ce qui garanti la compatibilité. Dans un deuxième temps, une nouvelle transition aura lieu vers des disques n'intégrant plus cette émulation, cassant cette fois la compatibilité avec les vieux systèmes : elle n'est pas prévue afin fin 2012, et elle pourrait être repoussée.

En termes de performance, il y a un impact qui est négatif. En effet, si le disque doit lire 512 octets, auparavant il pouvait le faire, désormais il devra lire 4 Ko au minimum. De même, une écriture de moins de 4 Ko, ou qui n'est pas multiple de 4 Ko, devra passer par un RMW (Read-Modify-Write), c'est-à-dire que les données du secteur à écrire sont lues, puis réécrites avec les modifications. Reste que peu de fichiers sont inférieurs à 4 Ko, et que tous les systèmes de fichiers modernes utilisent une taille de bloc (plus petite unité de stockage) de 4 Ko, une correspondance bienvenue !

Reste, comme avec les SSD, le problème de l'alignement des partitions sous Windows XP. Ce dernier crée en effet la première partition à partir du 63è secteur du disque sur une base de secteur de 512 octets, soit 7,875 secteurs de 4 Ko. De fait, chaque bloc du système de fichier sera à cheval entre deux secteurs physique, ce qui entrainera des performances amoindries du fait d'un appel permanent ou presque au RMW. Les autres OS ne disposent pas de ce souci, et WD propose sur sa série EARS un jumper à n'utiliser que si on crée une partition sous XP et qui permet de décaler l'adressage d'un secteur, ce qui placera physiquement la partition comme il se doit avec un alignement de Windows XP par défaut.

Tous les fabricants sont tombés d'accord pour avoir des disques Advanced Format 512e à leur catalogue dès début 2011. Dans ce test, c'est le cas des WD20EARS de Western et de l'EcoGreen F4 de Samsung.


Page 3 - Le test

Le test
Pour ce test, nous avons repris en grande partie le protocole mis au point à l'occasion de notre comparatif de SSD. 8 disques sont testés :

- Hitachi 7K2000 (HDS722020ALA330)
- Samsung EcoGreen F3 (HD203WI)
- Samsung EcoGreen F4 (HD204UI)
- Seagate Barracuda LP (ST32000542AS)
- Seagate Barracuda XT (ST32000641AS)
- Western Digital Caviar Green (WD20EADS)
- Western Digital Caviar Green (WD20EARS, 3 plateaux)
- Western Digital Caviar Green (WD20EARS, 4 plateaux)
- Western Digital Caviar Black (WD2001FASS)

La machine de test est un Core i7-920 monté sur une Gigabyte GA-X58A-UD3R accompagné de 6 Go de DDR3-1333 et d'une Radeon HD 5870. Les tests synthétiques sont effectuées sous Windows 7 64 bits avec le système de stockage en disque secondaire, le disque de boot étant un X25-M 80 Go, le tout avec les drivers Intel RST 9.6 en mode AHCI. Les tests pratiques avec le disque dur de test en tant qu'OS sont effectués avec les drivers Microsoft AHCI de Windows 7.

Il faut noter que si le Barracuda XT supporte le SATA 6 Gbits, les tests ont été fait sur chipset Intel et donc en SATA 3 Gbits. Vu les performances de ces unités de stockage, qui sont loin d'atteindre les limites de l'interface en terme de débit séquentiel (environ 250 Mo /s !), l'apport du SATA 6 Gbits se situe uniquement au niveau du cache et est donc très limité.

Si notre préférence va à IOMeter pour les tests de SSD, les débits séquentiels sont ici mesurés avec h2bench afin d'avoir un débit en fonction de l'avancement sur le disque. Nous complétons cette mesure de débit par une mesure du temps d'accès en utilisant IOMeter et des lectures puis des écritures aléatoires de 4 Ko. Ces tests sont fait avec 1, 2, 4 et 8 commandes simultanées ce qui permet de mettre en avant l'efficacité (ou l'inefficacité !) du NCQ.

Concernant le temps d'accès, il convient de préciser que certains outils de tests ne le mesurent que sur le 1er To même si ce n'est pas précisé. C'est notamment le cas de HD Tune ou de h2bench dans leurs anciennes versions. Attention donc à bien utiliser les dernières !

Viennent ensuite des tests pratiques, avec pour commencer l'écriture et la lecture de divers ensembles de fichiers. Ces fichiers sont composés de la sorte :

- Gros : 6.8 Go de moyenne
- Moyens : 796 Ko de moyenne
- Petits : 44 Ko de moyenne


La source ou la cible lors de la lecture ou de l'écriture sur le disque est un RAID de 6 disques VelociRaptor 150 Go montés sur une carte ARECA ARC1280ML PCI-Express x8 avec un strip size de 8 Ko.

Suivent pour finir des tests purement pratiques, à savoir diverses opérations chronométrées après installation de Windows 7 64 bits sur chacun des disques :

- Démarrage de Windows 7
- Lancement d'un niveau de Crysis
- Installation de Photoshop CS5
- Installation d'Office 2010
- Démarrage de Windows 7 + diverses applications


Page 4 - Débits séquentiels

Débits séquentiels
On commence par le débit séquentiel, mesuré à l'aide de h2bench.


Ce sont logiquement les disques 7200 tpm qui sont en tête, plus particulièrement ceux utilisant des plateaux de 500 Go comme le Barracuda XT, qui est le plus rapide suivi de peu par le Caviar Black. On atteint ainsi au mieux les 138,6 Mo /s en lecture et 135,5 Mo /s en écriture, avec des moyennes à 106,3 et 102,1 Mo /s. Disque dur oblige, la valeur minimale est inférieure de moitié environ à la maximale, le débit diminuant proportionnellement à l'avancement sur le disque.

Le 7K2000 et ses plateaux de 400 Go est logiquement décevant puisque pas si loin des modèles 5400/5900 tpm. De ce côté, c'est l'EcoGreen F4 qui est le plus véloce, devançant de plus de 9 Mo /s le WD20EARS utilisant pourtant également des plateaux de 667 Go. Le Barracuda LP arrive en seconde position, sa vitesse de rotation aidant.


Page 5 - Temps d'accès

Temps d'accès
Le temps d'accès moyen est mesuré à l'aide d'IOMeter, en utilisant des accès aléatoires de 4 Ko. Afin de voir les gains potentiels lié au NCQ, ces accès sont faits avec 1, 2, 4 et 8 commandes simultanées.


Le temps d'accès classique, obtenu avec 1 seule commande, est assez élevé sur ces disques, avec un triste record à 20,5ms pour le WD20EARS en version 4 plateaux ! En version 3 plateau, c'est nettement mieux avec 15,3ms et il partage avec l'EcoGreen F3 la première place pour les 5400 tpm, précédé par les 5900 tpm du Barracuda LP. La version EcoGreen du F4 fait un peu moins bien que le F3, et le WD20EADS n'est pour sa part pas non plus à son avantage.

Du côté des versions 7200 tpm le Caviar Black s'en sort très bien avec un excellent 11,8ms, suivi par le 7K2000 à 13,8ms. Les performances du Barracuda XT sont par contre très décevantes puisque son temps d'accès de 16,7ms est assez incompréhensible puisque supérieur à la version LP !

Le NCQ fait bien son office en lecture. Juste à titre de comparaison, les 7,6ms obtenues au mieux par le Caviar Black correspondent à 524 Ko /s de débit avec des accès de 4 Ko. Le SSD le plus rapide testé jusqu'alors, le C300 128 Go, atteint dans le même test 143,2 Mo /s, soit 280 fois mieux.


Le même test est effectué en écriture. Les chiffres obtenus sont nettement meilleurs pour les disques durs du fait de la présence du cache en écriture, cache qui par contre rend inutile le NCQ. Le Caviar Black arrive en tête, suivi du 7K2000. Le Barracuda XT est devancé par 3 disques à vitesse de rotation inférieure : l'EcoGreen F3, le WD20EADS et l'EARS en version 3 plateaux.


Page 6 - Gestion de fichiers

Gestion de fichiers
Nous passons maintenant à la gestion de fichiers. Sont relevés les débits en lecture et en écriture obtenus lors de la copie de divers ensembles de fichiers via Robocopy. Ces fichiers sont composés de la sorte :

- Gros : 6.8 Go de moyenne
- Moyens : 796 Ko de moyenne
- Petits : 44 Ko de moyenne

La source ou la cible lors de la lecture ou de l'écriture sur le disque est un RAID de 6 disques VelociRaptor 150 Go montés sur une carte ARECA ARC1280ML PCI-Express x8 avec un strip size de 8 Ko. Les fichiers sont lus et écrits sur une partition qui débute à la moitié du disque.


En lecture, on retrouve logiquement en tête le Barracuda XT et le Caviar Black avec des fichiers gros et moyens, ces derniers offrant des débits séquentiels supérieurs. Au niveau des disques 5400/5900 tpm, l'EcoGreen F4 est devant avec ces fichiers, mais c'est le Barracuda LP le plus rapide avec de petits fichiers.


En écriture, on retrouve de nouveau le Barracuda XT suivi du Caviar Black pour les gros fichiers, mais avec des fichiers moyens c'est avec surprise l'EcoGreen F3 qui s'empare de la première place malgré sa vitesse de rotation inférieure ! Du fait de l'Advanced Format 512e, le F4 est plus rapide que le F3 sur de gros fichiers mais perd son avantage sur des fichiers petits et moyens. Il est au niveau du WD20EARS 3 plateaux sur des fichiers moyens, mais est nettement supérieur sur des petits fichiers.

Il faut noter les performances catastrophiques avec de petits fichiers du modèle 4 plateaux, notre modèle de test étant doté d'un firmware plus ancien et moins performant quand à la gestion de l'AFT.


Page 7 - Tests pratiques

Tests pratiques
Après les performances brutes, et la gestion des fichiers nous passons maintenant à des chiffres un peu plus parlants avec des chiffres pratiques. Alors que pour les autres tests, le disque dur était en disque secondaire, nous le passons ici en disque primaire et après avoir installé Windows 7 64 bits nous chronométrons diverses taches :

- Démarrage de Windows 7
On mesure le temps nécessaire pour démarrer Windows 7, du début du chargement à l'apparition du bureau Windows.

- Démarrage de Windows 7 + diverses applications :
Il s'agit du temps nécessaire pour démarrer Windows 7, Adobe Photoshop CS 5, Excel 2010, Word 2010, PowerPoint 2010 et Outlook 2010.

- Lancement d'un niveau de Crysis :
On mesure le temps nécessaire pour lancer Crysis et un niveau du jeu directement lancé depuis une ligne de commande.

- Installation de Photoshop CS5 :
Il s'agit du temps pour installer Photoshop CS5 depuis l'archive téléchargée sur le site d'Adobe sur le disque dur. L'installation se décompose en 2 temps, à savoir l'extraction des fichiers de l'archive, puis l'installation à proprement parler.

- Installation d'Office 2010 :
On mesure ici le temps nécessaire pour installer Office 2010 depuis une image présente sur le disque dur.

A titre d'information, nous avons également intégré les résultats obtenus sur un VelociRaptor 150 Go (HDD 10K tpm) et un Crucial C300 128 Go (SSD) pour avoir une base de comparaison avec d'autres gammes de support de stockage.


C'est le Caviar Black qui démarre Windows 7 le plus rapidement, avec 25,5s : c'est mieux qu'un VelociRaptor ! Il ne faut pas perdre en effet de vue que malgré un temps d'accès global un peu supérieur, sur un tel disque Windows 7 occupe proportionnellement bien moins de place, ce qui réduit d'autant le chemin à parcourir pour accéder aux données. Seul un SSD permet d'aller plus vite, et c'est surtout visible lors d'accès multitâches tels que le lancement de Windows et de plusieurs applications.

Ce test met d'ailleurs à mal les EcoGreen F3/F4, WD EADS et EARS et il convient d'éviter de les utiliser en tant que disque système pour qui à besoin d'un système très réactif. Le meilleur résultat est obtenu par le Barracuda XT, suivi du Caviar Black, du 7K2000 et d'un étonnant Barracuda LP.


Les écarts sont cette fois bien plus réduits. La première étape de l'installation de Photoshop affiche ainsi des résultats similaires sur tous les supports de stockage, l'extraction d'une archive étant principalement limité par la vitesse de décompression et donc le CPU et la mémoire. Les écarts sont par contre plus notables sur la deuxième partie de l'installation et sur l'installation d'Office 2010. C'est ici surtout le WD20EARS en version 4 plateau qui sort du lot, mais pour ses mauvaises performances qui viennent confirmer les résultats obtenus en écriture de petits fichiers.


Page 8 - Conso, température, bruit

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.


En rotation c'est le WD20EARS 3 plateau, qui tire son épingle du jeu avec seulement 2,7 watts. Les disques 7200 tpm sont très gourmands, avec 6,8 à 7,1 watts. En charge, le Caviar Black monte à 10,8 watts alors que l'EcoGreen F4 affiche se contente de 5,6 watts.
Température
Nous mesurons ensuite la température du disque après 1H de fonctionnement intensif sous IOMeter. Ces mesures sont faites avec le HDD en dehors du boitier avec une température ambiante de 25°C, 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. Enfin, nous avons également reporté la température de la sonde interne du disque (SMART).


Dans ces conditions le WD Caviar Black obtient des résultats assez élevés malgré la température ambiante faible, et il conviendra donc de l'utiliser avec une ventilation correcte. Au contraire le Barracuda XT est assez "cool" pour un modèle 7200 tpm. Les disques les plus froids sont les 5400/5900 tpm, qui se tiennent à peu de choses près.
Nuisance sonore
Pour cette mesure nous plaçons chaque disque sur de la mousse afin d'éviter toute vibration puisqu'ils sont posés sur le bureau. Un sonomètre est placé à 10cm au dessus du disque afin de mesurer sa nuisance sonore, le PC utilisé étant bien entendu fanless afin d'isoler le bruit du disque.


En rotation les disques 7200 tpm sont les plus bruyants, le Barracuda XT obtenant le score le plus élevé. Lors d'accès c'est le 7K2000 qui se fait le plus entendre, à seulement 0.1 dBA du Caviar Black. Le bruit généré est vraiment important et il conviendra de les réserver à ceux pour qui s'auront s'accommoder de cette contrepartie au temps d'accès réduit du Caviar Black.

Le disque le plus discret est le WD20EARS en version 3 plateaux, suivi de près en rotation par l'EcoGreen F4. Ce dernier est toutefois nettement moins discret lors d'accès.


Page 9 - Conclusion

Conclusion
Du point de vue des performances pures, un disque dur se détache du lot, il s'agit du Caviar Black de Western Digital. Jamais mis à défaut, il s'offre le luxe d'être plus rapide qu'un VelociRaptor en tant que disque système, ce qui en ferait presque le disque idéal s'il n'était pas si bruyant et s'il ne chauffait pas autant. Le 7K2000 partage ses défauts sans être aussi rapide, alors que le Barracuda XT est plus équilibré mais trop cher.

Du côté des performances dites environnementales, ce sont les WD20EARS et EcoGreen F4 qui s'en sortent le mieux, leurs 3 plateaux de 667 Go aidant ! L'EcoGreen F4 sera le plus véloce dans la gestion de vos fichiers, mais le WD20EARS sera plus discret lors des accès. On peut par contre adresser au passage un carton rouge à Western, ce dernier n'ayant pas pris la peine, comme à son habitude, de changer de référence avec ce changement de densité. Il est encore tout à fait possible en achetant un WD20EARS de tomber sur une version 4 plateaux (WD20EARS-00S8B1) au lieu d'une version 3 plateau (WD20EARS-00MVWB0), ce qui n'est pas le cas si l'on opte pour un EcoGreen F4.


Ces deux disques ne sont par contre pas très performants en tant que disque système, et dans ce cadre à défaut de partir sur un 7200 tpm c'est le Barracuda LP qui semble le plus adapté. Bien entendu, aucun compromis n'est idéal, et notre préférence va dans l'absolu à un couple SSD + HDD 5400/5900 tpm.

Enfin, lorsque l'on confie 2 To de données à un disque la fiabilité est un point primordial. Il s'agit malheureusement de quelque chose qu'il nous est impossible de tester, mais nous disposons d'un accès aux statistiques d'un gros site français de e-commerce pour les disques vendus entre juin 2010 et novembre 2010, soit 1 à 7 mois de fonctionnement. Il en ressort que les disques de 2 To affichent des taux de pannes assez important, le disque le moins fiable étant l'Hitachi 7K2000 avec 3,9% de panne, suivi du Caviar Green WD20EARS à 2,7%, du Caviar Black à 2,5% et du Barracuda LP à 2,3%. Le plus fiable est l'EcoGreen F3 avec 1,2% de pannes, alors que le F4, qui n'est vendu que depuis octobre et qui est donc avantagé, est à 1,9%. Le volume de vente sur le Barracuda XT est trop faible pour avoir des statistiques.

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