Ultra320 SCSI

Będziesz żył długo, jeżeli miałeś okazję przeczytać swój nekrolog". To powiedzenie w pełni odnosi się do stosowanej od 20 lat technologii SCSI. Jest to w pełni uzasadnione, gdyż w wielu zastosowaniach tani sprzęt IDE nie jest właściwym rozwiązaniem.

Będziesz żył długo, jeżeli miałeś okazję przeczytać swój nekrolog". To powiedzenie w pełni odnosi się do stosowanej od 20 lat technologii SCSI. Jest to w pełni uzasadnione, gdyż w wielu zastosowaniach tani sprzęt IDE nie jest właściwym rozwiązaniem.

W środowiskach profesjonalnych obok czystej wydajności liczą się też takie cnoty, jak elastyczność, integralność danych, a przede wszystkim - niezawodność w pracy ciągłej. Wyższe koszty zakupu w przypadku rozwiązań o krytycznym znaczeniu dla przedsiębiorstwa szybko schodzą na dalszy plan.

Potrzebujących większej wydajności powinien zainteresować kontroler Ultra320 SCSI. Dysponując dwukrotnie większą przepustowością, 320 Mb/s (1000), Ultra320 SCSI zapewnia wystarczającą wydajność nawet bardzo wymagającym macierzom RAID. Pomyślano również o elastyczności, gdyż Ultra320 SCSI jest kompatybilny wstecz. W poniższym artykule powiemy, jaką wydajność kontroler Ultra320 SCSI uzyskuje w praktyce, a także na co zwrócić uwagę, stosując go.

Ultra320 SCSI - szczegóły

Ultra320 SCSI jest następcą kontrolera Ultra160 SCSI o przepustowości 160 MB/s (1000). Najważniejszą cechą, wyróżniającą nowy kontroler high end, jest dwukrotnie większa przepustowość - 320 MB/s (1000). Ultra320 SCSI wykorzystuje do przesyłania danych oba zbocza sygnału, co wprowadzono już w Ultra160 SCSI.

Maksimum - w trybie burst twardy dysk przesyła dane z szybkiej pamięci cache.

Maksimum - w trybie burst twardy dysk przesyła dane z szybkiej pamięci cache.

Większy transfer danych uzyskano w Ultra320 SCSI dzięki szybszemu taktowaniu. Sygnały magistrali SCSI zmieniają się z maksymalna częstotliwością przełączania 80 MHz - w Ultra160 SCSI częstotliwość ta była ograniczona do 40 MHz. Aby zmniejszyć narzut rozkazów (overhead), w Ultra320 SCSI po raz pierwszy dokonano zmian protokołu. Do zmniejszenia narzutu przyczynia się też zastosowanie metody streamingu do odczytu i zapisu plików. W Ultra160 SCSI po każdym bloku danych następuje faza zatwierdzenia (acknowledge), a dopiero po niej przesyłany jest kolejny blok. Ultra320 SCSI może przesyłać kolejno wiele bloków danych, a faza zatwierdzenia następuje dopiero po przesłaniu kompletnego pakietu danych - efektywny transfer rośnie. Mechanizm o nazwie Skew Compensation wyrównuje różnice w czasie przebiegu sygnałów danych i sygnałów taktujących, powodowane przez kable SCSI i ścieżki drukowane.

Ultra320 SCSI wymaga PCI-X

Kontroler Ultra320 SCSI może przesyłać maksymalnie 320 MB/s (1000). Z taką ilością danych nie poradzą sobie dotychczasowe 32-bitowe złącza PCI.

Aby móc przesłać cały strumień danych do komputera, Ultra320 SCSI korzysta zwykle ze standardu PCI-X. Typowe, 32-bitowe złącze PCI może przesłać przy częstotliwości taktowania 33 MHz maksymalnie 127 MB/s. Wersje 64-bitowe PCI uzyskują 254 MB/s przy tej samej częstotliwości taktowania i są stosowane z kontrolerami Ultra160 SCSI. Najszybsza, 64-bitowa wersja PCI pracuje z częstotliwością 66 MHz i uzyskuje przepustowość 508 MB/s.

Szybkość transmisji danych magistrali SCS

Szybkość transmisji danych magistrali SCS

Kontroler dwukanałowy z Ultra160 SCSI potrzebuje przy 2x160 MB/s teoretycznie szyny PCI o przepustowości 320 MB/s (1000). Nawet uwzględniając narzut protokołu, PCI-64 z częstotliwością taktowania 66 MHz zapewnia dostateczną przepustowość, z pewną nadwyżką. Tak jest również w przypadku jednokanałowego kontrolera Ultra320 SCSI. Inaczej ma się rzecz w przypadku dwukanałowego kontrolera Ultra320 SCSI - 2x320 MB/s oznacza, że szyna musi mieć przepustowość 640 MB/s (1000).

Rozwiązanie nazywa się PCI-X - 64-bitowa magistrala pracuje z częstotliwością taktowania do 133 MHz. Tym samym dysponuje przepustowością 1017 MB/s (1000), a więc z nadwyżką zaspokaja potrzeby nawet dwukanałowego kontrolera Ultra320 SCSI. Zaletą PCI-X jest kompatybilność w dół z dotychczasową specyfikacją PCI w wersji 2.2 (www.pcisig.com). 32- i 64-bitowe karty PCI taktowane z częstotliwością 33/66 MHz mogą pracować również w gnieździe PCI-X. Oprócz tego karty PCI-X mogą pracować w 32- i 64-bitowych gniazdach PCI.

Producenci kontrolerów Ultra320 SCSI oferują swoje produkty wyłącznie jako warianty 133 MHz PCI-X lub jako karty PCI-64 z zegarem 66 MHz.

Platforma testowa

Ultra320 SCSI - jego możliwości kończą się na czterech napędach Allegro 8, pracujących z maksymalną wydajnością w trybie sekwencyjnym.

Ultra320 SCSI - jego możliwości kończą się na czterech napędach Allegro 8, pracujących z maksymalną wydajnością w trybie sekwencyjnym.

Jako platforma testowa kontrolera Ultra320 SCSI posłużył nam DatabaseServer 742SR firmy CPI. Serwer wyposażony jest w procesor Intel Xeon taktowany z częstotliwością 2,20 GHz oraz 1 GB pamięci DDR266 SDRAM. Płyta główna to SuperMicro P4DL6 z chipsetem Ser-verWorks GC-LE i sześcioma gniazdami PCI-X. Nasz DatabaseServer miał też siedem twardych dysków Fujitsu Allegro 8 MAP Ultra320 SCSI, współpracujących z kontrolerem Ultra320 SCSI LSI21320 firmy LSI Logic. Karta PCI-X pracowała z maksymalną częstotliwością taktowania 133 MHz. Oprócz tego używaliśmy kontrolerów firmy Adaptec - dwukanałowego 39320D oraz 2200S RAID. Oprócz siedmiu dysków Fujitsu mieliśmy jeszcze do dyspozycji pięć dysków Maxtor Atla 10KIII i pięć Seagate Cheetah 15K.3 - wszystkie z interfejsem Ultra320. Dla przetestowania dysków Ultra320 SCSI w trybie Ultra 160 wystarczyło ograniczenie pasma SCSI w BIOSie kontrolera Ultra320 SCSI. Dodatkowo przetestowaliśmy wydajność napędów z kontrolerem Ultra160 SCSI Adaptec 29160. Jako system operacyjny zastosowaliśmy Windows XP Professional, a do weryfikacji - wersję beta Windows .NET Server. Pomiarów dokonaliśmy za pomocą naszego pakietu Benchmark Suite Pro oraz Iometer Intela ( http://www.intel.som/design/servers/devtools/iometer/index.htm ).

Benchmark - tryb burst

W SCSI nie występuje częstotliwość magistrali. Czasy sygnałów definiowane są jako minimalne lub maksymalne. Dane dotyczące transferu danych w MB/s są zatem tylko wskazówką, co jest teoretycznie możliwe, gdy szerokość pasma (8/16 bitów), rodzaj transmisji (asynchroniczna/synchroniczna), zmienne parametry czasowe (Fast SCSI, reakcja pośrednia), długość kabli oraz sterowniki są ze sobą optymalnie zharmonizowane. Biorąc to pod uwagę, Ultra320 SCSI może uzyskać maksymalnie 320 MB/s, lub - przy prawidłowym rachunku - z 1 024, 305 MB/s.

Za pomocą naszego pakietu Benchmark Suite Pro ustaliliśmy, jaki jest rzeczywisty transfer danych w trybie burst interfejsów Ultra320 SCSI i Ultra160 SCSI. Do testów użyliśmy zestawu składającego się z Seagate Cheetah 15K.3 i kontrolera LSI Logic LSI21320. Podobne wyniki uzyskaliśmy z kontrolerem Adaptec 39320D i napędami Ultra320 SCSI Fujitsu i Maxtora.

W trybie Ultra320 uzyskaliśmy maksymalny transfer danych 240 MB/s w trybie burst. Według naszych pomiarów, około 20 procent teoretycznego maksimum 305 MB/s to narzut rozkazów i danych statusu. W trybie Ultra160 nasz benchmark wykazał transfer burst na poziomie 138 MB/s.

Inaczej jest w przypadku standardowych gniazd PCI, w których karty PCI-X również mogą pracować. Tutaj maksymalny transfer to 127 MB/s. W trybie burst z napędem Seagate uzyskaliśmy już tylko 100 MB/s; resztę szerokości pasma pochłania narzut protokołu. W trybie sekwencyjnym 75 MB/s napęd Cheetah 15K.3 nie napotyka jednak jeszcze ograniczeń.

Benchmark - szybkość transmisji

Aby w pełni obciążyć złącze Ultra320 SCSI, podłączyliśmy siedem napędów Fujitsu Allegro 8 MAP. Każdy z nich uzyskuje maksymalnie 69,5 MB/s w trybie sekwencyjnym i zalicza się do najszybszych, dostępnych napędów SCSI. Za pomocą benchmarku Intel Iometer można zmierzyć szybkość transmisji pojedynczego, kilku lub wszystkich napędów w magistrali SCSI.

Benchmark - analiza wyników

Ultra160 SCSI - szerokość pasma wystarcza zaledwie na dwa napędy Allegro 8.

Ultra160 SCSI - szerokość pasma wystarcza zaledwie na dwa napędy Allegro 8.

W tabeli zebraliśmy wyniki testów obciążeniowych. Kolumna pierwsza z prawej to sumaryczny, teoretyczny transfer poszczególnych napędów. Siedem napędów Allegro 8 może przesłać do magistrali SCSI 7x69,5 MB/s = 486,5 MB/s. W praktyce rzadko wszystkie napędy podłączone do magistrali SCSI pracują jednocześnie z maksymalną wydajnością w trybie sekwencyjnym, jest to więc przypadek skrajny. Takie założenie ułatwia jednak ustalenie, od jakiej konfiguracji sensowne jest stosowanie Ultra320 SCSI.

W trybie Ultra160 szerokość pasma magistrali SCSI jest wyczerpana już przy dwóch napędach dyskowych. Przy trzech napędach Ultra160 SCSI nie prześle wszystkich danych, co widać w tabeli. Ultra320 SCSI ma wystarczająca przepustowość dla trzech napędów. Dopiero cztery napędy zaczynają "zatykać" magistralę Ultra320 SCSI - benchmark Intel Iometer wykazuje transfer 233,9 MB/s na magistrali, podczas gdy cztery napędy Allegro 8 mogą przesłać maksymalnie 278 MB/s danych, co wynika z prawej kolumny tabeli. Przy pięciu i siedmiu napędach szybkość transmisji praktycznie już nie rośnie. Wyjaśnienie jest proste - ustaliliśmy wcześniej, że w trybie burst magistrala Ultra320 SCSI może przesłać maksymalnie 240 MB/s.

Tak więc od czterech napędów pracujących z pełną wydajnością opłaca się zastosowanie dwukanałowego kontrolera Ultra320 SCSI. Każdy z kanałów udostępnia 240 MB/s. Kontroler przesyła połączony strumień z obu kanałów do magistrali PCI-X, której przepustowość - 1017 MB/s przy częstotliwości taktowania 133 MHz - jest więcej niż wystarczająca. Gniazda PCI-64, o przepustowości 508 MB/s pracują z dwukanałowym kontrolerem Ultra320 SCSI na granicy swoich możliwości, a nawet mogą być przeciążone, gdy magistrala PCI obsługuje oprócz tego inne urządzenia.

Podsumowanie

Twarde dyski SCSI w obecnej wersji Ultra320 uzyskują do 75 MB/s w trybie sekwencyjnym. Już dwa napędy mogą w skrajnym przypadku spowodować przeciążenie kontrolera Ultra160 SCSI.

Ultra320 SCSI znosi to ograniczenie. Przepustowość 320 MB/s (1000) pozwala "złapać oddech" nawet wydajnym systemom RAID. W praktyce przepustowość magistrali Ultra320 SCSI wynosi ok. 240 MB/s. Ten, kto potrzebuje jeszcze więcej, może sięgnąć po dwukanałowy kontroler Ultra320 SCSI, podwajając tę wartość.

Trzeba jednak pamiętać, że wydajne macierze Ultra320 SCSI RAID można stosować tylko w systemach z gniazdami PCI-X. Producenci kontrolerów Ultra320 SCSI stosują w swoich urządzeniach niemal wyłącznie szybki interfejs PCI-X. Dysponujący przepustowością 1017 MB/s PCI-X jest idealnym rozwiązaniem do kontrolerów Ultra320 SCSI.

Ultra320 SCSI jest w tej chwili najlepszym rozwiązaniem do serwerów obsługujących dużo danych i stacji roboczych. Serial ATA nic nie zmieni pod tym względem w najbliższej przyszłości, gdyż elastycznością i wydajnością znacznie ustępuje Ultra320 SCSI. Jeszcze bardziej elastyczny ma być następca Ultra320 SCSI, Serial Attached SCSI, który od 2004 r. będzie współpracować zarówno z napędami SCSI, jak i IDE.


Zobacz również