Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

HDD vs SSD - pobór mocy część II.

TechEkspert 23 Mar 2015 23:34 5850 0
Tespol
  • HDD vs SSD - pobór mocy część II.
    W poprzednim odcinku materiału HDD vs SSD pobór mocy podjąłem próbę sprawdzenia jakie są różnice poboru mocy przez różne klasy dysków w różnych trybach pracy. Dzięki Waszym ciekawym podpowiedziom w postach w poprzednim temacie powstała druga część materiału.

    W drugiej części postaram się zwiększyć dokładność pomiaru oraz dodać nowe treści w porównaniu z poprzednim odcinkiem.

    Porównane zostały dwa dyski, dysk "laptopowy" HDD HGST 500GB 7200obr/min oraz dysk SSD GoodRam 240GB. Dyski zostały wybrane ze względu na podobne moce pobierane w trybie maksymalnego obciążenia zapisem. Dysk HGST uzyskiwał wysokie wartości transferów (w porównaniu z innymi dyskami 2.5"), natomiast dysk GoodRam pobierał niską moc w stanie spoczynku.


    Wyniki oszacowania mocy z rozdzielczością 0.1W pobieranej przez dysk HDD i SSD z poprzedniego odcinka:


    rodzaj dyskutestprąd gałęzi 5Vmoc
    HDD HGST 0.5T Travelstar Z7K500idle0.17A0.9W
    HDD HGST 0.5Tseq write0.6A3.1W
    HDD HGST 0.5Tseq read0.58A3W
    SSD GoodRAM 240GBidle0.01A0.1W
    SSD GoodRAM 240GBseq write0.58A3W
    SSD GoodRAM 240GBseq read0.47A2.4W


    Można podsumować wyniki jako ~3W dla HDD i SSD dla maksymalnego obciążenia zapisem/odczytem,
    oraz ~1W dla HDD w stanie bezczynności i ~0.1W dla SSD w stanie bezczynności. Postaram się uzyskać dokładniejsze wyniki.

    W poprzednim teście wszystkie dyski były testowane przy wykorzystaniu ich maksymalnych możliwości, w tej części postaram się porównać pracę dysku HDD i SSD przy prędkościach zapisu mniejszych niż maksymalne możliwości.

    Po umieszczeniu ostatniego materiału pojawiła się informacja, że dyski nie powinny pracować "elektroniką do góry", nie wiem czy ma to jakieś znaczenie (być może na trwałość lub czas dostępu ?) dla pewności w tym teście dysk HGST pracował "elektroniką do dołu" tak jak wszystkie pozostałe dyski z ostatniego testu, które nie brały udziału w materiale filmowym (ograniczeniem była długość przewodów).

    Sposób pomiaru:
    Pomiar napięcia szyny +5V zasilającej dysk 2.5" został wykonany multimetrem UT58D ustawionym na zakres 20V.
    Do pomiaru prądu został wypożyczony konwerter prąd->napięcie ucurrent gold ustawiony na zakres 1.2A (konwersja 1mA/1mV).
    Rezystancja rezystora pomiarowego w urządzeniu wynosiła 10mΩ i wprowadzała błąd metody pomiarowej (spadek napięcia), który został pominięty w obliczeniach.
    Niska rezystancja wewnętrzna konwertera pozwoliła na poprawną pracę podłączonych dysków.
    Konwerter prąd->napięcie ograniczy niestety przenoszone pasmo do setek kiloherców.
    Napięcie wyjściowe konwertera było mierzone multimetrem UT58D na zakresie 200mV (dla prądów <200mA) oraz multimetrem KEW 1009 na zakresie 4V dla (prądów >400mA).
    Sygnał wyjściowy konwertera badany był oscyloskopem, aby oszacować kształt prądu oraz informacyjnie wykorzystać funkcję RMS oscyloskopu.

    Błędy pomiaru.
    Dawno takich rzeczy nie liczyłem, także w razie zauważenia błędów lub lepszego sposobu obliczeń, proszę o informację w temacie.
    Dla multimetru UT58D bezwzględna niepewność wyniku pomiaru wynosiła:
    dla zakresu 200mV -> +/-(0.5%*wynik_pomiaru+1*0.1mV)
    dla zakresu 20V -> +/-(0.5%*wynik_pomiaru+1*0.01V)
    Dla multimetru KEW 1009 bezwzględna niepewność wyniku pomiaru wynosiła:
    dla zakresu 4V -> +/-(0.6%*wynik_pomiaru+4*0.001V)
    Mimo, że urządzenie ucurrent gold przypomina projekt DIY, jego dokładność dla zakresu 1.2A (1mA/1mV) jest deklarowana jako 0.1%.
    Połączenie multimetru z konwerterem potraktowałem jako utworzenie nowego urządzenia z dwoma członami, przyjąłem że konwerter zwiększy niepewność wyniku pomiaru o dodatkowe 0.1% co daje dla:
    UT58D zakres 200mV + ucurrent gold -> +/-(0.6%*wynik_pomiaru+1*0.1mV)
    KEW 1009 zakres 4V + ucurrent gold -> +/-(0.7%*wynik_pomiaru+4*0.001V)

    Moc pobierana przez dysk została obliczona z pomiarów pośrednich jako P=U*I,
    przyjąłem obliczenie bezwzględnej niepewności wyniku pomiaru mocy jako niepewność średniokwadratową równą:
    √ ( (wsp_wrażliwości_U*&wsp_wrażliwości_U)(niepewność_U*niepewność_U) + (wsp_wrażliwości_I*wsp_wrażliwości_I)(niepewność_I*niepewność_I) )
    Współczynnik wrażliwości dla U wynosił P/U czyli I,
    współczynnik wrażliwości dla I wynosił P/I czyli U.

    Ok. udało się przebrnąć przez rachunek błędów, przyznaję że nie jest to moja ulubiona dziedzina ;).

    Wyniki pomiarów:

    Pomiar napięcia szyny 5V wykonany UT58D dał wynik 5.14V +/-0.04V.



    dysk 2.5?stanRMS z oscyloskopu [mA]przyrząd + ucurentwskazanie, przeliczone na [A]moc [W]niepewność ?[W]
    HDD 500GBidle188UT58D 200mV0,1830,940,01
    HDD 500GBseq write628KEW 1009 4V0,6093,130,05
    HDD 500GBseq read609KEW 1009 4V0,5883,020,05
    SSD 240GBidle24,3UT58D 200mV0,01140,05860,001
    SSD 240GBseq write624KEW 1009 4V0,5802,980,05
    SSD 240GBseq read488KEW 1009 4V0,4662,400,04


    Uff...
    Dla HDD udało się potwierdzić poprzednie wyniki czyli ~3W w stanie zapisu/odczytu oraz ~1W w stanie spoczynku.
    Dla SSD również udało się potwierdzić wyniki dla stanu zapisu ~3W oraz odczytu ~2.4W oraz znacząco polepszyć dokładność dla pomiaru stanu spoczynku ~0.06W.

    Dodatkowo dla dysku HDD HGST 500GB w stanie zatrzymania (spindown) wskazanie poboru prądu wynosiło 59.5mA co daje pobór mocy 0,306W +/-0,003W.


    Wyniki dla zapisu i odczytu pokazują pobór mocy dla maksymalnych możliwości dysków, dla SSD są to większe szybkości transferu niż dla HDD.

    Stan spoczynku SSD:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.

    Zapis na SSD:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.

    Odczyt z SSD:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.









    HDD stan spoczynku:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.

    Zapis na HDD:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.

    Odczyt z HDD:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.








    Zapisy na dysk z prędkością poniżej możliwości maksymalnych:

    Podczas pracy HDD lub SSD w typowym PC zwykle nie wykorzystujemy przez cały czas maksymalnych możliwości prędkości zapisu i odczytu.
    Sprawdźmy jak wygląda kształt pobieranego prądu przy prędkości zapisu 10MB/s, 25MB/s, 50MB/s, 75MB/s, 100MB/s, 120MB/s.

    Zapis na HDD 10MB/s:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.

    Zapis na HDD 25MB/s:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.

    Zapis na HDD 50MB/s:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.







    Zapis na HDD 75MB/s:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.

    Zapis na HDD 100MB/s:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.

    Zapis na HDD 120MB/s:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.








    Patrząc na kształt prądu pierwsze skojarzenie z PWM. Dysk posiada pewne stałe cykle pracy, im szybciej próbujemy zapisywać dane tym większe "wypełnienie" prądożernymi cyklami i tym większy średni pobór prądu. Dodatkowo można zauważyć cykl zapisu "1", cykl po zapisie "2", oraz cykl bezczynności "3".

    HDD vs SSD - pobór mocy część II.








    W stanie bezczynności "3" dysk pobiera prąd ~200mA, stan po zapisie "2" to prąd ~300mA, natomiast dla stanu zapisu 400-800mA.



    Zapis na SSD 10MB/s:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.

    Zapis na SSD 25MB/s:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.

    Zapis na SSD 50MB/s:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.








    Zapis na SSD 75MB/s:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.

    Zapis na SSD 100MB/s:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.

    Zapis na SSD 120MB/s:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.








    Dla SSD podobnie jak dla HDD można zauważyć trzy stany pracy, przy czym stan bezczynności "3" jest mniej energochłonny i znajduje się bliżej osi "0". Dysk SSD szybciej wykonuje operacje zapisu i szybciej wychodzi z energochłonnego stanu zapisu "1".

    HDD vs SSD - pobór mocy część II.







    Możecie zobaczyć dokładniejsze informacje o czasie trwania cykli oraz natężeniu płynącego prądu ze zrzutów poniżej:

    stan zapisu:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.

    stan po zapisie:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.

    stan gotowości:
    HDD vs SSD - pobór mocy część II.







    W stanie zapisu mamy prąd w zakresie 360-860mA, w stanie po zapisie 90-150mA, natomiast w stanie spoczynku ~50mA.

    Informacyjnie zobaczmy jak wyglądała zależność wartości RMS prądu pokazywanej przez oscyloskop oraz prędkości zapisu dla dysku SSD i HDD.

    HDD vs SSD - pobór mocy część II.


    Mimo że dane, które zasiliły ten wykres mają charakter raczej informacyjny niż pomiarowy, widać pewną korelację szybkości zapisu oraz poboru prądu przez dysk.

    Schemat działania jaki wykorzystują dyski SSD znajdziecie także w nowoczesnych mikrokontrolerach -> jak najdłuższe przebywanie w energooszczędnym czasie uśpienia, wybudzenie mikrokontrolera, szybkie wykonanie obliczeń i powrót do stanu uśpienia.

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    TechEkspert
    Editor
    Offline 
    W moich materiałach znajdziecie testy i prezentacje sprzętu elektronicznego, modułów, sprzętu pomiarowego, eksperymenty. Interesuje mnie elektronika cyfrowa, cyfrowe przetwarzanie sygnałów, transmisje cyfrowe przewodowe i bezprzewodowe, kryptografia, IT a szczególnie LAN/WAN i systemy przechowywania i przetwarzania danych.
    Has specialization in: elektronika, mikrokontrolery, rozwiązania it
    TechEkspert wrote 3734 posts with rating 3149, helped 12 times. Been with us since 2014 year.
  • Tespol