Dossier : quid du Serial-ATA II ?

Alors que le Serial-ATA de première génération n'est pas encore parvenu à supplanter l'antédiluvien Parallel-ATA, autrement appelé dans certaines contrées IDE, NVIDIA créait la surprise en lançant, avec son nForce 4 Ultra, le premier chipset supportant officiellement le Serial-ATA II. À l'époque, les contours de ce que le marketing appelait déjà Serial-ATA II étaient encore flous, même si très tôt Hitachi a annoncé une gamme de Disques durs à cette norme.

Plus de six mois après, le Serial-ATA II commence à faire ses vrais débuts sur le marché, puisque même l'ami Intel le supporte dorénavant avec son ICH7 qui équipe les derniers i945/955. L'occasion pour nous de faire le point sur cette norme inattendue et sur ses applications pratiques. En clair : un disque dur Serial-ATA II est-il, oui ou non, plus rapide que son équivalent en Serial-ATA 150 ?

Serial-ATA 3Gb/s alias Serial-ATA II : les caractéristiques

Quitte à en surprendre plus d'un, autant y aller franchement : le Serial-ATA II en tant que tel n'existe pas. En effet, ce que nous appelons à tort Serial-ATA II correspond en vérité au nom du groupement initialement chargé de développer les nouvelles spécifications visant à faire évoluer la norme Serial-ATA. Ce comité a ensuite changé de nom pour devenir le Serial ATA International Orgnaization ou SATA-IO. Mais alors, à quoi correspond le Serial-ATA II me direz-vous ? Tout simplement au Serial-ATA 3 Gb/s qui n'est finalement que l'un des nombreux projets sur lequel travaille l'organisation en question.

Avec la première implémentation du Serial-ATA, le débit maximum autorisé lors des transferts de données était de 1,5 Gb/s soit environ 150 Mo/s. L'arrivée du Serial-ATA 3 Gb/s permet, comme son nom le suggère, de doubler le précédent débit en le faisant passer à 3 Gb/s soit grosso modo 300 Mo/s. Reste que la seule évocation d'un débit théorique doublé ne signifie pas qu'un disque dur Serial-ATA 3 Gb/s est deux fois plus rapide que son équivalent Serial-ATA 150. En effet, la mécanique, et en particulier la vitesse de rotation des plateaux, doit être capable de suivre la cadence ce qui est loin d'être garanti avec des disques actuels qui tournent toujours à 7200 rpm. Ainsi un disque seul sera loin d'atteindre les 300 Mo/s du bus Serial-ATA 3 Gb/s, et même en RAID 0, il sera difficile de saturer la bande passante.

L'évolution de la norme permet également d'introduire de nouvelles fonctionnalités avec notamment le support du NCQ ou Native Command Queuing. Apparue pour la première fois avec les chipsets Intel i915/925, la technologie NCQ permet d'organiser l'ordre dans lequel les commandes sont envoyées au disque dur afin que celles-ci s'exécutent de manière optimale en fonction des rotations des plateaux. Ceci permet en théorie de réduire les temps d'accès mais aussi de diminuer l'usure mécanique du disque.


Autre petit apport du Serial-ATA 3Gb/s : le support natif du hot plug ou branchement à chaud des disques ainsi que de nouvelles fonctions de gestion de l'énergie. Les spécifications officielles font en effet état de la possibilité de modifier la séquence de démarrage d'un disque, pour s'assurer que dans une configuration munie de plusieurs unités toutes ne demandent pas au même moment une grande quantité de courant ; cette fonction est baptisée Staggered spin-up. Voilà pour ce qui est de la théorie, car en pratique toutes les fonctions ou technologies énumérées précédemment ne sont pas systématiquement présentes sur les Disques durs Serial-ATA 3Gb/s. Il revient en effet au constructeur de disque dur de choisir d'activer ou non certaines fonctions offertes par le chipset qu'il utilise. Côté connectique enfin, rien ne change véritablement si ce n'est l'apparition d'un clips métallique censé offrir un meilleur maintient à chaque extrémité du câble.

Serial-ATA II : quid de la compatibilité ?

Aujourd'hui, seuls les chipsets NVIDIA nForce 4 Ultra, nForce 4 SLI, nForce 4 SLI Intel Edition et Intel i945G, Intel i945P et Intel i955X supportent le Serial-ATA 3Gb/s. Techniquement, les Disques durs Serial-ATA 3 Gb/s sont annoncés comme compatibles avec les contrôleurs Serial-ATA 150 conventionnels ce que nous avons d'ailleurs pu vérifier en connectant, sans rencontrer le moindre problème, un disque Hitachi Serial-ATA II sur une ancienne P4C800 Deluxe d'Asus. En pratique, on peut cependant s'interroger sur l'étendue de cette rétrocompatibilité des disques Serial-ATA 3Gb/s avec les chipsets Serial-ATA 150. En effet, un constructeur comme Hitachi, encore lui, choisit de systématiquement désactiver le mode de transfert SATA 3Gb/s sur ses disques durs Serial-ATA II pour de sombres histoires de compatibilité. Pour profiter du SATA 3Gb/s, il faut alors télécharger l'utilitaire Feature Tool d'Hitachi, puis graver un CD bootable afin d'accéder à l'outil de configuration du constructeur. Depuis l'Hitachi Tool, il sera alors possible d'activer le transfert 3Gb/s après avoir accepté les divers messages d'avertissement. Dès que le SATA 3Gb/s est activé, le disque dur est vu par le BIOS de notre Asus A8N SLI Deluxe comme un périphérique SATA 2 ; même constat dans les pilotes NVIDIA qui indiquent clairement que le mode de transfert retenu est « Serial-ATA Generation 2 - 3Gb/s ». Notez à ce sujet qu'il est possible de mixer un disque dur Serial-ATA 150 et un disque dur Serial-ATA II sur le même contrôleur, sans pour autant dégrader la vitesse de transfert du dernier disque. Au sujet de la connectique, le Serial-ATA II est entièrement compatible avec les câbles Serial-ATA existants.


Avant de nous pencher sur les disques Serial-ATA II que nous avons retenus, il nous faut parler de notre expérience avec le nForce 4 SLI et les pilotes NVIDIA en version 6.53. En effet, et bien que globalement nous n'ayons pas de griefs particuliers, nous avons noté quelques comportements bien curieux. Ainsi de temps à autre, et sans raison particulière, le pilote NVIDIA dégrade volontairement le mode de transfert utilisé par le disque dur. On passe ainsi du mode Serial-ATA Generation 2 - 3Gb/s au mode PIO/4. Le pilote explique que ce changement a été rendu nécessaire par un taux d'erreur excessif... L'utilisateur peut alors forcer le mode Serial-ATA 3Gb/s, ce qui nécessite tout de même un redémarrage du système.

Hitachi Deskstar 7K80

Hitachi, qui a racheté la division disques durs d'IBM il y a quelques années, est l'un des premiers fabricants à avoir proposé des disques durs compatibles Serial-ATA II. Nous nous sommes procuré, pour notre dossier, deux disques de 80 Go de la série 7K80. Au format 3,5 pouces, les disques de cette série affichent une vitesse de rotation de 7200 tours/minute et embarquent 8 Mo de mémoire tampon. Leur interface native est naturellement le Serial-ATA, et si Hitachi annonce une compatibilité Serial-ATA II, ce mode de transfert est en vérité désactivé par défaut. En effet, et comme nous l'expliquions plus haut, Hitachi a fait le choix pour des soucis de compatibilité de programmer ses 7K80 en sortie d'usine en mode de transfert Serial-ATA 150. Pour profiter d'un débit plus élevé, correspondant au Serial-ATA 3Gb/s, il faut télécharger sur le site du fabricant un utilitaire pour reprogrammer le firmware du disque.


L'implémentation du Serial-ATA 3Gb/s est ici relativement complète puisque Hitachi nous propose, par l'entremise du chipset Infineon qu'il utilise, le support du mode de transfert 300 MB/s, le NCQ ainsi que la Staggered spin-up. Pour le reste des spécifications, Hitachi annonce un temps d'accès de 8,8 ms alors que le disque dispose dans sa version 80 Go d'un seul plateau. Enfin, la connectique du disque est constituée d'un connecteur Molex, d'une prise Serial-ATA pour les données et de son équivalent pour l'alimentation électrique.

Passons maintenant à la partie la plus intéressante de cet article, avec l'étude à proprement parler des performances de nos disques Serial-ATA 3Gb/s, des Hitachi 7K80. Pour ceci nous utiliserons la configuration dont le détail figure ci-dessous :

• AMD Athlon 64 3500+,
  
• Carte mère Asus A8N SLI Deluxe (BIOS 1008),
  
• 2x512 Mo Corsair TwinX PC3200XL,
  
• Carte graphique Gigabyte GeForce 6800 GT PCI-Express

Notre plate-forme de test fonctionnait sous Windows XP Professionnel Service Pack 2 avec les derniers Drivers disponibles à la date du test, à savoir les ForceWare 71.89 et les pilotes nForce 6.53. Pour bien mettre en avant l'apport éventuel du Serial-ATA II, nous comparerons les performances des disques Hitachi Deskstar 7K80 Serial-ATA II à celles de leurs petits frères, les 7K80 en Serial-ATA 150. De plus, nous introduirons dans cette panoplie le Raptor 36 Go de Western Digital, histoire de voir son positionnement face aux derniers disques d'Hitachi. Afin d'être le plus complet possible, nous avions sélectionné à l'origine trois utilitaires de test distincts. Hélas, nous avons dû revoir nos prétentions à la baisse vu l'incohérence manifeste des résultats obtenus avec ATTO. Nous nous contenterons donc des seuls PCMark 2004 et HD Tach pour ce test.


Pour PCMark 2004, le Raptor est incontestablement le disque dur le plus performant, et ce qu'il soit utilisé seul ou en RAID 0. Concernant les Disques durs Hitachi, on note un gain de performance effectif lorsque l'on passe du Serial-ATA au Serial-ATA 3Gb. Ne rêvons toutefois pas, si gain il y a, celui-ci est loin d'être mirobolant : à peine 2,5 % avec un seul disque contre 5 % en RAID 0. Reste que dans tous les cas, le Raptor 36 Go domine la course avec un avantage allant jusqu'à 5,5 % en RAID 0 face au 7K80 interfacé en Serial-ATA II.


Sur ce premier test, nous avons un aperçu des performances en lecture et en écriture du disque 7K80, ici interfacé en Serial-ATA 150. Comme on peut le constater, le débit en rafale du disque plafonne à 133,5 MB/s ce qui correspond peu ou prou au maximum théorique autorisé par l'interface Serial-ATA de première génération. L'utilisation CPU relevée atteint 7 % pour un temps d'accès moyen de 13,8 ms. On remarque que plus on se rapproche de la fin du disque, plus les vitesses de lecture/écriture diminuent puisqu'on passe d'un débit initial proche de 60 Mo/s à 30 Mo/s. Cela donne une moyenne de 48,8 Mo/s pour la vitesse de lecture et de 47,6 Mo/s pour la vitesse d'écriture.


Ici, nous utilisons un disque 7K80 configuré en mode Serial-ATA 3 Gb/s. Premier constat en lecture séquentielle, le comportement du disque est strictement identique à celui que nous observions en Serial-ATA 150 pour une moyenne là encore identique de 48,8 Mo/s. Si les débits ne bougent pas en lecture, le débit en rafale de l'interface explose en atteignant les 228,1 Mo/s. L'utilisation CPU est meilleure puisqu'elle s'établit à 4 %, tandis que le temps d'accès est un brin meilleur à 13,5 ms.


Cette dernière capture montre les performances d'un Raptor 36 Go de Western Digital qui, pour rappel, dispose de 8 Mo de mémoire tampon et d'une vitesse de rotation de 10.000 rpm. La vitesse de transfert en rafale est ici relativement faible, puisque de seulement 106,4 Mo/s. De même, le débit en lecture séquentielle semble légèrement inférieur à celui des disques Hitachi, puisqu'il démarre à 57 Mo/s mais s'achève à 35 Mo/s. Du coup, le débit moyen en lecture de notre Raptor 36 Go est de 49,7 Mo/s, ce qui est un peu meilleur que les disques Hitachi. Même constat pour le débit en écriture où notre Raptor affiche un bon 48,9 Mo/s. Le temps d'accès est lui aussi bien meilleur à près de 8,6 ms, contre un peu plus de 12 ms pour les disques Hitachi. Côté occupation CPU, on reste dans les mêmes niveaux avec un taux de 5 %.
Pour être tout à fait complets, nous testons les performances du 7K80 en RAID 0, autrement appelé Striping. En Serial-ATA 150, l'activation du RAID 0 double littéralement les performances en lecture puisqu'on passe d'une vitesse moyenne de 48 Mo/s à 97,6 Mo/s ! Le taux de transfert en rafale de l'interface passe à 225,6 Mo/s contre 133 Mo/s pour un seul disque. Bien sûr, ce gain de performance a un impact sur la consommation processeur qui s'établit dorénavant à 11 %. Côté vitesse d'écriture, on note de grandes oscillations pour un débit moyen de 100,9 Mo/s.


Les performances RAID 0 en lecture de nos deux disques 7K80, lorsque l'interface Serial-ATA 2 est activée, évoluent très sensiblement par rapport aux mêmes disques en Serial-ATA 150. Tout d'abord, la consommation CPU est très légèrement meilleure à 10 %. Du côté des taux de transfert, nous avons en lecture un débit de 97,6 Mo/s, identique donc à celui obtenu par les disques Serial-ATA 150, alors que le débit en écriture est moindre puisqu'évoluant autour des 96 Mo/s (contre la centaine de mégas pour le modèle Serial-ATA 150). Enfin, le taux de transfert en rafale de l'interface grimpe en s'établissant à 339,7 Mo/s. Ici, le Serial-ATA II n'apporte donc strictement rien.


Avec deux disques Serial-ATA 3Gb en RAID 0, on est en droit de se demander si oui ou non les performances obtenues sont supérieures à celles délivrées par la référence en la matière : une pile RAID 0 de deux Raptor 36 Go signés Western Digital. La réponse : non. Si curieusement nos deux Raptor sont moins véloces en lecture que les 7K80 d'Hitachi (88,2 Mo/s contre 97,6), leur performance en écriture est à la hauteur de leur réputation avec un débit de 99,6 Mo/s, là où nos disques Hitachi en Serial-ATA 3Gb plafonnent à 96 Mo/s. On notera par ailleurs le très bon taux d'occupation CPU des Raptor, qui n'est que de 8% là où les disques Hitachi s'adjugent 10 % des ressources processeur. De plus, alors qu'en fin de disque les disques Hitachi voient leur débit descendre à 60 Mo/s, celui-ci se maintient à 70 Mo/s sur notre pile RAID constituée de Raptor.


Pour refermer ce dossier, nous avons cherché à mettre en avant un gain de performances éventuel lorsque le NCQ est activé en Serial-ATA 3Gb sur l'Hitachi 7K80. Pour cela, nous avons tout simplement désactivé le support du « Command Queuing » dans les pilotes NVIDIA. Les résultats sont surprenants puisque NCQ ou non, les performances sont identiques. Alors certes le débit en rafale passe de 225,7 Mo/s à 225,8 Mo/s lorsque le NCQ est activé, mais cela est vraiment anecdotique... Les bienfaits du NCQ ne semblent donc pas probants, du moins d'après HDTach. Cela peut s'expliquer par la nature même d'HDTach qui est un test en lecture/écriture séquentielle se contentant finalement de parcourir le disque et ne profitant donc pas du réarrangement des commandes offert par le NCQ.

Conclusion

Au final, l'arrivée du Serial-ATA II, ou plus exactement du Serial-ATA 3Gb/s, constitue comme on pouvait s'y attendre une « non-révolution ». En effet, le passage à cette nouvelle norme apporte tout au plus un gain infinitésimal face aux actuels Disques durs Serial-ATA 150. La faute à la mécanique des disques durs qui est loin de parvenir à saturer la bande passante offerte par le Serial-ATA 3Gb/s. Des progrès restent donc à accomplir de ce côté-là pour que le Serial-ATA II ait réellement un sens. En attendant cette éventualité, il n'y aucune raison valable pour migrer dès aujourd'hui vers le Serial-ATA II, le gain de performance n'étant clairement pas au rendez-vous même en RAID 0.

Enfin du côté du support du Serial-ATA II par l'écosystème actuel, force est de reconnaître que peu de Cartes mères prennent en charge cette nouvelle norme. Aujourd'hui, seules les cartes mères à base de chipsets NVIDIA nForce 4 ainsi que les toutes récentes cartes à base d'i945 ou d'i955 d'Intel supportent le Serial-ATA II. Côté prix enfin, les fabricants de disques durs semblent être restés raisonnables puisqu'un disque Serial-ATA II se négocie généralement au même prix que son équivalent en Serial-ATA 150.