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Por qué la latencia afecta el rendimiento de SSD más que el ancho de banda

Una de las mejores y más rentables formas de mejorar el rendimiento de una PC antigua es colocarle una SSD. Incluso un sistema heredado especialmente diseñado que ejecute los componentes de gama más alta disponibles en su época puede mejorarse aún más con un SSD. Los sistemas que no son compatibles con el antiguo estándar SATA a menudo pueden agregar puertos SATA a través del antiguo bus PCI de 32 bits.

Podría decirse que los SSD son únicos en este sentido. Es imposible adaptar una GPU PCIe moderna a una placa base Intel 440BX para juegos Win 9x o colocar un dispositivo de 16 GB DDR4-3200 en un Pentium 4, pero puede comprar un SSD SATA moderno y una tarjeta SATA PCI y construirse usted mismo un Sistema Windows 2000 o Windows XP que saca del agua cualquier sistema equipado con HDD de su edad. Incluso si fuera posible manipular una GPU moderna en un sistema heredado de esta manera, el resultado final sería decepcionante ya que la CPU no pudo mantener alimentada la GPU.

Un caso de uso de nicho para el antiguo 3dfx Voodoo 5 5500 fue emparejarlo con una CPU más débil y dedicar el segundo núcleo de GPU al suavizado. Si su CPU no era lo suficientemente rápida para manejar toda la tarjeta, y este era el caso de algunos chips de gama baja, podría decirse que podría obtener un antialiasing “gratuito” en relación con el rendimiento máximo de su sistema. Si bien un solo núcleo de CPU tampoco presionará demasiado a un SSD SATA moderno, la relación entre el rendimiento de la CPU y el HDD es bastante diferente a la relación entre el rendimiento de la CPU y la GPU.

En ZDNet, Robin Harris discute por qué la latencia es mucho más importante que el ancho de banda en el rendimiento de SSD. Si bien no habla de la informática heredada, su respuesta explica por qué incluso las máquinas antiguas se benefician tanto de una actualización de almacenamiento.

A los fabricantes de discos les gusta citar el ancho de banda porque es fácil de medir y comprender. Sin embargo, como señala Harris, el ancho de banda no mide cuánto tiempo le toma a la computadora atender una solicitud. Un disco duro con ancho de banda infinito y un tiempo de búsqueda de 10 ms puede responder a un máximo de 100 accesos a datos por segundo, ya sean solicitudes de 1 MB o 1 TB. Si hay 10,000 solicitudes de E / S respaldadas, el usuario final notará el retraso. Debido a que las operaciones de E / S típicas no consumen mucho ancho de banda, la rapidez con que un sistema puede responder a múltiples solicitudes de acceso al almacenamiento suele ser más importante que la cantidad de ancho de banda que pueden dedicar a una sola tarea.

La latencia de acceso es donde brillan los SSD. Los SSD SATA tienen una latencia de acceso de ~ 70 microsegundos según este blog de WD, en comparación con ~ 10-15ms para un HDD típico. Las cifras citadas para SSD SATA varían ampliamente, con valores generalmente agrupados entre 100-200 microsegundos. Llámelo 12.5ms para el disco duro, y el SSD SATA responde entre 62 y 125 veces más rápido a las solicitudes de servicio que el disco duro al que reemplaza.

Es posible que una SSD SATA en un sistema antiguo no admita velocidades de transferencia SATA I superiores a 120-130 MB / s (teniendo en cuenta los gastos generales). Los discos duros de la época, como el WD800JB, eran capaces de soportar velocidades de transferencia externas de 49 MB / s. La mejora del ancho de banda de ~ 3x es grande, pero no tan grande como la enorme mejora en la latencia de almacenamiento. Supongamos que un chip antiguo obtiene un tercio del beneficio de uno moderno, y todavía estamos hablando de una mejora de 20 veces con respecto al HDD nativo. Estas mejoras de latencia se traducen directamente en un rendimiento más rápido, incluso en hardware heredado.

En algunos casos, los sistemas antiguos obtienen más rendimiento de un SSD que los más nuevos. La PC de la era 2005 obtiene un rendimiento 1,7 veces mayor con una actualización de SSD. El sistema 2010 es casi dos veces más rápido en términos absolutos, pero gana menos con la actualización. Imagen por THG.

La razón por la que incluso un sistema antiguo puede beneficiarse de una actualización SSD es que los discos duros fueron un ancla para la velocidad absoluta de la PC durante mucho tiempo. La situación es peor ahora: el rendimiento del disco duro no ha mejorado tanto como el rendimiento de la CPU en las últimas dos décadas, pero fue un lastre significativo para los sistemas incluso en la década de 1990. Esto no implica que el ancho de banda no pueda ser un factor limitante para el rendimiento del sistema, pero no es la razón principal por la que los SSD se sienten mucho más rápidos que los discos duros, incluso para el uso normal de escritorio.

Esta es también la razón por la que es mucho más difícil ver la diferencia entre una unidad NVMe y una SSD SATA, en comparación con la brecha entre una SSD SATA y un disco duro. Intel afirma que Optane puede atender solicitudes de almacenamiento en tan solo 14 microsegundos. Incluso si asumimos que la latencia del SSD SATA de 200 microsegundos es precisa, la mejora del rendimiento de SATA al Optane con conexión NVMe es “solo” 14.3x.

Durante mucho tiempo hemos notado que la mayoría de las aplicaciones de consumo son mucho más sensibles a la latencia que al ancho de banda. Pero discutir el problema en términos de solicitudes máximas de almacenamiento direccionables por segundo es una forma interesante de ver el problema y una buena explicación de por qué las SSD son tan útiles durante un período de tiempo tan largo. Una GPU moderna emparejada con una CPU antigua no ofrecería una mejora de rendimiento de 20 a 60 veces en comparación con el hardware heredado. Un SSD moderno en comparación con un disco duro heredado podría hacerlo.

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