🔗 Quelle:https://akiba-pc.watch.impress.co.jp/docs/topic/special/2005307.html
Da sich die Leistung von PC-Speichergeräten verbessert, erreichen SSDs im PCIe 5.0-Zeitalter fast 15 GB/s. Viele wissen jedoch nicht, dass diese hohe Geschwindigkeit in Windows Explorer kaum voll funktioniert. Selbst wenn die eingebaute SSD schneller ist, können Dateien im Explorer oft nur einige GB/s kopiert werden, was es schwierig macht, die Engpässe zu überwinden.
Während die Spezifikationen erfüllende Leistung im Benchmark-Test zu sehen ist, ist dies nur das Ergebnis in der Testumgebung. Bei der tatsächlichen Verwendung des Explorer für Dateimanipulationen ist die Geschwindigkeit deutlich niedriger als die theoretischen Werte, was dazu führt, dass die Leistung von Hochgeschwindigkeitsspeichergeräten nicht vollständig genutzt wird und eine Art "Verschwendung" wird.
Dies ist nicht nur bei bestehenden PCIe 4.0- und PCIe 5.0-Geräten vorhanden, sondern auch bei der Verbindung mehrerer SSDs mit einer RAID-Karte oder einer externen SSD über Thunderbolt 5. Selbst wenn es in Zukunft höhere Geschwindigkeitsspezifikationen gibt, wird dieses Problem nicht gelöst werden, solange der Windows Explorer ein Engpässe ist. Wenn die Leistung von Speichergeräten verbessert wird, wird die Lücke zwischen den Erwartungen der Benutzer und der tatsächlichen Erfahrung immer größer und dieser Effekt wird deutlicher.
Hiroaki Shiramizu, Direktor und CEO von FastCopy Research Institute LLC, im Interview mit ITG Marketing
Hintergrund von FastCopy
Genau diese Situation hat den Entwickler von "FastCopy" Mr. Whitewater Keqiang unzufrieden gemacht. Mit seinem einzigartigen Designkonzept hat er Tools entwickelt, die die Leistung von Speichergeräten voll nutzen und gleichzeitig eine hochzuverlässige Dateikopie und -sicherung ermöglichen.
Auf der Messe "Inter BEE 2024" im November 2024 wurde auf dem Samsung-Stand eine Maschine vorgestellt, die eine sequenzielle Lesegeschwindigkeit von etwa 59 GB/s erreichen kann. Zu dieser Zeit wurde die Maschine hauptsächlich verwendet, um die Flüssigkeit der 8K-Videobearbeitung zu demonstrieren, aber Mr. Whitewater wies darauf hin, dass auch wenn die hohe Geschwindigkeit der Speichergeräte den Bearbeitungsprozess reibungsloser macht, die Gesamteffizienz noch nicht wirklich verbessert werden kann, wenn die Übertragung von Materialdaten und endgültigen Daten (der Replikationsprozess) nicht synchron verbessert wird. Denn bei der Datenübertragung im Explorer ist die Geschwindigkeit deutlich niedriger als die theoretische Leistung eines Speichergerätes.
Lenovo ThinkStation P8 auf der Inter BEE 2024
Zu diesem Zeitpunkt erreichten die aufgezeichneten kontinuierlichen Lesegeschwindigkeiten erstaunlich fast 59 GB/s.
FastCopy spielt in dieser Szene eine wichtige Rolle. In der Demonstration wurde die hohe Geschwindigkeit der Dateiübertragung mit FastCopy durch die Datenübertragung zwischen der HighPoint External Hard Drive Box „RocketStor 6542AW“ mit Samsung Data Center-SSD und der oben genannten Lenovo ThinkStation P8 gezeigt.
CDFP-Anschlussschrank „RocketStor 6542AW“ auf der Inter BEE 2024
Ausgangsreihenfolge-Lesegeschwindigkeit von ca. 27 GB/s
Mit FastCopy können Dateien mit einer Geschwindigkeit von etwa 14,5 GB/s kopiert werden, was ziemlich schnell ist.
FastCopy ist ein Tool zum Kopieren (oder Löschen) bestimmter Dateien oder Ordner an den Zielort auf Windows-Systemen. Die persönliche Nutzung ist völlig kostenlos, während die „Pro-Version“ mit kommerziellen Funktionen einen kostenpflichtigen Kauf erfordert. FastCopy wird nicht nur in der Videoproduktion weit verbreitet, sondern auch in vielen großen Unternehmen und Regierungsbehörden im In- und Ausland eingesetzt und ist eine "weltweit anerkannte" Software. Mr. Whitewater hat auch die im Zeitalter von Windows 95 eingeführte Nachrichten-Software "IP Messenger" entwickelt, die wahrscheinlich auch von vielen Benutzern verwendet wurde.
FastCopy bietet nicht nur eine einfache Kopierfunktion, seine "Pro-Version" verbessert auch die Zuverlässigkeit der Datenübertragung, indem sie Hashwerte generiert, um Daten zu vergleichen und zu überprüfen, ob Dateien korrekt kopiert wurden.
FastCopy existiert seit dem Zeitalter von Windows XP. Zu dieser Zeit stellte Mr. White Water fest, dass der Ressourcenmanager die Leistung der Festplatte nicht voll nutzen konnte und dass es bei Operationen wie Backups viele Unannehmlichkeiten gab. Aus Unzufriedenheit mit diesen Problemen begann er mit der Entwicklung von FastCopy, angetrieben von "voller Leistung für stressfreie Backups".
Wenn ich versuche, Dateien mit dem Windows Explorer auf eine PCIe 4.0 SSD mit einer Geschwindigkeit von 7 GB/s zu kopieren, lag die Geschwindigkeit bei nur etwa 2,5 GB/s.
Dies ist die Geschwindigkeit, mit der zwei SSDs mit Lese- und Schreibgeschwindigkeiten von mehr als 5 GB/s Daten im Windows Explorer kopiert werden, aber mit einer Geschwindigkeit von nur etwa 2,5 GB/s.
Warum ermöglicht FastCopy eine schnelle Dateikopierung?
Mr. Whitewater wies darauf hin, dass die Gründe für die langsamere Verarbeitung von Dateikopien im Windows Explorer vielfältig sein könnten. Obwohl seine interne Verarbeitungsmechanismus nicht vollständig bestimmt werden konnte, beobachtete er, dass Lese- und Schreibvorgänge während der Kopierung von Dateien nicht effizient parallel ausgeführt werden könnten. Im Windows XP-Zeitalter beginnt zum Beispiel der Ressourcenmanager erst, wenn eine Operation abgeschlossen ist, und das Caching von Betriebssystemdateien kann sogar bei einer großen Datenkopie zusätzliche Kosten darstellen. Obwohl der Parallelverarbeitungsmechanismus seit Windows Vista eingeführt wurde, ist der aktuelle Explorer immer noch nicht in der Lage, den Geschwindigkeitsvorteil vollständig zu nutzen, was hauptsächlich aufgrund der mangelnden Verwendung von direkten I/O (Umgehung des Betriebssystemcaching-Mechanismus) und der unzureichenden Anzahl von asynchronen I/O-Operationen verursacht werden kann.
Es scheint, dass asynchrone I/O-Aktionen in Explorer selten durchgeführt werden.
Auf der Grundlage dieser Beobachtungen schlug Mr. Whitewater das Designkonzept vor, ein spezielles Thread für Lese- und Schreibvorgänge zu setzen und die Pufferkapazität zu erhöhen, um FastCopy zu entwickeln. Nach etwa einem halben Jahr Entwicklung wurde FastCopy 2004 offiziell veröffentlicht und in den späteren Versionen kontinuierlich optimiert, um Funktionen wie asynchrone I/O-Verarbeitung und direkte I/O-Operationen hinzuzufügen.
Darüber hinaus berücksichtigt FastCopy die Suchezeit der Festplatte und entwickelt einen optimierten Algorithmus, um sicherzustellen, dass Daten an den Ort geschrieben werden, an dem die Suchezeit am kürzesten ist. Es verwendet auch unterschiedliche Replikationsstrategien je nach Situation, z. B. zwischen verschiedenen Laufwerken, zwischen dem gleichen Laufwerk oder zwischen HDD und SSD, um die beste Leistung zu erzielen. Für NVMe SSDs wurde FastCopy aufgrund der hohen Obergrenze an Warteschlangen (Initiation von Prozessaufgaben) entsprechend optimiert, um ihre Leistung optimal zu nutzen. Es ist bemerkenswert, dass, obwohl eine große Anzahl an Warteschlangen Probleme mit der Festplatte verursachen kann, Windows-Systeme es Anwendungen erlauben, zu erkennen, ob ein Speichergerät eine SSD oder eine Festplatte ist, so dass FastCopy die Betriebsrichtlinie an den Typ des Zielspeichergerätes anpassen kann. Im Gegensatz dazu scheint der Ressourcemanager diese Technologien in dieser Hinsicht nicht voll zu nutzen.
Zusammenarbeit mit Samsung zur weiteren Hochgeschwindigkeit
Die neueste Version von FastCopy ist die Version 5.8.1, die im Januar 2025 veröffentlicht wurde, aber Mr. Whitewater arbeitet derzeit an einer unveröffentlichten Version 6.0.0. Die Entwicklung dieser Version begann, als Mr. Whitewater in den sozialen Medien eine Demonstration von FastCopy auf der "Inter BEE 2024" erwähnte und sagte, dass "es weitere Möglichkeiten zur Geschwindigkeitssteigerung gibt". Anschließend schlugen Samsung, der Agent ITG Marketing und ASK die Bereitstellung von Testgeräten und technischem Support an.
Lenovo ThinkStation P8 als Testgerät
Das Testgerät umfasst einen maßgeschneiderten Lenovo ThinkStation P8-Computer. Bei einer Demonstration auf der Messe war die durchschnittliche Übertragungsgeschwindigkeit von etwa 14,5 GB/s bei der Kopierung von Dateien von etwa 20 GB auf einer externen Festplatte mit FastCopy, die zwar bereits viel schneller war als der Explorer, aber immer noch unter der Lesegeschwindigkeit von etwa 27 GB/s und der Schreibgeschwindigkeit von etwa 24 GB/s, die von der Benchmark-Software angezeigt wurde.
Um herauszufinden, warum die Leistung der Speichergeräte nicht voll funktioniert, hat Mr. Whitewater diese „Lenovo ThinkStation P8“ eingehend getestet. Dieser Computer ist mit einem AMD Threadripper Pro 7975WX-Prozessor und acht Samsung 990 PRO SSDs ausgestattet, die über die RAID-Karte „R7608A“ von HighPoint angeschlossen sind.
HighPoint RAID-Karte „R7608A“
Ausgestattet mit großen Kühlern zur Kühlung von SSD- und RAID-Controllern
Die installierte SSD ist 990 PRO 2TB x 8
Die Testergebnisse zeigten, dass die synchronisierte Verarbeitung innerhalb des Betriebssystems in einer ultraschnellen I/O-Umgebung mit Dutzenden von GB/s zu einem Engpäßhals wurde und nicht zum asynchronen Lesen und Schreiben der Daten selbst. Ein CPU-Kern ist vollständig besetzt, was es unmöglich macht, weitere asynchrone I/O-Operationen zu starten. Dies ermöglicht es, dass die Übertragungsgeschwindigkeit eines einzelnen CPU-Kerns in einer HighPoint RAID-Kartenumgebung nur etwa 28 GB/s erreicht, während die Geschwindigkeit in einer normalen Windows RAID 0-Umgebung (Band-Volume) geringer ist, nur etwa 13 GB/s.
Um dieses Problem zu beheben, hat Mr. Whitewater einen "Threadpool für die I/O-Verarbeitung" eingeführt, der es ermöglicht, mehrere asynchrone Lese- und Schreibbefehle gleichzeitig aus diesem Threadpool zu starten. Darüber hinaus implementiert er einen Mechanismus, der "unabhängig von der Reihenfolge des Befehls, sofort beginnt die nächste I/O-Operation, sobald ein bestimmter Thread die I/O-Verarbeitung beendet hat".
Schließlich wurde der Kernteil von FastCopy fast vollständig überschrieben, einschließlich Änderungen an der zugrundeliegenden Bibliothek. Obwohl die Änderungen erheblich waren, hat Mr. Whitewater die Geschwindigkeits-Engpässe in etwa gefunden und hat diese Version in etwa 35 Tagen Entwicklungszeit fertiggestellt.
Auf dem Testgerät wurden schließlich zwei Sätze von RAID-Karten getestet, um sicherzustellen, dass sowohl die Lese- als auch die Schreibgeschwindigkeit auf dem höchsten Niveau ist. Solange keine Hitzebeschleißung auftritt, kann die Dateikopiergeschwindigkeit sich der Lesegeschwindigkeit von 59 GB/s und der Schreibgeschwindigkeit von 53 GB/s der Benchmark-Software-Aufzeichnungen nähern, was fast die maximale Leistung des Geräts erreicht.
FastCopy-Upgrades ermöglichen das Kopieren von Dateien mit Geschwindigkeiten von über 50 GB/s. Die Zahl in den Klammern hinter 52.154 im Abschnitt TransRate (109.977) ist die Gesamtgeschwindigkeit des Lesens und Schreibens.
Überprüfen Sie im Windows Task Manager, ob die Datenübertragungsgeschwindigkeit über 55 GB/s liegt.
Die Verbesserungen von FastCopy ermöglichen eine Dateikopiergeschwindigkeit von über 50 GB/s. Auch im Task Manager kann eine Datenübertragungsgeschwindigkeit von über 55 GB/s angezeigt werden.
Mr. Whitewater sagte: "Ich habe bisher Geräte mit Geschwindigkeiten von nur etwa 20 GB/s verwendet, also war mir nicht bewusst, dass es so ein Problem mit der I/O-Verarbeitung mit hoher Geschwindigkeit geben würde." Aber wenn die Geschwindigkeit der Benutzergeräte steigt, wird dies früher oder später passieren. Dieser Versuch ist sehr sinnvoll, um das Potenzial der Geräte auszuschöpfen."
Geschwindigkeit: 90 bis 100 GB/s
Obwohl die Veröffentlichung von FastCopy v6.0.0 noch einige Zeit dauert, sind neue Geschwindigkeits-Engpässe entstanden. Selbst mit der Technologie in der aktuellen Testversion wird die Obergrenze der Übertragungsgeschwindigkeit erreicht.
Die nächste Geschwindigkeitsbarriere wird voraussichtlich bei rund 100 GB/s liegen, was auch die CPU- und Speicherleistung erheblich beeinflussen wird.
Einer der Gründe dafür ist die Beschränkung der Speicherbandbreite. Beim Kopieren von Dateidaten muss der Speicher gleichzeitig Lesen und Schreiben durchführen. Wenn Sie beispielsweise eine Übertragungsgeschwindigkeit von 70 bis 85 GB/s für ein Speichergerät erreichen möchten, muss die Speicherbandbreite doppelt so hoch sein wie 140 bis 170 GB/s. Obwohl eine solche Speicherbandbreite theoretisch über Ryzen Threadripper oder Xeon-Plattformen realisiert werden kann, ist es schwierig, diesen Wert in praktischen Messungen zu erreichen.
Auch wenn das Problem der Speicherbandbreite durch ein Hardware-Upgrade gelöst wurde, ist ein weiteres Problem, dass "die Threads, die für die Warteschlange verantwortlich sind, schwer parallelisiert werden können, und bei etwa 50 GB / s hat eine CPU-Kernablastung 50 bis 60% erreicht." Wenn 90 bis 100 GB/s erreicht werden, wird die CPU-Kernausbelastung zu 100% erreicht und die Geschwindigkeit nicht weiter erhöht werden können.
Mr. Whitewater sagte, er erwäge, die Obergrenze des Algorithmus-Teils durch Methoden wie die verteilte Verarbeitung zu überschreiten. Ein weiteres Problem entsteht jedoch: Wenn die Authentifizierungsfunktion während der Kopierung gleichzeitig aktiviert ist, wird die Verarbeitungszeit erheblich erhöht.
Der Hash-Algorithmus „xxHash“, den FastCopy verwendet, ist zwar bereits sehr schnell, aber bei der Verarbeitung großer Datenmengen liegt die Geschwindigkeitsgrenze bei etwa 14 GB/s. Daher hat er begonnen, den Teil der Hash-Berechnung in eine parallele Verarbeitung zu ändern.
Das Hinzufügen eines Validierungsprozesses kann die Zuverlässigkeit verbessern, aber der aktuelle Engpässe ist die Zeit, die benötigt wird, um den Hash zu berechnen.
"Wir haben bestätigt, dass eine Geschwindigkeit von etwa 130 GB/s durch die parallele Berechnung des Hashbaums erreicht werden kann. Wenn jedoch sowohl die Datenverarbeitung als auch die Hashberechnung von Kopiequellen und Zielen mit einer Geschwindigkeit von 50 GB/s durchgeführt werden, werden insgesamt 200 GB/s Speicherbandbreite benötigt. Die Hardware-Schwelle, die diese Anforderung erfüllt, wird sehr hoch sein. sagte Herr Weißwasser.
Die aktuelle DDR5-6400-Speicherbandbreite liegt nur etwas über 50 GB/s (bei einem Kanal), und selbst die Testmaschine ThinkStation P8 mit acht DDR5-4800-Speicherplätzen hat tatsächlich nur 190 GB/s gemessen. Daraus ergibt sich, dass selbst einfache Dateilese- und Schreibvorgänge, wenn sie "alles tun" wollen, für gewöhnliche Verbraucherhardware eine sehr "schwierige" Aufgabe sind.
Vorteile von FastCopy gegenüber normalen Speichergeräten
Während wir über eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit von Dutzenden oder sogar Hunderten von GB / s sprechen, ist die Replikationsgeschwindigkeit des Explorer in der Tat ein Engpässt geworden, selbst für Hardware, auf die ein durchschnittlicher Benutzer zugreifen kann.
Ein High-End-Desktop-Computer, der mit ASUS ProArt-Komponenten erstellt wurde, die am Tag des Interviews vorbereitet wurden (CPU: Core Ultra 7 265K/Motherboard: ASUS ProArt Z890-CREATOR WIFI).
Die eingebaute SSD des PC ist der Samsung 9100 PRO.
Wir haben ein Thunderbolt 5-Gehäuse vorbereitet und die Geschwindigkeit gemessen.
Gehäuse mit 990 PRO
Am Tag des Interviews wurde ein High-End-Desktop-Computer (CPU: Core Ultra 7 265K / Motherboard: ASUS ProArt Z890-CREATOR WIFI) getestet, der mit ASUS ProArt-Komponenten montiert wurde. Die eingebaute SSD des Computers ist die Samsung 9100 PRO und die externe SSD, die über Thunderbolt 5 verbunden ist, ist die 990 PRO.
Bei den Tests sollte die Dateiübertragungsgeschwindigkeit zwischen den beiden Speichergeräten theoretisch 80 Gbit/s (etwa 10 GB/s) betragen, aber die tatsächliche Geschwindigkeit kann nicht einmal 2 GB/s erreichen, wenn der Explorer zur Übertragung verwendet wird.
Bei Übertragungen mit FastCopy können jedoch Geschwindigkeiten von mehr als 6 GB/s erreicht werden und die Verarbeitungszeit beträgt nur ein Drittel des Explorer. Dieser Effizienzunterschied ist offensichtlich. Besonders bei großen Datenübertragungen oder regelmäßigen Backups ist der Vorteil von FastCopy offensichtlich und lohnt sich den aktiven Einsatz.
Der Benchmark überschritt 6 GB/s.
Beim Kopieren von Daten mit dem Ressourcenmanager ist die Realisierungsgeschwindigkeit weniger als 2 GB/s.
Mit FastCopy konnte ich mit einer Geschwindigkeit von mehr als 6 GB/s kopieren, die der Grundgeschwindigkeit nahe lag.
Ich habe im Windows Task Manager bestätigt, dass die Geschwindigkeit 6 GB/s überschritten hat.
Auch im Aufgabenmanager können Sie sehen, dass die Datenübertragungsgeschwindigkeit mit FastCopy tatsächlich über 6 GB/s liegt.
Obwohl die Replikationsfunktion des Explorer seit dem Zeitalter von Windows XP verbessert wurde, ist die Optimierung für Hochgeschwindigkeitsgeräte nach den tatsächlichen Testergebnissen immer noch weit davon entfernt. Mr. Whitewater sagte, er sei bereit, Microsoft technischen Support für FastCopy zu bieten, wenn er zur Verbesserung beitragen könnte. Die zukünftige Entwicklung von FastCopy ist erwartungswert.
Erleben Sie die hohe Geschwindigkeit von FastCopy
Am Samstag, den 12. April 2025 und am Sonntag, den 13. April 2025, wird der ITG-Marketing-Stand auf der Veranstaltung "ASK★FES 2025" von Akihabara UDX die Hochgeschwindigkeits-Dateiübertragungs-Demonstrationsmaschine von FastCopy präsentieren.
Veröffentlicht am 2025-04-29
广东
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