Обзор и тестирование твердотельного накопителя Patriot Hellfire M.2

Автор: Gavric
Дата: 21.11.2016
Все фото статьи
Введение

В том, что будущее – за твердотельными накопителями с интерфейсом PCI Express, нет никаких сомнений. Такие модели SSD существенно превосходят своих SATA-собратьев по производительности. Сейчас в накопители активно внедряется интерфейс PCI Express 3.0 x4, и он позволяет получить пропускную способность до 3,9 Гбайт/с, в то время как максимальная скорость SATA-интерфейса ограничена величиной в 600 Мбайт/с. Улучшение быстродействия сулит и использование протокола NVMe, который накладывается на транспорт PCI Express. Этот протокол учитывает параллельную сущность и быструю отзывчивость твердотельных накопителей, позволяет единовременно работать с несколькими очередями команд и предлагает простой набор инструкций, минимизирующий накладные расходы. В итоге, современные PCIe SSD получают солидный выигрыш не только в пропускной способности, но и в латентности.

Однако массовому внедрению прогрессивных накопителей нового поколения препятствует их высокая цена. Сегодня модели NVMe SSD стоят где-то в полтора-два раза дороже привычных SATA-моделей, что заметно ограничивает скорость их массового внедрения. Причём такая ситуация с ценой складывается отнюдь не из-за их более высокой себестоимости. С этой точки зрения накопители с интерфейсом PCI Express совершенно аналогичны привычным SATA SSD, поскольку используют точно такой же набор компонентов, отличаясь лишь в части контроллеров. А цены взвинчиваются производителями просто потому, что NVMe SSD заметно быстрее, что позволяет искусственно преподносить их как продукты премиального уровня.

К счастью проблема завышенных цен должна в скором времени разрешиться. Дело в том, что в сегменте NVMe SSD назревает не менее ожесточённая конкуренция, чем наблюдается сейчас в сфере SATA-накопителей, стоимость которых за последние год-два снизились в несколько раз. До недавних пор предлагать свои модели накопителей для шины PCI Express могли лишь отдельные производители, которые обладают сравнительно мощными инженерными командами, способными спроектировать такие продукты полностью самостоятельно. Поэтому доступный ассортимент потребительских NVMe SSD ограничивался лишь несколькими моделями авторства Samsung, Intel, Toshiba и Plextor. Теперь же ситуация в корне меняется. Независимые тайваньские разработчики контроллеров – Phison и Silicon Motion – начали предлагать всем желающим готовые к внедрению NVMe-платформы, включающие контроллер, дизайн платы накопителя и микропрограмму. Это открывает дверь для выхода на рынок накопителей с высокоскоростным интерфейсом PCI Express для многочисленных небольших производителей. Именно распространение таких решений и должно дать мощный толчок для коренной перестройки всего рынка дисковых накопителей: постепенного забвения SATA SSD и популяризации продуктов с интерфейсом NVMe.

Первые отголоски предстоящего тектонического сдвига слышны уже сегодня. Лидеры индустрии стали открыто говорить о предстоящем бурном росте продаж накопителей с интерфейсом PCI Express, а некоторые из них даже делают смелые прогнозы о том, что к концу следующего года такие накопители превзойдут по продажам привычные SATA SSD. Насколько верны такие предсказания, мы узнаем позднее, но что можно увидеть своими глазами уже сейчас, так это появление плеяды недорогих NVMe SSD, цены на которые начинают приближаться к приемлемому для массового покупателя уровня. Такие накопители появляются как у лидеров рынка (например, Intel SSD 600p или Samsung 960 EVO), так и у производителей из второго эшелона, которые как раз и делают ставку на сотрудничество с независимыми разработчиками контроллеров.

В этом обзоре речь пойдёт о продукте второго типа – накопителе, основанном на общедоступной платформе независимого разработчика. Мы посмотрим на новый NVMe SSD компании Patriot Memory. Эта фирма известна долгим и плодотворным сотрудничеством с Phison: она традиционно использует его контроллеры во всей линейке своих SSD и пользуется у этого разработчика определёнными преференциями. Именно благодаря им Patriot смогла начать продажи PCI Express накопителя на базе платформы Phison одной из первых. И сегодня мы имеем возможность узнать, насколько удачным получился такой продукт, и каковы шансы того, что основанные на платформе Phison NVMe-накопители смогут принять активное участие в предстоящем перекраивании рынка потребительских SSD.
Подробнее о Patriot Hellfire M.2

Patriot Hellfire M.2 – это как раз и есть та самая NVMe-новинка, которая претендует на то, чтобы стать знаковым накопителем, способным поменять отношение потребителей к высокопроизводительным NVMe SSD. Пока Hellfire M.2 не предлагает стоимость на уровне SATA SSD, однако он и не так дорог, как флагманские накопители Samsung. Компания Patriot выбрала промежуточный подход: по сравнению с конкурирующими NVMe-накопителями Hellfire M.2 должен предложить более выгодное сочетание цены и производительности, выступая золотой серединой между флагманскими решениями вроде Samsung 950 PRO и совсем дешёвыми NVMe SSD на платформе Silicon Motion вроде Intel SSD 600p. Попадание в этот промежуток как раз и обеспечивается новым контроллером Phison PS5007-E7.


Изначально контроллер Phison PS5007-E7 объявился в вышедшем в середине года накопителе Zotac Sonix. Однако компания Zotac воплотила лишь предварительный дизайн платформы Phison, предполагающий размещение этого контроллера на плате расширения для слота PCI Express. С тех пор же платформа претерпела серьёзные изменения как в части электронной конструкции, так и в части микропрограммы. Поэтому Patriot Hellfire M.2 совсем не похож на вариант Zotac. Теперь мы имеем дело с более компактной M.2-платой формата 2280. Именно такой форм-фактор можно считать типовым и наиболее удобным исполнением для накопителей с NVMe-интерфейсом. Он получил однозначное одобрение у индустрии, и сегодня слоты M.2 можно обнаружить в любых современных платформах.

Контроллер Phison PS5007-E7 основывается на четырёхъядерном процессоре и использует восемь каналов для работы с флеш-памятью. Иными словами, формально он выглядит вполне современно и может обеспечивать неплохую производительность. Для того, чтобы выжать из этого базиса максимум, Patriot укомплектовала свой накопитель быстрой планарной MLC-памятью компании Toshiba, которая выпускается в настоящее время по 15-нм техпроцессу. В результате, получился один из самых лучших вариантов конфигурации, который способен выжимать скорости вплоть до 3 Гбайт/с.

Надо сказать, что в деле получения лидирующего уровня производительности немалую роль сыграли и программные оптимизации. Дело в том, что в Patriot Hellfire M.2 реализована технология SLC-кеширования, которая в данном случае органично вписана в накопитель с массивом флеш-памяти на основе двухбитовых ячеек. Размер кеша в данном случае составляет 8 Гбайт на каждые 240 Гбайт ёмкости накопителя, и он позволяет получать предельно высокие скорости при записях не слишком больших объёмов данных.

В результате, характеристики Patriot Hellfire M.2 выглядят очень неплохо. По заявленным скоростям последовательных операций этот накопитель подтягивается к флагманам, а опасение вызывает лишь невысокая скорость случайного чтения.


Пока Patriot Hellfire M.2 существует в двух версиях – с объёмами 240 и 480 Гбайт. В перспективе ожидается и третья модификация с объёмом 960 Гбайт, но конкретные сроки её появления на рынке пока не объявлены. Для тестов нам удалось получить старший из имеющихся вариантов.


Patriot Hellfire M.2 480 Гбайт представляет собой типичную M.2-плату с размерами 22x80 мм, выполненную на традиционном для платформ Phison синем текстолите. Плата этого накопителя двухсторонняя: два чипа MLC NAND смонтированы на лицевой поверхности M.2-карты, а два – на оборотной. Они имеют маркировку Toshiba TH58TFT0DFLBA8H, расшифровка позволяет установить, что внутри каждой микросхемы скрывается по восемь 128-гигабитных планарных кристаллов MLC NAND. Помимо флеш-памяти на плате Patriot Hellfire M.2 480 Гбайт можно заметить 512-мегабайтную микросхему DDR3L SDRAM производства Nanya и сам контроллер Phison PS5007-E7, который выделяется своим непривычным FCBGA-исполнением.


Никаких специальных методов теплоотвода в Patriot Hellfire M.2 не предусмотрено. В штатном исполнении все чипы на накопителе открыты. Поэтому вопрос охлаждения ложится на пользователя. Впрочем, контроллер Phison PS5007-E7 производится по 28-нм технологии и нагревается во время работы не слишком сильно. В любом случае простого обдува в корпусе для беспроблемной работы накопителя будет достаточно.

Стоит заметить, что кратная 240 Гбайт линейка объёмов обычно характерна для накопителей на базе TLC-памяти. Но в случае с Patriot Hellfire M.2 речь идёт именно об MLC SSD. Спрятанные здесь от пользователя 13 процентов ёмкости массива флеш-памяти делятся на две части. Половина конвертирована в SLC-кеш, а вторая половина решает традиционные задачи: служит подменным фондом и используется для сборки мусора и выравнивания износа. Сравнительно большая резервная область нужна потому, что контроллер Phison PS5007-E7 не имеет поддержки передовых методов коррекции ошибок, а опирается на устаревший алгоритм BCH ECC.

Условиями гарантийного обслуживания Patriot Hellfire M.2 не выделяется. Его срок составляет всего три года, и для NVMe SSD это совсем нехарактерно. Но в данном случае это связано с позиционированием: компания Patriot выбирает для своего продукта вполне определенную нишу.

Что же касается цены Patriot Hellfire M.2, то тут пока что трудно сказать что-то определённое. В первую очередь это связано с ограниченной доступностью новинки в России настоящее время. Но мы ожидаем, что в конечном итоге Hellfire M.2 сможет выступать против дорогих моделей SATA SSD и станет их более производительной альтернативой.
Методика тестирования

Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 10 Enterprise x64 Build 10586, корректно распознающей и обслуживающей современные твердотельные накопители. Это значит, что в процессе прохождения тестов, как и при обычном повседневном использовании SSD, команда TRIM поддерживается и активно задействуется. Измерение производительности выполняется с накопителями, находящимися в «использованном» состоянии, которое достигается их предварительным заполнением данными. Перед каждым тестом накопители очищаются и обслуживаются с помощью команды TRIM. Между отдельными тестами выдерживается 15-минутная пауза, отведённая для корректной отработки технологии сборки мусора. Во всех тестах используются рандомизированные несжимаемые данные.

Размер раздела, в пределах которого тестируется скорость операций, имеет размер 32 Гбайт, а продолжительность каждого теста составляет сорок секунд. Такие параметры, в частности, позволят получать более релевантные результаты для тех SSD, которые используют различные технологии SLC-кеширования.

Используемые приложения и тесты:

Iometer 1.1.0

Измерение скорости последовательного чтения и записи данных блоками по 128 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Тестирование проводится при различной глубине очереди запросов, что позволяет оценивать как реалистичные, так и пиковые параметры быстродействия.
Измерение скорости случайного чтения и записи блоками размером 4 Кбайт (такой размер блока используется в подавляющем большинстве реальных операций). Тест проводится дважды — без очереди запросов и с очередью запросов глубиной 4 команды (типичной для десктопных приложений, активно работающих с разветвлённой файловой системой). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей.
Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов (в пределах от одной до 32 команд). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей.
Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с блоками разного размера. Используются блоки объёмом от 512 байт до 256 Кбайт. Глубина очереди запросов в течение теста составляет 4 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей.
Измерение производительности при смешанной многопоточной нагрузке и установление её зависимости от соотношения между операциями чтения и записи. Тест проводится дважды: для последовательных операция чтения и записи блоками объёмом 128 Кбайт, выполняемых в два независимых потока и для случайных операций с блоками объёмом 4 Кбайт, которые выполняются в четыре независимых потока. В обоих случаях соотношение между операциями чтения и записи варьируется с шагом 20 процентов.
Исследование падения производительности SSD при обработке непрерывного потока операций случайной записи. Используются блоки размером 4 Кбайт и глубина очереди 32 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Продолжительность теста составляет два часа, измерения моментальной скорости проводятся ежесекундно. По окончании теста дополнительно проверяется способность накопителя восстанавливать свою производительность до первоначальных величин за счёт работы технологии сборки мусора и после отработки команды TRIM.

CrystalDiskMark 5.1.2

Синтетический тест, выдающий типовые показатели производительности твердотельных накопителей, измеренные на 1-гигабайтной области диска «поверх» файловой системы. Из всего набора параметров, которые можно оценить с помощью этой утилиты, мы обращаем внимание на скорость последовательного чтения и записи, а также на производительность произвольных чтения и записи 4-килобайтными блоками без очереди запросов и с очередью глубиной 32 команды.

PCMark 8 Storage Benchmark 2.0

Тест, основанный на эмулировании реальной дисковой нагрузки, которая характерна для различных популярных приложений. На тестируемом накопителе создаётся единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объём, и в PCMark 8 проводится тест Secondary Storage 2.0. В качестве результатов теста учитывается как итоговая производительность, так и скорость выполнения отдельных тестовых трасс, сформированных различными приложениями.
Тестовый стенд и участники тестирования

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Maximus VIII Ranger, процессором Core i5-6600K со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 530 и 8 Гбайт DDR4-2133 SDRAM.

Поскольку Patriot Hellfire M.2 – это типичный потребительский NVMe-накопитель, для сравнения с ним мы собрали компанию из других SSD с таким же интерфейсом. На сегодняшний день их выпущено уже немало, но пока нам удаётся тестировать вместе все имеющиеся в продаже модели. Кроме того, для более наглядного сравнения в тесты был включён и быстродействующий SATA SSD в лице Samsung 850 PRO. Все сравниваемые накопители были подобраны близкой ёмкости – 480-512 Гбайт, и лишь в одном случае (Intel SSD 750) нам пришлось взять для сравнения чуть более маленький объём в 400 Гбайт.

В итоге, получился следующий перечень соперников:

Intel SSD 600p 512 Гбайт (SSDPEKKW512G7, прошивка PSF100C);
Intel SSD 750 400 Гбайт (SSDPEDMW400G4, прошивка 8EV10174);
Patriot Hellfire M.2 480 Гбайт (PH480GPM280SSDR, прошивка E7FM02.1);
Plextor M8Pe 512 Гбайт (PX-512M8PeG, прошивка 1.01);
Samsung 850 PRO 512 Гбайт (MZ-7KE512, прошивка EXM01B6Q);
Samsung 950 PRO 512 Гбайт (MZ-V5P512, прошивка 1B0QBXX7);
Toshiba OCZ RD400 512 Гбайт (RVD400-M22280-512G-A, прошивка 57CZ4102).

Используемые версии NVMe-драйверов:

Intel Windows NVMe driver 1.7.0.1002;
Microsoft Windows NVMe Driver 10.0.10586.0;
OCZ NVMe Driver 1.2.126.843;
Plextor NVMe Driver 1.4.0.0;
Samsung NVM Express Driver 1.1.
Производительность


Последовательные операции чтения и записи


При последовательном чтении реальная скорость Patriot Hellfire M.2 очень далека от обещанных в спецификациях значений. Поэтому при таких операциях новинка на базе контроллера Phison PS5007-E7 проигрывает NVMe-флагманам. Однако это не мешает ей обходить бюджетный PCI Express накопитель компании Intel.


Последовательная запись позволяет Patriot Hellfire M.2 неплохо раскрыть свой потенциал: скорость на уровне 1,2 Гбайт/с – это достойный результат для NVMe-накопителя. Но не стоит забывать о том, что у Hellfire M.2 есть технология SLC-кеширования. И при записи небольших объёмов данных производительность может быть выше. Проиллюстрировать этот факт можно графиком скорости непрерывной линейной записи из теста AIDA64.


Однако как показывает график, разница в скорости при записи в SLC-кеш и напрямую в MLC-память не слишком велика. Это значит, что кеширование важно для производительности скорее в 240-гигабайтной версии накопителя. А в накопителе ёмкостью 480 Гбайт степень параллелизма массива флеш-памяти гарантирует высокое быстродействие и без всякого кеша. Впрочем, не стоит забывать о том, что за счёт SLC-кеша решается и другая задача – снижение коэффициента усиления записи при мелкоблочной нагрузке. И похоже, что в Patriot Hellfire M.2 кеш введён не столько для улучшения производительности, сколько для продления ресурса.

Получить же обещанные в спецификациях скорости последовательных операций можно другим путём. Производительность Patriot Hellfire M.2 серьёзно масштабируется при росте глубины очереди запросов.




При глубокой очереди запросов скорость чтения у Patriot Hellfire M.2 вырастает как минимум втрое. Очередь в 16 команд доводит её до 2,5 Гбайт/с, а это – результат, достойный SSD очень высокого уровня. Жаль только, что при реальной десктопной нагрузке таких длинных очередей не встречается.

Случайные операции чтения




По паспортным характеристикам операции случайного чтения – достаточно слабое место Patriot Hellfire M.2. Но на практике всё оказывается не так уж и плохо. При такой нагрузке Hellfire M.2 опережает не только производительный SATA SSD, но и NVMe-накопитель Intel 600p. Фактически, здесь предложение Patriot занимает промежуточное положение между флагманами лидеров рынка и NVMe-решениями начального уровня.

Несмотря на то, что операции с глубокой очередью запросов для персональных компьютеров не характерны, мы всё же посмотрим, как зависит производительность рассматриваемого SSD от глубины очереди запросов при чтении 4-килобайтных блоков.


И даже более того, уровень производительности Patriot Hellfire M.2 совсем недалек от быстродействующих решений вроде Toshiba OCZ RD400 и Plextor M8Pe.

В дополнение к этому предлагаем посмотреть, как зависит скорость случайного чтения от размера блока данных:


При работе с блоками крупного размера Patriot Hellfire M.2 удивительным образом удаётся затесаться в число наиболее быстродействующих NVMe-накопителей. Фактически, более высокую скорость при такой нагрузке может предложить лишь флагманский Samsung 950 PRO.

Случайные операции записи




Простая случайная запись без очереди запросов обслуживается контроллером Phison PS5007-E7 не слишком эффективно, и при такой нагрузке он оказывается медленнее большинства конкурентов. Зато ситуация в корне меняется при появлении хотя бы небольшой очереди команд. Здесь показатели производительности Patriot Hellfire M.2 подтягиваются к лидерам, причём его превосходство над Plextor M8Pe, Samsung 950 PRO и Intel SSD 600p малозаметным назвать невозможно.

Ещё лучше происходящие с увеличением глубины очереди запросов изменения видны на следующем графике, где показана зависимость скорости произвольной записи 4-килобайтными блоками от длины очереди команд.


Хорошо видно, что не в группе лидеров Patriot Hellfire M.2 находится лишь при глубине очереди в одну или две команды. При конвейеризуемой же нагрузке многоядерный контроллер этого накопителя хорошо раскрывает заложенный в нём потенциал и выдаёт скорость на уровне Toshiba OCZ RD400.

Следующий график отражает зависимость производительности при случайной записи от размера блока данных.


Однако при измерении скорости записи Patriot Hellfire M.2 с блоками разного размера выявляется весьма оригинальная оптимизация этого накопителя. В частности, он хорошо работает с блоками объёмом по 64 Кбайт, а вот обслуживание блоков более крупного размера вызывает какие-то проблемы.

Смешанная нагрузка

По мере удешевления твердотельные накопители перестают использоваться в качестве исключительно системных и становятся обычными рабочими дисками. В таких ситуациях на SSD поступает не только рафинированная нагрузка в виде записи или чтения, но и смешанные запросы, когда операции чтения и записи инициируются разными приложениями и должны обрабатываться одновременно. Однако работа в дуплексном режиме для современных контроллеров SSD остаётся существенной проблемой. При смешивании операций чтения и записи в одной очереди скорость большинства твердотельных накопителей потребительского уровня заметно проседает. Это стало поводом для проведения отдельного исследования, в рамках которого мы проверяем, как работают SSD при необходимости обработки как последовательных, так и случайных операций, поступающих вперемежку. На следующей паре диаграмм мы приводим среднюю производительность, которая посчитана по данным шести измерений с разным соотношением количества операций чтения и записи.




При смешанной нагрузке Patriot Hellfire M.2 проявляет себя как и должен – добротным NVMe-решением среднего уровня. Хотя при последовательной нагрузке этот накопитель и отстаёт от флагманов, случайная смешанная нагрузка, которая в реальной жизни возникает при запуске с SSD операционной системы и приложений, выводит Patriot Hellfire M.2 в число лидеров.

Следующая пара графиков даёт более развёрнутую картину производительности при смешанной нагрузке, показывая зависимость скорости SSD от того, в каком соотношении приходят на него операции чтения и записи.




Графики наглядно показывают, что сила Patriot Hellfire M.2 проявляется при значительной доле записей во входящем потоке. К сожалению, смешанные операции с преобладанием чтений этому накопителю даются не столь хорошо. И в таком случае он обходит по производительности лишь участвующий в тесте SATA-накопитель и оба SSD компании Intel.

Результаты в CrystalDiskMark

CrystalDiskMark — это популярное и простое тестовое приложение, работающее «поверх» файловой системы, которое позволяет получать результаты, легко повторяемые обычными пользователями. Полученные в нём показатели производительности должны дополнить подробные графики, построенные нами на основании тестов в IOMeter. Принципиальное отличие CrystalDiskMark заключается в том, что при измерении производительности он оперирует сравнительно небольшим тестовым файлом, в результате чего выдаваемые им результаты можно отнести лишь к категории оценочных.








Приведённые четыре диаграммы представляют лишь теоретическую ценность. Глубины очереди в 32 команды в персональных компьютерах никогда не бывает, но в специальных тестах она позволяет получить максимальные показатели производительности. Кроме того, скорости чтения и записи при такой глубине очереди запросов приближаются к числам, которые были указаны в спецификациях, поэтому тут можно на практике проверить их корректность. Стоит заметить, что на всех четырёх диаграммах, которые приведены выше, Patriot Hellfire M.2 занимает очень завидные позиции, а по скорости последовательного чтения он вообще попадает на первое место.








А вот эти четыре диаграммы представляют уже практический интерес – на них отображена производительность при нагрузке, которая распространена в реальной жизни. И в целом, картина очень похожа на то, что мы уже видели при тестировании в IOMeter. Особенно силён Patriot Hellfire M.2 при последовательной записи, где благодаря технологии SLC-кеширования ему удаётся конкурировать с накопителями высокого уровня. В то же время при чтении и при случайной записи Patriot Hellfire M.2 показывает результаты несколько хуже.

PCMark 8 2.0, реальные сценарии использования

Тестовый пакет Futuremark PCMark 8 2.0 интересен тем, что он имеет не синтетическую природу, а напротив — основывается на том, как работают реальные приложения. В процессе его прохождения воспроизводятся настоящие сценарии-трассы задействования диска в распространённых десктопных задачах, и замеряется скорость их выполнения. Текущая версия этого теста моделирует нагрузку, которая взята из реальных игровых приложений Battlefield 3 и World of Warcraft и программных пакетов компаний Abobe и Microsoft: After Effects, Illustrator, InDesign, Photoshop, Excel, PowerPoint и Word. Итоговый результат исчисляется в виде усреднённой скорости, которую показывают накопители при прохождении тестовых трасс. Обратите внимание: мы перешли на обновлённую версию дискового бенчмарка, появившуюся в начале 2016 года, результаты которой не сравнимы с прошлой версией.


Интегральный показатель PCMark 8 оценивает производительность Patriot Hellfire M.2 на средне. С одной стороны, этот накопитель на платформе Phison проигрывает решениям Samsung, Toshiba и Plextor. С другой же – он не только явно быстрее, чем NVMe-накопители Intel, но и почти в два раза превосходит по быстродействию один из лучших SATA SSD.

Интегральный результат PCMark 8 нужно дополнить и показателями производительности, выдаваемыми флеш-дисками при прохождении отдельных тестовых трасс, которые моделируют различные варианты реальной нагрузки. Дело в том, что при разной нагрузке флеш-приводы зачастую ведут себя немного по-разному.




















Никаких сюрпризов в отдельных сценариях, взятых их приложений, Patriot Hellfire M.2 не преподносит.
Работа TRIM и фоновой сборки мусора

Испытывая различные твердотельные накопители, мы всегда проверяем то, как они отрабатывают команду TRIM и способны ли они собирать мусор и восстанавливать свою производительность без поддержки со стороны операционной системы, то есть в такой ситуации, когда команда TRIM не передаётся. Такое тестирование было проведено и в этот раз. Схема этого испытания стандартна: после создания длительной непрерывной нагрузки на запись данных, которая приводит к деградации скорости записи, мы отключаем поддержку TRIM и выжидаем 15 минут, в течение которых SSD может попытаться самостоятельно восстановиться за счёт собственного алгоритма сборки мусора, но без помощи со стороны операционной системы, и замеряем скорость. Затем на накопитель принудительно подаётся команда TRIM — и после небольшой паузы скорость измеряется ещё раз.

Результаты такого тестирования приведены в следующей таблице, где для протестированной модели указано, реагирует ли она на TRIM очисткой неиспользуемой части флеш-памяти и может ли она заготавливать чистые страницы флеш-памяти под будущие операции, если команда TRIM на неё не подаётся. Для накопителей, которые оказались способны осуществлять сборку мусора и без команды TRIM, мы также указываем тот объём флеш-памяти, который был самостоятельно освобождён контроллером SSD под будущие операции. Для случая эксплуатации накопителя в среде без поддержки TRIM это — как раз тот объём данных, который можно будет сохранить на накопитель с высокой первоначальной скоростью после простоя.


TRIM у Patriot Hellfire M.2 работает, а автономная сборка мусора – нет. И это – вполне обычное положение дел для NVMe SSD. Их разработчики по какой-то причине постепенно отказываются от реализации полностью автономной сборки мусора, делая упор на обслуживание команд операционной системы TRIM. В результате, из всех имеющихся NVMe-накопителей упреждающе готовить страницы под будущие операции записи без участия операционной системы могут лишь Toshiba OCZ RD400 и Intel SSD 750.
Перегрев и троттлинг

Скоростные M.2 накопители сильно греются под нагрузкой. Этим никого уже не удивишь, ведь их контроллеры по сравнению с SATA-предшественниками стали гораздо мощнее. Например, в основе используемого в Patriot Hellfire M.2 контроллера Phison PS5007-E7 лежит четырёхъядерный процессор. С теплоотводом же всё достаточно сложно: большинство производителей не снабжают свои SSD никакими системами охлаждения, перекладывая эту нагрузку на пользователей. Ничем не лучше прочих продуктов и Patriot Hellfire M.2. Это совершенно голая M.2-плата, которая при интенсивной нагрузке может перегреваться.

В подтверждение приведём скриншот теста линейной записи AIDA64, проведённого на открытом стенде без дополнительного обдува накопителя потоком воздуха.


Как видите, достаточно быстро производительность Patriot Hellfire M.2 снижается до значений порядка 500 Мбайт/с – и это результат работы температурного троттлинга, который сбавляет частоты базового процессора при его разогреве. Нормальные показатели производительности видны только на начальной части графика – перегрев контроллера происходит буквально в течение первой минуты непрерывной нагрузки. Иными словами, для того, чтобы получить от Hellfire M.2 максимальную производительность, его нужно дополнительно охлаждать.
Выводы

Сейчас на рынке твердотельных накопителей – начало переходного периода от SATA к PCI Express. Как ожидается, в самое ближайшее время интерес потребителей начнёт активно смещаться в сторону SSD с интерфейсом NVMe – более быстрых и более компактных по сравнению с привычными SATA-моделями. Поэтому производители начинают потихоньку готовиться к тому, что рынок NVMe приобретёт сложную многоуровневую структуру. До сих пор практически любой SSD с таким интерфейсом позиционировался как флагман, но массовым спросом пользуются не быстрые и дорогие модели, а те, которые предлагают выгодное сочетание цены и производительности. Поэтому создание NVMe-накопителей, которые смогут предложить неплохую скорость по цене, близкой к стоимости SATA SSD, – хорошая возможность для производителей оказаться на гребне волны и серьёзно нарастить продажи уже в ближайшей перспективе.

Попытки выступить в зарождающемся сегменте недорогих NVMe SSD видны с разных сторон. Так, Intel выпустила очень дешёвый SSD 600p, а Samsung готовит 960 EVO. Однако учитывая, что пользователи ожидают от нового поколения накопителей роста производительности без потерь в части остальных потребительских характеристик, шансы добиться успеха есть в первую очередь у тех производителей, которые смогут предложить недорогие NVMe-решения, оснащённые MLC-памятью. И фору здесь получают фирмы, сотрудничающие с независимыми разработчиками контроллеров. C одной стороны им не нужно тратиться на инженерные изыскания, а с другой – они имеют возможность гибко выбирать поставщиков памяти, исходя из рыночной конъюнктуры.

Получается, что Patriot Hellfire M.2, как типовой накопитель на базе контроллера Phison PS5007-E7 и планарной MLC NAND, имеет хорошую стартовую позицию. Действительно, для того, чтобы заинтересовать массового покупателя скорость у него вполне приличная, и серьёзное преимущество Hellfire M.2 по сравнению с лучшими SATA SSD сомнению подвергнуть невозможно. Конечно, на фоне дорогих моделей NVMe SSD у рассмотренной новинки можно найти определённые изъяны в производительности, и особенно они проявляются при мелкоблочной нагрузке, но в общеупотребительных приложениях Hellfire M.2 явно быстрее накопителей прошлого поколения.

Дополнительно подогревает интерес к Patriot Hellfire M.2 и тот факт, что согласно полученной нами предварительной информации, розничная цена у рассмотренного накопителя будет весьма невысокой. Настолько, что Hellfire M.2 имеет все шансы стать одним из самых доступных вариантов среди быстродействующих NVMe SSD. Поэтому некоторые недостатки в профиле быстродействия этой новинке вполне можно простить, ведь это – отнюдь не премиальный продукт для энтузиастов, а модель, имеющая вполне обоснованные претензии на звание массового решения.