Обзор твердотельного накопителя Intel SSD 520 240 Гбайт

Введение

Обновления в линейке твердотельных накопителей Intel для энтузиастов мы ждали уже очень давно. Семейство годичной давности, Intel SSD 510, хоть и поддерживает интерфейс SATA 6 Гбит/сек, по современным меркам скорее следует отнести к числу решений, уже отживших свой век. Основываясь на контроллере Marvell 88SS9174, накопители Intel SSD 510 серьёзно отстают от конкурирующих моделей по скорости работы, не имеют ёмких модификаций и к тому же используют MLC NAND флэш, выпущенный по 34-нм технологии прошлого поколения.

Тем не менее, к SSD компании Intel существует огромный и неослабевающий интерес. Он подпитывается не столько узнаваемостью бренда, сколько доказанной на практике высокой надёжностью продукции. Согласно данным независимых исследований, процент брака среди SSD с логотипом Intel в несколько раз ниже, чем у других производителей. Учитывая это, до недавнего времени покупатели были вынуждены выбирать между надёжностью и быстродействием.

Выпуск же современной линейки интеловских SSD, обладающей производительностью на уровне лучших решений конкурентов откладывался и откладывался. Кодовое имя этих твердотельных накопителей, Cherryville, звучало на устах энтузиастов с осени прошлого года. Но реальный анонс, давший старт продажам новой серии SSD, случился лишь две недели назад. Долгожданные накопители получили наименование Intel SSD 520, а в их основу лёг контроллер SF-2281, произведённая консорциумом IMFT 25-нм MLC флэш-память и эксклюзивная прошивка, делающая интеловский продукт не одним из многочисленных SandForce-накопителей, а уникальным и самобытным решением.

Конечно, встреча с контроллером SandForce в составе SSD компании Intel весьма неожиданна для неподготовленного читателя. Ведь, выходя на рынок твердотельных накопителей, Intel начинал с полностью самостоятельной разработки всей начинки SSD. Однако с появлением у альтернативных разработчиков качественных и быстродействующих контроллеров, стратегия была скорректирована, и Intel стала допускать применение сторонних компонентов. Выбор же именно на SandForce пал по вполне понятным причинам. Этот амбициозный калифорнийский стартап (теперь уже являющийся частью корпорации LSI) сумел создать такой пакет технологий и их воплощение в железе, соперничать с которым по производительности в данный момент очень тяжело. SSD с SATA 6 Гбит/сек интерфейсом, использующие быструю флэш-память и базирующиеся на контроллерах SandForce второго поколения, занимают первые места в любых тестированиях. Так что, желая укрепить своё положение на рынке производительных твердотельных накопителей, Intel была попросту вынуждена сделать ставку на платформу SandForce.

Причём, как выясняется, ставка эта была сделана уже очень давно. Совместная работа над созданием SSD у Intel и SandForce ведётся уже полтора года, но результаты этого сотрудничества мы увидели только сейчас, после нескольких переносов сроков анонса Intel SSD 520. Причина задержек кроется в набивших оскомину проблемах дисков с контроллерами SF-2281, вызывавших крах операционной системы из-за багов в прошивке. Intel не хотела подвергать свою репутацию производителя высоконадёжных решений какому-либо сомнению, поэтому дожидалась полной локализации и устранения ошибки. Более того, как бы подтверждая свою уверенность в превосходном качестве Intel SSD 520, производитель даже установил на него пятилетнюю гарантию, а это на два года больше, чем дают на SandForce-накопители все остальные фирмы.

Теперь же, когда все неприятности остались в прошлом, мы имеем возможность познакомится с плодом сотрудничества Intel и SandForce: твердотельным накопителем Intel SSD 520 на базе широко распространённого контроллера SF-2281, но с эксклюзивной прошивкой.

Серия Intel SSD 520 в подробностях

Что бы там не говорила Intel об уникальности своего нового предложения, Intel SSD 520 в первую очередь – это ещё один накопитель на базе SF-2281. На подобные решения мы уже насмотрелись вдоволь и, честно говоря, в то, что у Intel получится нас чем-то удивить, верится с трудом. Различных моделей SSD, в основе которых лежит такой же контроллер и такая же флэш-память, существует не менее десятка.

Конечно, Intel SSD 520 отличается по своему внешнему виду. Intel традиционно заключает свои твердотельные накопители в металлические корпуса с «уменьшенной» высотой 7 мм, а совместимость со стандартным форм-фактором с высотой 9.5 мм достигается за счёт дополнительной пластиковой рамки, прикреплённой по контуру накопителя.

Однако при вскрытии интеловского SSD ничего интересного не обнаруживается.

Даже имеющаяся на внутренней части корпуса прокладка, попадающая в собранном состоянии на микросхему контроллера, это на самом деле не термоинтерфейс, а обычная резинка, служащая для лучшей фиксации платы накопителя внутри корпуса. Дизайн самой печатной платы нереференсный, но это ничего не значит – все компоненты на ней абсолютно стандартны для производительных SandForce-накопителей второго поколения.

На фотографиях приведены внутренности интеловского SSD объёмом 240 Гбайт. В нём используется контроллер SF-2281 и шестнадцать чипов флэш-памяти. Флэш, естественно, произведён самой компанией Intel. Применены микросхемы ёмкостью 128 Гбит, содержащие по два 25-нм кристалла и имеющие синхронный интерфейс ONFI 2.2. Это, к слову сказать, далеко не самые современные чипы – Intel уже приступил к массовому производству кристаллов 20-нм флэш-памяти четвёртого поколения, но они, очевидно, будут применяться лишь в SSD следующих поколений, которые ожидаются во второй половине этого года.

Таким образом, с аппаратной точки зрения Intel SSD 520 является полным аналогом таких накопителей, как ADATA S511, Corsair Force GT, Kingston HyperX или OCZ Vertex 3.

Однако тянула с выпуском своей вариации на эту же тему Intel всё-таки неспроста. То, что мы имеем перед собой в виде Intel SSD 520 – это действительно отличающееся от аналогов решение. Об этом, например, можно судить, если сопоставить характеристики интеловского накопителя и построенного на той же платформе OCZ Vertex 3 (сравнение проводится на примере SSD ёмкостью 240 Гбайт):

Такое сравнение, как ни странно, оказывается не в пользу Intel SSD 520, который уступает в номинальной скорости работы с небольшими блоками. Однако, зная, как вольно обращаются со спецификациями производители накопителей с контроллерами SandForce, это вряд ли можно считать окончательным диагнозом. Корень же отличий Intel SSD 520 от ближайших конкурентов заключаются в прошивке, причём эти отличия отнюдь не формальные, как в случае SSD иных фирм. Интеловский накопитель использует эксклюзивный микрокод, кардинально отличающийся от базового микрокода, распространяемого SandForce среди остальных своих партнёров. Это, конечно, не означает, что Intel SSD 520 не использует компрессию данных при записи их во флэш-память – ключевая особенность контроллера SF-2281, естественно, на месте – однако внутренние алгоритмы, например, коррекции ошибок в интеловском решении изменены.

Во что это выливается в терминах производительности, мы увидим ниже, а пока давайте посмотрим на комплект поставки. Intel SSD 520 поступает в магазины в красочной картонной коробке, по цветовой гамме аналогичной упаковке SSD прошлых поколений.

На коробку нанесён минимум технической информации, но зато имеется упоминание о пятилетней гарантии. Внутри помимо самого твердотельного накопителя можно обнаружить руководство, оптический диск с драйверами и утилитами, «салазки» для крепления 2.5-дюймового SSD в 3.5-дюймовом отсеке корпуса, SATA-кабель и кабель питания, а также набор крепёжных винтов.

Нельзя не упомянуть тот факт, что помимо эксклюзивной прошивки Intel предлагает для своих SSD и уникальную программу SSD Toolbox, которую, пожалуй, можно по праву назвать одной из самых красочных и полезных утилит такого рода.

Эта программа не только предлагает просмотр различной диагностической информации и даёт возможность при необходимости обновлять прошивку, но и позволяет выполнять команды TRIM и Secure Erase, а также обладает функциональностью по тюнингу операционной системы для эксплуатации твердотельного накопителя. Особенно приятно, что SSD Toolbox умеет показывать информацию S.M.A.R.T. даже для накопителей, объединённых в RAID-массивы.

Полная линейка накопителей серии Intel SSD 520 включает пять моделей с ёмкостями от 60 до 480 Гбайт.

Говоря о характеристиках Intel SSD 520, необходимо затронуть и ценовой вопрос. Дело в том, что, учитывая исключительность собственных накопителей, увеличенный срок гарантии, а также их хорошую карму, Intel не постеснялась установить более высокую, чем у конкурирующих решений, стоимость. Средняя цена за гигабайт у накопителей серии Intel SSD 520 составляет около $2.1, в то время как SandForce SSD других производителей с аналогичной синхронной памятью обходятся в среднем в $1.6-1.7 за гигабайт.

Стоит ли переплачивать за Intel SSD 520? Ответ на этот вопрос нам должно дать тестирование, для которого Intel предоставил нам модификацию нового накопителя с ёмкостью 240 Гбайт. Кстати, она в линейке наряду со 180-гигабайтной моделью и самая скоростная.

Тестовая система

Для тестирования SSD накопителей мы собрали специальную систему, построенную на материнской плате с набором логики Intel H67, который, как известно, обладает парой SATA 6 Гбит/сек портов. Именно на этих портах мы и испытываем твердотельные накопители.

Для сравнения с Intel SSD 520 240 Гбайт мы взяли три альтернативных SandForce-накопителя, являющиеся носителями разных платформ: OCZ Vertex 3 Max IOPS 240 Гбайт – SSD на базе 32-нм Toggle NAND; Corsair Force Series GT 240 Гбайт – SSD с 25-нм синхронной памятью и Corsair Force Series 3 240 Гбайт – накопитель, использующий асинхронную память. Кроме того, в тестах принял участие и 256-гигабайтный Crucial m4 с контроллером Marvell 88SS9174.

В целом, наша тестовая конфигурация включает следующий набор оборудования:

Процессор – Intel Core i5-2400 (Sandy Bridge, 4 ядра, 3.1 ГГц, технологии EIST и Turbo Boost –отключены);
Материнская плата - Foxconn H67S (версия BIOS A41F1P03);
Память - 2 x 2 GB DDR3-1333 SDRAM DIMM 9-9-9-24-1T;
Системный накопитель – Crucial m4 256 Гбайт (CT256M4SSD2);
Тестовые накопители:

Corsair Force 3 Series 240 Гбайт (CSSD-F240GB3-BK, прошивка 1.3.3);
Corsair Force GT Series 240 Гбайт (CSSD-F240GBGT-BK, прошивка 1.3.3);
Crucial m4 256 Гбайт (CT256M4SSD2, прошивка 0309);
Intel SSD 520 240 Гбайт (SSDSC2CW240A3K5, прошивка 400i);
OCZ Vertex 3 Max IOPS 240 Гбайт (VTX3MI-25SAT3-240G, прошивка 2.15).

Операционная система - Microsoft Windows 7 SP1 Ultimate x64;
Драйверы:

Intel Chipset Device Software 9.3.0.1019;
Intel Graphics Media Accelerator Driver 15.22.54.2622;
Intel Rapid Storage Technology 10.8.0.1003.

Производительность

Скорость случайного и последовательного чтения/записи «свежего» накопителя

Для измерения скорости случайного и последовательно чтения и записи мы используем тест CrystalDiskMark 3.0.1. Этот бенчмарк удобен тем, что позволяет измерять скоростные характеристики SSD-накопителей как на случайных несжимаемых данных, так и при использовании полностью сжимаемых шаблонных данных. Эта возможность важна при тестировании накопителей, основанных на контроллере SF-2281, который перед записью данных во флэш-память пытается применить к ним алгоритмы компрессии. На приводимых далее диаграммах приводится по два числа – максимальная и минимальная скорость работы накопителя. Реальные же показатели, соответственно, будут лежать внутри изображённых диапазонов в зависимости от того, как их сможет уплотнить контроллер.

Заметим, что приведенные в этом разделе результаты тестов производительности относятся к «свежему» (FOB - Fresh Out-of-Box) недеградировашему состоянию накопителя.

Эксклюзивная прошивка, используемая в Intel SSD 520, – это не пустой звук. Хотя по аппаратной платформе этот накопитель полностью аналогичен Corsair Force GT, в реальных тестах данные накопители демонстрируют сильно различающиеся результаты. Таким образом, мы впервые видим построенный на базе контроллера SF-2281 SSD, о скорости работы которого нельзя сделать вывод, лишь основываясь на сведениях об используемой памяти.

Акценты в производительности интеловской новинки расставлены таким образом, что достаточно трудно предположить наверняка, как этот SSD может показать себя в реальной работе в настольных системах энтузиастов в сравнении с собратьями на базе тех же аппаратных компонентах. Но можно предположить о промежуточном положении рассматриваемого накопителя между стандартными SandForce-решениями второго поколения с синхронным ONFI-флэшем и аналогичными накопителями с Toggle NAND.

В то же время совершенно очевидно, что оптимизации прошивки Intel SSD 520 направлены в том числе и для корпоративных применений. Накопитель хорошо справляется со случайными операциями при глубокой очереди запросов, что означает возможность эффективного использования Intel SSD 520 в составе серверов.

Деградация и производительность в устойчивом состоянии

К сожалению, SSD-накопители демонстрируют высокую скорость, свойственную «свежему» состоянию, далеко не всегда. В большинстве случаев через какое-то время производительность понижается, и в реальной жизни мы имеем дело совсем не с теми скоростями записи, что приведены на диаграммах в предыдущем разделе. Причина данного эффекта состоит в том, что по мере исчерпания свободных страниц во флэш-памяти, контроллер SSD приходит к необходимости проводить перед сохранением данных операции очистки блоков страниц, которые добавляют существенные задержки. Впрочем, находясь в состоянии покоя, контроллеры современных SSD-дисков частично восстанавливают быстродействие накопителя, упреждающе освобождая неиспользуемые страницы флэш-памяти. На это направлено два ключевых алгоритма: Idle-Time Garbadge Collection (сборка мусора) и TRIM.

Очевидно, что пользователя больше интересует скорость, которую он будет иметь во время продолжительной эксплуатации накопителя, а не в тот небольшой промежуток времени после установки нового SSD, в течение которого флэш-диск демонстрирует максимальные результаты. Сами же производители SSD, напротив, сообщают скоростные параметры лишь «свежих» накопителей, так как они выставляют их продукты в наиболее выгодном свете. Учитывая это, мы приняли решение исследовать падение производительности при переходе накопителя из «свежего» в «использованное» состояние.

Для получения картины деградации скорости мы, основываясь на методике SNIA SSSI TWG PTS, провели специальные тесты. Их суть состоит в последовательном измерении скорости операций записи в четырёх случаях. Вначале - для «свежего» состояния накопителей. Затем – после полного двукратного заполнения накопителей информацией. Далее – после получасовой паузы, дающей контроллеру возможность частично восстановить производительность за счёт операции сборки мусора. И в завершение – после подачи команды TRIM.

Измерения выполнялись при помощи синтетического бенчмарка IOMeter 1.1.0 RC1, в котором мы отслеживали скорость случайной записи при работе с выровненными относительно страниц флэш-памяти блоками данных объёмом 4 Кбайта с глубиной очереди запросов 32 команды. При тестировании использовалось псевдослучайное заполнение.

Падение скорости записи у Intel SSD 520 происходит примерно также, как и у других накопителей на базе контроллеров SandForce второго поколения. В тестах деградации скорости мы констатировали примерно пятикратное снижение производительности при случайных операциях записи, которое практически не восстанавливается за счёт сборки мусора. По крайней мере, если накопитель остаётся заполнен данными. То есть, 14 процентов резервного объёма, которые есть у Intel SSD 520, при этом раскладе оказываются бесполезны.

Определённые претензии есть у нас и к реализации команды TRIM. К сожалению, до первоначальных результатов скорость записи не восстанавливается. Однако это – особенность всех дисков на базе чипа SF-2281, которая, очевидно, прошивкой не исправляется.

Таким образом, те скорости записи, которые были приведены на диаграммах в предыдущем разделе, отражают лишь незначительную часть общей картины – производительность в свежем состоянии. На самом же деле, после того, как SSD заполнятся данными и перейдут в использованное состояние, соотношение их производительности может поменяться. Скорость записи в этом случае будет совсем иной: результаты её измерения бенчмарком CrystalDiskMark 3.0.1 приводятся на следующих диаграммах.

Накопитель с эталонной реализацией команды TRIM, Crucial m4, за счёт этого своего свойства получает возможность выехать на первые места в диаграммах. Однако интересно не столько это, сколько аномально низкая производительность Intel SSD 520 при случайной записи с глубокой очередью команд. Это – не ошибка в тесте, такой результат абсолютно стабилен, так что мы имеем дело с ещё одной особенностью эксклюзивной интеловский прошивки. Справедливости ради следует отметить, что скорости записи у Intel SSD 520 в прочих тестах находятся на очень хорошем уровне, а глубокая очередь команд характерна скорее для серверных, нежели для десктопных нагрузок.

Тесты в Futuremark PCMark 7

Известный тест PCMark 7 включает отдельный бенчмарк для измерения производительности дисковой подсистемы. Причём, он имеет не синтетическую природу, а, напротив, основывается на том, как работают с диском реальные приложения. Этот бенчмарк воспроизводит настоящие сценарии-трассы задействования диска в распространённых задачах и замеряет скорость их выполнения. Причём, воссоздание потока команд делается не сплошняком, а так, как это происходит в реальности – с определёнными паузами, обусловленными необходимостью обрабатывать поступающие данные. Результатом теста является общий индекс производительности дисковой подсистемы и показатели скорости в отдельных сценариях в мегабайтах в секунду. Заметьте – производительность в сценариях в абсолютном выражении получается относительно невысокой, так как в неё вносят вклад те самые моделируемые паузы между отдельными операциями ввода-вывода. Иными словами, то, что выдаёт PCMark 7, – это скорость дисковой подсистемы со стороны приложения. Такие величины дают нам информацию не столько о чистой производительности накопителей, сколько о том, какой практический выигрыш способен привнести тот или иной SSD при реальной работе.

Тестирование в PCMark 7 мы выполняли с накопителями, находящимися в «использованном» состоянии, в котором они работает в реальных системах большинство времени. Влияние на результаты в этом случае оказывает не только скорость контроллера и установленной в накопителе флэш-памяти, но и эффективность работы внутренних алгоритмов SSD, направленных на регенерацию производительности.

Интегральный показатель PCMark 7 – неплохой ориентир для тех потребителей, кто не хочет вдаваться в подробности и довольствуется простой иллюстрацией относительной производительности накопителей при их повседневном общеупотребительном использовании. Intel SSD 520 занимает здесь второе место. Он слегка отстаёт от OCZ Vertex 3 MAX IOPS, накопителя построенного на базе Toggle NAND. Зато своего близнеца Corsair Force GT, от которого он отличается лишь прошивкой, ему удаётся немного превзойти. И это – ещё одно подтверждение, что одной лишь эксклюзивной микропрограммой Intel удалось добиться от стандартного контроллера SandForce качественно нового поведения.

Давайте теперь обратимся к результатам, показанными дисками при прохождении отдельных тестовых трасс. Эти данные позволят получить более детальную информацию о быстродействии SSD при нагрузках различных типов.

Наблюдается удивительное единодушие. Практически всегда производительность Intel SSD 520 оказывается посредине между OCZ Vertex 3 MAX IOPS и Corsair Force GT, что вполне согласуется с нашими предыдущими заключениями.

Тесты в Intel NAS Performance Toolkit

Intel NASPT – это ещё один основанный на использовании реальных сценариев тест дисковой подсистемы. Также как и PCMark 7, он воспроизводит заранее подготовленные типовые шаблоны дисковой активности, попутно измеряя скорость их прохождения. Однако по умолчанию Intel NASPT поставляется с набором тестовых трасс, ориентированных на тестирование сетевых накопителей, малоактуальным при тестировании SSD. Поэтому в наших тестах мы заменяем его на альтернативный специализированный тестовый набор SSD Benchmarking Suite, который воспроизводит куда более интересные варианты использования накопителя: архивирование и разархивирование файлов; компиляцию крупных проектов; простое копирование файлов и директорий; загрузку уровней современных 3D-игр; инсталляцию программных пакетов; пакетную работу с фотографиями; поиск данных в цифровой библиотеке; массированный запуск приложений; транскодирование видео.

Данный бенчмарк вместе с PCMark 7 позволяет получить отличную иллюстрацию производительности дисковой подсистемы в реальных задачах. Также как и в предыдущем случае, тестирование мы выполняли с накопителями, находящимися в устоявшемся «использованном» состоянии.

Честно говоря, INASPT с набором тестовых трасс SSD Benchmarking Suite представляется нам даже более актуальным мерилом производительности SSD, нежели PCMark 7. Теперь этот тест тонко учитывает особенности применения твердотельных накопителей, за счёт чего его результат хорошо отражает реальный опыт использования таких дисков в общеупотребительных компьютерах. И вот в этом случае интеловской новинке удаётся блеснуть непревзойдённым результатом. Отрыв от «одноклассника» Corsair Force GT составляет пять процентов, а от OCZ Vertex 3 MAX IOPS – полтора процента. Конечно, это далеко не явное преимущество, но не следует забывать, что все эти SSD основаны на одном и том же контроллере – SF-2281. Поэтому то, что Intel удалось выжать эти проценты силами лишь программистов – определённый подвиг, особенно на фоне того факта, что стопицот протестированных нами ранее SandForce-накопителей различались по производительности только тогда, когда содержали флэш-память разного типа.

Расшифровка результатов INASPT позволяет выяснить, какие сценарии использования Intel SSD 520 являются наиболее выигрышными. Обратите внимание, в некоторых подтестах скорость накопителей может превышать полосу пропускания SATA III-интерфейса, однако это объясняется высокоуровневой природой теста INASPT, использующего для обращения к данным стандартные функции Windows. В результате, на получаемые показатели оказывают влияние реализованные в операционной системе алгоритмы кэширования.

Intel SSD 520 демонстрирует наилучшее быстродействие в большинстве сценариев, которые совершенно разнородны по своей природе. Это значит, что данный накопитель весьма универсален, он отлично подходит для настольных высокопроизводительных систем широкого спектра.

Выводы

Думается, ни у кого нет сомнений в том, что контроллеры SandForce второго поколения – это одно из самых лучших решений для SSD сегодняшнего дня в терминах производительности. Благодаря реализованной в них изящной технологии сжатия данных на лету твердотельным накопителям на их основе, оборудованным достаточно быстродействующей памятью, удавалось добиваться поистине рекордных скоростей и раньше. Проблемы же SandForce лежали в другой плоскости и заключались в ненадёжности конечных решений. Этот небольшой разработчик контроллеров не мог организовать эффективное предрелизное тестирование своих платформ, что выливалось в частые поломки и сбои многообещающих SandForce-накопителей.

К счастью, эта ситуация, наконец, переломлена. Маленькая компания SandForce отошла под крыло крупной корпорации LSI, а за доведение прошивок до ума и тестирование конечных продуктов взялась Intel. Плод такого сотрудничества – твердотельный накопитель серии Intel SSD 520 – мы и рассмотрели в этом материале.

Совершенно закономерно рассмотренный SSD произвёл на нас очень хорошее впечатление. От прошлых проблем SandForce ни осталось и следа, не подкачала и производительность. Intel SSD 520, который использует фирменную синхронную 25-нм флэш-память стандарта ONFI, попал в число быстрейших накопителей на базе микросхемы SF-2281, что автоматически означает и его лидирующее положение относительно любых SSD с интерфейсом SATA 6 Гбит/сек. В этом в немалой степени посодействовала эксклюзивная прошивка, поставившая Intel SSD 520 выше аналогов, использующих ту же самую аппаратную платформу. А если к списку достоинств Intel SSD 520 добавить подчёркивающую хорошую надёжность этого решения пятилетнюю гарантию и традиционно высокое качество интеловских SSD, то очевидно, что этот накопитель имеет все шансы стать одним из самых востребованных среди потребителей, заинтересованных в увеличении быстродействия дисковой подсистемы.

Поэтому, суммируя сказанное, мы решили наградить Intel SSD 520 нашим титулом «выбор редакции» как один из самых интересных твердотельных накопителей для настольных высокопроизводительных платформ.

Впрочем, имея впечатляющий букет из плюсов, Intel SSD 520 по сравнению с другими накопителями на базе контроллеров SandForce и более дорог. Стоит ли переплачивать за повышенную надёжность, известный бренд, эксклюзивную прошивку и пятилетнюю гарантию – каждый волен решать сам. А для упрощения такого решения мы дополним нашу традиционную таблицу, отражающую взаимную производительность различных модификаций накопителей на базе контроллера SF-2281: