Обзор твердотельных накопителей Samsung 840 Pro и Samsung 840

Введение

Когда производители SSD хотят подчеркнуть собственную уникальность и значимость, в ход обычно идут аргументы о величине инженерного вклада, вносимого ими в конечные продукты. Типичный твердотельный накопитель имеет в своей основе три базовые составляющие: флеш-память, контроллер и микропрограмму, и далеко не все фирмы, представленные сегодня на рынке SSD, причастны к разработке и созданию всех этих компонентов. Скорее наоборот: большинство современных флеш-дисков потребительского уровня собираются их производителями как из деталей конструктора, производят который совершенно другие люди.

Поэтому, выбрав в качестве критерия для ранжирования производителей SSD степень «оригинальности» их продукции, на самую нижнюю ступеньку мы должны поставить многочисленные компании, предлагающие флеш-приводы на основе платформы SandForce. Подавляющее большинство таких SSD не содержат в себе никакого ноу-хау. Они представляют собой бесчисленные клоны эталонного дизайна, начинённые флеш-памятью производства Intel или Toshiba и базовой, разработанной программистами LSI, версией микропрограммы.

Ступенью выше стоят фирмы, которые не разрабатывают и не производят полупроводниковые компоненты, но при этом стараются предлагать самобытные продукты за счёт программных оптимизаций и собственных прошивок. Яркие представители этой группы – Corsair и Plextor (Lite-On), собирающие SSD из распространённой на рынке флеш-памяти и общедоступных контроллеров, но, тем не менее, предлагающие изделия, не имеющие аналогов.

Ещё круче те, кто фокусируется не только на внесении изменений в микропрограмму, но и располагает производством микросхем флеш-памяти. Примеры таких производителей SSD: Intel, Sandisk и Crucial (Micron). В твердотельных накопителях этих фирм всегда имеется часть собственных микросхем, и это позволяет им проводить более гибкую ценовую политику.

Однако почти предел мечтаний любого производителя твердотельных накопителей – обладание собственным контроллером. Его разработка требует достаточно серьёзных инженерных ресурсов, но и результат получается существенно лучше, чем у конкурентов. При проектировании можно учесть любые пожелания, и это в результате может стать ключом к созданию высококлассных SSD, превосходящих все конкурирующие варианты. На сегодняшний день среди игроков рынка потребительских флеш-приводов свой контроллер есть у компании OCZ, но при этом у неё нет полупроводникового производства.

Поэтому верхнее положение в иерархии занимает не она, а компания Samsung, которая способна похвастать выпуском SSD, состоящих из собственных компонентов на все сто процентов. Твердотельные накопители Samsung базируются на оригинальном контроллере с оригинальной прошивкой и оснащаются флеш-памятью, производимой фирмой на своих же заводах. Конечно, наличие у производителя SSD полупроводникового производства и команды разработчиков ещё не является гарантией того, что конечный продукт будет превосходить решения конкурентов. Но это, по меньшей мере, даёт в руки Samsung все необходимые козыри. Компания имеет полный арсенал средств для того, чтобы предложить высокопроизводительный, надёжный и недорогой твердотельный привод, то есть ровно такой, о котором и мечтают потребители.

Именно поэтому SSD компании Samsung и представляют собой такой интересный объект для исследования: на них возлагаются очень большие надежды. Более того, твердотельные накопители Samsung прошлой 830-й серии обладали весьма привлекательными характеристиками, и достаточно продолжительное время мы их считали одними из лучших. Впоследствии же Samsung усилила свой контроллер и запустила массовое производство более быстрых и менее дорогих типов флеш-памяти, что позволило компании обновить старый дизайн и предложить новую и очень многообещающую 840-ю серию SSD. Она состоит из двух типов накопителей – обычных и профессиональных – и с ними обоими мы, наконец, имеем возможность познакомиться лично.

Samsung 840 Pro 256 Гбайт

Будучи крупнейшим производителем NAND-флеша, компания Samsung имеет возможность оперативно внедрять перспективные типы памяти в свои серийные твердотельные накопители. Так, новые SSD 840-й серии (как обычная, так и про-версия), могут похвастать использованием 21-нм флеш-памяти с Toggle Mode 2.0 интерфейсом, который имеет возросшую до 400 Мбит/сек пропускную способность. Однако соль обновления приводов Samsung не в этом. Главное их достоинство – новый контроллер четвёртого поколения – Samsung MDX. С выпуском каждой новой серии SSD разработчики Samsung вносили в дизайн собственного контроллера заметные улучшения, и чип, попавший в приводы семейства 840, пожалуй, можно даже охарактеризовать как самый производительный современный контроллер для SSD потребительского уровня.

В его основе лежит три ядра с архитектурой ARM Cortex-R4, работающие на частоте 300 МГц. По сравнению с предыдущей версией контроллера, использовавшейся в приводах Samsung 830, произошёл почти 40-процентный рост тактовой частоты, совмещённый с внедрением более производительной версии архитектуры ARM. И если обвинить в низком быстродействии было очень тяжело и прошлый контроллер MCX, то новая версия MDX получила дополнительный и весьма серьёзный запас мощности. И это – очень важный шаг в свете выбранных Samsung приоритетов: упор при создании новых SSD делался на увеличение скорости приводов при обработке потока обращений к случайно расположенным данным. Такая нагрузка, как показывает практика, характерна для значительного числа общеупотребительных задач, но производительность SSD при этом всё ещё остаётся недостаточно высокой в отличие, например, от скорости при последовательных чтениях и записях.

Для переваривания большого числа несвязанных между собой операций ввода-вывода от контроллера твердотельного накопителя требуется проведение гигантской работы по сопоставлению используемых в операционной системе адресов логических блоков (LBA) с реальными расположениями данных во флеш-памяти. Именно в таких ситуациях у современных твердотельных накопителей есть пространство для роста: скорость работы со случайно расположенными блоками далека от полосы пропускания интерфейса SATA 3, и за её увеличение решила побороться Samsung. О том, каких успехов удалось достигнуть на этом поприще, позволяют судить номинальные скоростные характеристики новых приводов, которые мы можем сопоставить со спецификациями прошлой серии SSD, Samsung 830:

Как обещает производитель, прирост скорости случайного чтения достигает 25 процентов, а рост скорости случайной записи может доходить до двух с половиной раз. И всё это выглядит весьма впечатляюще. При этом самые высокие скоростные показатели обещаны для привода Samsung 840 Pro, который оснащается более производительной памятью, и дизайн которого не имеет искусственных узких мест. Поэтому наше подробное знакомство с новинками мы решили начать именно с него.

Оказавшийся у нас на тестировании привод Samsung 840 Pro поставляется в небольшой стильно оформленной картонной коробке, в цветовой гамме которой преобладают чёрные тона. На лицевой стороне упаковки наклеена этикетка, сообщающая объём накопителя (в нашем случае это – 256 Гбайт), на обороте же перечислены основные преимущества и характеристики привода.

Внутри, в пластиковом каркасе находится сам SSD и неказистый комплект поставки, в который не входят салазки-переходник для установки 2.5-дюймового привода в 3.5-дюймовом отсек корпуса. Вместо этого Samsung предлагает довольствоваться несколькими бумажками, парой наклеек на корпус и компакт-диском с электронным вариантом инструкции и программным обеспечением.

Внешнее исполнение самого SSD вызывает искреннее восхищение. Корпус Samsung 840 Pro выглядит не только надёжно, но и красиво. Он выполнен из алюминиевого сплава и имеет чёрное анодированное покрытие с блестящими фасками на лицевой стороне. Сверху на корпусе краской нанесён логотип производителя и терракотовый квадрат, позволяющий однозначно идентифицировать 840-ю серию даже издалека, а снизу – приклеена информационная тёмно-серая наклейка с полным наименованием накопителя, артикулом, штрих-кодами и серийным номером.

Толщина корпуса привода составляет 7 мм, никаких рамок или накладок, позволяющих нарастить толщину до более стандартных 9.5 мм, Samsung не предлагает.

Внутри SSD находится печатная плата характерная не только тем, что все элементы распаяны на ней с одной стороны, но и одинаковой родословной имеющихся микросхем: все они выпущены компанией Samsung самолично.

Всего в SSD использовано три вида чипов. Во-первых, – подробно описанный выше новый контроллер Samsung MDX. Во-вторых, – буферная память, представленная низковольтной микросхемой LPDDR2-1066 SDRAM ёмкостью 512 Мбайт. К слову, такой размер буфера свойственен как для 256-гигабайтной, так и для 512-гигабайтной модели Samsung 840 Pro, младшая же модель привода объёмом 128 Гбайт комплектуется буфером размером 256 Мбайт. И, в-третьих, – восемь чипов флеш-памяти с интерфейсом Toggle Mode 2.0. Каждый из них имеет суммарную ёмкость 32 Гбайта и содержит внутри себя по четыре 64-гигабитных MLC NAND-устройства, произведённых Samsung по техпроцессу с 21-нм нормами. Таким образом, восьмиканальный контроллер MDX в 256-гигабайтном приводе использует преимущества четырёхкратного чередования устройств в каждом канале.

В итоге, характеристики Samsung 840 Pro 256 Гбайт выглядят так:

Контроллер: Samsung MDX;
Интерфейс: SATA 6 Гбит/с;
Флэш-память: Синхронная 21-нм Toggle Mode 2.0 MLC NAND;
Ёмкость: 256 Гбайт / 238 ГиБ;
Кэш-память: 512 Мбайт LPDDR2-1033 SDRAM;
Скорость последовательного чтения: 540 Мбайт/сек;
Скорость последовательной записи: 520 Мбайт/сек;
Скорость случайного чтения (блоки 4 Кбайта): 100000 IOPS;
Скорость случайной записи (блоки 4 Кбайта): 90000 IOPS.

Высокая производительность нового контроллера позволила реализовать в Samsung 840 Pro в том числе и поддержку шифрования по стойкому алгоритму AES-256. Активировать шифрование и задать ключ при необходимости можно через BIOS материнской платы.

Ещё одним преимуществом приводов Samsung перед конкурирующими предложениями выступает отличная программная поддержка. Для SSD этого производителя есть специализированная утилита Samsung Magican, которую можно отнести к числу лучших программ для обслуживания твердотельных накопителей. По своим возможностям она не уступает даже Intel SSD Toolbox.

Samsung Magican имеет не только джентельменский набор функций: просмотр параметров SMART, обновление прошивки и Secure Erase, но и массу дополнительных возможностей. Например, в Magican встроен синтетический тест производительности.

Кроме того, утилита может оптимизировать настройки операционной системы для лучшей работы SSD и вручную передавать ему набор команд TRIM.

Также, она умеет резервировать на накопителе дополнительную неразмечаемую область объёмом 10 процентов от полной ёмкости, увеличивающую эффективность работы алгоритмов сборки мусора и продлевающую время жизни SSD при интенсивной эксплуатации.

Стоит заметить, что и без всякого шаманства через Magican отформатированная ёмкость Samsung 840 Pro 256 Гбайт составляет 238 честных гигабайт (гибибайт), так что производителем уже заложено 7-процентное зарезервированное пространство. Учитывая, что Samsung 840 Pro позиционируется как решение для профессионалов, на него даётся пятилетняя гарантия.

Samsung 840 250 Гбайт

Благодаря повсеместному внедрению современных технологических процессов синхронный MLC NAND флеш начал активное проникновение в относительно недорогие твердотельные накопители. Однако это касается распространённых типов флеш-памяти, а в Samsung 840 Pro устанавливается пока ещё редкая MLC NAND с интерфейсом Toggle Mode 2.0, производимая по 21-нм техпроцессу, которая к числу дешёвых вариантов никак не относится. В результате, Pro-версия нового SSD компании Samsung может выступать в одной ценовой категории лишь с флагманскими приводами, для массового же рынка этот твердотельный накопитель совершенно не подходит. Поэтому помимо Samsung 840 Pro производитель подготовил и его бюджетную модификацию – флеш-диск Samsung 840. Рецепт его создания очень прост: в нём применяется почти точно такая же аппаратная платформа, но MLC NAND заменена на более дешёвую TLC NAND (Triple Level Cell) память, сохраняющую в каждой ячейке не два, а по три бита информации.

Надо сказать, что TLC NAND уже давно не является новаторским типом флеш-памяти, она широко применяется в USB-флешках. Однако в SSD такая память проникла впервые, и Samsung 840 – это своего рода эксперимент. Дело в том, что TLC NAND не только существенно дешевле повсеместно применяемой MLC NAND. По многим параметрам она хуже, чем MLC. Так, у неё ниже скорость доступа и, что ещё неприятнее, меньше ресурс. Все это наглядно проиллюстрировано в таблице:

Память типа TLC NAND может хранить не два, а три бита информации в одной ячейке, это достигается увеличением с четырёх до восьми количества допустимых уровней электрического заряда на плавающем затворе транзистора. Однако при этом усложняется задача распознавания сигнала, а программирование ячеек требует использования более высоких напряжений, что в конечном итоге ускоряет деструктивные изменения в полупроводниковой структуре. За счёт же увеличения битности ячеек кристаллы TLC-памяти получают меньшую площадь: для хранения того же объёма информации в формате TLC NAND израсходуется в полтора раза меньший, нежели в случае MLC NAND, массив транзисторов. Так как сама структура транзисторов при этом никаких изменений не требует, в теории, TLC-память должна быть примерно в полтора раза дешевле, чем MLC NAND.

Перспектива создания недорогих SSD на базе TLC NAND выглядит очень соблазнительной, но до сих пор никто на применение в этой среде трёхбитовой флеш-памяти не решался. Опасение как производителей, так и пользователей, вызывает её низкий ресурс: для TLC NAND он заявляется на уровне 1000 циклов программирования/стирания. Однако простой расчёт показывает, что, предполагая реалистичный трехкратный коэффициент усиления записи, ежедневное сохранение на 256-гигабайтный SSD с TLC-памятью 20 Гбайт информации выведет его из строя лишь через 11 лет. 128-гигабайтный же SSD в таких условиях протянет вдвое меньше, но это всё равно – более чем достаточно для твердотельного накопителя потребительского уровня.

В результате, Samsung 840 предлагает пойти на некий компромисс. Теоретически он не столь долговечен, как все остальные приводы на базе MLC NAND, но с другой стороны – этот флеш-диск представляет собой бюджетную вариацию одной из самых производительных платформ для твердотельных накопителей. Кроме того, Samsung излучает железобетонную уверенность и не даёт ни малейшего намёка на низкую надёжность дешёвого привода: на него даётся типичная для рынка трёхлетняя гарантия.

По упаковке, комплекту поставки и внешнему виду Samsung 840 почти не отличается от Pro-версии. Очевидно, производитель не стремится сделать акцент на его бюджетности или вторичности, поэтому привод производит впечатление такого же породистого решения, как и Samsung 840 Pro. Его коробка лишь немного отличается по внешнему оформлению: преобладающий цвет тёмно-серый, а иллюстрация на лицевой стороне изображает накопитель не в изометрии, а анфас.

В коробке, точно также как и в случае с Samsung 840 Pro, лежит сам SSD, компакт-диск с электронной версией руководства и программным обеспечением, а также немного макулатуры. Переходника для монтажа привода в 3.5-дюймовом корпусе в комплекте поставки не предусматривается. Аналогично нет и накладок для увеличения толщины накопителя с 7 до 9.5 мм.

Сам привод выглядит абсолютно идентично своему старшему собрату. Корпус у Samsung 840 Pro и Samsung 840 унифицирован. Отличия можно обнаружить лишь в информационной наклейке, имеющейся на нижней поверхности SSD.

Учитывая, что в Samsung 840 используется та же аппаратная платформа, что и во флагманском продукте, обнаружить внутри корпуса уже знакомую плату было вполне закономерно. Но некоторые установленные на ней микросхемы уже другие.

Так, память в Samsung 840 имеет маркировку K9CFGY8U5A-CCK0, а не K9HFGY8U5A-CCK0, как в прошлый раз. Это выдаёт её принадлежность к классу TLC NAND, однако организация микросхем остаётся той же. Каждый такой чип скомпонован из четырёх полупроводниковых кристаллов, производимых по 21-нм техпроцессу и имеющих интерфейс Toggle Mode 2.0. Учитывая, что всего микросхем восемь, а вместимость каждой составляет 32 Гбайта, контроллер в Samsung 840 может использовать четырёхкратное чередование устройств в каждом канале.

В остальном, начинка у Samsung 840 точно такая же, как и у старшего собрата. В качестве буфера используется 512-мегабайтный чип LPDDR2-1033 SDRAM с маркировкой K4P4G324EB-FGC2, абсолютно идентичен и контроллер. То есть, Samsung 840 сохраняет главное преимущество своего старшего собрата – высокопроизводительный трёхъядерный процессор, а заявленные для этого привода меньшие скорости чтения и записи – исключительно результат использования памяти с более высокими задержками.

В итоге, характеристики Samsung 840 250 Гбайт выглядят так:

Контроллер: Samsung MDX;
Интерфейс: SATA 6 Гбит/с;
Флэш-память: Синхронная 21-нм Toggle Mode 2.0 TLC NAND;
Ёмкость: 250 Гбайт / 233 ГиБ;
Кэш-память: 512 Мбайт LPDDR2-1033 SDRAM;
Скорость последовательного чтения: 530 Мбайт/сек;
Скорость последовательной записи: 240 Мбайт/сек;
Скорость случайного чтения (блоки 4 Кбайта): 95000 IOPS;
Скорость случайной записи (блоки 4 Кбайта): 44000 IOPS.

Если исходить из официальных спецификаций, то использование более медленной TLC-памяти сказывается главным образом на скоростях записи, которые у Samsung 840 примерно вдвое ниже, чем у Samsung 840 Pro. Скорости чтения при этом особенно не страдают. Но стоит обратить внимание на ещё одну особенность – объём накопителя. У Samsung 840 он на 6 Гбайт меньше, чем у старшего собрата. Объясняется это тем, что производитель решил зарезервировать на подменный фонд чуть больше обычного – 9 процентов общей ёмкости накопителя. Это служит некой компенсацией сокращённого ресурса TLC-памяти и по возможности может продлить время беспроблемной эксплуатации привода за счёт большего простора для выравнивания износа ячеек и наличия дополнительного массива резервных страниц флеш-памяти.

Несмотря на то, что Samsung 840 – это недорогой привод, производитель не стал искусственно лишать его дополнительных функций. Как и профессиональная модель, он поддерживает шифрование по алгоритму AES с 256-битным ключом, совершенно идентично с ним работает и фирменная утилита Samsung Magican.

Иными словами, Samsung 840 предлагает всё то же самое, что и модель с индексом Pro, разница лишь только в производительности и, теоретически, в ресурсе, что на практике находит отражение в более коротком гарантийном сроке.

Тестовая система

Для тестирования SSD мы используем специальную унифицированную систему, построенную на материнской плате с набором логики Intel H77, который, как известно, обладает парой SATA 6 Гбит/сек портов. Именно на этих портах и испытываются твердотельные накопители.

Что же касается объектов тестирования, то вполне очевидно, что приводы Samsung 840 Pro 256 Гбайт и Samsung 840 250 Гбайт мы решили сравнить с теми современными SSD других производителей, которые можно отнести к категории наиболее актуальных. Таким образом, на диаграммах вы сможете найти разнообразные популярные решения, основанные на контроллерах SandForce, Marvell, LAMD и Indilinx, а также представителя предыдущего поколения твердотельных накопителей компании Samsung. Платформа LSI SF-2281 была представлена самым быстрым её воплощением Intel SSD 520 и типовым приводом Corsair Force GS. Контроллер LAMD LM87800 представлялся парой Corsair Neutron GTX и Neutron. Накопители компании OCZ Vertex 4 и Vector защищали честь контроллеров Indilinx Everest 2 и Indilinx Barefoot 3. Платформа Marvell выступала в виде Plextor M5S, основанного на чипе Marvell 9174, и Plextor M5 Pro, базирующегося на более современном контроллере Marvell 9187. И, естественно, дело не обошлось без привода Samsung прошлой 830-й серии, основанного на контроллере MCX. Все перечисленные флеш-диски используют исключительно синхронную MLC флеш-память. В случае Corsair Neutron, Intel SSD 520, OCZ Vertex 4, OCZ Vector и Plextor M5S это – 25-нм память производства консорциума IMFT с ONFI-интерфейсом. Накопители Corsair Force GS, Corsair Neutron GTX и Plextor M5 Pro – это приводы, в основе которых лежит Toggle Mode MLC NAND, производимая компанией Toshiba по 2x-нм или 19 нм технологии. SSD же компании Samsung, напомним, комплектуются собственной памятью: раньше это была 27-нм Toggle Mode MLC NAND, а в новых приводах – производимая по 21-нм технологии MLC и TLC NAND с интерфейсом Toggle Mode 2.0. Все протестированные твердотельные накопители, по возможности, подбирались близкой ёмкости – 240/250/256 Гбайт.

В целом, наша тестовая конфигурация включала следующий набор оборудования:

Процессор – Intel Core i5-3470S (Ivy Bridge, 4 ядра, 2.9 ГГц, технологии EIST и Turbo Boost –отключены);
Материнская плата – Intel DH77DF (версия BIOS 0108);
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 GS Series 240 Гбайт (CSSD-F240GBGS-BK, прошивка 5.03);
Corsair Neutron GTX (CSSD-N240GBGTX-BK, прошивка 2.06);
Corsair Neutron (CSSD-N240GB3-BK, прошивка 2.06);
Intel SSD 520 240 Гбайт (SSDSC2CW240A3K5, прошивка 400i);
OCZ Vertex 4 256 Гбайт (VTX4-25SAT3-256G, прошивка 1.5);
OCZ Vector 256 Гбайт (VTR1-25SAT3-256G, прошивка 2.0)
Plextor M5S 256 Гбайт (PX-256M5S, прошивка 1.03);
Plextor M5 Pro 256 Гбайт (PX-256M5P, прошивка 1.03);
Samsung 840 Pro 256 Гбайт (MZ-7PD256, прошивка DXM04B0Q);
Samsung 840 250 Гбайт (MZ-7TD250, прошивка DXT07B0Q);
Samsung 830 256 Гбайт (MZ-7PC256D, прошивка CXM03B1Q).

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

Intel Chipset Device Software 9.3.0.1026;
Intel Graphics Media Accelerator Driver 9.17.10.2932;
Intel Rapid Storage Technology 11.7.0.1013.

Производительность

Скорость случайного и последовательного чтения/записи

Для измерения скорости случайного и последовательного чтения и записи мы решили обратиться к Anvil's Storage Utilities 1.0.51. Встроенный в этот программный пакет синтетический бенчмарк очень удобен для предварительного знакомства с накопителями, так как позволяет экспериментально оценить широкий набор ключевых скоростных характеристик SSD.

Приведенные в этом разделе результаты тестов производительности относятся к «свежему» (FOB - Fresh Out-of-Box) недеградировашему состоянию накопителей. Отметим также, что измерение скоростей мы проводим с некомпрессируемым потоком данных, и формально это – наименее благоприятный для контроллера LSI SF-2281, осуществляющего сжатие на лету, вариант. Но наши эксперименты показывают, что в современных реалиях, когда данные можно уплотнить лишь частично, а применённая в основе флеш-дисков память обладает скоростным синхронным интерфейсом, алгоритмы сжатия не оказывают значительного влияния на показатели производительности накопителей с контроллерами SandForce. Поэтому от тестирования быстродействия SandForce-приводов со сжимаемыми данными мы отказались: такие результаты имели бы сугубо искусственный характер, а потому практического интереса не представляют.

Как Samsung и обещала, новый 840 Pro имеет все шансы претендовать на лавры самого быстродействующего современного твердотельного накопителя для настольных систем. Это видно уже по результатам синтетических тестов. При чтении он демонстрирует непревзойдённую скорость при всех наиболее распространённых в реальности типах операций, выпуская вперёд Plextor M5 Pro лишь при максимальном увеличении очереди запросов. При записи же у Samsung 840 Pro тоже очень неплохие показатели, но при случайных операциях с очередью небольшой глубины он всё же ближе к средним, нежели к лидирующим предложениям.

Что же касается Samsung 840, то этот привод от своего старшего собрата отстаёт серьёзно. Последовательное чтение или чтение большими блоками ему даётся хорошо, но высокие латентности TLC NAND не позволяют ему дотянуться до 840 Pro ни при операциях записи, ни при работе с 4-килобайтными блоками. Но, тем не менее, при своей невысокой стоимости Samsung 840 предлагает очень достойное быстродействие. Он выглядит не хуже представителя предшествующей серии Samsung 830, да и с такими популярными SSD, как OCZ Vertex 4, Plextor M5S или Corsair Neutron, Samsung 840 способен конкурировать вполне на равных. То есть, каким-то образом инженерам Samsung удаётся скомпенсировать высокие задержки TLC-памяти. Построенный на таком флеше накопитель в рядах приводов на базе MLC NAND свою инородность совершенно не проявляет.

Деградация производительности, сборка мусора и TRIM

К сожалению, некоторые SSD-накопители демонстрируют высокую скорость, свойственную «свежему» состоянию, далеко не всегда. Зачастую 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 флеш-памяти, контроллер SSD приходит к необходимости проводить перед сохранением данных операции очистки блоков страниц, которые добавляют существенные задержки. Поэтому, алгоритмы работы современных твердотельных накопителей строятся таким образом, чтобы память освобождалась предварительно, а не во время выполнения операций записи. Направленные на это процедуры обычно проводятся во время простоя. В это время контроллер может целиком или полностью восстановить быстродействие SSD, упреждающе освободив неиспользуемые страницы флеш-памяти. Это и есть главная идея алгоритма Idle-Time Garbadge Collection (сборка мусора), реализация которого оказывает очень сильное влияние на быстродействие накопителя в реальной жизни.

К сожалению, контроллер накопителя сам по себе не располагает информацией о том, какие из блоков страниц действительно хранят данные пользователя, а какие – содержат данные, считаемые операционной системой стёртыми. Это связано с тем, что в файловых системах операции удаления файлов не предполагают физического стирания информации, а лишь размечают соответствующие сектора как доступные для перезаписи. Поэтому без помощи операционной системы контроллер SSD может предварительно очистить лишь страницы из предусмотренной производителем резервной области (если она есть), которые операционная система в своё распоряжение не получает. Однако для более успешного решения этой проблемы в современных операционных системах предусмотрена команда TRIM, позволяющая увеличить эффективность работы сборки мусора. Благодаря ей контроллеру SSD передаётся информация о допустимости физического избавления от тех или иных данных, которые операционная система считает ненужными. В результате, контроллер SSD получает возможность существенно пополнить пул зачищенных блоков страниц, и при последующих операциях записи пользователь снижения производительности не заметит.

Однако всё написанное выше относится к идеальному случаю. На самом же деле с реализацией сборки мусора и поддержкой TRIM ситуация у различных SSD может обстоять по-разному. Поэтому проверке работы этих алгоритмов мы отводим отдельное внимание и исследуем падение производительности при переходе накопителя из «свежего» (когда флеш-память полностью чиста) в «использованное» состояние. Тестирование выполняется по методике SNIA SSSI TWG PTS, суть которой 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 внутренних алгоритмов реорганизации данных и сборки мусора. И в завершение – после «логической» очистки SSD в операционной системе с активированной поддержкой TRIM.

Измерения производятся при помощи синтетического бенчмарка IOMeter 1.1.0 RC1, в котором мы отслеживаем скорость случайной записи при работе с выровненными относительно страниц флеш-памяти блоками данных объёмом 4 Кбайта с глубиной очереди запросов 32 команды. При тестировании используется псевдослучайное заполнение. На следующей диаграмме показана история изменения скорости, где за 100 процентов принимается производительность накопителя в состоянии «из коробки».

На самом деле, как можно видеть из диаграммы, проблема потери производительности затрагивает лишь накопители, построенные на контроллерах SandForce. Все же остальные SSD способны восстанавливать скорость работы после подачи операционной системой команды TRIM. Именно таким образом функционируют и приводы Samsung 840 Pro и 840. Производительность после TRIM возвращается на изначальный уровень, что соответствует эталонной реакции SSD. Это значит, что в большинстве современных операционных систем скорость работы приводов Samsung 840 Pro и Samsung 840 деградации не подвержена.

Однако без TRIM сборка мусора у новых приводов Samsung не работает, что следует иметь в виду пользователям операционных систем без соответствующей функциональности. Отчасти эту проблему может решить утилита Samsung Magican, в которой команду TRIM можно посылать накопителю вручную. Правда, следует иметь в виду, что данная утилита существует лишь в виде приложения для операционных систем семейства Windows. Так что для тех редких случаев, когда с поддержкой TRIM могут существовать проблемы, мы бы советовали использовать SSD других производителей (например, Plextor или Corsair на контроллерах LAMD), а не Samsung.

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 реальные приложения. Этот бенчмарк воспроизводит настоящие сценарии-трассы задействования диска в распространённых задачах и замеряет скорость их выполнения. Начиная с версии 1.4.0, дисковый бенчмарк PCMark 7 стал выдавать более показательные результаты чистой (raw) производительности, которая рассчитывается при пренебрежении паузами в очереди команд. Совместимость с полученными ранее данными потерялась, но различия между скоростями разных продуктов стали более заметны. Поэтому, мы перешли на использование новой версии рейтинга.

Тестирование в PCMark 7 выполнялось 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 флеш-памяти, но и эффективность работы внутренних алгоритмов SSD, направленных на регенерацию производительности.

Samsung 840 Pro стал первым твердотельным накопителем, которому удалось обогнать в PCMark 7 приводы на платформе SandForce, к которым этот тест относится более чем доброжелательно. Пожалуй, это можно назвать знаковой победой, подчёркивающей всю мощь новой платформы компании Samsung. Что же касается построенного на TLC-памяти привода Samsung 840, то он, вступив в противоречие со своим старшим собратом, оказался в самом низу диаграммы, проиграв даже предшественнику из 830-й серии.

Давайте разберёмся, почему так произошло. Итоговый индекс PCMark 7 – это некий усреднённая метрика для производительности. Гораздо больше пищи для размышлений могут дать результаты, показанные флеш-дисками при прохождении отдельных тестовых трасс, моделирующих различные варианты реальной нагрузки.

Результаты Samsung 840 Pro ещё раз подтверждают, что это накопитель высокого класса. В самых интересных с точки зрения обычного пользователя сценариях он уверенно держится на первом месте и уступает конкурентам лишь на трассах, связанных с обработкой мультимедиа-файлов небольшого размера. Обычный же Samsung 840 демонстрирует точно такой же характер поведения со скидкой на более низкие скоростные показатели, обусловленные применением в его основе TLC NAND. Это значит, что плохой итоговый показатель Samsung 840 сопряжён с его блеклой скоростью при обработке звуковых файлов и файлов с изображениями. Зато в системных сценариях или при работе с объёмными файлами быстродействие этого SSD оказывается на уровне крепкого середнячка. В таких ситуациях Samsung 840 вполне сравним даже с OCZ Vector или Corsair Neutron GTX.

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.

В бенчмарке Intel NASPT, отражающем, на наш взгляд, реальную производительность SSD наиболее адекватно, Samsung 840 Pro вновь оказывается на лидирующей позиции, весьма заметно отрываясь от преследующих его конкурентов. Никаких сомнений в том, что в лице этого накопителя мы имеем самый быстрый SSD современности, не остаётся. Прошлые фавориты – OCZ Vector и Plextor M5 Pro – на фоне новинки Samsung кажутся лишь унылыми середнячками.

Не ударяет лицом в грязь и бюджетная вариация – Samsung 840. Замена MLC-памяти на существенно более медленную TLC хотя и сдерживает производительность, но катастрофы при этом не происходит. Скорость работы Samsung 840 находится на вполне современном уровне. Например, этот накопитель опережает любые воплощения платформы SandForce, а также такие популярные SSD, как OCZ Vertex 4 или Corsair Neutron.

Усредненный результат теста следует дополнить и данными, полученными в различных сценариях: они позволят сделать вывод о том, в каких случаях новые твердотельные приводы Samsung могут раскрыть свои сильные стороны наилучшим образом. Обратите внимание, в некоторых подтестах скорость накопителей может превышать полосу пропускания SATA 3-интерфейса, однако это объясняется высокоуровневой природой теста INASPT, использующего для обращения к данным стандартные функции Windows. В результате, на получаемые показатели оказывают влияние заложенные в операционной системе алгоритмы кэширования.

Предложенная Samsung платформа несколько лучше работает в том случае, когда дело касается операций с крупными файлами, но и в неблагоприятных случаях её производительность достаточно высока. Впрочем, с точки зрения INASPT, Samsung 840 Pro идеальным системным накопителем не является. Intel 520 с его оптимизированной под реальные профили использования прошивкой может быть даже более привлекательным узкоспециализированным вариантом. Но если же выбирать универсальный SSD для широкого спектра задач, то тут Samsung 840 Pro лучше всех даже по мнению строгого бенчмарка INASPT.

Интересно смотрится и Samsung 840. Он выделяется тем, что предлагает соблазнительное сочетание цены и быстродействия. Его скорость хромает в сценариях, связанных с одномоментной записью на диск больших объёмов данных, но справедливости ради надо признать, что в жизни подобные нагрузки возникают не столь часто. Если же такие варианты использования из рассмотрения исключить, то недорогой Samsung 840 вполне можно поставить на один уровень с Plextor M5S или Corsair Neutron.

Скорость копирования файлов

Для тестирования скорости копирования файлов разного типа мы воспользовались бенчмарком AS SSD версии 1.7.4739.38088. Копирование выполняется в пределах одного раздела, созданного на полном объёме SSD. Как и ранее, измерения проводятся с накопителями, находящимися в устоявшемся использованном состоянии.

Копирование, требующее одновременного выполнения как чтения, так и записи, ставит Samsung 840 на базе медленной TLC NAND памяти на одну ступень с SandForce-накопителями, основанными на синхронной MLC-памяти. Флагманский же Samsung 840 Pro, хотя и может похвастать достаточно неплохими результатами, единоличным лидером не является. В зависимости от того, с файлами какого типа приходится иметь дело, он может уступать Corsair Neutron GTX или OCZ Vector.

Выводы

С выпуском новых SSD компания Samsung сделала серьёзную заявку на лидерство на рынке твердотельных накопителей потребительского уровня. И дело отнюдь не в том, что Samsung самостоятельно производит начинку SSD от начала и до конца и благодаря этому располагает широкими возможностями для ценообразования. Гораздо важнее, что новая аппаратная платформа, объединяющая трёхъядерный контроллер четвёртого поколения MDX и 21-нм память с интерфейсом Toggle Mode 2.0, действительно позволяет заметно поднять планку производительности современных систем хранения данных.

Самый бурный восторг, несомненно, вызывает старший из накопителей семейства, Samsung 840 Pro. Этот привод базируется на MLC-памяти и по своим скоростным показателям оказывается заметно лучше всех прошлых лидеров. Благодаря производительному контроллеру данный привод может похвастать выдающейся скоростью случайного чтения даже при невысокой очереди запросов, и это позволяет ему превосходить высококлассные накопители других разработчиков при реальных десктопных или ноутбучных нагрузках. По итогам проведённого тестирования мы с полным правом можем констатировать, что Samsung 840 Pro – это самый быстрый на сегодня SSD c SATA 3-интерфейсом. А если к этому добавить пятилетнюю гарантию, встроенное AES-256 шифрование и отличную программную поддержку, то вывод можно тут сделать только один: «надо брать». Конечно, Samsung 840 Pro не слишком дёшев, однако к чести производителя он не дороже прочих флагманских предложений.

Бюджетный Samsung 840 по сравнению со своим собратом смотрится на графиках не столь эффектно. Его производительность сдерживается дешёвой TLC-памятью, обладающей более высокими задержками. Однако производительный контроллер MDX позволяет отчасти скомпенсировать относительную медлительность флеш-памяти. В результате, при общеупотребительном использовании Samsung 840 вполне может конкурировать с распространёнными приводами средней ценовой категории на базе MLC NAND, например с OCZ Vertex 4, Plextor M5S или Corsair Neutron. Поэтому Samsung 840 представляется очень выгодным вариантом с точки зрения соотношения цены и производительности. Впрочем, не следует забывать о том, что TLC-память, лежащая в его основе, имеет ресурс 1000 циклов стирания/программирования, что делает Samsung 840 теоретически менее долговечным, чем все прочие SSD. И хотя гарантийный срок составляет типичные три года, а на практике мы пока не сталкиваемся с массовыми отказами Samsung 840, мнительные пользователи предпочитают его сторониться. Поэтому в данном случае мы не станем давать каких-то конкретных рекомендаций, а отметим лишь, что Samsung 840 – это интересный, но несколько своеобразный SSD.

Для того чтобы было проще ориентироваться во всём многообразии доступных в магазинах накопителей, мы предлагаем единую итоговую таблицу, ранжирующую различные SSD по среднестатистической скорости работы. Таблица содержит базовые сведения об аппаратных составляющих побывавших в нашей лаборатории твердотельных накопителей и отражает наше обобщённое оценочное суждение о производительности той или иной модели в сравнении с конкурирующими решениями.