Обзор твердотельного накопителя Samsung 840 EVO: эволюция по-самсунговски

Введение

Все статьи, посвящённые последним событиям на рынке твердотельных накопителей, нам приходится начинать с сетований на то, что рынок этот утратил былую динамику, а разработчики SSD погрязли в рутине. После того, как в числе производителей флеш-дисков оказались гиганты полупроводникового бизнеса, одновременно являющиеся лидирующими поставщиками NAND-памяти, с рынка были вытеснены многие небольшие и динамичные компании. А ведь прогресс в области потребительских SSD, заключающийся в планомерном увеличении производительности, происходил по большей части именно их силами. Поэтому после того как доминирующее положение на рынке твердотельных накопителей захватили ворочающие колоссальными объёмами поставок Intel, Micron, Samsung и Toshiba, конкуренция в плоскости быстродействия планомерно сошла на нет и перешла в плоскость цены поставляемых моделей SSD.

Конечно, с точки зрения среднестатистического покупателя в этом нет ничего плохого: в конце концов, за последнее время SSD сильно подешевели. Однако энтузиастам-романтикам, стремящимся строить системы с максимальной производительностью, такая ситуация нравится не сильно. Но к счастью, среди многочисленных вышедших в последнее время моделей SSD с откровенно средним быстродействием всё-таки присутствуют и уникальные по потребительским характеристикам продукты. Их предлагает один из гигантов – компания Samsung, которая наряду с оптимизацией себестоимости своих SSD параллельно стремится и к превосходству над конкурентами с точки зрения показателей производительности.

Политика этой компании на рынке SSD вполне очевидна: Samsung хочет закрепиться в роли непререкаемого лидера в этой области. Компания пришла на рынок массовых флеш-дисков заметно позже своих основных конкурентов, поэтому теперь вынуждена навёрстывать упущенное за счёт маркетинга и интенсивно проводимых инноваций. И сегодня она уже почти пришла к своей цели: её SSD можно отнести как к числу наиболее производительных моделей, так и к числу наиболее выгодных предложений с точки зрения цены и производительности. Успех SSD-бизнеса Samsung базируется на двух столпах. С одной стороны, на уникальных контроллерах собственной разработки, которые не только имеют достаточно хитрую архитектуру и высокую мощность, но при этом продолжают активно совершенствоваться. С другой стороны, Samsung обладает собственным производством качественной, современной и недорогой флеш-памяти NAND.

Мы давно и очень хорошо знакомы с накопителями Samsung 840 Pro и Samsung 840. Они стали своего рода краеугольными SSD, выпущенными Samsung, благодаря которым эта компания смогла завоевать положительную репутацию у разных категорий пользователей. Основанная на прогрессивном трёхъядерном контроллере MDX модель Samsung 840 Pro предложила и предлагает до сих пор лидирующую для потребительских накопителей производительность. А в Samsung 840 производитель впервые внедрил трёхбитовую TLC NAND-память, создав не очень быстрый, но очень выгодный по цене SSD, который при этом оказался вполне надёжным для интенсивного каждодневного использования.

Имея такой модельный ряд, Samsung вполне могла бы продолжать наслаждаться высокими продажами собственных SSD, однако разработчики решили пойти ещё дальше. Их новой целью стало объединение потребительских свойств моделей Samsung 840 Pro и Samsung 840 в одном твердотельном накопителе. Желая получить флеш-привод с лидирующей производительностью и невысокой ценой, Samsung объединила обновлённый быстродействующий контроллер и трёхбитовую память в едином накопителе, щедро приправив его остроумными технологиями, направленными на маскировку слабых сторон TLC NAND. Получился Samsung 840 EVO – модель, имеющая такой набор характеристик, что мимо неё пройти просто невозможно. В этом обзоре мы рассмотрим 250-гигабайтную модификацию этого привода и постараемся понять, существуют ли у Samsung 840 EVO какие-то изъяны, или на этот раз Samsung смогла заткнуть за пояс вообще всех. Достаточно любопытно, что первому TLC-накопителю, Samsung 840 в своё время удавалось удерживать до 20 процентов розничного рынка SSD. Новая же модель Samsung 840 EVO обещает быть лучше и может претендовать на ещё большую популярность. Оставляет ли она при этом хоть какое-то место для конкурентов – вот главный вопрос, на который мы попробуем ответить в этом материале.

Samsung 840 EVO: новая платформа

Если судить по названию, то Samsung относит свою модель 840 EVO к старой доброй 840-й серии. Очень похоже, что добавившееся к наименованию окончание EVO намекает на очередной эволюционный виток, который пережила прошлая младшая модель Samsung 840. Однако в данном случае маркетологи явно приуменьшили достижения разработчиков – в Samsung 840 EVO обновилось вообще всё: и контроллер, и память, и базовые алгоритмы работы. Иными словами, на самом деле мы имеем дело со следующим поколением SSD компании Samsung, которое искусно замаскировано под старой вывеской. Определяя позиционирование новой модели, Samsung не стал причислять её к 850-й серии исходя из каких-то соображений высшего порядка, а с точки зрения внутренней начинки это было бы вполне справедливо. Впрочем, прежде чем давать оценку «потрохам» нового флеш-привода, давайте ознакомимся с его архитектурой немного подробнее.

Начать следует с того, что Samsung 840 EVO базируется на новом контроллере Samsung MEX. Базовая архитектура этого чипа осталась неизменной, также как и контроллер MDX, применявшийся в SSD 840-й серии до этого, он базируется на трёх ядрах ARM Cortex-R4. Но тактовая частота нового контроллера возросла на треть и теперь составляет 400 МГц, что позволило немного поднять темп обработки случайных операций. В дополнение к этому в Samsung MEX появилась и реализация обновлённого интерфейса SATA 3.1, благодаря которому в Samsung 840 EVO появилась поддержка очереди для команд TRIM, улучшающей производительность при интенсивных файловых операциях.

Ещё одним преимуществом нового контроллера является поддержка AES-шифрования с 256-битным ключом «с человеческим лицом». Шифрование флеш-диски Samsung поддерживали и раньше, но в Samsung 840 EVO появилась совместимость со спецификациями Trusted Computing Group Opal и с Microsoft eDrive. В итоге, владельцы Samsung 840 EVO получили возможность использования простого аппаратного шифрования, управляемого из среды операционной системы, например, с применением стандартного для Windows средства BitLocker. Раньше же шифрование активировалось лишь через ATA-пароль в BIOS материнской платы, что было не всегда возможно и удобно.

Второе основополагающее изменение в дизайне Samsung 840 EVO – это новая TLC флеш-память. Предшественник этого твердотельного накопителя, Samsung 840, был первым SSD, построенным на базе TLC NAND, хранящей по три бита данных в каждой ячейке. Идея использования такой памяти, судя по всему, пришлась Samsung по душе. Несмотря на то, что TLC-память считается многими недостаточно надёжной, так как рассчитана всего на одну тысячу циклов перезаписи, в Samsung 840 она проявила себя не так уж и плохо. Накопленный опыт использования Samsung 840 показывает, что эти приводы совсем не отличаются низкой надёжностью. А многочисленные проделанные энтузиастами практические эксперименты убедительно доказывают, что их ресурс позволяет записать не менее 250 Тбайт данных даже на наименее ёмкую 120-гигабайтную модификацию (а зачастую – значительно больше). Это значит, что при использовании в составе обычных персональных компьютеров накопители Samsung на базе TLC-памяти легко проработают как минимум несколько лет.

Любопытно, что положительный опыт применения TLC NAND в составе потребительских твердотельных накопителей до сих пор не перенят другими производителями. Похоже, что Samsung обладает какими-то уникальными технологиями в области взаимодействия с трехбитовой памятью. И теперь эти технологии выходят на новый уровень: в Samsung 840 EVO нашла применение TLC-память с новым дизайном. Если в Samsung 840 применялась память, производимая по 21-нм техпроцессу, то в Samsung 840 EVO попала более новая 19-нм память с Toggle Mode 2.0 DDR-интерфейсом с пропускной способностью 400 Мбит/с.

Как известно, TLC NAND, позволяющая хранить в полупроводниковом устройстве аналогичной сложности в полтора раза больше данных, чем привычная MLC NAND, заметно снижает себестоимость SSD. Благодаря такой памяти производство твердотельных накопителей становится очень прибыльным делом, даже если продавать их дешевле конкурирующих приводов. Поэтому, решив все проблемы с надёжностью накопителей на базе такой TLC NAND вперёд конкурентов, Samsung напала на золотую жилу. И совершенствование технологического процесса в таких условиях становится ещё одним путём увеличения извлекаемой выгоды.

Однако и это ещё не всё. Вместе с внедрением нового технологического процесса и уменьшением физических размеров транзисторов Samsung перешла на изготовление более крупных полупроводниковых ядер ёмкостью не 64, а 128 Гбит. Выпущенные Micron полупроводниковые кристаллы MLC NAND такой ёмкости мы уже встречали в составе Crucial M500, их внедрение, как известно, увеличивает максимальную ёмкость накопителей до 1 Тбайт. Внедрение 128-гигабитных ядер флеш-памяти в Samsung 840 EVO выполнено с той же целью. Однако организационно 19-нм TLC-память Samsung отличается от MLC-памяти Micron с 128-гигабитными ядрами тем, что она разбита на страницы размером 8 Кбайт, в то время как MLC-память Micron оперирует страницами по 16 Кбайт. Да и размер блоков, которыми происходит стирание, составляет типичные для памяти с 64-гигабитными ядрами 256 страниц. Это значит, что переход к вдвое более ёмким ядрам у компании Samsung не будет сопряжён с заметным ростом латентностей при операциях записи и уничтожения данных. И это – позитивная новость на фоне того, что TLC NAND в целом проигрывает MLC NAND по скорости своей работы.

Здесь самое время поговорить об ещё одной уникальной особенности Samsung 840 EVO, призванной повысить производительность этих приводов, технологии TurboWrite. Как известно, скорость работы TLC-памяти примерно в полтора раза ниже, чем у MLC. Уменьшение технологических производственных норм, применяемых при выпуске флеш-памяти, дополнительно снижает её быстродействие. В итоге, установленная в Samsung 840 EVO 19-нм память оказалась слишком медлительной для того, чтобы из этого накопителя можно было бы сделать высокопроизводительное решение, как того изначально хотела Samsung. Однако инженеры компании нашли выход: кэш-память с ячейками, эмулирующими SLC NAND, которая хранит по одному биту данных в каждой ячейке, но обладает при этом крайне низкими задержками. Откровенно говоря, идея такого кэширования лежит на поверхности. Подобные технологии давно применяются в продукции Toshiba и SanDisk. Реализация же Samsung отличается тем, что кэш задействуется только при операциях записи, а в скоростном SLC-режиме работает лишь небольшая часть массива TLC-ячеек, которая выделяется из недоступной для пользователей резервной области твердотельного накопителя. Тем не менее, даже небольшого кэша с SLC-эмуляцией хватает для существенного увеличения производительности.

В зависимости от ёмкости накопителя объём TurboWrite SLC-кэша может составлять от 3 до 12 Гбайт.

При записи на накопитель область SLC-кэша заполняется данными в первую очередь, а затем, во время простоя, данные перебрасываются в TLC-область для постоянного хранения. Соответственно, при долговременных операциях записи Samsung 840 EVO сначала показывает очень высокую производительность, но затем она постепенно снижается, так как накопителю приходится уже сохранять данные не в быструю SLC-область, а в медленные TLC-ячейки. Впрочем, длительные непрерывные записи обычно несвойственны для общеупотребительных нагрузок, поэтому технология TurboWrite показывает хорошие результаты в реальной жизни.

Использование кэша TurboWrite компенсирует и снижение объёма массива резервных ячеек, которые можно использовать для подмены по мере выработки накопителем ресурса. Буферизация записи позволяет консолидировать случайные разрозненные операции и это в конечном итоге снижает показатель усиления записи. Иными словами, то, что на подменный фонд и выравнивание износа в Samsung 840 EVO в конечном итоге выделяется лишь 5,6 процентов от общей ёмкости, настораживать не должно. На надёжности привода это не сказывается.

Подводя итог знакомству с новой платформой, реализованной в Samsung 840 EVO, давайте посмотрим на паспортные характеристики производительности, которые Samsung обещает для своего нового SSD в сравнении с его предшественниками.

Как видим, новинка по своим скоростным параметрам максимально приближена к Samsung 840 Pro. Хорошие скорости записи обеспечиваются технологией TurboWrite, а хорошая скорость чтения – это всецело заслуга нового контроллера Samsung MEX. Впрочем, говоря о том, что Samsung 840 EVO это аналог Samsung 840 Pro с ценой Samsung 840, нужно иметь в виду многочисленные нюансы, которые производитель не афиширует. Именно для выявления таких особенностей мы и провели тестирование 250-гигабайтной модели Samsung 840 EVO. Однако прежде чем перейти к результатам тестов, давайте познакомимся с испытуемым немного поближе.

Samsung 840 EVO 250 Гбайт: подробное знакомство

Твердотельные накопители компании Samsung могут поставляться в нескольких вариантах комплектации: в виде наборов для модернизации настольных или мобильных систем, либо в «голом» виде. В нашу лабораторию поступил именно последний вариант. Однако даже в этом случае Samsung 840 EVO оказался упакован в аккуратную небольшую коробку, сам привод внутри которой надёжно закреплён в пластиковой пресс-форме. Помимо непосредственно SSD в коробку также оказалась вложена пара бумажек и компакт-диск с руководством в электронной форме и программным обеспечением.

Дизайн упаковки Samsung 840 EVO совершенно типичен и по-самсунговски строг. Вся коробка сделала из чёрного картона. На её лицевой стороне приведено изображение и название SSD, а на обороте – перечислено содержимое коробки и размещено немного рекламных лозунгов.

Внешний вид рассматриваемого флеш-диска по сравнению с Samsung 840 Pro и Samsung 840 несколько изменился. Форма и материалы корпуса остались старыми, но окрашен 2,5-дюймовый металлический параллелепипед теперь по-другому. Черную матовую порошковую краску сменило покрытие под мокрый асфальт. Логотип же производителя на верхней части привода стал чёрным.

Высота SSD составляет 7 мм, так что его без каких-либо проблем можно установить в ультра-тонкие ноутбуки. Кстати, попутно хочется подчеркнуть, что Samsung 840 EVO отличается крайне малой массой – всего 43 грамма.

На нижней поверхности SSD наклеена этикетка с названием, серийными номерами, артикулами и прочей малополезной для конечных пользователей информацией. Среди всего прочего на ней можно увидеть и идентификатор PSID, который может потребоваться для сброса пароля шифрования (с потерей данных).

Однако невзрачный корпус скрывает внутри себя поистине поразительные внутренности. Начать следует с того, что печатная плата, установленная внутри Samsung 840 EVO, обладает обескураживающе малым размером. Таких миниатюрных плат внутри 2,5-дюймовых SSD мы ещё не видели!

Ещё поразительнее то, что на этой плате напаяно всего четыре чипа. Самая главная микросхема – контроллер S4LN045X01-B030. В качестве SDRAM памяти, используемой для буферизации прошивки и таблицы трансляции адресов, в накопителе Samsung 840 EVO применяется LPDDR2-1066. В рассматриваемой нами модификации установлен чип на 256 Мбайт. В других же моделях линейки объём SDRAM буфера рассчитывается по принципу 1 Мбайт кэша на 1 Гбайт ёмкости флеш-памяти.

Но самое интересное – это то, как 256 Гбайт TLC флеш-памяти разместилось всего в двух микросхемах. Получается, что каждая такая микросхема имеет объём 128 Гбайт, а, значит, состоит из восьми 128-битных устройств TLC NAND-памяти. Samsung с началом производства своей TLC-памяти по 19-нм технологии удалось добиться небывалой плотности компоновки полупроводниковых кристаллов внутри микросхем: ранее мы встречали лишь микросхемы, объединяющие максимум по четыре кристалла.

Таким образом, восьмиканальный контроллер Samsung MEX в рассматриваемом SSD использует лишь двукратное чередование устройств флеш-памяти в каждом канале. Это не самый производительный вариант: наивысшую скорость показывают те модели твердотельных накопителей, где применяется четырёхкратное чередование. В данном же случае мы сталкиваемся с обратной стороной перехода Samsung на 128-битные устройства NAND. Также как и в случае с Crucial M500, наивысшей производительностью в линейке Samsung 840 EVO будут обладать модели с ёмкостью 500 Гбайт и выше. Младшие два SSD, включая и рассматриваемый флеш-диск на 250 Гбайт, обладают несколько ограниченной скоростью.

Интересен и ещё один момент: Samsung в своём SSD удалось обойтись вообще без использования каких-либо термоинтерфейсных элементов. Ни один из чипов не примыкает к корпусу, и это связано с низким нагревом элементов во время работы. Впрочем, производитель подчёркивает, что даже в случае эксплуатации Samsung MEX в совсем неблагоприятных температурных условиях ничего страшного не произойдёт. Флеш-диск наделён защитой от перегрева, срабатывающей по принципу троттлинга при превышении температурой контроллера границы в 70 градусов.
Паспортные характеристики Samsung 840 EVO 250 Гбайт выглядят так:

Контроллер: Samsung MEX;
Интерфейс: SATA 3.1, 6 Гбит/с;
Флэш-память: Синхронная 19-нм Toggle Mode 2.0 TLC NAND;
Ёмкость: 250 Гбайт / 233 ГиБ;
Кэш-память: 256 Мбайт LPDDR2-1066 SDRAM;
Скорость последовательного чтения: 540 Мбайт/сек;
Скорость последовательной записи: 520 Мбайт/сек;
Скорость случайного чтения (блоки 4 Кбайта): 97000 IOPS;
Скорость случайной записи (блоки 4 Кбайта): 66000 IOPS.

Как и ожидалось, Samsung 840 EVO объёмом 250 Гбайт несколько отстаёт от старших модификаций, однако проявляется это главным образом в части скорости случайной записи. Впрочем, TurboWrite-кэш способен скомпенсировать это отставание, так что в реальной жизни спад производительности может быть заметен лишь при длительных и непрерывных операциях записи.

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.

Учитывая, что этот материал посвящён тестированию накопителя, который обещает высокую производительность при низкой цене, для сравнения с ними мы решили собрать максимально представительную компанию соперников, которая включала бы в себя популярные твердотельные приводы различного позиционирования. Однако в первую очередь сравнение Samsung 840 EVO происходило, естественно, с его предшественниками Samsung 840 Pro и Samsung 840, основанными на контроллере предыдущего поколения Samsung MDX и использующими фирменную MLC и TLC-память, производимую по 21-нм технологическому процессу.

Помимо трёх твердотельных накопителей Samsung, на диаграммах будут представлены: использующий контроллер LAMD LM87800 накопитель Seagate 600; приводы Plextor M5 Pro Xtreme, Crucial M500 и SanDisk Extreme II, базирующиеся на флагманском контроллере Marvell 88SS9187; Plextor M5S, построенный на микросхеме Marvell 88SS9174; носитель набившей оскомину платформы SandForce SF-2281 Intel 530; накопитель OCZ Vector 150, представляющий фирменную платформу Indilinx Barefoot 3. Напомним, из перечисленного списка SSD Plextor M5 Pro Xtreme, SanDisk Extreme II, OCZ Vector 150 и Seagate 600 основываются на 19-нм MLC NAND производства Toshiba/Sandisk; Plextor M5S использует 25-нм флеш-память компании Micron; Samsung 840 Pro использует фирменную 21-нм MLC-память; в Intel 530 производитель устанавливает собственную 20-нм MLC NAND; а в основе Crucial M500 применена новая 20-нм флеш-память Micron, основанная на 128-гигабитных ядрах с 16-килобайтными страницами.

Все протестированные твердотельные накопители, по возможности, подбирались близкой ёмкости –240/250/256 Гбайт.

В итоге, 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:

Crucial M500 240 Гбайт (CT240M500SSD1, прошивка MU03);
Intel SSD 530 240 Гбайт (SSDSC2BW240A4, прошивка DC32);
OCZ Vector 150 240 Гбайт (VTR150-25SAT3-240G, прошивка 1.2);
Plextor M5 Pro Xtreme 256 Гбайт (PX-256M5P, прошивка 1.06);
Plextor M5S 256 Гбайт (PX-256M5S, прошивка 1.05);
Samsung 840 Pro 256 Гбайт (MZ-7PD256, прошивка DXM05B0Q);
Samsung 840 EVO 250 Гбайт (MZ-7TE250, прошивка EXT0BB6Q);
Samsung 840 250 Гбайт (MZ-7TD250, прошивка DXT08B0Q);
SanDisk Extreme II 240 Гбайт (SDSSDXP-240G, прошивка R1311);
Seagate 600 240 Гбайт (ST240HM000, прошивка C675).

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

Intel Chipset Driver 9.4.0.1027;
Intel HD Graphics Driver 10.18.10.3345;
Intel Management Engine Driver 9.5.0.1367;
Intel Rapid Storage Technology 12.9.0.1001.

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.

Уже по первым результатам в синтетическом тесте можно сказать, что из Samsung 840 EVO получился отличный накопитель. Совершенно очевидно, что он сможет прописаться в числе лидеров, так как по самой главной для потребительских моделей характеристике – скорости случайного чтения с низкой глубиной очереди запросов – он превосходит всех своих конкурентов. Что же касается производительности при прочих вариантах дисковой активности, то Samsung 840 EVO нельзя отнести к числу лидеров лишь в одном случае – при произвольных операциях с глубокой очередью запросов. Но при обычных вариантах реальной нагрузки такие ситуации практически не встречаются.

Получается, что разработчикам Samsung вполне удалось добиться поставленной изначально цели – получившийся накопитель на базе TLC NAND с точки зрения производительности может выступать на равных с флагманскими моделями других производителей. Впрочем, есть одно но, о котором не следует забывать. Высокая скорость Samsung 840 EVO на операциях записи обеспечивается технологией TurboWrite, которая эффективна лишь при непрерывной записи достаточно небольших объёмов информации. Чтобы проиллюстрировать это, достаточно посмотреть, как изменяется линейная скорость записи Samsung 840 EVO при заполнении всего пространства твердотельного накопителя.

На начальном этапе Samsung 840 EVO действительно выдаёт рекордную скорость линейной записи, ограничиваемую лишь пропускной способностью SATA 6 Гбит/с интерфейса. Однако такая производительность держится недолго. У участвующей в тестировании модели объёмом 250 Гбайт объём TurboWrite-кэша составляет всего 3 Гбайта. Поэтому после записи 3 Гбайт данных скорость снижается до уровня пропускной способности восьмиканальной TLC NAND, работающей с двукратным чередованием устройств в каждом канале. В результате, если на начальном этапе скорость последовательной записи доходит до 495,2 Мбайт/с, то потом она падает примерно до 280 Мбайт/с.

Отсюда следует и ещё один вывод: синтетические тесты могут выдавать сильно разнящиеся скорости записи Samsung 840 EVO в зависимости от того, какой объём данных они используют для измерения. Например, в нашем тестировании используются 8-гигабайтные массивы данных, и потому результаты оказываются далекими от максимально возможных. Для того же, чтобы лучше понимать, как будет складываться ситуация в реальных условиях, мы дополнительно исследовали изменение скоростей записи при изменении объёма записываемой информации.

Наибольшую зависимость от размера массива записываемой информации демонстрирует скорость последовательной и случайной записи с очередью большой глубины. Именно эти практические характеристики в конечном итоге упираются в пропускную способность флеш-памяти, поэтому на них и оказывает положительное влияние технология TurboWrite. Что же касается скорости произвольной записи информации при невысокой глубине очереди, то здесь основополагающее влияние на производительность SSD оказывает не скорость памяти, а производительность контроллера. Поэтому эти показатели мало меняются при увеличении объёма записываемой в течение теста информации.

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 частично 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».

TRIM у Samsung 840 EVO работает эталонно, позволяя накопителю в процессе долговременной эксплуатации сохранять первоначальную производительность. Это вполне закономерно, так как с работой TRIM у приводов Samsung никогда ранее проблем не было.

Что же касается фоновой сборки мусора без TRIM, то, как видно по графику, она тоже в каком-то виде присутствует. В процессе простоя Samsung 840 EVO немного повышает свою производительность, хотя предыдущие накопители Samsung таким поведением похвастать не могли. Впрочем, вполне возможно, что прирост скорости использованного SSD без подачи команды TRIM связан не столько со сборкой мусора, сколько с освобождением кэша TurboWrite. Однако в любом случае после небольшого простоя Samsung 840 EVO всегда работает быстрее, как в средах с поддержкой TRIM, так и в тех исключительных ситуациях, когда поддержки этой команды нет.

Тесты в Futuremark PCMark 8

С выходом новой версии тестового пакета Futuremark PCMark 8 мы перешли на использование встроенного в него бенчмарка дисковой подсистемы. Как и раньше, 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 задачах, и замеряется скорость их выполнения. Новая версия по сравнению с PCMark 7 привнесла новый расширенный набор трасс, которые взяты из реальных игровых приложений и программных пакетов компаний Abobe и Microsoft. Итоговый же результат исчисляется не в виде рейтинга, который не слишком наглядно иллюстрирует различия в скорости разных SSD, а в виде усреднённой скорости, которые показывают накопители.

Тестирование в PCMark 8 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.

В отличие от синтетических тестов PCMark 8 моделирует реальную пользовательскую нагрузку, воспроизводя заранее записанные «трассы» дисковой активности. Этот тест интересен тем, что он иллюстрирует, какое впечатление о том или ином SSD получат пользователи во время его практического использования. И здесь мы видим, что рассматриваемый флеш-диск достиг своей цели. У Samsung действительно получилось построить на базе недорогой TLC NAND твердотельный накопитель с флагманским быстродействием. Samsung 840 EVO отстаёт только от Samsung 840 Pro и опережает многие популярные модели, такие как Plextor M5 Pro, Sandisk Extreme II или OCZ Vector 150. Залогом успеха Samsung 840 EVO выступает высокая скорость произвольного чтения и кэш TurboWrite, который во многих ситуациях позволяет скрыть невысокую производительность накопителя при операциях записи.

Но давайте немного углубимся в подробности. Итоговый индекс PCMark 8 – это некая усреднённая метрика для производительности. Больше пищи для размышлений могут дать результаты, показанные флеш-дисками при прохождении отдельных тестовых трасс, моделирующих различные варианты реальной нагрузки.

Относительно слабую производительность Samsung 840 EVO выдаёт только в тех немногих приложениях, которые инициируют запись больших объёмов данных. Например, в Adobe After Effects. В подавляющем же большинстве всех остальных случаев Samsung 840 EVO оказывается лишь чуть медленнее лидирующего Samsung 840 Pro.

Тесты в Intel NAS Performance Toolkit

Intel NASPT – это ещё один основанный на использовании реальных сценариев тест дисковой подсистемы. Также как и PCMark 8, 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 испытаниях 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 8 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.

На втором месте вслед за Samsung 840 Pro оказывается рассматриваемый Samsung 840 EVO и в другом тесте, моделирующем реальную нагрузку, Intel NASPT. Достаточно любопытно, что совместив в Samsung 840 EVO технологии, нашедшие применения в 840 Pro и 840, Samsung создал твердотельный накопитель, выдающий среднюю между ними производительность. Однако этого оказалось вполне достаточно для того, чтобы новинка смогла опередить большинство лучших приводов, которые есть в арсенале у других производителей.

Средневзвешенный результат теста следует дополнить и данными, полученными в различных сценариях: они позволят сделать вывод о том, чем объясняются такие усреднённые показатели Samsung 840 EVO. 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.

Те результаты, которые отображены на приведённых диаграммах, объяснить очень легко. Там, где от приводов требуется непрерывная запись больших объёмов данных, Samsung 840 EVO проигрывает многим конкурентам. Это – сценарии копирования файлов на накопитель и инсталляция программ. Во всех же остальных случаях Samsung 840 EVO уверенно закрепляется в верхней части графиков. Причём, в ряде ситуаций ему даже удаётся обгонять флагманский Samsung 840 Pro, так как у новой EVO-версии за счёт более прогрессивного контроллера MEX выше скорость случайного неконвейеризованного чтения.

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 файлов внутри накопителя – несколько специфичная нагрузка, требующая от SSD способности хорошо переваривать поступающие одновременно запросы на чтение и запись информации. Однако производительность Samsung 840 EVO здесь оказывается нестабильной и сильно меняется в зависимости от характера копируемых данных. Очевидно, на результат влияет то, хватает ли для копирования тех или иных файлов вместимости кэша TurboWrite.

Программное кэширование RAPID

Во время знакомства с накопителями Samsung 840 Pro и Samsung 840 мы отмечали, что с ними поставляется и одна из лучших программных утилит для обслуживания твердотельных накопителей – Samsung Magican. Эта программа имеет приятный интерфейс и обладает развёрнутым набором функций, начиная от просмотра SMART и возможности обновления прошивки накопителей и заканчивая Secure Erase, встроенным тестом производительности, а также оптимизатором настроек операционной системы. Но с выходом Samsung 840 EVO возможности этой утилиты расширились дополнительно, и в ней появилась поддержка фирменной технологии RAPID.

Технология RAPID, получившая название от сокращения Real-time accelerated processing of IO-data (ускорение запросов ввода-вывода в реальном времени), представляет собой реализацию дополнительного уровня кэширования данных на уровне операционной системы. Фактически, при включении RAPID утилита Magican создаёт в оперативной памяти дополнительный кэш-буфер, призванный ускорить операции чтения и записи информации. Реализация этой технологии в Magican стала результатом покупки Samsung компании NVELO, которая хорошо известна энтузиастам по своим наработкам в области улучшения параметров дисковых подсистем, состоящих из SSD и HDD за счёт реализации на их основе единого гибридного тома. Теперь же под влиянием Samsung эта технология была адаптирована на SSD и оперативную память.

На сегодняшний день RAPID поддерживается в системах с накопителями Samsung 840 EVO и Samsung 840 Pro. Несмотря на программные корни этой технологии, включить её для других накопителей невозможно. Для работы RAPID требуется не менее 2 Гбайт оперативной памяти и операционная система Windows 7 или Windows 8. Включение производится простым нажатием кнопки в интерфейсе Magican.

После перезагрузки в оперативной памяти создаётся кэш объёмом 1 Гбайт, который буферизирует на низком уровне все дисковые операции чтения и записи, происходящие с твердотельным накопителем Samsung, что заметно увеличивает скорость его работы. Например, по данным синтетического теста CrystalDiskMark скорость Samsung 840 EVO возрастает до уровня накопителей с интерфейсом PCI Express.

Однако следует иметь в виду, что технология RAPID может обеспечить увеличение скорости чтения только в тех случаях, когда к данным выполняются повторные обращения, и они уже находятся в RAM-буфере. Поэтому в реальных приложениях рост производительности будет столь ощутимым далеко не всегда. В следующей ниже таблице мы приводим информацию о том уровне прироста быстродействия, который мы получили в нашей тестовой системе после включения RAPID, в бенчмарке PCMark 8, который как раз и моделирует работу дисковой подсистемы в распространённых общеупотребительных задачах.

Как видите, эффект от включения технологии RAPID в реальных задачах может сильно разниться. В играх он минимален, зато в Photoshop масштабируемость может быть кратной. В целом же, средняя величина прироста составляет достаточно внушительные 55 процентов.

Несмотря на значительный прирост быстродействия, который даёт RAPID, многие пользователи недолюбливают подобные программные технологии из-за привносимого ими снижения надёжности функционирования файловой системы. При возникновении каких-либо системных сбоев или при неожиданных выключениях и перезагрузках в RAM-кэше может оказаться обновлённая информация, которая ещё не была сохранена на твердотельном накопителе. И это может повлечь за собой как утерю информации, так и разрушение всей файловой системы.

Однако Samsung обещает, что вероятность возникновения подобных неприятностей при работе RAPID минимальна. Технология при записи данных старается удерживать их в RAM-кэше минимально возможное время. Стратегия работы в этом случае заключается не в максимально быстрой отработке записей за счёт временного размещения данных в памяти, а в комбинировании случайных операций с низкой глубиной очереди запросов в запросы с глубокой очередью.

Также разработчики говорят и о том, что RAPID очень рационально расходует системные ресурсы. Задействованная под буферизацию дисковых операций память освобождается по мере того, как её запрашивают другие процессы операционной системы, а сама технология может временно автоматически деактивироваться при высокой загрузке центрального процессора.

Выводы

Исходя из конструктивных особенностей, Samsung 840 EVO можно представить себе, как нечто среднее между Samsung 840 Pro и Samsung 840, то есть, как производительный накопитель, построенный на базе недорогой TLC NAND-памяти. Но пусть вас не смущает такое описание, оно очень поверхностно. На самом деле, разработчики основательно поработали над совершенствованием архитектуры Samsung 840 EVO и снабдили его впечатляющим набором новаторских технологий. В результате мы получили действительно замечательный твердотельный накопитель. Обновлённый контроллер с повышенной тактовой частотой, выпущенная по новому 19-нм техпроцессу флеш-память с 128-гигабитными ядрами и технология TurboWrite сделали из Samsung 840 EVO очень производительное решение, которое к тому же представлено в широком наборе различных ёмкостей, вплоть до 1 Тбайт. И даже несмотря на то, что в рамках этого обзора мы познакомились не с самой быстрой моделью Samsung 840 EVO объёмом 250 Гбайт, этот флеш-диск смог превзойти большинство флагманских SSD прочих производителей. Иными словами, неожиданно получилось, что Samsung 840 EVO – это один из самых быстродействующих на сегодняшний день твердотельных накопителей, уступающий по скорости разве только Samsung 840 Pro.

Правда, есть у Samsung 840 EVO и определённые недостатки. В первую очередь необходимо понимать, что данный SSD относится исключительно к потребительскому уровню. Он не рассчитан на серьёзные дисковые нагрузки, потому что построен на трёхбитовой TLC NAND памяти со сравнительно невысоким ресурсом циклов программирования/стирания. И несмотря на то, что выпускаемая Samsung память такого типа обладает достаточно высокой надёжностью, позволяя покупателям Samsung 840 EVO рассчитывать на вполне приемлемые для настольных систем показатели ресурса, следует понимать, что любой другой SSD, в основе которого лежит MLC NAND, имеет все шансы в тех же условиях проработать дольше. Поэтому не стоит удивляться, что обладающий флагманской производительностью Samsung 840 EVO снабжается лишь трёхлетней гарантией.

Кроме того, несколько расстраивает и уровень цен, установившийся на модели из линейки Samsung 840 EVO. В них используется дешёвая TLC-память, производимая по одному из самых современных технологических процессов, и вполне логично было бы надеяться, что стоимость таких накопителей будет находиться на низком уровне. Однако ценовая политика Samsung оказалась построена таким образом, что Samsung 840 EVO представлен на прилавках магазинов по заметно более высокой стоимости, чем недорогие накопители на базе MLC NAND, например, тот же Crucial M500. В результате, Samsung 840 EVO нельзя отнести к числу продуктов, которые можно брать сразу, и не задумываясь. Это, безусловно, – отличный накопитель, но очень вероятно, что по сумме всех потребительских характеристик вам захочется посмотреть на варианты, которые предлагают и другие производители.

Для того, чтобы было проще ориентироваться во всём многообразии доступных в магазинах накопителей, мы предлагаем единую итоговую таблицу, ранжирующую различные актуальные 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.