Обзор твердотельного накопителя SanDisk Ultra II

Введение

Первые твердотельные накопители, в основе которых используется не SLC и не MLC, а TLC NAND появились на рынке более двух лет тому назад. Пионером во внедрении высокоплотной флеш-памяти, способной хранить по три бита данных в каждой ячейке, выступила компания Samsung. Благодаря этому шагу в 2012 году она смогла включиться в борьбу за рынок бюджетных флеш-дисков со своей новинкой Samsung 840, а годом позже закрепила позиции с более технологически продвинутой и производительной моделью 840 EVO.

Казалось бы, вот он – простой путь к снижению себестоимости накопителей и увеличению их ёмкости. Однако, как показало дальнейшее развитие событий, TLC-память никакого особого толчка развитию рынка SSD не дала. Более того, за прошедшие с момента выхода Samsung 840 два года ни один из сторонних производителей так и не выпустил аналогичных твердотельных накопителей на базе TLC NAND. Обещаний о переходе на такую память мы слышали немало, и многие разработчики, действительно, связывали с TLC NAND будущее потребительских твердотельных накопителей, но до каких-то конкретных практических шагов дело так и не дошло. Первоначальная эйфория плавно сошла на нет, а все лидеры рынка SSD, за исключением Samsung, продолжили делать ставку на проверенную MLC-память и более «тонкие» технологические процессы, которые тоже позволяют наращивать плотность хранения данных, но экстенсивным путём.

Причина, по которой TLC-память пока не стала массовым решением очень проста. Изготовление такой памяти, способной хранить по три бита информации в каждой ячейке, требует весьма совершенной и отлаженной производственной технологии. В TLC-ячейках должно различаться не четыре, а восемь уровней электрического заряда на плавающем затворе транзистора, и поэтому полупроводниковые кристаллы подобной памяти могут иметь достаточное для массового продукта качество, лишь когда технологический процесс находится в стадии определённой зрелости. Использование же для выпуска TLC NAND новых техпроцессов приводит к неприемлемо низкому выходу годных кристаллов, что убивает всю экономическую целесообразность трёхбитовой памяти.

Как показывает практика, серийное производство TLC-кристаллов флеш-памяти становится возможным только спустя примерно девять месяцев после того, как этот же техпроцесс выходит на достаточное для MLC-памяти качество. Но в последнее время технологии производства флеш-памяти меняются очень быстро. За последнюю пару лет некоторые ведущие производители полупроводников успели уже дважды сменить нормы техпроцесса. Поэтому на практике получилось, что стартовать с выпуском более простой MLC-памяти по новым «тонким» технологиям можно быстрее и проще, чем возиться с переходом на TLC NAND. Учитывая же, что уменьшение норм производства само по себе является неплохим методом снижения себестоимости конечного продукта, связываться с TLC NAND оказалось просто невыгодно.

Однако, ситуация в мире полупроводников меняется моментально. После нескольких лет бурного прогресса производители флеш-памяти столкнулись с невозможностью продолжения быстрого экстенсивного развития. Покорение более тонких норм производства даётся всё с большим трудом, что подталкивает к поиску иных, интенсивных методов наращивания плотности хранения данных. Конечно, большие перспективы обещает переход на флеш-память с трёхмерной компоновкой, но, к сожалению, пока полным пакетом необходимых для этого технологий обладает только Samsung, остальные же производители памяти смогут освоить данный подход лишь в 2015-2016 годах.

И вот здесь-то настало время снова вспомнить о TLC NAND. Похоже, эта память всё же не останется экспериментальным продуктом, а получит достаточно широкое распространение в твердотельных накопителях. По крайней мере, к Samsung решила присоединиться и компания SanDisk, в арсенале которой появился первый твердотельный накопитель на базе TLC NAND – Ultra II. Нашей лаборатории удалось заполучить образцы этого чрезвычайно интересного продукта и в этой статье мы познакомимся с подробными тестами новинки.

Технические характеристики

Компания SanDisk – одна из немногих, обладающая собственным производством флеш-памяти. Поэтому неудивительно, что вслед за Samsung, TLC-флеш стала использовать в твердотельных накопителях именно эта фирма. Для производства такой памяти вполне ожидаемо выбран 19-нм техпроцесс второго поколения, такой, MLC-память по которому массово выпускается уже с начала этого года. Если говорить конкретно о продукции SanDisk, то MLC NAND с подобной геометрией используется, например, в популярном накопителе Extreme Pro. Надо сказать, что SanDisk уже заявляла о начале опытного производства флеш-памяти и по более совершенному техпроцессу с 15-нм нормами, но, как было сказано выше, свежие полупроводниковые технологии для TLC NAND подходят плохо. А вот зрелый 19-нм процесс оказался в самый раз.

Что же касается контроллера, на котором работает SanDisk Ultra II, то тут никаких неожиданностей нет. Компания давно и успешно сотрудничает с Marvell, поэтому в рассматриваемой новинке установлены контроллеры именно этого разработчика. Следует напомнить, что поддержка TLC-памяти появилась в контроллерах SSD уже давно, другое дело что до сих пор не представлялось случая её использовать на практике. Поэтому не стоит удивляться тому, что в основе SanDisk Ultra II лежат чипы Marvell 88SS9190 и 88SS9189. Почему сразу два? Так решил производитель: в старших и младших модификациях Ultra II, как это ни странно, применяются совершенно различные аппаратные платформы.

Всего линейка SanDisk Ultra II состоит из накопителей четырёх ёмкостей от 120 до 960 Гбайт. Все они представляют собой стандартные SATA 6 Гбит/с приводы, поставляющиеся в 2,5-дюймовом корпусе высотой 7 мм, которая может быть увеличена до 9,5 мм за счёт дополнительной пластиковой рамки входящей в комплект поставки. Никаких иных вариантов нет, и купить Ultra II для слотов mSATA или M.2 вы не сможете. Это связано не с какими-то техническими моментами, а с общей политикой SanDisk. Компания поставляет на розничный рынок SSD лишь таких конфигураций, спрос на которые может быть потенциально велик. Нишевые же продукты её не интересуют.

В целом, характеристики линейки SanDisk Ultra II выглядят следующим образом:

Обратите внимание: объём ядер TLC флеш-памяти, на которой базируется Ultra II, составляет 128 Гбит. Делать кристаллы TLC меньшего объёма для производителей попросту невыгодно. Но это также и означает, что наивысшую производительность могут иметь модели объёмом 480 Гбайт и больше — только в них достигается оптимальный уровень параллелизма массива флеш-памяти.

Однако в SanDisk Ultra II есть и ещё одна особенность, которая может сильно повлиять на производительность — применение в разных модификациях различных контроллеров. Две младшие модели на 120 и 240 Гбайт используют чип Marvell 88SS9190, обладающий лишь четырьмя каналами для подключения флеш-памяти, в то время как старшие модификации базируются на полноценном восьмиканальном контроллере Marvell 88SS9189. Каких-то иных принципиальных отличий между этими контроллерами, помимо количества каналов, нет, и можно сказать, что 88SS9190 – это урезанная и удешевлённая версия 88SS9189. Таким образом, SanDisk в своём накопителе Ultra II предлагает несколько иной подход к дифференциации продуктов в модельном ряду. До сих пор с ростом ёмкости увеличивалась кратность чередования устройств NAND в каждом канале контроллера, SanDisk же в дополнение к этому прибегает и к увеличению количества каналов.

Кстати, сам по себе контроллер Marvell 88SS9189 очень неплох. Это самый старший контроллер данного разработчика, предназначенный для установки в потребительские SSD с SATA-интерфейсом. Компания Crucial, например, использует такие чипы в своих флеш-приводах M550, которые на сегодняшний день можно смело отнести к числу высокоуровневых флагманских решений. Любопытно, что в арсенале у Marvell имеется и специализированный контроллер 88SS1074, обладающий аппаратными схемами контроля чётности и исправления ошибок, ориентированными на работу именно с TLC NAND. Однако инженеры SanDisk решили не обращаться к этому решению, а положились на более старые чипы 88SS9189 и 88SS9190, добавив реализацию работы с трёхбитовой памяти на программном уровне.

Но самое интересное в SanDisk Ultra II даже не контроллеры. Флеш-память TLC-типа отличается очень низкими скоростями записи и стирания, поэтому современные накопители на её основе должны обладать какими-либо средствами дополнительной буферизации операций ввода-вывода. У Samsung в 840 EVO, например, эта проблема решается технологией TurboWrite. У SanDisk же есть своё альтернативное решение — технология nCache 2.0. Благодаря ей даже 120-гигабайтная версия Ultra II, основанная на четырёхканальном контроллере и использующая лишь двукратное чередование устройств в каждом канале, может похвастать отличными паспортными показателями производительности на последовательных операциях – до 550 Мбайт/с при чтении и до 500 Мбайт/с – при записи.

Как и все более ранние реализации этой технологии, суть nCache 2.0 заключается в том, что часть флеш-памяти, установленной в накопителе, работает в псевдо-SLC режиме и служит быстрой буферной памятью. Однако в то время как оригинальная технология nCache, использовавшаяся в предыдущих SSD компании SanDisk, была ориентирована в первую очередь на буферизацию обращений к таблице трансляции адресов и на консолидацию операций записи небольших блоков данных, её новая версия обрела гораздо более широкие права. Теперь кэшированию подвергаются все операции записи вне зависимости от их типа и размера блока, а объём псевдо-SLC области серьёзно увеличился. Конкретнее, в первой реализации nCahce для кэширования выделялось порядка 1 Гбайт на весь накопитель, теперь же объём кэш-памяти, использующей флеш-память в SLC-режиме, составляет 5 Гбайт на каждые 120 Гбайт ёмкости SSD. То есть, в модели Ultra II объёмом 960 Гбайт объём кэша достигает внушительные 40 Гбайт.

Немаловажно, что функционирование nCache 2.0 обеспечивается некоторыми специальными алгоритмами, реализованными внутри самих чипов флеш-памяти. Реализация технологии кэширования в SanDisk Ultra II такова, что блоки SLC-памяти располагаются в каждом полупроводниковом кристалле TLC NAND, и копирование данных из SLC-области в TLC внутри одного чипа может быть выполнено вообще без участия контроллера SSD. Всё это стало возможным благодаря специальному дизайну трёхбитовой памяти SanDisk, в котором предусмотрена дополнительная функция On Chip Copy, как раз и отвечающая за перенос данных из SLC-кэша в TLC. Выигрыш от неё очевиден – ценой потери некоторой гибкости работа внутреннего кэша мало загружает контроллер и позволяет более рационально использовать его мощности при объёмных операциях записи.

Нет никаких сомнений в том, что преимущество в производительности, которое может дать использование SLC-кэширования, будет более чем заметно, ведь латентность операций с TLC-памятью может превышать латентность SLC NAND более чем на порядок. И это вполне закономерно. В TLC-памяти предусмотрено восемь уровней сигнальных напряжений, что увеличивает вероятность ошибок, а потому повышает сложность и продолжительность программирования ячеек. В SLC-памяти, напротив, различается всего два напряжения, а потому операции с ней можно проводить с гораздо более высоким темпом.

Увеличенная производительность – не единственное преимущество, которое даёт технология nCache 2.0. Кэширование приводит и к тому, что операции случайной записи, зачастую выполняемые небольшими порциями, консолидируются в SLC-буфере, в результате чего подавляющее большинство записей в TLC-память производится последовательно. А это в свою очередь минимизирует коэффициент усиления записи, увеличивая общую надёжность накопителя. Получается весьма важный и полезный побочный эффект, особенно если вспомнить о том, что TLC-память отличается достаточно невысоким ресурсом, составляющим всего лишь порядка 500-1000 циклов перезаписи.

Работая с одними только последовательными записями, теоретически можно получить коэффициент усиления записи близкий к единице. Но инженеры SanDisk утверждают, что на реальной десктопной нагрузке он даже снижается до 0,8 из-за того, что часть данных успевает уничтожаться до того, как будет скопирована из SLC-буфера в TLC-память. Конечно, коэффициент усиления записи для SLC-кэша при этом остаётся высоким, однако это совсем не страшно, ведь ресурс SLC доходит до 30 тысяч циклов программирования-стирания даже в том случае, если такая флеш-память изготовлена по 19-нм технологическому процессу.

К сказанному остаётся добавить лишь то, что в SLC-буфере, реализованном по технологии nCache 2.0, как и раньше, кэшируется и таблица трансляции адресов, что повышает стойкость накопителя к внезапным отключениям питания. Обычно во время работы накопителя активная копия этой таблицы хранится в SDRAM-буфере, что делает её уязвимой перед пропаданиями питающего напряжения. Но в SanDisk Ultra II таблица в SDRAM-памяти синхронизируется с расположенной в SLC-буфере копией с высокой частотой. Благодаря этому вероятность непредвиденных утрат данных заметно снижается.

В итоге, технология nCache 2.0 позволяет эффективно бороться с обоими основными недостатками TLC NAND – с её невысокой скоростью и с невысоким ресурсом. Однако одной только ей инженеры SanDisk не ограничились и предусмотрели второе средство, повышающее надёжность хранения информации. Это средство — механизм MPR (Multi-Page Recovery), добавляющий к данным дополнительные избыточные контрольные суммы, позволяющие при необходимости восстанавливать информацию из сбойных страниц TLC NAND. Суть метода подобна используемой во флеш-дисках Crucial технологии RAIN, которая предлагает применение схемы RAID 5 для страниц флеш-памяти.

Реализация MPR в SanDisk Ultra II такова, что на каждые 5 байт полезных данных приходится 1 байт контрольной суммы. Иными словами, в 240-гигабайтном накопителе контрольными суммами оккупируется 48 Гбайт пространства. Любопытно, что необходимый для этого объём флеш-памяти SanDisk предусмотрительно размещает внутри своих полупроводниковых кристаллов, не включая его в декларируемую ёмкость чипов. Иными словами, 128-гигабитные чипы TLC NAND компании на самом деле имеют ёмкость порядка 170 Гбит. Лишние же 42 Гбит частично отводятся на хранение контрольных MPR-сумм, а частично — на SLC-кэш, участвующий в работе технологии nCache 2.0.

К сожалению, SanDisk не сообщает конкретный ресурс записи своего TLC-накопителя. Поэтому оценить, насколько действенны все принятые меры, мы не можем. Однако гарантийный срок на Ultra II составляет вполне обычные для рынка 3 года, и это позволяет надеяться на то, что более низкий срок жизни по сравнению с традиционными SSD на базе MLC-памяти ему не свойственен.

Как и во всех остальных своих накопителях, имеющих потребительскую направленность, в Ultra II компания SanDisk не стала добавлять поддержку шифрования. Таким образом, единственный SSD этого производителя, в котором есть совместимое со стандартами Microsoft eDrive и TCG Opal 2.0 шифрование — это X300. Также в Ultra II нет поддержки и режима DevSleep. Всё это связано с маркетинговыми причинами: SanDisk считает, что и шифрование, и режим низкого энергопотребления — это нишивые возможности, не нужные на массовом рынке.

К сказанному остаётся только добавить, что не так давно компания SanDisk предложила пользователям своих SSD новую сервисную утилиту — SanDisk SSD Dashboard. Она по своим возможностям встала в один ряд с программным обеспечением для твердотельных накопителей Samsung или Intel. Утилита обладает средствами мониторинга состояния накопителя, позволяет обновлять прошивку и изменять настройки Windows для оптимизации дисковой подсистемы, а также имеет целый ряд других интересных возможностей.

Кроме того, в SanDisk SSD Dashboard есть и уникальная функция — наблюдение за активностью накопителя в реальном времени и отслеживание его производительности.

Внешний вид и внутреннее устройство

Итак, под именем SanDisk Ultra II мы, фактически, имеем сразу две разновидности SSD, основанные на разных контроллерах с разным количеством каналов. Объединяет их лишь использование TLC-памяти и один и тот же набор технологий для повышения выносливости и срока службы. Поэтому для этого тестирования мы постарались получить оба варианта аппаратного дизайна Ultra II. И это нам удалось – в лаборатории оказались флеш-диски ёмкостью 240 и 480 Гбайт.

Корпус всех последних SSD компании SanDisk одинаковый, поэтому снаружи Ultra II выглядит точно также как накопитель серий Extreme PRO или Ultra Pro. Наполовину он сделан из металла, а его крышка – выполнена из пластика. К жёсткости и аккуратности сборки этого корпуса у нас никаких претензий нет, всё сделано по высшему разряду. Идентифицировать же конкретную модель накопителя можно по двум наклейкам. С одной стороны имеется большой ярлык с логотипами, а с другой — информационный стикер с артикулом, серийным номером и штрих-кодами. В оформлении всех последних флеш-дисков SanDisk использует строгий чёрный цвет и Ultra II здесь исключением не является.

Ну а дальше нам придётся говорить о модификациях 240 и 480 Гбайт раздельно, поскольку внутреннее устройство этих твердотельных накопителей полностью различно. В SSD ёмкостью 240 Гбайт мы встретили до смешного маленькую плату, на которой с двух сторон было расположено четыре микросхемы TLC флеш-памяти, контроллер и чип SDRAM-буфера. При этом та сторона платы, которая несёт на себе контроллер, примыкает к металлической части корпуса через теплопроводящую прокладку.

Как и ожидалось, в качестве основного чипа здесь используется четырёхканальный контроллер Marvell 88SS9190-BJM2, который работает с 256 Мбайт оперативной памяти типа DDR3L-1333, представленной одной микросхемой SK Hynix H5TC2G63FFR. Что касается микросхем флеш-памяти, то они изготовленных самой SanDisk и каждая из них содержит по четыре 128-гигабитных 19-нм кристалла TLC NAND. Таким образом, контроллер в SanDisk Ultra II пользуется четырёхкратным чередованием устройств в своих каналах.

SanDisk Ultra II 480 Гбайт внутри выглядит совершенно иначе. Его печатная плата имеет полный размер, а все компоненты на ней расположены лишь на одной стороне. В их числе – контроллер, SDRAM-память и восемь чипов флеш-памяти.

Контроллер в 480-гигабайтной версии Ultra II не такой, как в более маленьких по объёму модификациях. Здесь используется полноценный восьмиканальный чип Marvell 88SS9189-BLD2, который давно можно встретить в таких популярных флеш-дисках, как Crucial M550 и MX100. Он работает с оперативной памятью объёмом 512 Мбайт, которая представлена чипом DDR3-1333 производства компании Micron. А вот микросхемы флеш-памяти, установленные в Ultra II 480 Гбайт, абсолютно точно такие же, как и в 240-гигабайтной версии этого SSD. Таким образом, число каналов в более ёмкой версии удвоено, но кратность чередования устройств осталось той же. Впрочем, параллелизм массива флеш-памяти всё равно возрос, и накопитель большего объёма должен работать быстрее.

Никаких суперконденсаторов для противодействия потерям информации при непредвиденном отключении питания в SanDisk Ultra II не предусмотрено. Зато в этих SSD реализован полноценный температурный мониторинг, и при достижении накопителем критических температур включается троттлинг. Впрочем, греется этот SSD во время работы совсем несильно.

Согласно своему позиционированию, SanDisk Ultra II – это бюджетный накопитель, который должен играть в самой нижней части рынка. Поэтому его комплект поставки минимален, и помимо собственно SSD в коробке с накопителем можно найти исключительно лишь малополезную рамку для увеличения толщины корпуса.

Методика тестирования

Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 8.1 Professional x64 with Update, корректно распознающей и обслуживающей современные твердотельные накопители. Это значит, что в процессе прохождения тестов, как и при обычном повседневном использовании SSD, команда TRIM поддерживается и активно задействуется. Измерение производительности выполняется с накопителями, находящимися в «использованном» состоянии, которое достигается их предварительным заполнением данными. Перед каждым тестом накопители очищаются и обслуживаются с помощью команды TRIM. Между отдельными тестами выдерживается 15-минутная пауза, отведённая для корректной отработки технологии сборки мусора. Во всех тестах, если не указано иное, используются рандомизированные несжимаемые данные.

Используемые приложения и тесты:

Iometer 1.1.0

Измерение скорости последовательного чтения и записи данных блоками по 256 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Оценка скоростей выполняется в течение минуты, после чего вычисляется средний показатель.
Измерение скорости случайного чтения и записи блоками размером 4 Кбайт (такой размер блока используется в подавляющем большинстве реальных операций). Тест проводится дважды — без очереди запросов и с очередью запросов глубиной 4 команды (типичной для десктопных приложений, активно работающих с разветвлённой файловой системой). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов (в пределах от одной до 32 команд). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с блоками разного размера. Используются блоки объёмом от 512 байт до 256 Кбайт. Глубина очереди запросов в течение теста составляет 4 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Измерение производительности при смешанной многопоточной нагрузке и установление её зависимости от соотношения между операциями чтения и записи. Используются последовательные чтения и записи блоков объёмом 128 Кбайт, выполняемые в два независимых потока. Соотношение между операциями чтения и записи варьируется с шагом 10 процентов. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Исследование падения производительности SSD при обработке непрерывного потока операций случайной записи. Используются блоки размером 4 Кбайт и глубина очереди 32 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Продолжительность теста составляет два часа, измерения моментальной скорости проводятся ежесекундно. По окончании теста дополнительно проверяется способность накопителя восстанавливать свою производительность до первоначальных величин за счёт работы технологии сборки мусора и после отработки команды TRIM.

CrystalDiskMark 3.0.3b
Синтетический тест, выдающий типовые показатели производительности твердотельных накопителей, измеренные на 1-гигабайтной области диска «поверх» файловой системы. Из всего набора параметров, которые можно оценить с помощью этой утилиты, мы обращаем внимание на скорость последовательного чтения и записи, а также на производительность произвольных чтения и записи 4-килобайтными блоками без очереди запросов и с очередью глубиной 32 команды.
PCMark 8 2.0
Тест, основанный на эмулировании реальной дисковой нагрузки, которая характерна для различных популярных приложений. На тестируемом накопителе создаётся единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объём, и в PCMark 8 проводится тест Secondary Storage. В качестве результатов теста учитывается как итоговая производительность, так и скорость выполнения отдельных тестовых трасс, сформированных различными приложениями.
Тесты копирования файлов
В этом тесте измеряется скорость копирования директорий с файлами разного типа, а также скорость архивации и разархивации файлов внутри накопителя. Для копирования используется стандартное средство Windows – утилита Robocopy, при архивации и разархивации – архиватор 7-zip версии 9.22 beta. В тестах участвует три набора файлов: ISO – набор, включающий несколько образов дисков c дистрибутивами программ; Program – набор, представляющий собой предустановленный программный пакет; Work – набор рабочих файлов, включающий офисные документы, фотографии и иллюстрации, pdf-файлы и мультимедийный контент. Каждый из наборов имеет общий объём файлов 8 Гбайт.

Тестовый стенд

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Z97-Pro, процессором Core i5-4590K со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 4600 и 16 Гбайт DDR3-2133 SDRAM. Диски с SATA-интерфейсом подключается к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI. Используется драйвер Intel Rapid Storage Technology (RST) 13.2.4.1000.

Объём и скорость передачи данных в бенчмарках указываются в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт).

Участники тестирования

Учитывая позиционирование SanDisk Ultra II, в качестве соперников для этого SSD мы подобрали наиболее дешёвые накопители других производителей из числа лидеров рынка. Однако основным конкурентом для Ultra II, пожалуй, следует считать Crucial MX100, который благодаря своей низкой цене уже смог взорвать рынок бюджетных SSD. Также, в результаты тестов включены показатели «эталонных» высокопроизводительных накопителей, а также предшествующей бюджетной модели Sandisk – Ultra Plus.

Итого, мы имеем следующий список протестированных моделей:

Crucial M550 256 Гбайт (CT256M550SSD1, прошивка MU01);
Crucial MX100 256 Гбайт (CT256MX100SSD1, прошивка MU01);
Crucial MX100 512 Гбайт (CT512MX100SSD1, прошивка MU01);
Samsung 850 Pro 256 Гбайт (MZ-7KE256, прошивка EXM01B6Q);
Samsung 840 EVO 250 Гбайт (MZ-7TE250, прошивка EXT0CB6Q);
Samsung 840 EVO 500 Гбайт (MZ-7TE500, прошивка EXT0CB6Q);
SanDisk Extreme PRO 240 Гбайт (SDSSDXPS-240G, прошивка X21000RL);
SanDisk Ultra II 240 Гбайт (SDSSDHII-240G, прошивка X31000RL);
SanDisk Ultra II 480 Гбайт (SDSSDHII-480G, прошивка X31000RL);
SanDisk Ultra Plus 256 Гбайт (SDSSDHP-256G, прошивка X2316RL).

Производительность

Последовательные операции чтения и записи, IOMeter

В основе накопителей SanDisk Ultra II лежат хорошо зарекомендовавшие себя контроллеры Marvell, поэтому со скоростью последовательных чтений никаких проблем попросту быть не может. А вот скорость последовательной записи, откровенно говоря, не радует. Фактически, для новинки мы получили самый низкий из всех протестированных SSD результат. Она уступает даже SanDisk Ultra Plus – модели, на смену которой она пришла. Объяснение тут простое: TLC-память действительно заметно медленнее, чем MLC, а технология nCahce 2.0 положение не спасает, так как наши тесты оперируют существенно большими объёмами данных, чем помещается в предусмотренном в накопителях SLC-кэше.

Кроме этого обратить внимание следует и на ещё две особенности поведения SanDisk Ultra II. Во-первых, производительность моделей на 240 и 480 Гбайт, основанных на контроллерах с разным количеством каналов, оказывается очень близка. Во-вторых, Ultra II серьёзно проигрывает по скорости записи накопителю Samsung 840 EVO, который так же как и рассматриваемый в этом обзоре SSD, основывается на TLC NAND. Получается, что инженерам Samsung удалось разработать более эффективные методы борьбы с высокими латентностями трёхбитовой памяти.

Случайные операции чтения и записи, IOMeter

Скорость случайного чтения у SanDisk Ultra II находится на очень достойном для бюджетного решения уровне. Более того, при увеличении глубины очереди запросов старшая версия этого накопителя, основанная на восьмиканальном контроллере Marvell 88SS9189, по своей производительности приближается к флагманским предложениям и обгоняет даже самый дорогой потребительский SSD компании SanDisk.

С записью при отсутствии конвейеризации запросов тоже, на первый взгляд, всё очень неплохо. Здесь технология nCache 2.0 успешно справляется с возложенной на неё миссией и обеспечивает достойную производительность обеих протестированных нами модификаций SanDisk Ultra II. Но при увеличении очереди запросов по какой-то причине эффективность кэширования заметно снижается и результаты Ultra II перемещаются в нижнюю часть диаграммы. Более того, 240-гигабайтная версия новинки оказывается даже медленнее флеш-диска SanDisk Ultra Plus, который по своему рангу должен находиться ниже.

Иными словами, несмотря на все старания и выдуманные ими хитроумные механизмы, добиться высокой производительность на операциях записи в флеш-диске на базе TLC NAND инженерам SanDisk в общем случае не удалось. Впрочем, это вовсе не означает, что Ultra II – плохой накопитель. Операции записи не слишком распространены в реальной жизни, да и без очереди запросов этот SSD может записывать данные с достаточно неплохим темпом.

Более развёрнутую картину производительности при различных вариантах нагрузки можно получить из следующих далее графиков. В первую очередь давайте взглянем на то, как зависит производительность SanDisk Ultra II от глубины очереди запросов при работе с 4-килобайтными блоками.

Как уже было сказано выше, скорость случайного чтения нельзя назвать слабым местом SanDisk Ultra II. Особенно это касается более ёмкой версии, что базируется на восьмиканальном контроллере Marvell 88SS9189. Она отстаёт от флагманских моделей SSD лишь при значительном росте глубины очереди запросов. Версия же на 240 Гбайт медленнее, она даёт слабину уже при очереди в восемь команд. Однако следует иметь в виду, что при реальной десктопной нагрузке глубина очереди более четырёх команд практически не встречается, так что эту слабую сторону Ultra II обычные пользователи скорее всего не увидят.

Что же касается производительности при случайных записях, то здесь бюджетность рассматриваемой модели проявляется при любой нагрузке. Интересно, что накопитель на восьмиканальном контроллере лишь ненамного опережает свою урезанную версию. Очевидно, низкие скорости записи данных, которые мы наблюдаем у Ultra II обусловлены не недостаточной мощностью контроллера, а именно скоростными параметрами TLC NAND. Впрочем, использующий такую же по архитектуре память Samsung 840 EVO выглядит, тем не менее, намного лучше, а в отстающую группу с накопителями Ultra II попадает и более ранняя модель SanDisk Ultra Plus, которая основана на MLC NAND.

Следующая пара графиков отражает зависимость производительности случайных операций от размера блока данных.

Хотя скорость чтения у SanDisk Ultra II в целом не вызывает нареканий, как видно на графике выше, при использовании блоков большого объёма данный флеш-диск всё же несколько отстаёт от прочих современных решений. Можно сказать, что рассматриваемая модель оптимизирована под случайные чтения небольших блоков. При записи же картина складывается совсем безрадостная. В этом случае SanDisk Ultra II отстаёт от любых других вариантов, в том числе и от Samsung 840 EVO, тоже базирующегося на TLC-памяти.

Смешанная нагрузка, IOMeter

Тестирование смешанной нагрузки — относительно новое добавление в нашу методику испытаний SSD. По мере удешевления твердотельные накопители перестают использоваться в качестве исключительно системных и становятся обычными рабочими дисками. В таких ситуациях на SSD поступает не только рафинированная нагрузка в виде записи или чтения, но и смешанные запросы, когда операции чтения и записи инициируются разными приложениями и должны обрабатываться одновременно.

Однако работа в дуплексном режиме для современных контроллеров SSD остаётся существенной проблемой. При смешивании операций чтения и записи в одной очереди скорость большинства твердотельных накопителей потребительского уровня заметно проседает. Это стало поводом для проведения отдельного исследования, в рамках которого мы проверяем, как работают SSD при необходимости обработки последовательных операций, поступающих вперемежку. Следующая диаграмма демонстрирует наиболее характерный для десктопов случай, когда соотношение количества операций чтения и записи составляет 4 к 1.

Обычно флеш-накопители, построенные на контроллерах, разработанных компанией Marvell, демонстрируют неплохую скорость работы при обработке смешанной нагрузки. Однако, как видно из полученных нами результатов, с SanDisk Ultra II ситуация складывается несколько иначе. Его производительность находится на примерно одном невысоком уровне с другим SSD с TLC-памятью, Samsung 840 EVO. То есть, SanDisk Ultra II совершенно явно не подходит для использования в роли обычного рабочего диска. А если вспомнить о невысоких выдаваемых им скоростях записи, то становится понятно: лучше всего Ultra II будет смотреться в роли системного диска.

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

Графики очень наглядно иллюстрируют тот факт, что SanDisk Ultra II плохо приспособлен для работы со смешанной нагрузкой. Как только к операциям чтения подмешиваются записи, хотя бы в самой минимальной пропорции, производительность проседает более чем вдвое. Подобный же характер поведения демонстрирует и Samsung 840 EVO и SanDisk Ultra Plus. Но что интересно, когда доля операций записи в общем потоке команд становится больше доли операций чтения, быстродействие SanDisk Ultra II заметно возрастает, особенно в случае, если речь идёт о модификации SSD объёмом 480 Гбайт. Подобного эффекта ранее мы ещё не встречали.

Деградация и восстановление производительности

Наблюдение за изменением скорости записи в зависимости от объёма записанной на диск информации — весьма важный эксперимент, позволяющий понять работу внутренних алгоритмов накопителя. В данном тесте мы загружаем SSD непрерывным потоком запросов на случайную запись 4-килобайтных блоков и попутно следим за той производительностью, которая при этом наблюдается. На приведённом ниже графике в виде точек отмечены результаты измерений моментальной производительности, которые мы снимаем ежесекундно, а чёрная линия показывает среднюю скорость, наблюдаемую в течение 30-секундного интервала.

Для начала давайте посмотрим на характер поведения SanDisk Ultra II 240 Гбайт.

В целом, максимальная скорость записи, выдаваемая SanDisk Ultra II 240 Гбайт совершенно не впечатляет. В лучшем случае она составляет 41 тысячу операций ввода-вывода в секунду, и это, между прочим, примерно вдвое хуже, чем обещано в паспортных характеристиках. Причём, такая производительность наблюдается лишь в очень короткий промежуток времени, когда работает технология nCache 2.0 и SLC-кэш только-только начинает заполняться.

Надо сказать, что и работа технологии кэширования несколько отличается от того, что было обещано изначально. С самой высокой скоростью удаётся записать на Ultra II 240 Гбайт лишь где-то около 0,6 Гбайт данных, затем производительность снижается до порядка 30 тысяч IOPS, оставаясь на этом уровне до тех пор, пока на SSD не будет записано 8 Гбайт информации. А это значит, что на кэширование пользовательских данных в SanDisk Ultra II 240 Гбайт отводится 8 Гбайт из общего 10-гигабайтного SLC-буфера, предусмотренного в этой модели. После полного исчерпания этого объёма технология nCache 2.0 становится бессильна и скорость случайной записи падает до 21 тысячи IOPS.

Далее характер изменения скорости становится совершенно типичен. После записи на накопитель объёма данных, равного полной ёмкости SSD, флеш-диск переходит из свежего в использованное состояние и его скорость работы падает ещё раз. К концу нашего двухчасового теста производительность снижается до 4-5 тысяч IOPS, что ещё раз подчёркивает значительные латентности TLC NAND на операциях записи.

Теперь давайте посмотрим на то, какую производительность выдаст в аналогичных условиях SanDisk Ultra II 480 Гбайт.

Здесь картина примерно такая же. Технология nCache 2.0 даёт двухступенчатое ускорение: сначала до примерно 35 тысяч IOPS – с такой скоростью удаётся записать около 2,3 Гбайт, а затем – до 27-28 тысяч операций ввода-вывода в секунду. Размер области SLC-кэша, отведённой для пользовательских данных у 480-гигабайтного накопителя в два раза больше, чем у Ultra II 240 Гбайт, и составляет 16 Гбайт. После заполнения всего этого буфера производительность снижается до примерно 23 тысяч операций ввода-вывода в секунду и остаётся такой до тех пор, пока на SSD не будет записан объём данных, равный всей ёмкости флеш-диска. Затем скорость падает во второй раз, означая переход накопителя из состояния «из коробки» в использованное состояние.

Получается, что SanDisk Ultra II при непрерывной нагрузке на запись данных ведут себя почти как обычные твердотельные накопители. Отличия прослеживается лишь два. Во-первых, при таком типе операций они обладают достаточно низким быстродействием. Во-вторых, технология nCache 2.0 способна увеличить скорость записи примерно на треть, но она переваривает не более 8 Гбайт данных для модели Ultra II 240 Гбайт и не более 16 Гбайт для 480-гигабайтной модификации.

Попутно заметим, что в процессе пройденного теста SanDisk Ultra II продемонстрировал хорошее постоянство производительности. Хотя, для столь дешёвого накопителя данный фактор вряд ли имеет какое-то практическое значение.

Следует иметь в виду, что всё, что изображено на приведённых выше двух графиках, — синтетическая ситуация, интересная лишь для изучения особенностей контроллера, но не иллюстрирующая поведение SSD в реальной жизни. Что же действительно важно, так это то, как после такой деградации происходит восстановление производительности до первоначальных величин. Для исследования этого вопроса после завершения теста, приводящего к деградации скорости записи, мы выжидаем 15 минут, в течение которых SSD может попытаться самостоятельно восстановиться за счёт сборки мусора, но без помощи со стороны операционной системы и команды TRIM, и замеряем скорость. Затем на накопитель принудительно подаётся команда TRIM — и скорость измеряется ещё раз.

А вот с работой технологии сборки мусора у SanDisk Ultra II никаких проблем не видно. Как показывают приведённые графики, этот накопитель умеет восстанавливать свою производительность во время простоя даже без передачи команды TRIM. Правда, объём пространства, который упреждающе подготавливается под последующие операции, не слишком велик и составляет 2,3 Гбайт для накопителя на 240 Гбайт и 4,6 Гбайт для вдвое более вместительной модели. В операционных же системах, где эта команда накопителю передаётся, процесс регенерации быстродействия может происходить быстрее и результативнее, освобождая под будущие операции всё не занятое файловой системой пространство.

Однако стоит сделать одно важное замечание. Как видно по приведённым выше графикам, производительность при записи в свежем состоянии и после подачи TRIM различается, причём не в лучшую (в смысле поддержания накопителя в тонусе) сторону. Связано это с какими-то особенностями технологии nCache 2.0, которая сбрасывает SLC-буфер в TLC-память далеко не при первой возможности, а по каким-то своим алгоритмам. Именно поэтому последующие измерения скорости и дают более низкий результат: мы сталкиваемся с тем, что быстрая кэш-память уже предварительно заполнена данными, оставшимися там после предыдущего измерения. Иными словами, сборка мусора у Ultra II функционирует нормально, но копирование данных из SLC-памяти в основную TLC-памяти по технологии nCahce 2.0, похоже, работает не оптимально. Ждём будущих прошивок с исправлением этого недостатка.

Результаты в CrystalDiskMark

CrystalDiskMark — это популярное и простое тестовое приложение, работающее «поверх» файловой системы, которое позволяет получать результаты, легко повторяемые обычными пользователями. И то, что выдаёт этот бенчмарк, с качественной точки зрения почти не отличается от показателей, которые были получены нами в тяжёлом и многофункциональном пакете IOmeter.

SanDisk Ultra II 240 Гбайт:

SanDisk Ultra II 480 Гбайт:

Простые синтетические тесты вроде CrystalDiskMark, AS SSD, ATTO и прочих будут выдавать для SanDisk Ultra II значительно лучшие показатели, чем те, что мы получили в профессиональном пакете IOMeter. Объясняется это просто: все такие тесты оперируют небольшими объёмами данных и именно для таких трансферов оптимизирована технология nCache 2.0. В результате, на приведённых скриншотах можно наблюдать показатели производительности, похожие на результаты флагманских, а не бюджетных SSD. И доверять таким результатам можно лишь понимая, что измерены они для небольшой SLC-области памяти накопителя, а не для всего остального массива.

PCMark 8 2.0, реальные сценарии использования

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

По производительности в реальных пользовательских сценариях, которую измеряет PCMark 8, новые накопители SanDisk Ultra II оказываются не слишком впечатляющим решением. Несмотря на то, что они обладают достаточно объёмным SLC-кэшем, обойти по скорости им удаётся лишь только SanDisk Ultra Plus. Конечно, мы понимаем, что новинка компании SanDisk ориентирована на нижний ценовой сегмент, но очень обидно, что уровень быстродействия, установленный Crucial MX100, для SanDisk Ultra II оказался недостижим.

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

Надо сказать, что существуют приложения, где результат SanDisk Ultra II, особенно 480-гигабайтной версии, внушает оптимизм. В ряде случаев новинке SanDisk удаётся обойти Samsung 840 Pro, а в ряде случаев он выступает не хуже Crucial MX100. Однако в целом Ultra II можно охарактеризовать лишь как неплохую замену для Ultra Plus – в подавляющем большинстве сценариев новый SSD компании SanDisk демонстрирует немного лучшую производительность. А на большее Ultra II и не претендует.

Копирование файлов

Имея в виду, что твердотельные накопители внедряются в персональные компьютеры всё шире и шире, мы решили добавить в нашу методику измерение производительности при обычных файловых операциях – при копировании и работе с архиваторами – которые выполняются «внутри» накопителя. Это – типичная дисковая активность, возникающая в том случае, если SSD исполняет роль не системного накопителя, а обычного диска.

Как было выяснено ранее, смешанные операции SanDisk Ultra II выполняет медленнее других SSD. В результате, при копировании файлов скорость работы этого накопителя оказывается удручающе низкой. По этой метрике он проигрывает всем конкурентам, которых мы выбрали для него в рамках настоящего тестирования.

Вторая группа тестов проведена при архивации и разархивации директории с рабочими файлами. Принципиально, отличие этого случая заключается в том, что половина операций выполняется с разрозненными файлами, а вторая половина – с одним большим файлом архива.

Аналогичным образом ситуация складывается и при архивации и разархивировании. Обе версии SanDisk Ultra II находятся внизу диаграмм, проигрывая даже своему предшественнику, Ultra Plus. Иными словами, для использования в качестве обычных рабочих накопителей Ultra II подходят очень плохо, даже если сделать скидку на их невысокую стоимость. Обычные файловые операции им даются с трудом, а лучший вариант нагрузки для них — это простые операции чтения данных.

Выводы

Компания Samsung, которая первой приспособила TLC NAND для использования в потребительских твердотельных накопителях, установила для таких продуктов очень высокую планку. Samsung 840 EVO многими заслуженно рассматривается не как бюджетный флеш-диск, а как твердотельный накопитель среднего уровня, потому что с одной стороны он обеспечивает весьма достойную производительность, а с другой – не проявляет никаких изъянов в надёжности. Соперничать с таким предложением очень тяжело, особенно если принять во внимание полную вертикальную интеграцию SSD-бизнеса Samsung, которая позволяет инженерам компании идеально подгонять друг к другу компоненты аппаратной платформы.

Совершенно неудивительно, что на этом фоне ждать появления каких-то других SSD с TLC NAND внутри пришлось очень долго. Более того, компании SanDisk, решившей нарушить монополию Samsung на потребительские твердотельные накопители с TLC-памятью внутри, пришлось заходить на рынок с другого конца. Рассмотренная в этой статье новинка, SanDisk Ultra II, позиционируется совсем не так, как Samsung 840 EVO, а как сугубо бюджетное решение. Причём дешёвое настолько, чтобы играть в одной ценовой категории с Crucial MX100 или даже ниже. Иными словами, рекомендованные цены на SanDisk Ultra II таковы, что этот флеш-привод имеет шанс стать самым дешёвым SSD сегодняшнего дня.

И если смотреть на новинку компании SanDisk через призму её цены, которая составляет менее доллара за каждую пару гигабайт, то мы получили действительно выдающееся решение. Несмотря на то, что Ultra II не выделяется высокими скоростями на операциях записи, да и его производительность при смешанной нагрузке откровенно хромает, этот SSD способен выдавать очень неплохую скорость при чтениях данных. А это значит, что он может очень удачно прописаться в сравнительно недорогом персональном компьютере в качестве системного диска.

Конечно, можно вспомнить и о других недостатках Ultra II, например, об отсутствии поддержки eDrive-совместимого шифрования или о высоком энергопотреблении в простое, но делать это откровенно не хочется. Компания SanDisk, выводя на рынок свой новый Ultra II, вовсе не ставила перед собой цель поразить пользователей быстродействием и богатством возможностей. Этот SSD решает другую задачу – привлечь в стан приверженцев твердотельных накопителей дополнительные кадры, которые до сих пор не считали нужным тратиться на эту технологию. И в этом плане SanDisk Ultra II может достойно продолжить начатое Crucial MX100 дело: его стоимость выступает очень хорошим аргументом за. Благодаря же продвинутым инженерным решениям, таким как технологии nCache 2.0 и MPR, владельцы этого бюджетного и основанного на TLC NAND накопителя вряд ли столкнуться с какими-то проблемами надежности и пожалеют о своей покупке.