Обзор твердотельного накопителя Samsung 850 Pro

Введение

Самое интересное событие, которое произошло в мире потребительских твердотельных накопителей в 2014 году, это, вне всяких сомнений, – появление нового флагманского SSD компании Samsung, 850 Pro. Дело в том, что на протяжении нескольких последних лет весь прогресс в этой отрасли сводился по большому счёту либо к переводу флеш-памяти на производство по более тонким техпроцессам, либо к увеличению плотности хранения данных через упаковку в одной ячейке не одного, а двух, и не двух, а трёх, бит информации. Именно эти приёмы и обеспечили стремительное снижение стоимости и повсеместное распространение твердотельных накопителей. Однако такое поступательное развитие рынка SSD в последнее время начало наталкиваться на вполне очевидные препятствия. Дальнейшее уменьшение норм техпроцессов становится всё более и более проблематичным и дорогостоящим мероприятием, а трёхбитовая TLC-память пока не может найти широкого распространения из-за сложностей производственного характера и её не слишком высокого ресурса.

Понятно, что для поддержания взятого темпа на рынке потребительских SSD нужны какие-то принципиально новые идеи. И одной из самых многообещающих технологий, которые должны позволить дальнейшее увеличение плотности хранения данных во флеш-памяти без каких-либо неприятных побочных эффектов, является трёхмерная память – 3D NAND или V-NAND (от слова Vertical). Твердотельный накопитель Samsung 850 Pro как раз и является пионером в деле внедрения этой новой памяти в продукты для массового потребителя. На самом деле идея 3D NAND возникла очень давно, и все ведущие производители флеш-памяти в последние несколько лет ведут на этом направлении активные разработки. Но компания Samsung смогла первой перейти от пилотных продуктов к использованию 3D NAND в серийных изделиях, выпускаемых миллионными тиражами. Её конкуренты смогут представить свои накопители, базирующиеся на собственной трёхмерной флеш-памяти, в лучшем случае через год-два.

При этом переведённый на инновационную 3D NAND накопитель Samsung 850 Pro стал первым для потребительского рынка SSD с воистину выдающимися характеристиками надёжности. Гарантийный срок на него установлен в 10 лет, а заявленный ресурс записи составляет 150 Тбайт. Причём, последнее ограничение имеет под собой маркетинговые корни и связано с желанием производителя разграничить пользовательские и серверные продукты. На самом же деле, Samsung 850 Pro – почти вечный флеш-диск. Как говорят представители компании, он должен быть вполне работоспособен и после записи десятков петабайт данных.

Всё это выглядит более чем интригующе, поэтому, когда в нашем распоряжении оказался образец Samsung 850 Pro, мы не смогли удержаться от того, чтобы посвятить ему отдельный обзор.

Технические характеристики

Перед тем, как перейти к рассказу об аппаратной платформе, лежащей в основе Samsung 850 Pro, немного подробнее остановимся на особенностях трёхмерной памяти. Вот так выглядит увеличенная фотография среза обычной планарной флеш-памяти, где данные хранятся в обычном горизонтальном массиве ячеек:

А вот так выглядит в разрезе 3D NAND:

Данные (в виде заряда, удерживаемого на плавающем затворе), хранятся не только в одной плоскости. Здесь они находятся на каждом уровне, коих можно насчитать два-три десятка по вертикали. И более наглядный снимок среза 3D NAND в изометрии выглядит следующим образом:

Суть 3D NAND заключается в том, что вместо увеличения плотности хранения информации на двумерной плоскости полупроводникового кристалла за счёт уменьшения геометрических размеров транзисторов задействуется вертикальное измерение. Ячейки памяти располагаются несколькими слоями, число которых может доходить до нескольких десятков. Очевидно, что при использовании трёхмерной компоновки внедрять технологические процессы с «тонкими» нормами совершенно необязательно, высокая плотность хранения данных достигается за счёт многослойности. Поэтому закономерно, что Samsung решила откатиться на 40-нм техпроцесс, который гарантирует хороший выход годных кристаллов и высокий ресурс получающейся флеш-памяти даже со столь сложной структурой.

Пилотная 3D NAND компании Samsung, относящаяся к первому поколению, появилась на рынке более года назад. Она включала 24 наложенных друг на друга слоя ячеек и использовалась лишь только в продукции для серверного рынка. Тем не менее, Samsung получила практическое подтверждение перспективности технологии трёхмерной флеш-памяти. Даже в серверном сегменте, предъявляющем повышенные требования к системам хранения данных, 3D NAND первого поколения позволила поднять производительность накопителей, повысить их надёжность и улучшить экономичность.

Однако прогресс не стоял на месте, и летом этого года Samsung смогла запустить массовое производство 3D NAND второго поколения. Ключевых изменений произошло два. Во-первых, число слоёв увеличилось до 32, дополнительно повысив плотность трёхмерной памяти. Во-вторых, изменилась ёмкость полупроводниковых кристаллов: если раньше чипы имели объём 128 Гбит, то теперь он уменьшился до 86 Гбит. Так Samsung дополнительно увеличила выход годных кристаллов, что позволило без каких-либо проблем внедрять их в сравнительно недорогие продукты для массового рынка.

Стоит отметить, что выпускаемая Samsung трёхмерная память представляет собой не совсем простую трёхмерную матрицу обычных ячеек типа MLC NAND. Для реализации их объединения ячейки были переведены на специальную технологию Charge Trap Flash (CTF) — флеш с ловушкой заряда. Идея состоит в том, что данные в виде заряда хранятся не в плавающем затворе из легированного поликристаллического кремния, а в тонком непроводящем слое из нитрида кремния. Диэлектрик при этом помещается между управляющим затвором и полупроводниковым каналом концентрическими цилиндрами, что в конечном итоге увеличивает надёжность всей схемы и снижает вероятность возникновения структурных дефектов при многослойном производстве. К тому же технология CTF позволяет снизить уровень напряжений, необходимых для программирования ячеек. А это, естественно, положительно сказывается на их времени жизни.

Кроме того, в техпроцессе, применяемом для выпуска 3D NAND, нашёл применение и материал с высоким значением диэлектрической проницаемости. В то время как в сложных полупроводниковых устройствах такие диэлектрики используются повсеместно, для производства флеш-памяти этот подход до сих пор использовался лишь консорциумом IMFT. В случае же Samsung именно материал с высоким значением диэлектрической проницаемости даёт простор для укладки друг на друга большого числа слоёв с ячейками, зазор между которыми может быть очень тонким. Иными словами, high-k диэлектрик обеспечивает малую толщину «бутерброда» 3D NAND.

Выпускаемые Samsung по 40-нм технологии полупроводниковые кристаллы 3D NAND второго поколения ёмкостью 86 Гбит имеют площадь порядка 95 кв. мм. А это значит, что плотность хранения информации в современной 3D NAND превышает плотность размещения данных в передовых 16-нм планарных кристаллах флеш-памяти производства Micron примерно на 20 процентов. Поэтому переход на 3D NAND может означать не только открытие новых рубежей и увеличение надёжности, но и в перспективе снижение себестоимости основанных на ней твердотельных накопителей.

В общем, в переходе на 3D NAND видятся сплошные плюсы. По заявлению самой Samsung эта технология позволяет быстро наращивать объёмы чипов и на порядок увеличивает их ресурс перезаписи. Плюс к этому трёхмерная память по сравнению со стандартной планарной MLC NAND имеет примерно вдвое более высокую скорость записи: геометрически большие ячейки 3D NAND надёжно ограждены от взаимного влияния, что ускоряет их программирование и даёт возможность отказаться от дополнительных проверок правильности записи.

Одно только внедрение новой 3D NAND делает Samsung 850 Pro очень интригующей новинкой, ведь к его высокой надёжности памяти добавляется и её высокая производительность. Поэтому совершенно неудивительно, что контроллер, лежащий в основе этого твердотельного накопителя, подобран под стать памяти. В то время как предыдущий флагманский накопитель компании, 840 Pro, базировался на собственном контроллере MDX, в новом SSD использован более новый чип Samsung MEX, который основывается на трёх ядрах с архитектурой ARM Cortex-R4. При этом частота нового контроллера дополнительно повышена с 300 до 400 МГц.

Иными словами, мощность аппаратной платформы Samsung 850 Pro подобрана с большим запасом и производительность этого SSD будет ограничиваться в первую очередь возможностями интерфейса SATA 6 Гбит/с. В результате, серия 850 Pro с полным правом становится новым флагманским предложением компании Samsung. И, более того, учитывая, что предшественник этого накопителя был одним из быстрейших SSD для персональных компьютеров на рынке, новинка явно претендует на то, чтобы стать лучшим флеш-диском с интерфейсом SATA 6 Гбит/с. Давайте взглянем на его характеристики:

Высокий потенциал, заложенный в новой аппаратной платформе Samsung, прослеживается очень хорошо даже по простым формальным характеристикам. Обратите внимание, несмотря на то, что массив флеш-памяти в рассматриваемом накопителе набран устройствами MLC NAND с нетипичной ёмкостью по 10,75 Гбайт, производительность всех модификаций 850 Pro очень близка. Даже 128-гигабайтная версия этого SSD имеет скорость последовательной записи на уровне 470 Мбайт/с, в то время как флагманские накопители такого же объёма других производителей предлагают скорость записи порядка 300 Мбайт/с. Этот факт как раз и свидетельствует о том, что 3D NAND имеет более высокие скорости на операциях записи, чем обычная планарная память, а производительности контроллера Samsung MEX вполне хватает для того, чтобы раскрыть весь её потенциал.

Своё явное преимущество над конкурирующими предложениями Samsung 850 Pro демонстрирует и по надёжности. Все версии новинки, включая младшую модификацию на 128 Гбайт, имеют ресурс записи, установленный в 150 Тбайт. Это – больше, чем ресурс любого другого флагманского твердотельного накопителя из числа потребительских моделей.

На Samsung 850 Pro производитель установил и очень продолжительный срок гарантии – 10 лет. Подобную гарантию имеет лишь только ещё один потребительский накопитель – SanDisk Extreme Pro.

Не разочаровывает Samsung 850 Pro и своими дополнительными функциями. Так, в этом SSD реализовано аппаратное шифрование по алгоритму AES с 256-битным ключом. Причём, криптографический движок совместим со спецификациями Windows eDrive (IEEE 1667) и TCG Opal 2.0, а это значит, что управление шифрованием возможно из среды операционной системы, например через стандартную функцию BitLocker или через стороннее средство Wave Cloud. Также в рассматриваемом накопителе есть поддержка состояния DevSleep, позволяющего отправлять накопитель в режим сна с потреблением порядка 2 мВт. И, кроме того, реализован в Samsung 850 Pro и температурный мониторинг. Текущая температура SSD отражается в параметрах SMART, а в случае перегрева контроллер накопителя умеет уходить в троттлинг и временно понижать свою тактовую частоту.

Кстати сказать, представленная компанией Samsung вместе с основанным на TLC NAND флеш-диском 840 EVO программная технология повышения быстродействия RAPID может работать и с рассматриваемой новинкой. Напомним, её суть заключается в выделении части оперативной памяти для кеширования обращений к SSD. При этом скорости обмена данными, естественно, возрастают, но платой за это выступает риск потери закэшированной в памяти информации в случае внезапных отключений питания, перезагрузок или зависаний системы. Одновременно с выпуском Samsung 850 Pro технология RAPID обновилась до версии 2.0, и теперь она может выделять под «программный» кэш либо 1 Гбайт оперативной памяти, либо 4 Гбайт — в зависимости от того, больше или меньше 16 Гбайт памяти установлено в системе. Управление этой технологией, как и ранее, происходит посредством утилиты Samsung Magican, которая обладает также и массой других полезных функций.

Утилита позволяет просматривать и интерпретировать параметры SMART, обновлять прошивку, изменять настройки операционной системы для увеличения быстродействия SSD, выполнять операцию Secure Erase и многое другое. Нельзя не упомянуть о том, что Samsung Magican – это одно из самых функциональных и удобных программных средств мониторинга и конфигурирования твердотельного накопителя.

Внешний вид и внутреннее устройство

Для проведения подробного тестирования нами была выбрана модификация Samsung 850 Pro объёмом 256 Гбайт. Версия данной ёмкости имеет такие же паспортные характеристики, как и более вместительные варианты, а потому мы можем с полным правом распространять выводы о ней на всю линейку Samsung 850 Pro.

С точки зрения экстерьера твердотельный накопитель Samsung 850 Pro мало отличается от своих предшественников с интерфейсом SATA 6 Гбит/с. Для нового флагмана производитель использовал точно такой же металлический 2,5-дюймовый корпус высотой 7 мм, что использовался в 840 Pro или 840 EVO. Стал более тёмным, максимально приблизившись к чёрному, лишь оттенок в который он окрашен.

На лицевой стороне флеш-диска краской нанесён белый логотип Samsung и оранжевый квадрат, в том или ином виде присутствующий на всех SSD компании такого же форм-фактора. На оборотной стороне корпуса имеется этикетка, из которой можно почерпнуть информацию о названии и ёмкости модели, её артикуле и серийном номере.

Несмотря на то, что Samsung 850 Pro – это флагманский и в какой-то степени премиальный продукт, его комплект поставки очень беден. В коробке с SSD вы не найдёте вообще никаких принадлежностей. Так что при необходимости установить этот накопитель в 3,5-дюймовый отсек корпуса, переходник придётся искать самостоятельно.

Зато внутренности Samsung 850 Pro 256 Гбайт способны немало удивить. Дело в том, что внутри этого SSD используется печатная плата сильно урезанного размера, на которой размещено всего шесть микросхем. Причём, все эти чипы лишены каких бы то ни было средств теплоотвода: с корпусом они не соприкасаются.

Первая микросхема — собственно контроллер Samsung MEX – уже знакома нам по флеш-диску 840 EVO, в котором она дебютировала. Там она взаимодействовала с трёхбитовой TLC NAND, и этот контроллер, помимо своих основных функций, обеспечивал также и работу технологии SLC-кэширования операций записи TurboWrite. В новом 850 Pro вся эта технология отключена – 3D NAND имеет высокую скорость записи сама по себе, так что теперь Samsung MEX сможет работать ещё эффективнее.

Над контроллером установлена микросхема памяти. В нашем случае это LPDDR2-1067 SDRAM объёмом 512 Мбайт, используемая контроллером как оперативная память и для буферизации операций. Что же касается оставшихся четырёх микросхем с флеш-памятью, то их набор оказался немного необычным. Поскольку ёмкость кристаллов 3D NAND второго поколения составляет 10,75 Гбайт, в 256-гигабайтный SSD пришлось поместить два разных типа микросхем: две микросхемы с четырьмя ядрами и две микросхемы с восемью ядрами. Таким образом, контроллер по восьми каналам адресует 24 ядра, то есть пользуется трёхкратным чередованием устройств в каждом канале. Столь нетипичная конфигурация, как мы видели по паспортным спецификациям производительности, проблемой не является, и Samsung 850 Pro 256 Гбайт при любых вариантах нагрузки показывает максимально возможную скорость наряду с моделями большего объёма.

Однако из-за нестандартной ёмкости кристаллов 3D NAND суммарный объём массива флеш-памяти в Samsung 850 Pro 256 Гбайт составляет 258 ГиБ, из которых снаружи доступно 92,4 процента. Это значит, что после форматирования в операционной системе пользователь получит в своё распоряжение 238,4 честных двоичных гигабайт. Остальное пространство традиционно отводится на работу технологий сборки мусора, выравнивание износа и на подменный фонд.

В заключение знакомства с начинкой Samsung 850 Pro обратите внимание, что на плате в схеме питания нет никаких батарей конденсаторов. Это значит, что рассматриваемый SSD не имеет дополнительной защиты целостности данных при внезапных отключениях питания. Из потребительских моделей флагманских твердотельных накопителей такой защитой могут похвастать только Intel 730 и Crucial M550.

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 Samsung 850 Pro, подобрать для него достойных соперников было несложно. Для сравнения с ним мы просто взяли самые быстрые накопители ведущих производителей. В итоге, получился следующий список протестированных моделей:

Crucial M550 256 Гбайт (CT256M550SSD1, прошивка MU01);
Intel SSD 730 480 Гбайт (SSDSC2BP480G4, прошивка L2010400);
OCZ Vector 150 240 Гбайт (VTR150-25SAT3-240G, прошивка 1.2);
Plextor M6 Pro 256 Гбайт (PX-256M6Pro, прошивка 1.02);
Samsung 840 Pro 256 Гбайт (MZ-7PD256, прошивка DXM06B0Q);
Samsung 850 Pro 256 Гбайт (MZ-7KE256, прошивка EXM01B6Q);
SanDisk Extreme PRO 240 Гбайт (SDSSDXPS-240G, прошивка X21000RL).

Производительность

Последовательные операции чтения и записи

Все флагманские твердотельные накопители с интерфейсом SATA демонстрируют примерную одинаковую производительность при последовательных операциях. Это связано с тем, что их контроллеры и флеш-память достаточно быстры для того, чтобы полностью задействовать возможности интерфейса SATA 6 Гбит/с. Соответственно, ничего особенно выдающегося Samsung 850 Pro здесь показать нам не может. Да, его результат почти максимален, но конкурирующие накопители если и хуже, то совсем немного.

Случайные операции чтения

Скорость случайных операций пропускной способностью SATA-интерфейса не ограничивается, поэтому здесь Samsung 850 Pro может продемонстрировать весь упрятанный в нём потенциал. Хотя по быстродействии при чтении 3D NAND аналогична обычной MLC NAND, новый твердотельный накопитель Samsung выдаёт скорость, превышающую показатели флагманских накопителей других производителей. Очевидно, заслуга в этом лежит на контроллере Samsung MEX, который проявлял себя очень неплохо и в 840 EVO. Теперь же, когда с него снята нагрузка по кэшированию в рамках технологии TurboWrite, ему удаётся развить ещё большее быстродействие. В результате, по операциям случайного чтения Samsung 850 Pro оказывается самым быстрым SATA SSD среди доступных на рынке предложений.

Подтвердить это можно следующим графиком, на котором показано, как зависит производительность рассматриваемого SSD от глубины очереди запросов при чтении 4-килобайтных блоков.

График не оставляет никаких сомнений в том, что при операциях случайного чтения Samsung 850 Pro нет равных. Этот флеш-накопитель очень хорошо оптимизирован для такой широко распространённой в реальной жизни нагрузки, и при любой глубине очереди запросов он демонстрирует более высокую, чем прочие флагманские SSD, производительность.

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

Как видим, лидирующая производительность Samsung 850 Pro проявляется не только при работе с блоками наиболее распространённого 4-килобайтного размера. Во всех других случаях этот накопитель тоже способен предложить высочайшую среди всех SATA SSD скорость.

Случайные операции записи

При неконвейеризованной случайной записи Samsung 850 Pro немного отстаёт от OCZ Vector 150 и Crucial M550. Однако при наличии очереди запросов среди современных SATA SSD ему вновь нет равных.

Целиком же зависимость скорости произвольной записи 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов выглядит следующим образом:

Из графика видно, что рассматриваемая новинка компании Samsung уступает флеш-дискам OCZ и Crucial лишь при отсутствии или небольшой глубине очереди команд. Во всех остальных ситуациях, когда Samsung 850 Pro может проявить мощность своего контроллера и скорость записи во флеш-память в полной мере, он выдаёт более высокие, чем все конкуренты, результаты.

Следующий график отражает зависимость производительности случайных записей от размера блока данных.

И вновь мы видим, что линия, отображающая производительность Samsung 850 Pro, как бы окаймляет показатели прочих накопителей сверху. И это означает, что нет ни одного варианта объёма блоков, на котором рассматриваемый SSD не демонстрировал бы лучший результат.

Смешанная нагрузка

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.

Предыдущий флагманский накопитель компании Samsung, 840 Pro, был хорош почти во всём. Однако при смешанной нагрузке его показатели производительности были не слишком выдающимися. Новый SSD этой компании, 850 Pro, перешёл на следующий более быстродействующий контроллер и улучшил результат своего предшественника. Однако сказать, что новинка демонстрирует столь же превосходную производительность, как при простых операциях чтения и записи, и при смешанной нагрузке, мы не можем. Здесь Samsung 850 Pro проигрывает OCZ Vector 150 и Crucial M550. Иными словами, смешанная нагрузка ставит накопитель Samsung на трёхмерной флеш-памяти, демонстрирующий в большинстве тестов просто выдающиеся результаты, в далеко не самое выгодное положение.

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.

Чем больше смешиваются операции чтения и записи, тем ниже оказывается производительность Samsung 850 Pro. Соответствующая этому флеш-приводу кривая имеет явную U-образную форму, что говорит о плохой оптимизации контроллера Samsung MEX для работы в дуплексном режиме. И хотя такое поведение свойственно многим твердотельным накопителем для персональных компьютеров, падение производительности Samsung 850 Pro на смешанных операциях доходит до очень заметного двукратного размера. Получается, что обладая высокими скоростями при однотипных операциях, Samsung 850 Pro может проигрывать своим конкурентам в том случае, когда нагрузка носит не такой примитивный характер.

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.

Падение производительности Samsung 850 Pro при непрерывной нагрузке на запись выглядит просто-таки эталонно. До тех пор, пока объём записанных данных меньше полной ёмкости накопителя, 850 Pro демонстрирует абсолютно стабильную скорость на уровне 89 тысяч IOPS. Затем, когда контроллеру приходится заниматься стиранием и программированием ячеек флеш-памяти, скорость падает, постепенно снижаясь к концу нашего двухчасового теста до 13-14 тысяч операций ввода-вывода в секунду. Хорошо при этом то, что колебания быстродействия SSD как в свежем, так и в использованном состоянии, минимальны. Это позволяет с успехом применять Samsung 850 Pro там, где важно постоянство производительности.

Никаких иных скачков на графике, кроме как обусловленных исчерпанием свободных ячеек флеш-памяти, не наблюдается. А это значит, что в Samsung 850 Pro не только нет никаких аналогов TurboWrite, но и вообще отсутствуют какие-либо дополнительные технологии внутреннего кэширования, повышающие быстродействие. Они тут попросту не нужны. Впрочем, если вы желаете увеличить показатели Samsung 850 Pro в бенчмарках, то на помощь может прийти утилита Samsung Magican и режим «виртуального диска» RAPID.

Впрочем, всё, что изображено приведённом выше графике, — синтетическая ситуация, интересная лишь для изучения особенностей контроллера, но не иллюстрирующая поведение SSD в реальной жизни, где немалое влияние на производительность оказывает команда TRIM. Поэтому гораздо более важно 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.

Прошлый флагманский накопитель компании Samsung, 840 Pro, не умел восстанавливать свою производительность за счёт сборки мусора без помощи команды TRIM. Не изменилась эта ситуация и теперь, когда ему на смену пришёл 850 Pro. Поддержка TRIM в операционной системе критически важна и для новинки, иначе вам придётся столкнуться с деградацией скоростей записи. Зато в том случае, когда TRIM поддерживается (справедливости ради заметим, что поддержка TRIM в современных средах есть в 99 процентах случаев), никакой проблемы с падением скорости нет и быть не может. Samsung 850 Pro восстанавливается целиком и полностью, возвращая себе производительность SSD, только вынутого из коробки.

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.

На скриншоте можно видеть очень впечатляющие результаты. С точки зрения CrystalDiskMark рассматриваемый Samsung 850 Pro 256 Гбайт быстрее любого другого современного флагманского флеш-диска при любом типе нагрузки за исключением неконвейеризируемой случайной записи, при которой он уступает OCZ Vector 150 и Crucial M550. Впрочем, нужно добавить, что скорость флагманских SATA SSD в простых синтетических бенчмарках вроде CrystalDiskMark достаточно близка друг к другу, поэтому о подавляющем превосходстве Samsung 850 Pro над конкурентами говорить всё же нельзя.

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.

Производительность в PCMark 8 — один из важнейших параметров для понимания того, насколько хорош тот или иной накопитель в реальном использовании. И если опираться на полученные здесь показатели, то напрашивается вывод о том, что Samsung 850 Pro, который поражал нас высочайшими результатами в разнообразных синтетических тестах, при реальной работе в приложениях оказывается совсем не таким быстрым SSD, как это представлялось вначале. Мы уже видели, что при смешанной нагрузке, когда операции чтения и записи чередуются друг с другом, производительность этого накопителя проседает, а именно такие условия и складываются в большом количестве реальных задач. Вследствие этого интегральный показатель Samsung 850 Pro в тесте PCMark 8 оказывается хуже, чем у Intel 730 480 Гбайт и Crucial M550. Кроме того, новинка немного отстаёт и от предшествующего флагмана Samsung. Это, конечно, никакая не катастрофа, но тот факт, что в ряде случае Samsung 850 Pro может немного уступать другим вариантам, иметь в виду всё-таки необходимо.

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.

Получается, что у Samsung 850 Pro есть сразу несколько проблемных приложений, результаты в которых тянут общий показатель PCMark 8 вниз. Это — Microsoft Word, Battlefield 3, Adobe Illustrator и Adobe AfterEffects. Перечисленные приложения характерны тем, что нагрузка в них носит явно неоднородный характер с преобладающими операциями чтения, но подмешиваемые к ним операции записи серьёзно снижают именно скорость чтения. Подобную ситуацию мы видели в тестах смешанной нагрузки, и здесь она проявилась в результатах теста, основанного на реальных задачах. Зато в других приложениях, таких как Adobe InDesign, Microsoft Excel, Microsoft PowerPoint и World of Warcraft рассматриваемый накопитель выдаёт неизменно превосходный результат.

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.

В целом, Samsung 850 Pro очень неплохо справляется с операциями копирования. Совершенно очевидно, что для работы в качестве рабочего диска это — один из лучших вариантов. Тем не менее, при копировании файлов большого размера новинка Samsung заметно отстаёт от других флагманов — SanDisk Extreme Pro и OCZ Vector 150.

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.

При работе с архивами ситуация неоднозначна. Однако если говорить о средней скорости по последним двум тестам, то Samsung 850 Pro отстаёт лишь от SanDisk Extreme Pro, которого можно отнести к самым быстрым SSD сегодняшнего дня наряду с рассматриваемым флеш-диском.

Выводы

В течение нескольких последних лет компания Samsung стала одним из центровых игроков на рынке твердотельных накопителей для персональных компьютеров. Стратегия этой компании проста и результативна: Samsung имеет вертикально интегрированное производство и создаёт все составляющие для своих SSD полностью самостоятельно. Это позволяет ей заниматься глубокой оптимизацией компонентов своих накопителей и проводить в них новые технологии намного быстрее всех конкурентов. Первыми плодами этой тактики были накопители 840 и 840 EVO, в которых Samsung смогла применить TLC NAND и благодаря этому закрепилась в сегменте недорогих решений. Теперь же компания применяет тот же приём в секторе высокопроизводительных решений для энтузиастов. Samsung 850 Pro – это первый на рынке твердотельный накопитель, основанный на MLC флеш-памяти с трёхмерной компоновкой. Причём очевидно, что подобные предложения других производителей смогут появится не ранее чем через год.

Всё это делает Samsung 850 Pro действительно уникальным предложением. Какой аспект потребительских характеристик не возьми, данный SSD в любом случае окажется в числе наилучших вариантов. Производительность? Samsung 850 Pro побеждает всех соперников того же класса почти при любом варианте нагрузки, незначительно уступая отдельным конкурентам лишь при смешанных операциях. Надёжность? Здесь у Samsung 850 Pro вообще нет равных: заявленный ресурс этого SSD велик до неприличия, гарантийный срок составляет десять лет, а используемая в его основе 3D NAND свободна переносить несколько десятков тысяч циклов перезаписи. Экономичность? В Samsung 850 Pro есть поддержка DevSleep, да и при максимальной нагрузке он не отличается повышенным энергопотреблением и нагревом. Да что там говорить, даже программная сервисная утилита, предлагаемая Samsung для собственных SSD, – одна из лучших.

Конечно, столь выдающееся решение не может быть дешёвым по определению. И если посмотреть на текущие розничные цены, то окажется, что Samsung 850 Pro – один из самых дорогих SATA SSD для персональных компьютеров. Но разве могло бы быть иначе?

И именно поэтому мы были бы и рады рекомендовать Samsung 850 Pro для всех без исключения случаев, так как у этого SSD много преимуществ и действительно нет заметных недостатков, но сделать это всё же не можем. В условиях ограниченного бюджета логичнее будет обратить внимание на другие предложения. Например, тот же Crucial MX100 – вполне достойный вариант с примерно на 75 процентов более низкой удельной ценой за гигабайт. Что же касается Samsung 850 Pro – то он в основном будет интересен для тех бескомпромиссных энтузиастов, которые хотят получить максимальную скорость дисковой подсистемы любой ценой и при этом собираются использовать высокоскоростной SSD не только для установки системы и программ, но и для хранения своих рабочих файлов.

Однако не следует упускать из вида, что даже такое выдающееся решение, как Samsung 850 Pro, не может перепрыгнуть через барьеры, выставленные интерфейсом SATA 6 Гбит/с. И его производительность во многих случаях упирается именно в них, а не в мощность внутреннего контроллера SSD или в пропускную способность массива флеш-памяти. А это значит, что как только потребительские SSD перейдут c интерфейса SATA на PCI Express, даже столь замечательный продукт как Samsung 850 Pro может сразу же оказаться совсем не таким непревзойдённым твердотельным накопителем, каким он кажется в данный момент.