Новинки NVMe SSD: Plextor M8Pe и Toshiba OCZ RD400

Введение

Переход твердотельных накопителей для персональных компьютеров на использование современного протокола NVM Express – давно ожидаемое событие. И дело не только в том, что NVMe предполагает применение в качестве транспорта скоростной шины PCI Express 3.0, пропускная способность которой в x4-варианте достигает 3,9 Гбайт/с, что в разы превышает пропускную способность привычного SATA-интерфейса. Важно ещё и то, что в отличие от наследственного AHCI, который появился в далёком 2010 году, протокол NVMe разработан специально для систем хранения данных на базе энергонезависимой памяти и учитывает их параллельную архитектуру. Поэтому NVMe-накопители могут показывать более высокую производительность на многопоточных случайных операциях и обеспечивают существенное пониженные латентности на магистрали между SSD и CPU.

Впрочем, несмотря на всю прогрессивность NVMe, переход на него до недавних пор шёл очень вяло. В течение последнего года широко доступны были лишь две потребительские модели накопителей с этим интерфейсом: Intel 750 и Samsung 950 PRO. Никакие другие подобные предложения на рынке никак не появлялись. Проблема состояла в том, что независимые разработчики контроллеров затянули разработку новых платформ с поддержкой NVMe, поэтому многие производители накопителей оказались не в силах своевременно поддержать новый протокол. Выпустить же собственные высокоскоростные SSD смогли лишь те фирмы, которые располагают мощными внутренними инженерными командами, способными спроектировать контроллеры самостоятельно.

Однако сегодня можно говорить уже наверняка: массовый приход NVMe в потребительский сегмент не за горами. Все основные независимые разработчики контроллеров, включая Marvell, Phison и Silicon Motion, наконец-то завершили проектирование и оптимизацию своих NVMe-чипов. Поэтому в самое ближайшее время в число прогрессивных скоростных накопителей с интерфейсом PCI Express вольётся масса решений производителей второго-третьего эшелона, которые традиционно занимаются сборкой своих продуктов из компонентов, закупаемых на стороне. И в первую очередь на прилавки магазинов должны поступить NVMe SSD, использующие платформу Marvell. Эта компания начала массовые поставки своего флагманского NVMe-контроллера с кодовым именем Eldora чуть раньше других.

При этом нужно иметь в виду, что традиционно число партнёров, работающих с контроллерами Marvell, не слишком велико. Дело в том, что эта фирма не практикует передачу партнёрам полностью готового для внедрения дизайна, и создание законченных решений на её чипах требует от производителей определённых конструкторских работ. Поэтому с Marvell обычно работают лишь достаточно крупные и мощные компании масштаба Crucial, SanDisk, Kingston или Plextor. Однако в случае с Marvell Eldora в первой волне NVMe SSD оказалось всего два накопителя. Один был сделан Plextor, а второй – Toshiba. Причём, учитывая достаточно солидный вклад в финальный дизайн со стороны этих производителей, продукты у них получились совсем непохожие. В этой статье мы посмотрим на все их общие и индивидуальные черты, и сделаем вывод о том, какая их этих компаний сделала более оптимальную платформу на базе контроллера Eldora. Второй же важный вопрос, на который нам предстоит ответить в этом материале, заключается в том, смогут ли свежие новые потребительские NVMe-накопители составить конкуренцию уже присутствующим на рынке моделям Samsung и Intel.

Контроллер Marvell Eldora в подробностях

Контроллер Marvell Eldora – это прямой потомок чипа Alta Plus (88SS9293), который используется в накопителе Kingston HyperX Predator. Однако в Alta Plus ни о какой поддержке NVMe-протокола речь не шла, плюс пропускная способность ограничивалась использованием лишь второй версии PCI Express. Поэтому новый контроллер представляет собой достаточно большой шаг вперёд по сравнению со своим предшественником. И чтобы подчеркнуть этот момент, Marvell даже выбрала для нового чипа изменённую схему нумерации: новый контроллер получил модельный номер 88SS1093, в то время как его предшественник проходил под номером 88SS9293.

Контроллер Marvell Eldora (88SS1093) – это достаточно продвинутый по современным меркам чип, построенный на базе энергоэффективного трёхъядерного процессора с ARM-архитектурой. К этому ядру добавлены аппаратные блоки, реализующие восьмиканальный интерфейс с флеш-памятью и внешний интерфейс PCI Express 3.0 x4 с поддержкой NVMe-протокола версии 1.1. Кроме того, контроллер включает аппаратный блок коррекции ошибок на основе LDPC-кодирования, который позволяет использовать его с любыми современными типами флеш-памяти: как SLC/MLC, так и TLC. Говоря о возможностях своего продукта, компания Marvell указывает, что идеально сочетается с Eldora флеш-память с двухбитовой и трёхбитовой ячейкой, выпускаемая по 15-нм техпроцессу, либо производимая по трёхмерной технологии.

Сам чип Marvell Eldora изготавливается по достаточно современному техпроцессу с нормами 28 нм. Учитывая имеющуюся реализацию технологий температурного мониторинга и троттлинга это позволяет производителю рекомендовать свой контроллер не только для SSD, выполненных в виде PCI Express-плат, но и для установки на компактных вариантах накопителей, выполненных в форм-факторе M.2.

Немаловажный факт, что в Marvell Eldora применён модульный дизайн MoChi, который позволяет легко изменять состав аппаратной части контроллера, заменяя или добавляя блоки. Это даёт возможность получать различные кастомизированные версии чипа, адаптированные под нужды конкретных заказчиков или интегрировать контроллер в какие-то другие процессоры или системы-на-чипе.

Контроллер Eldora интересен ещё и тем, что это – первый SSD-контроллер с поддержкой SRIS архитектуры. Это значит, что SSD на его основе могут иметь собственный тактовый генератор, который необходим в случае задействования интерфейса SATA Express. Иными словами, накопители на базе чипа 88SS1093 могут приобретать достаточно неожиданные обличья.

Однако те SSD, о которых пойдёт речь сегодня, скорее можно назвать типовыми и традиционными. Это – обычные M.2-платы с интерфейсом PCI Express, в которых не используется даже 3D NAND. Оба рассматриваемых сегодня накопителя, фактически, воплощают одну и ту же формулу «Marvell Eldora плюс 15-нм планарная MLC NAND компании Toshiba». И отличия в воплощениях, реализованных Toshiba и Plextor, происходят главным образом из-за различной микропрограммы.

Plextor M8Pe 512 Гбайт

Накопитель Plextor M8Pe может существовать в различных вариациях. Однако в основе любой версии этого SSD лежит одна и та же стандартная односторонняя M.2 2280-плата, предназначенная для установки в соответствующий слот с поддержкой интерфейса PCI Express 3.0 x4. Плата эта выглядит следующим образом.

Вся элементная база состоит из четырёх микросхем: восьмиканального контроллера Marvell 88SS1093, чипа оперативной DDR3L-памяти производства Samsung объёмом 512 Мбайт и массива MLC NAND, набранного двумя чипами. Флеш-память имеет маркировку Toshiba TH58TFT1JFLBAEG. Если её расшифровать, то нетрудно установить, что в каждой такой микросхеме скрывается по шестнадцать 15-нм планарных MLC NAND-устройств ёмкостью по 128 Гбит каждое. В итоге, контроллер в 512-гигабайтной конфигурации Plextor M8Pe может пользоваться преимуществами четырёхкратного чередования устройств в каждом канале. Это делает такую модификацию одной из самых быстрых в линейке.

Простейшая модификация Plextor M8Pe – такая, как изображена на фото выше – имеет собственное имя M8PeGN, и на самом деле это не главная версия, а лишь вариант, который ориентируется производителем для установки в тонкие ноутбуки. Для пользователей же настольных систем Plextor адресует версию M8PeG. Это – абсолютно такая же M.2-плата, но закрытая фигурной алюминиевой пластиной-радиатором, которая призвана обеспечивать накопителю более приемлемый температурный режим при высоких нагрузках.

Таких решений, применённых в массовом продукте, мы ещё не видели. И неудивительно: даже относительно тонкая теплорассеивающая пластина выводит габариты получающегося «бутерброда» за пределы спецификаций. Например, в случае M8PeG толщина накопителя выросла на дополнительные 2,5 мм. Но Plextor вышла из положения тем, что формально спозиционировала вариант с радиатором исключительно для применений, где жёстких ограничений по толщине M.2-карт нет.

Учитывая, что вариант с системой охлаждения интересен прежде всего для энтузиастов, Plextor позаботилась о том, чтобы M8PeG выглядел эффектно. Его внешность приведена в соответствие с той цветовой гаммой, которая обычно используется в геймерских продуктах. Радиатор окрашен анодированием в чёрный фон, а поверх него располагается красно-серый стреловидный рисунок с нанесённым логотипом производителя. Радиатор держится на микросхемах за счёт клейкой теплопроводящей ленты. Поскольку плата Plextor M8Pe односторонняя, он закрывает накопитель лишь с одной стороны, и перевернув накопитель можно увидеть зелёный текстолит платы накопителя.

Есть у Plextor M8Pe и ещё одна версия – HHHL-плата формата PCI Express, названная M8PeY. Такой вариант тоже ориентирован на настольные системы, и он представляет собой PCI Express x4 переходник на слот M.2, в который установлена M.2-карта накопителя. Однако переходник этот не так прост. И дело не только в том, что вся конструкция, как и в случае с M8PeG, закрыта с лицевой стороны чёрным алюминиевым теплорассеивающим кожухом с красно-серым геймерским стреловидным рисунком. Дело в дополнительных опциях, и в первую очередь в светодиодной подсветке. Во время работы накопителя серый треугольник с логотипом производителя подсвечивается по периметру белым светом. Верхняя же грань накопителя вспыхивает красным светом при обращениях к SSD. Таким образом, M8PeY должен понравится тем пользователям, которые имеют корпуса с окном.

Кроме того, переходник обладает собственным стабилизатором питания, который может брать необходимый ток как из слота PCI Express, так и из расположенного на верхней кромке платы разъёма SATA-питания. Хотя, безусловно, главное преимущество версии M8PeY – хорошее охлаждение M.2-платы накопителя. Оно в данном случае весьма уместно, поскольку нагревается новинка Plextor во время работы изрядно.

Характеристики быстродействия у всех трёх вариантов Plextor M8Pe совершенно одинаковы и выглядят следующим образом:

По заявленным скоростным показателям Plextor M8Pe вполне тянет на передовую модель – производительность у неё не хуже, чем обещано в конкурирующих NVMe SSD. Достойно выглядят и условия гарантийного обслуживания. Срок гарантии у Plextor M8Pe составляет пять лет, причём в отличие от конкурентов производитель устанавливает очень щедрые рамки на максимальный объём записи, позволяющие обновлять более 80 процентов полной ёмкости накопителя ежедневно.

Однако на данный момент с Plextor M8Pe всё же есть одна существенная проблема – программная поддержка. Для нового накопителя не адаптирована ни одна из фирменных плексторовских утилит. Но это ещё можно пережить, а вот что более неприятно, так это то, что для Plextor M8Pe не предлагается NVMe-драйвера. Вместо этого производитель рекомендует пользоваться встроенным в операционную систему драйвером компании Microsoft, к которому, к сожалению, есть определённые претензии в плане производительности, особенно при операциях записи.

Toshiba OCZ RD400 512 Гбайт

Говоря о новом NVMe-накопителе компании Toshiba, в первую очередь сказать пару слов стоит о его брендировании. Дело в том, что новинка получила двойное имя Toshiba-OCZ и произошло это в связи с окончательным поглощением японской компанией всех активов OCZ, в рамках которого модельный ряд этой фирмы утратил свою самостоятельность. На сегодня все бывшие продукты OCZ уже продаются под маркой Toshiba, а RD400 выступает идеологическим наследником серии OCZ RevoDrive. При этом никакого контроллера JetExpress, который OCZ долго обещала для своих PCI Express-продуктов, в новинке нет и в помине. Toshiba предпочла оставить все самостоятельные разработки OCZ в прошлом и вместо этого сделала ставку на платформу сторонней компании Marvell. Именно благодаря этому RD400 появился уже сейчас, своевременно попав во вторую волну NVMe-моделей для потребителей.

Как и Plextor M8Pe, Toshiba OCZ RD400 может существовать в нескольких вариантах, но базовым элементом в них также является M.2-карта с интерфейсом PCI Express 3.0 x4. Внешне она достаточно ординарна и представляет собой плату в форм-факторе 2280 с ключом типа M и односторонним монтажом. Однако при ближайшем рассмотрении RD400 всё же способен удивить.

Дело в составе компонентов, который размещён на этой плате. Как и в случае с Plextor M8Pe, на плате располагается четыре микросхемы. Две из них – это флеш-память. Их маркировка, Toshiba TH58TFT1JFLBAEG, точно такая же, как и в продукте Plextor. А значит, мы имеем дело с аналогичной планарной 15-нм MLC NAND, которая произведена на фабриках самой Toshiba. Ещё одна микросхема – это 512-мегабайтный чип оперативной памяти стандарта DDR3L-1600. Здесь тоже – полная аналогия с Plextor M8Pe. А вот контроллер неожиданно кажется другим. Его выделяет маркировка TC58NCP070GSB, да и сама Toshiba говорит о нём как о собственном чипе с кодовым именем Fujisan.

Однако это всё-таки никакая не разработка инженеров Toshiba. Это – всё тот же самый Marvell Eldora, который по заключённому партнёрскому соглашению японская компания маркирует своим именем. Кстати говоря, такая тактика используется давно: большинство производительных SATA-накопителей Toshiba основывается на контроллерах Marvell, но маркируются японской компанией как собственные чипы.

Впрочем, использование контроллера Marvell 88SS1093 в основе Toshiba OCZ RD400 не делает этот накопитель копией предложения Plextor, хотя мы и видим полную идентичность в элементной базе. Компания Toshiba смогла внести в алгоритмы работы контроллера существенные изменения через прошивку. И в результате в характере её продукта появились уникальные черты.

Плата Toshiba OCZ RD400 не имеет никаких специальных средств охлаждения, и M.2-вариантов этого накопителя, укомплектованных радиатором, этот производитель не предлагает. Зато в ассортименте присутствует продукт с артикулом RD400A. Это тот же RD400, но собранный в составе адаптера, устанавливаемого в слот PCIe. При этом комплектный адаптер не просто коммутирует линии PCI Express на имеющийся на нём слот M.2. На нём есть собственный преобразователь напряжения и два диагностических светодиода, рапортующих о наличии питания и активности накопителя.

Безусловно, по сравнению с Plextor M8Pe версия Toshiba OCZ RD400A кажется не такой навороченной. Ведь на варианте Toshiba не предусмотрено никаких радиаторов и подсветки. Однако некое решение для отвода тепла всё же имеет место. Так, Toshiba добавила между переходником и M.2-платой теплопроводящую прокладку, помогающую перенести часть тепла от обратной стороны M.2-карты на текстолит адаптера.

Но самое интересное в Toshiba OCZ RD400 это то, что этот накопитель очень сильно отличается от Plextor M8Pe по характеристикам быстродействия.

Пусть характеристики накопителей на основе контроллера Marvell 88SS1093 и не кажутся такими передовыми на фоне того же Samsung 950 Pro, но новинки Toshiba и Plextor определённо выигрывают по широте линейки. Доступные объёмы начинаются от 128 Гбайт и могут достигать 1 Тбайт. Но наибольшие скорости, достойные SSD для шины PCIe 3.0 x4, показывают две старших версии. Объясняется это просто: кристаллы 15-нм флеш-памяти Toshiba c двухбитовой ячейкой имеют ёмкость по 128 Гбит. Поэтому лишь модели с ёмкостью 512 Гбайт и выше получают массив флеш-памяти, в котором можно пользоваться эффективным четырёхкратным чередованием NAND-устройств в каждом канале контроллера.

Если же сравнивать между собой реализации платформы Marvell Eldora, которые сделаны разными компаниями, то видны два совершенно различных почерка. Plextor сделала упор на скорость случайных операций и в особенности на скорость записи. По этой характеристики у M8Pe просто выдающиеся показатели. Toshiba OCZ RD400 же обещает лучшее быстродействие при последовательных чтениях и записях.

Кроме того, у Toshiba OCZ RD400 есть и ещё одно немаловажное преимущество – качественная программная поддержка. Для него есть не только фирменный NVMe-драйвер, но и достаточно функциональная утилита OCZ SSD Utility, обладающая широкими возможностями по мониторингу и конфигурированию накопителя.

NVMe-накопители: сравнительная таблица

Итак, к числу доступных на рынке NVMe-накопителей добавилось две новых модели потребительского уровня. В результате, покупатели теперь могут выбирать уже между четырьмя моделями: Plextor M8Pe, Toshiba OCZ RD400, Samsung 950 PRO и Intel SSD 750. Разнообразие небольшое, но, чтобы было легче ориентироваться, мы составили сравнительную таблицу, в которой свели воедино все базовые характеристики доступных на прилавках NVMe SSD.

Методика тестирования

Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 10 Enterprise x64 Build 10586, 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 используются рандомизированные несжимаемые данные.

Начиная с этого тестирования, мы приняли решение внести отдельные изменения в протокол проведения синтетических тестов с целью их приведения в большее соответствие с современными сценариями работы с SSD. Размер раздела, в пределах которого тестируется скорость операций, теперь будет увеличен до 16 Гбайт, а продолжительность тестов будет составлять одну минуту при последовательных операциях и полминуты при случайных чтениях и записях. Такие изменения, в частности, позволят получать более релевантные результаты для тех SSD, которые используют различные технологии SSD-кеширования.

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 тридцати секунд, 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 тридцати секунд, 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 тридцати секунд, после чего вычисляется средний показатель.
Измерение производительности при смешанной многопоточной нагрузке и установление её зависимости от соотношения между операциями чтения и записи. Тест проводится дважды: для последовательных операция чтения и записи блоками объёмом 128 Кбайт, выполняемых в два независимых потока и для случайных операций с блоками объёмом 4 Кбайт, которые выполняются в четыре независимых потока. В обоих случаях соотношение между операциями чтения и записи варьируется с шагом 20 процентов. Оценка скоростей выполняется в течение тридцати секунд, 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 5.1.2

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 Storage Benchmark 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 2.0. В качестве результатов теста учитывается как итоговая производительность, так и скорость выполнения отдельных тестовых трасс, сформированных различными приложениями.

Тестовый стенд

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Maximus VIII Ranger, процессором Core i5-6600K со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 530 и 8 Гбайт DDR4-2133 SDRAM. Приводы с SATA-интерфейсом подключаются к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI. Используется драйвер Intel Rapid Storage Technology (RST) 14.8.0.1042.

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

Список участников тестирования

Учитывая позиционирование Toshiba OCZ RD400 и Plextor M8Pe, в качестве основных их соперников мы взяли другие присутствующие на рынке PCIe NVMe SSD потребительского уровня, коих на сегодняшний день доступно две модели – авторства Intel и Samsung. Также в тест был включён достаточно популярный PCIe AHCI-накопитель компании Kingston. И кроме того, мы добавили в эту компанию и самый быстрый SATA SSD – Samsung 850 PRO.

В итоге, получился следующий перечень соперников:

Intel SSD 750 400 Гбайт (SSDPEDMW400G4, прошивка 8EV10174);
Kingston HyperX Predator PCIe 480 Гбайт (SHPM2280P2H/480G, прошивка OC34L5TP);
Plextor M8Pe 512 Гбайт (PX-512M8PeG, прошивка 1.01);
Samsung 850 Pro 512 Гбайт (MZ-7KE512, прошивка EXM01B6Q);
Samsung 950 PRO 512 Гбайт (MZ-V5P512, прошивка 1B0QBXX7);
Toshiba OCZ RD400 512 Гбайт (RVD400-M22280-512G-A, прошивка 57CZ4102).

Производительность

Последовательные операции чтения и записи

При последовательном чтении Toshiba OCZ RD400 и Plextor M8Pe показывают похожую производительность, что выдаёт родство их элементной базы. Однако показатели производительности этих, основанных на контроллере Marvell Eldora, накопителей заметно не дотягивает до той скорости, которую выдаёт Samsung 950 PRO.

При записи характер производительности у Toshiba OCZ RD400 и Plextor M8Pe совсем разный. Если вариант Toshiba занимает на диаграмме верхнюю строчку, опережая даже Samsung 950 PRO с его ускоренным SLC-режимом, то показатель Plextor M8Pe откровенно расстраивает. Его скорость записи оказывается примерно в полтора раза ниже, чем у лидеров, что ставит её в один ряд со скоростью Kingston HyperX Predator или младшей версии Intel 750.

Отдельно заметим, что приведённые на диаграмме скорости последовательного чтения оказывается существенно ниже чисел, обещанных спецификацией. Связано это с тем, что для полного раскрытия потенциала аппаратной платформы NVMe-накопителей на базе контроллера Marvell Eldora последовательные операции должны выполняться в несколько потоков одновременно. Наш же тест моделирует однопоточный вариант такой нагрузки, который более актуален для массового пользователя.

Случайные операции чтения

То, насколько похожи скорости случайного чтения Toshiba OCZ RD400 и Plextor M8Pe, даже удивительно. Но, к сожалению, трёхъядерный контроллер Marvell 88SS1093 по каким-то причинам не может соперничать по своей вычислительной мощности с трёхъядерным же Samsung UBX, из-за чего обе рассматриваемых новинки проигрывают южнокорейскому флагману.

Несмотря на то, что операции с глубокой очередью запросов для персональных компьютеров не характерны, мы всё же посмотрим, как зависит производительность рассматриваемого SSD от глубины очереди запросов при чтении 4-килобайтных блоков.

Toshiba OCZ RD400 и Plextor M8Pe уступают в скорости чтения Samsung 950 PRO при любой глубине очереди запросов. Но в их оправдание можно сказать, что по сравнению с Intel 750 они смотрятся очень достойно.

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

Схожий результат получается и при исследовании зависимости скорости произвольного чтения от размера блока. Но стоит отметить любопытную деталь: для работы с блоками размером 256 Кбайт микропрограмма Plextor M8Pe не оптимизирована.

Случайные операции записи

Лидирующую производительность при случайных записях выдаёт пришедший из серверного мира Intel 750. Второе место – за Toshiba OCZ RD400. Другой же наш герой, Plextor M8Pe, выступает слабее и отстаёт не только от накопителя Toshiba, но и от Samsung 950 PRO. Такие различие в результатах похожих SSD мы склонны отнести на отсутствие для новинки Plextor оптимизированного NVMe-драйвера, в то время как Toshiba позаботилась о проработанной программной поддержке. Поэтому существует вероятность, что впоследствии результаты Plextor M8Pe могут улучшиться.

Разрыв между рассматриваемыми накопителями отчётливо проявляется при любой очереди запросов. Об этом говорит график, показывающий зависимость скорости произвольной записи 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов:

Скорости Toshiba OCZ RD400 и Plextor M8Pe сравниваются только при увеличении очереди глубины запросов до 32, чего при реальных десктопных нагрузках не бывает в принципе. Впрочем, нужно заметить, что уже при размере очереди запросов в 4 команды пара накопителей на базе Marvell Eldora обгоняет Samsung 950 PRO, который считается самым производительным NVMe SSD потребительского уровня.

Следующий график отражает зависимость производительности при случайной записи от размера блока данных.

Разрыв в скорости записи Toshiba OCZ RD400 и Plextor M8Pe виден и тут. В то время как Toshiba OCZ RD400 удаётся занять место лучшего по скорости накопителя при записи блоков большого размера, Plextor M8Pe попадает лишь в разряд средненьких SSD с шиной PCI Express.

Смешанная нагрузка

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 как последовательных, так и случайных операций, поступающих вперемежку. На следующей паре диаграмм мы приводим среднюю производительность, которая посчитана по данным шести измерений с разным соотношением количества операций чтения и записи.

Инженеры компании Toshiba умеют оптимизировать микропрограммы именно с прицелом на смешанные операции. Глядя на результат Toshiba OCZ RD400, мы вновь убеждаемся в этом: в тестах со смешанной нагрузкой данный накопитель обходит признанных лидеров. Plextor M8Pe же столь впечатляющим результатом похвастать не в состоянии.

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

Казалось бы, Toshiba OCZ RD400 и Plextor M8Pe – два очень похожих накопителя, основанных на одном и том же контроллере Marvell Eldora и использующих одну и ту же 15-нм MLC флеш-память компании Toshiba. Однако на практике между ними оказывается целая пропасть, которая обусловлена различиями в программной части. Инженерам Toshiba удалось сделать гораздо более привлекательный с точки зрения быстродействия продукт, и приведённые выше графики в очередной раз это подтверждают.

Результаты в CrystalDiskMark

CrystalDiskMark — это популярное и простое тестовое приложение, работающее «поверх» файловой системы, которое позволяет получать результаты, легко повторяемые обычными пользователями. Полученные в нём показатели производительности должны дополнить подробные графики, построенные нами на основании тестов в IOMeter. Принципиальное отличие CrystalDiskMark заключается в том, что при измерении производительности он оперирует сравнительно небольшим тестовым файлом, в результате чего выдаваемые им результаты можно отнести лишь к категории оценочных.

Приведённые четыре диаграммы представляют лишь теоретическую ценность. Глубины очереди в 32 команды в персональных компьютерах никогда не бывает, но в специальных тестах она позволяет получить максимальные показатели производительности. Кроме того, скорости чтения и записи при такой глубине очереди запросов приближаются к числам, которые были указаны в спецификациях, поэтому тут можно на практике проверить их корректность.

А вот эти четыре диаграммы представляют уже практический интерес – на них отображена производительность при нагрузке, которая распространена в реальной жизни. И в целом, картина очень похожа на то, что мы уже видели при тестировании в IOMeter. В чтении между Toshiba OCZ RD400 и Plextor M8Pe можно поставить знак примерного равенства. Однако оба эти накопителя не дотягивают по своей производительности до Samsung 950 PRO, который в данной дисциплине на голову превосходит всех конкурентов. С записью же Toshiba OCZ RD400 справляется значительно лучше, чем Plextor M8Pe, предлагая производительность даже выше, чем Samsung 950 PRO. Однако быстрейшим потребительским NVMe-накопителем его назвать всё-таки нельзя, так как тут первое место отходит Intel 750. Что же касается Plextor M8Pe, то его скорости записи удручают. Остаётся только надеяться, что программисты Plextor всё-таки смогут разработать NVMe-драйвер, который позволит улучшить ситуацию.

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. Обратите внимание: мы перешли на обновлённую версию дискового бенчмарка, появившуюся в начале 2016 года, результаты которой не сравнимы с прошлой версией.

Комплексный тест, который моделирует реальную нагрузку, ставит Toshiba OCZ RD400 на второе после Samsung 950 PRO место по производительности. Plextor M8Pe выступает гораздо хуже. Он уступает не только самсунговскому лидеру и своему собрату, но и другим накопителям с шиной PCI Express: Intel 750 и даже Kingston HyperX Predator.

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.

Результаты в разных сценариях неоднородны. В особенности это касается накопителя компании Plextor. У него явно существует какая-то проблема, из-за которой его скорость в Adobe After Effects и в Microsoft Word оказывается даже хуже, чем у накопителя с SATA-интерфейсом. Если же на такие «выбросы» внимания не обращать, то быстродействие у Plextor M8Pe оказывается лишь чуть хуже, чем у Toshiba OCZ RD400.

Работа TRIM и фоновой сборки мусора

Испытывая различные твердотельные накопители, мы всегда проверяем то, как они отрабатывают команду TRIM и способны ли они собирать мусор и восстанавливать свою производительность без поддержки со стороны операционной системы, то есть в такой ситуации, когда команда TRIM не передаётся. Такое тестирование было проведено и в этот раз. Схема этого испытания стандартна: после создания длительной непрерывной нагрузки на запись данных, которая приводит к деградации скорости записи, мы отключаем поддержку TRIM и выжидаем 15 минут, в течение которых SSD может попытаться самостоятельно восстановиться за счёт собственного алгоритма сборки мусора, но без помощи со стороны операционной системы, и замеряем скорость. Затем на накопитель принудительно подаётся команда TRIM — и после небольшой паузы скорость измеряется ещё раз.

Результаты такого тестирования приведены в следующей таблице, где для протестированной модели указано, реагирует ли она на TRIM очисткой неиспользуемой части флеш-памяти и может ли она заготавливать чистые страницы флеш-памяти под будущие операции, если команда TRIM на неё не подаётся. Для накопителей, которые оказались способны осуществлять сборку мусора и без команды TRIM, мы также указываем тот объём флеш-памяти, который был самостоятельно освобождён контроллером SSD под будущие операции. Для случая эксплуатации накопителя в среде без поддержки TRIM это — как раз тот объём данных, который можно будет сохранить на накопитель с высокой первоначальной скоростью после простоя.

С обработкой команды TRIM у рассматриваемых накопителей никаких проблем не возникает. И это совершенно неудивительно, так как поддержка данной команды давно стала негласным отраслевым стандартом, реализуемым на уровне контроллера.

Что же касается работы сборки мусора в бестримовой среде, то тут нарекания есть и к Toshiba OCZ RD400, и к Plextor M8Pe. У продукта Plextor автономная сборка мусора не работает вообще. Это очень странно, потому что ранее этому моменту разработчики компании уделяли особенное внимание, но факт остаётся фактом. Toshiba OCZ RD400 в отличие от своего собрата самостоятельно освобождает некоторое количество памяти под будущие операции, но объём этой памяти сравнительно небольшой, всего лишь один гигабайт.

Это значит, что использовать такие накопители в среде без TRIM не рекомендуется. Впрочем, найти операционную систему с поддержкой NVMe и без поддержки TRIM – не такая простая задача.

Другое дело – использование накопителей в RAID-массиве. В теории, современные интеловские наборы логики позволяют собирать RAID0 из пары NVMe-накопителей и даже пропускают в этом случае команды TRIM. Однако тут есть другая проблема: Toshiba OCZ RD400 не совместим с RAID-драйвером разработки Intel. Поэтому собрать массив из таких накопителей средствами современных интеловских чипсетов не получится. К чести производителя нужно отметить, что проблема не замалчивается и о ней сказано на упаковке SSD.

Выводы

В целом, платформа Marvell 88SS1093 как основа для NVMe-накопителей потребительского уровня показала свою состоятельность. Вне всяких сомнений, на ней можно создавать высокопроизводительные SSD, скорость которых в разы выше, чем у привычных SATA-накопителей. Однако, как это обычно и бывает в случае контроллеров Marvell, многое зависит от микропрограммы. В этом обзоре мы рассмотрели два решения на этом контроллере, независимо сделанные двумя разными производителями, и они оказались мало похожи друг на друга.

Лучшие результаты в тестах производительности показывает Toshiba OCZ RD400. Этот накопитель можно отнести к самому верхнему уровню, хотя до лидера в лице Samsung 950 PRO он несколько не дотягивает. Тем не менее, вариант Toshiba всё же заслуживает внимания как минимум по причине наличия в составе линейки широкого набора ёмкостей, начиная с 128 Гбайт и заканчивая 1 Тбайт, и немного меньшей цены. Кроме того, RD400 быстрее всех альтернатив при операциях записи. А если к этому прибавить отличную программную поддержку и наличие NVMe-драйвера, то накопитель компании Toshiba вполне можно порекомендовать для установки в высокопроизводительные персональные компьютеры и ноутбуки.

Вариант компании Plextor на фоне Toshiba OCZ RD400 на первый взгляд кажется не таким интересным. У него хромает программная поддержка, и вследствие отсутствия фирменного NVMe-драйвера производительность в некоторых сценариях оказывается неподобающе низкой. Тем не менее, ставить крест на Plextor M8Pe мы бы всё-таки не стали. Производитель прекрасно понимает все слабые стороны своего продукта, поэтому M8Pe получил весьма привлекательный ценник. Ситуация такова, что стоимость этого NVMe-накопителя лишь немного превышает цену MLC-моделей SATA SSD, которые медленнее принципиально. Поэтому при выборе современного накопителя для новой платформы M8Pe тоже заслуживает самого пристального внимания. Его неоспоримое достоинство кроется в том, что он даёт возможность вывести производительность дисковой подсистемы на новый уровень при помощи небольшого увеличения бюджета относительно стандартного SATA-накопителя.

Надо сказать, что на этом знакомиться с новыми NVMe SSD мы не заканчиваем. В самое ближайшее время свои решения такого класса представят и другие ведущие производители, так что, вполне возможно, Samsung 950 PRO с позиции самого быстрого накопителя будет низвергнут.