Методика тестирования накопителей образца 2018 года
Не все пользователи успели еще привыкнуть к NVMe-накопителям в принципе (путаясь в форм-факторах, интерфейсах и протоколах), как начался новый процесс — переход таковых с PCIe 3.0 на 4.0. Который обещает быть плавным и эволюционным — принципиально не меняется ничего, кроме интерфейса подключения. Да и последний — не принципиально: просто переход на новую версию стандарта — более быструю.
До последнего времени процесс шел очень медленно — на рынке был широко представлен лишь один контроллер с поддержкой PCIe 4.0, причем поставлялся он исключительно «в комплекте» с 96-слойной памятью BiCS4 3D TLC NAND Kioxia — коей могло быть 500 ГБ, 1 ТБ или 2 ТБ. Причем первая модификация встречалась реже остальных двух, да и официально «за рамки» PCIe 3.0 выходила лишь при последовательном чтении данных. В общем, для демонстрации преимуществ нового интерфейса такой емкости было мало, а для массового решения — многовато: ценовая специфика до сих пор делает самыми популярными решения меньшей емкости. Чего уж говорить про модели на 1 и 2 ТБ — однозначно попадающие в топовый сегмент. Но и в их случае хоть какое-то разнообразие было лишь кажущимся — на деле все устройства были одинаковыми и производились на одном заводе под непосредственным контролем Phison.
Почему же при очевидных преимуществах нового интерфейса (и сохранении его полной совместимости со старым) процесс перехода буксовал более года? Причины не раз озвучены — единственными целевыми платформами были настольные и серверные решения AMD. Последние на рынке потребительских накопителей сказываются примерно никак, первых же было... слишком мало. Процессоры AMD по совокупности поставок лишь недавно достигли 20% настольного рынка, а PCIe 4.0 поддерживала лишь часть их. Да и тем изначально требовались достаточно дорогие системные платы на базе чипсета AMD X570, так что большинство покупателей продолжали голосовать рублем / долларом / юанем за PCIe 3.0, приобретая даже новые процессоры в комплекте со «старыми» платами. Кроме того, настольные компьютеры лишь часть рынка — и давно уже не основная. А в ноутбуках (которых продается примерно в три раза больше) и AMD делала ставку только на PCIe 3.0 — APU компании (настольные тоже это унаследовали) новый интерфейс не поддерживают. Вот и производители накопителей никуда не торопились.
Как только в начале осени Intel анонсировала архитектуру Tiger Lake и ноутбучные Core одиннадцатого поколения с поддержкой PCIe 4.0 — так сразу же всех окатил вал анонсов соответствующих SSD. Внезапно оказалось, что у всех производителей контроллеров уже есть соответствующие решения — можно сразу приступать к продажам накопителей. Тем более, что обновление встроенного в процессор контроллера PCIe до «четверки» была анонсирована и для будущих настольных решений компании, да и AMD к этому моменту снизила цену «входного билета» в мир новейших технологий с примерно $400 до $200. В общем, процесс пошел.
Но разнонаправленно — примерно, как и внедрение NVMe вообще. Сначала топовые продукты (вплоть до «перелицовки» серверных решений) — а дальше все больше и больше бюджетных SSD. При этом наценка за сам по себе модный протокол никуда не исчезала — так что при равной цене некоторые такие могли проиграть и SATA-решениям. Не глобально — все-таки слишком разные интерфейсы, но в частностях. Тут — то же самое. Только все различие — изменилась потенциальная пропускная способность интерфейса, а ее еще нужно уметь «выбрать». Понятно, что получится это далеко не у всех конфигураций — а модели на безбуферных контролерах (по крайней мере, часть таковых) будет сочетать формальную поддержку PCIe 4.0 с реальными тормозами в части сценариев. Что же касается «среднего класса», то с ним таких проблем не будет — но и убедительно продемонстрировать преимущества интерфейса он тоже не сможет. Так что стоит заранее относиться к сегменту NVMe-устройств как к единому целому — где главное не поддержка определенной версии PCIe, а временами — и не количество линий даже, а конкретные характеристики конкретного накопителя (конкретной же емкости — тоже немаловажно).
Но в целом обновление ассортимента можно только приветствовать. Во-первых, новые модели постепенно будут вытеснять «старые» в более низкие ценовые сегменты. Во-вторых, обновлением интерфейса доработка контроллеров обычно не ограничивается — так что более новые модели обычно быстрее своих непосредственных предшественников. На пальцах — безбуферный Silicon Motion SM2267XT не позволит делать топовые SSD, но работать они будут практически всегда быстрее, чем основанные на той же памяти и SM2263XT, не говоря уже о SM2258XT. В-третьих, если не гнаться именно за топовой производительностью, можно ограничиться меньшим количеством линий, получив ту же пропускную способность, что и у большего, но старых. Не зря же AMD в B550 предусмотрела возможность подключения к процессору двух SSD с PCIe 4.0 x2 — каждому из них достанется столько же, сколько обеспечивает PCIe 3.0 x4.
В общем, поводы для радости есть. Но и предаваться безудержному оптимизму тоже не стоит — попадаться нам будут как удачные модели, так и не слишком.
Adata XPG Gammix S50 Lite 1 ТБ
Анонс этой линейки, например, выглядел не слишком многообещающим — во-первых, немного пугает слово «Lite» в названии, во-вторых, заявленная скорость чтения и записи — лишь 3900/3200 МБ/с очень уж далеко от теоретических возможностей PCIe 4.0. Впрочем, «виновата» тут не только Adata — Silicon Motion в характеристиках SM2267 (а именно этот контроллер и используется) заявляет 3900/3500 МБ/с. По сравнению с предшественником в виде SM2262 — явный шаг вперед: там было лишь 3200/1900 МБ/с. Более того — корректнее сравнивать с четырехканальным же SM2263, где и вовсе даже в теории заявлялось 2400/1700 МБ/с. Но для топовых устройств разработчик припас SM2264 — изготовленный по нормам 12 нм (вместо 28 нм у прочих) и поддерживающий последовательные скорости до 7400/6800 МБ/с. Что называется, почувствуйте разницу — сразу ясно, что S50 Lite к верхнему сегменту не относится. Но при невысокой цене будет неплохой альтернативой SSD с PCIe 3.0 — в том числе, и при наличии только последнего, поскольку для такого режима Adata обещает скорости 3400/3000 МБ/с.
Хуже другое — заявления относятся к линейке в целом, а в нее входят модели на 1 и 2 ТБ. В случае Phison E16 работали таковые с примерно одинаковой скоростью — поскольку имели одинаковое количество разных кристаллов памяти: 32 по 256 или 512 Гбит. А модификация на 500 ГБ была медленнее — там стояло 16 кристаллов по 256 Гбит, что и при наличии восьмиканального контроллера не позволяло при записи получить более 2500 МБ/с даже в низкоуровневых бенчмарках. S50 Lite же — накопитель недорогой, так что тут и в терабайтной модели используется 96-слойная память 3D TLC NAND Micron с кристаллами по 512 Гбит. Просто таковых 16, а в старшей модификации 32 идентичных — значит скорость будет немного разной (из-за разного чередования), а все «обещалки» производителя мы получим лишь если купим SSD на 2 ТБ. Учитывая же, что и последние — достаточно скромные, можно заранее готовиться к тому, что для терабайтника не будет никакой разницы между PCIe 3.0 и 4.0.
Или будет, но небольшая — разве что в пределах однобитной области (т. е. SLC-кэша). Кроме того, характерный вид графика вообще наводит на мысли, что Silicon Motion остается верным своей практике гонять все данные через него. Впрочем, для предыдущей версии SSD-платформы такое поведение было обязательным и безальтернативным только для безбуферных моделей. «Взрослые» контроллеры могли поддерживать и прямую запись, что использовалось, например, в Intel SSD 760p — но не продуктах Adata или Transcend. По-видимому, подход сохранен, т. е. в первом приближении S50 Lite — улучшенная модификация популярных S11/SX8200. Новый контроллер с поддержкой PCIe 4.0, новая память — причем увеличение емкости кристаллов ушло на увеличение общей емкости (старички кончались на отметке 960 ГБ / 1 ТБ, а S50 Lite с терабайта только начинается), DDR4 вместо DDR3, но на той же 16-разрядной шине. При аналогичных (или, хотя бы, близких ценах) — однозначный повод предпочесть новинку вне зависимости наличия в системе PCIe 4.0. Пока же цены «голосуют» как раз за предыдущее поколение — S50 Lite в рознице уже начал появляться, но обычно стоит существенно дороже, чем S11 Pro той же емкости, т. е. «улучшенной» модели на SM2262EN, где и скорости выше, и версии на 2 ТБ есть. А это значит, что накопителям придется очень сильно подешеветь — иначе толку не будет. Так что и этим моделям в какой-то степени поддержка PCIe 4.0 пока только мешает (если можно так выразиться), причем еще сильнее, чем Phison E16 — воспользоваться они ей все равно не смогут, а наценка за моду мешает прямой конкуренции с «устаревшими» моделями. Но как это работает — все равно интересно (благо цены умеют меняться быстро), так что перейдем к практическому тестированию.
Тестирование
Методика тестирования и образцы для сравнения
Методика подробно описана в отдельной статье. Там можно познакомиться с используемым программным обеспечением. Список же аппаратного в очередной раз мы расширим — поскольку нам нужна система с поддержкой PCIe 4.0. Как и при тестировании Silicon Power US70 1 ТБ — который мы использовали на трех платах и четырех процессорах. Но сегодня оставим два стенда: «стандартный» на Core i7-7700 и ASRock Z270 Killer SLI на чипсете Intel Z270 и «перспективный» на Ryzen 7 3800X и Gigabyte B550 Vision D на чипсете AMD B550, что нам обеспечивает поддержку PCIe 4.0. А как ориентир для сравнения тот самый US70 и возьмем — это как раз стандартный терабайтник на Phison E16, да и цены таких моделей вообще пока очень близки.
Для оценки прогресса Silicon Motion нам бы идеально подошло что-нибудь на SM2263 с терабайтом TLC-памяти, но ничего подобного мы не тестировали. С другой стороны, разработчик контроллера позиционирует SM2267 куда выше. Поэтому мы решили взять результаты Transcend 220S на Silicon Motion SM2262EN и «старичка» Intel SSD 760p, где применяется еще оригинальный SM2262. Память в обоих одинаковая — 64-слойный TLC-флэш Intel с кристаллами по 256 Гбит, т. е. более быстрый, чем в Adata XPG Gammix S50 Lite — зато контроллер более медленный (особенно в последнем случае — что и делает 760p слишком невыразительным с точки зрения современности).
Производительность в приложениях
Оба условно новых SSD набрали более 5100 баллов, старые — менее, но в целом результаты у всех практически одинаковые. По не раз озвученной причине — все-таки эта версия тестового пакета разрабатывалась в основном во времена жестких дисков, так что «различать» последние — умеет, отличить их от твердотельного накопителя — тоже, а вот как-то «сортировать» последние — не очень. Слишком уж легкие нагрузки. Впрочем, как и вообще свойственно типовым «системным».
Поскольку «сдерживает» их обычно производительность других компонентов системы и прочие сопутствующие факторы — а твердотельные накопители со своей частью работы справляются легко и не напрягаясь. Любые. Хотя более новые, как видим, способны это делать немного быстрее — но просто в итоге на практике больше времени проводят в спящем состоянии.
Предыдущая версия пакета придерживается того же мнения. Единственное, на что стоит обратить внимание — в RAW-режиме (т. е. когда тестируется только накопитель — без учета влияния других компонентов системы) Silicon Power US70 на переход на PCIe 4.0 «реагирует» на порядок сильнее, чем Adata XPG Gammix S50 Lite.
Последовательные операции
Единственное на что в современных условиях способны низкоуровневые утилиты — измерить скорость работы SLC-кэша: их логика слишком уж хорошо укладывается в схемы оптимизации работы контроллеров SSD. Впрочем, нам сейчас предельные характеристики в наибольшей степени и нужны. Благо уже на их примере видно, что терабайтникам на SM2257 (во всяком случае, подобным Adata XPG Gammix S50 Lite, но их таких будет большинство — если не все) PCIe 4.0 на деле не нужен. Это хорошие быстрые SSD. Для Silicon Motion данный контроллер уже шаг вперед — получаются более быстрые устройства, чем можно было делать на SM2262 или даже SM2262EN даже с более дорогой (по себестоимости) памятью. Но на деле такой уровень производительности можно получить и на PCIe 3.0 — от немного других SSD. Вот, хотя бы, тот же Phison E16 — не медленнее, а то и быстрее в старой системе, а в новой — хорошо видно: зачем нужен новый интерфейс. Несмотря на то, что в этих моделях он утилизируется далеко не полностью — но все равно скорость получается более высокой, чем могло получаться ранее и при чтении, и при записи (причем первое верно и для модификаций на 500 ГБ). Точно таким же, кстати, является и Gammix S50 (благо тоже является типичным представителем SSD на Phison E16) — но «Lite»-версия ведет себя совсем по-другому. Поддержка PCIe 4.0 в ее случае остается бумажной. Может быть, при емкости в 2 ТБ что-то немного и изменится — но не принципиально.
Произвольный доступ
В современных условиях эти тесты могут до самого флэша и «не достучаться», а вот в качестве стрессового испытания для контроллера — по-прежнему подходят. Впрочем, как нам кажется, это и ранее было их основным призванием — если не считать возможность помериться попугаями с другими пользователями, а исходить из практической интерпретации. И тут можно сказать, что операции чтения сильным местом контроллеров Silicon Motion не являлись. И не стали являться — но производительность в целом подросла: можно сказать, что новое семейство контроллеров начинается там, где заканчивалось старое. Производительность SM2267 оказывается выше, чем у SM2262EN, хотя по характеристикам он во многом похож даже не на SM2262, а на SM2263.
С записью же все было неплохо (во многом — благодаря агрессивному SLC-кэшированию, но как бы не болела — лишь бы померла), а стало еще лучше.
На средних очередях ситуация аналогичная — просто разница между испытуемыми меньше. При этом специфика операций такова, что пропускная способность интерфейса здесь роли не играет — на деле «хватало» бы и пары линий PCIe 3.0. Очередной намек на то, что скорости, вообще-то, бывают разными — очень сильно зависят от того, что именно делается. А производители, что естественно, из всего набора всегда выбирают самые «красивые» значения. Не важно — насколько таковые применимы к практике. Для нее, вон, важно «случайное» чтение 4К без очереди — но как раз эту цифру (хоть в мегабайтах, хоть в «йопсах») вы почти никогда в ТТХ не увидите: слишком уж маленькая :) Разве что Intel при продвижении Optane не забывает упомянуть выдающиеся результаты в этой дисциплине — так они там и правда выдающиеся.
При увеличении размера блока (что актуально для программного обеспечения) результирующая производительность растет — и вот тут-то разница между PCIe 3.0 и 4.0 какая-никакая есть. Хотя для таких абсолютных скоростей хватило бы и вовсе одной линии 3.0 — но, как видим, не только лишь в теоретической пропускной способности дело иногда. Но и разница — невелика: и без нее можно было бы обойтись.
Работа с большими файлами
Мы решили постепенно «переводить» тесты на заполненных данными накопителях (т. е. когда свободного места остается лишь порядка 100 ГБ) в разряд обязательных, что приводит к необходимости небольшого изменения формата представления результатов. Делая их, скажем так, более показательными. Для всех накопителей, которые и тестировались в двух состояниях, конечно, но со временем эта проблема отпадет естественным образом.
Небольшое снижение скорости чтения объясняется тем, что последние контроллеры Phison и Silicon Motion без необходимости стараются SLC-кэш не чистить. В итоге, когда мы тестируем «пустой» накопитель, некоторая часть данных остается в нем, а вот в процессе «забивания» SSD новыми данными — точно вытесняется в TLC-массив. В итоге и читается из него немного медленнее, чем из буфера — но немного. Тем более, что в «однопоточном» режиме скорости в любом случае куда ниже, чем может обеспечить и PCIe 3.0 x4, так что тут вообще в первую очередь все зависит от конкретного SSD.
Полностью «загрузить» же интерфейс работой можно только в многопоточном режиме — на деле достаточно синтетичном. Во многом из-за «наследия» жестких дисков — из-за чего программисты стараются параллельных операций избегать, что является одной из причин, почему SSD на практике работают медленнее, чем могли бы. Или... нет — как видим, S50 Lite производительность в таком режиме тоже немного снижает, оказываясь позади даже «старых» моделей, которых в однопоточном режиме он обходил. Собственно, он и Intel SSD 760p обогнать даже не смог — что б там Silicon Motion внутри контроллера не меняла, но как только дело доходит до «тяжелых» нагрузок (а не простейшей синтетики), четырем каналам супротив восьми ловить особо нечего.
Самое важное здесь — резкое снижение скорости записи в случаях, когда диск полон. К сожалению, ранее мы на эти нюансы в тестах внимание не обращали, но, вообще говоря, частая практика для контроллеров Silicon Motion. Для безбуферных моделей — безальтернативная, для «взрослых» - есть варианты, что видно на примере Intel 760p. А «прогони» мы тест в таком режиме на Transcend 220S — получили бы ту же проблему. К сожалению, сохранившуюся и в новом поколении платформ Silicon Motion, что нам S50 Lite «с успехом» и демонстрирует. Вот пока места много и кэширование может развернуться в полную силу — хорош. Ничуть не хуже, чем накопители на Phison E16. Только вот последние скорость при заполнении данными не снижают. Всего-то из-за другой политики кэширования.
Та же картина. А вот претензии по поводу «бумажной» поддержки PCIe 4.0 ослабевают — как видим (в очередной раз), при записи больших объемов данных она ничего и Phison E16 не давала. Потому, что тут не в контроллере дело. Точнее, не только в контроллере — флэш-память не такой уж и быстрый носитель. Нет, разумеется, «разнести» вдребезги и пополам жесткие диски удалось быстро и не напрягаясь, более быстрые, чем SATA, интерфейсы на практике освоить — тоже, но до «выжимания» многих гигабайтов в секунду на записи даже в простых сценариях еще далеко. Тем более, что борьба за себестоимость вообще тянет SSD-индустрию совсем в обратном направлении: остались бы на MLC, так все бы получилось. Правда и купить подобный терабайтник даже сейчас было бы многим не по средствам — в отличие от.
Три момента. Во-первых, «новая» платформа Silicon Power в целом быстрее «старых» — и это хорошо. Во-вторых, «привычка» разработчика «гонять» все данные через кэш и, как следствие, падение производительности по мере заполнения устройства данными, никуда не делись — и это плохо. В-третьих, если говорить о сравнении подобных новинок с «привычными» устройствами на базе Phison E16, то общего у них — только упоминание PCIe 4.0 в спецификациях. Накопители на SM2257 — SSD более низкого класса. И должны быть, как минимум, существенно дешевле.
Часть отмеченных выше закономерностей сохраняется. А вот производительность SM2257 и Phison E16 «подравнивается», но только на пустых накопителях — при заполнении данными первый на том же уровне удержаться не может (но сможет — если появятся прошивки с другой логикой работы). А еще хорошо видно, что в таких сценариях, традиционно считающихся благоприятными для SSD и «плохими» для жестких дисков, производительность уже начинает «упираться» именно в задержки NAND-флэш. Да — на очень высоком уровне, о котором когда-то и мечтать не приходилось. Но вот «подняться выше» будет уже очень сложно. Хотя скорость фактически соответствует еще PCIe 3.0 x2 или PCIe 2.0 x4. Но оно же и PCIe 4.0 x1 — так что переход на новую версию интерфейса может быть полезен и в таком немного непривычном ракурсе ;)
Рейтинги
На старой платформе Adata XPG Gammix S50 Lite по мнению этой утилиты оказался самым быстрым, а вот от переноса на новую — фактически ничего не выиграл. Silicon Power US07 в какой-то степени наоборот — на PCIe 3.0 он всего лишь один из многих, но в штатном режиме ускоряется немного выше среднего уровня. Так что ответ на вопрос: «Дает ли что-нибудь SSD переход на PCIe 4.0?» — невозможен без уточнения, каким конкретно SSD. Некоторым — полезен, некоторым — не важно. Хуже не становится — и ладно.
Суровая поступь прогресса сделала нашу попытку попытаться привести показатели производительности к одной безразмерной величине совсем уж абстрактной, хотя со многими частными случаями она все равно неплохо коррелирует. Во-первых, новая платформа Silicon Motion быстрее старых — даже в «бюджетной» (пока потенциально) версии. Во-вторых, таковой использование PCIe 4.0 ничего не дает — кроме красивых надписей на коробочках.
PCMark 10 Storage
В конце прошлого года компания Futuremark выпустила специальное дополнение к своему тестовому пакету — долгожданный набор для тестирования накопителей. К сожалению, доступен он только пользователям «топовой комплектации» (которая сама по себе стоит полторы тысячи долларов в год), причем в виде дополнительных компонентов для загрузки. Но это радикально переработанный набор тестов, ориентированный на SSD (в отличие от старых версий, которые разрабатывались много лет назад), причем способный «загрузить» работой любую систему. Причем в очень разных сценариях — от скорости загрузки Windows 10, до банального копирования данных.
В общем, отдельный материал, посвященный PCMark 10 Storage, на подходе. В рабочий цикл мы программу, фактически, уже ввели — очень интересна в качестве комплексной оценки потребительских характеристик. Определенная база результатов уже накопилось, а сегодня мы к ней добавим еще одно устройство: на двух платформах и в двух состояниях — на пустом устройстве и заполненном на 90% (т. е. когда свободного места остается лишь 100 ГБ).
В целом — ничего неожиданного. Старую платформу Intel тест «любит» больше, чем новую AMD — но при прочих равных. Поддержка PCIe 4.0 теми SSD, который ей могут нормально воспользоваться, способна и это скомпенсировать, и еще немного улучшить показатели. Adata XPG Gammix S50 Lite пользу из PCIe 4.0 извлечь не может — поэтому только немного замедляется в циферках. И в заполненном состоянии производительность падает. Т. е. с результатами других тестов все коррелирует идеально — и верно все сказанное выше.
Итого
Большой шаг для Silicon Motion — маленький для всей отрасли. В самом деле — новые контроллеры компании позволяют выпускать более быстрые SSD, чем это могли старые. Причем даже в неравных условиях — это, все-таки, не топовый SM2264 (где все реально новое, включая даже техпроцесс), а относительно скромный SM2267 — но и его достаточно, чтобы обгонять лучшие модели предыдущей линейки. Однако все сравнение так и остается именно в рамках линейки — какого-то прорыва мы не увидели. Да — SM2267 поддерживает PCIe 4.0, однако «увидеть» какую-то пользу от этого в реальных продуктах... В большинстве случаев — не выйдет. В каких-то — в некоторых сценариях будет ускорение, однако лишь в некоторых — и все равно незначительное. При этом сам по себе модный и современный статус пока еще без соответствующей наценки обходиться не может — подобные накопители продаются существенно дороже, чем аналоги под «старый» интерфейс. Но, как уже не раз было отмечено, это общая проблема всех моделей на новых контроллерах — они лучше предшественников, но не на столько лучше, насколько дороже. А решить эту проблему можно только одним способом — насыщая рынок накопителями с поддержкой PCIe 4.0. Самыми разными — и теми, которым новый интерфейс сможет «пригодиться», и в нем не нуждающимися. Если 4.0 поддерживать будут все NVMe-устройства (или большинство таковых), то повод для наценки за интерфейс исчезнет. И в таком плане появление Adata XPG Gammix S50 Lite и его аналогов можно только приветствовать — это востребованное расширение ассортимента. Пусть и не в направлении чаяний энтузиастов — но на практике и им с него свой шерсти клок в перспективе достанется. Да и вообще — по меркам сегодняшнего дня это быстрый SSD: средний уровень продаваемых и используемых сегодня устройств ниже. Но не стоит гоняться за ним исключительно из-за PCIe 4.0 — новый интерфейс формально поддерживается, а фактически — ничего не дает.
В заключение предлагаем посмотреть наш видеообзор SSD-накопителя Adata XPG Gammix S50 Lite:
Наш видеообзор SSD-накопителя Adata XPG Gammix S50 Lite можно также посмотреть на iXBT.video
