Руководство по самостоятельной сборке внешнего SSD на базе накопителя формата M.2 2230 с примерами реализации и изучением основных проблем

Под любой статьей, посвященной «быстрофлэшкам» на любой базе — современные флэшечные контроллеры (уже не слишком отличающиеся от применяемых в бюджетных SSD), UFS-модули, бюджетный SSD с USB-мостом, «втиснутые» в компактные размеры — неизменно появляется один или несколько комментариев: за эти деньги можно собрать быстрый внешний SSD из накопителя форм-фактора М.2 и специальной коробочки для него. Доля правды в этом есть — но не такая большая, как иногда кажется на первый взгляд.

Как минимум, не учитываются габариты — которые сами по себе являются важной потребительской характеристикой. Тем более, законченная компактная флэшка (даже если это совсем не флэшка по организации) — это всегда риск для производителя. Штамповать типовые SSD легко: они продаются в огромных количествах для самых разных сфер применения. У коробочек целевая аудитория ограниченная, но это тоже не слишком страшно: сами они стоят недорого, так что цена ошибки невысока, да и продаваться могут долго. В конце концов, первые мосты USB—NVMe, поддерживающие снаружи лишь USB3 Gen2, появились еще в 2019 году, но остаются актуальными и сейчас. Коробки на их базе тоже по-прежнему актуальны, просто сейчас в них устанавливают совсем не такие SSD, какие были доступны пять лет назад. А вот выпуская на рынок законченный компактный накопитель, нужно очень точно угадать спрос. Флэш дешевеет — не монотонно, но на длинном интервале дешевеет всегда, так что выпускать такие устройства про запас нельзя. К тому же, то, что уже собрано, обратно в случае ошибки не разберешь. Да и сама ниша маленькая, поэтому такими устройствами занимаются в основном небольшие компании, которым нужно быстро отбивать вложения. Солидные же бренды пользуются тем, что спрос на флэшки есть, но массовый покупатель просто не понимает, что они бывают быстрыми, медленными и очень медленными, так что покупает что попало не глядя. Или почти не глядя на сам накопитель, но обращая внимание на бренд. Им работать проще, однако продукты получаются слишком уж унылыми и неинтересными. А то, что регулярно изучаем мы, нужно лишь самым требовательным покупателям, точно знающим, зачем и что именно нужно, поэтому и цены соответствующие. «Стандартный» внешний SSD, собранный из платы М.2 и отдельной коробки, всегда будет заметно дешевле, чем такой же внешний SSD, упакованный в корпус типичной флэшки.

Второй момент, который многие «забывают» учесть — как это вообще будет работать. Мы уже не раз на практических примерах демонстрировали, что переделка во внешнее исполнение именно бюджетного SSD — худшее, что с ним может случиться. Казалось бы, работать «системным» накопителем гораздо сложнее, чем просто накопителем для данных, да и внешние интерфейсы заметно медленнее внутренних, что тоже ограничивает потенциальные скорости. Но над этой проблемой давно и плодотворно работают программисты. SLC-кэширование за прошедшие с начала его внедрения 10 лет научилось отлично маскировать медлительность памяти при записи — пока кэш не кончится. Но на «системный» диск много данных сразу и не записывают, а небольшие объемы, как правило, легко укладываются в кэш. На внешний же накопитель в один прием могут записать полный или почти полный его объем — а иначе зачем покупать быстрый и емкий диск? И даже если не полный объем, то могут, например, занять разом практически всё свободное место. При том, что емкость кэша составляет не более 25%—40% такового, а «хвосты» именно бюджетные контроллеры записывают очень медленно, это неизбежно приводит к заметным невооруженным глазом проблемам. А чтобы распознать такие проблемные конфигурации, на результаты простеньких бенчмарков, типа CrystalDiskMark, ориентироваться нельзя, они всегда демонстрируют благостную картинку, поскольку ничего, кроме SLC-кэша, не тестируют. И одно дело, когда такой «неудачный» внешник покупается готовым — можно хотя бы облегчить душу, вдоволь обругав производителя. (На деле тягу к излишней экономии в данном случае проявили оба — и продавец, и покупатель, — так что молодцы оба.) Другое дело, когда «производишь» внешний накопитель для себя сам, можешь сделать хорошо, а делаешь плохо — тут даже и ругать некого.

Сама по себе самостоятельная сборка внешнего SSD — процесс оправданный. Процесс полностью контролируется, так что сделать хорошо — можно. Да и обойдется это несколько дешевле, чем приобретать готовый накопитель того же уровня, поскольку не стоит задача дополнительно заработать, которая есть у производителей: внешние SSD — товар более маржинальный, чем внутренние. На этом можно сыграть — и выиграть. Но о компактности придется забыть в любом случае. Либо, как минимум, придется идти на компромисс. Внешний SSD на базе M.2 2280 может считаться компактным устройством лишь на фоне внешних жестких дисков, поскольку те еще больше. Коробочки под этот форм-фактор, как правило, имеют длину не менее 10 см и ширину не менее 3 см — по современным меркам это много. Кроме того, потребуется еще и отдельный кабель, размеры которого сопоставимы с флэшкой целиком. Коробки с уже припаянным «стандартным» USB-разъемом встречаются, но мы такие порекомендовать не можем. Во-первых, они могут банально мешать доступу к соседним портам (и не только). Во-вторых, такую конструкцию легко неловким движением вывернуть из корпуса десктопа или ноутбука вместе с USB-портом. Поэтому лучше кабель — либо компактная флэшка. Но вариант с кабелем может быть куда более быстрым.

Однако «стандартный» форм-фактор — не единственный, бывают и более компактные. Напомним, что формат M.2 допускает размеры дисков от 2230 до 22110, то есть минимальная длина платы может составлять 30 мм. Есть и коробки под такие диски — в разы меньшие, чем под 2280. Но следует понимать, что без компромиссов в данном случае тоже не обойтись. Во-первых, вы останетесь без быстрых внешних интерфейсов: производители до сих пор игнорируют даже USB3 Gen2×2, а про Thunderbolt или USB4 и заикаться пока не стоит. Во-вторых, ассортимент «мелких» SSD гораздо скромнее, чем «полноразмерных», а быстрых среди них еще меньше. Собственно, с учетом этого быстрые внешние интерфейсы могут и не иметь смысла. Тем более, что одна из сфер применения коробочек под M.2 2230 — пристроить куда-нибудь диск из ноутбука после апгрейда. Такой ноутбучный диск будет иметь невысокие емкость и скорость, поэтому дорогую коробку для него приобретать нецелесообразно. А вот дешевую — может быть интересно, поскольку других способов использования подобных SSD, кроме переделки во внешник, почти и нет.

Но можно собирать такое решение «с нуля», просто учитывая все возможные трудности. Зачем — понятно по фотографии выше. При этом USB3 Gen2 в качестве внешнего интерфейса актуален до сих пор, хотя он и появился более десяти лет назад: до сих пор продаются компьютеры, в которых ничего более быстрого просто нет. Главная задача — суметь использовать хоть эти возможности, причем не слишком переплачивая. Для этого придется подбирать SSD, и, как уже было сказано, то, что нормально работает в качестве «системного» накопителя, не обязательно будет хорошо справляться с обязанностями внешнего. Поэтому сегодня мы рассмотрим тройку характерных случаев, фактически представляющих весь спектр имеющихся решений. И от полученных практических выводов уже можно будет оттолкнуться. Так что поступим подобно Архимеду, искавшему точку опоры для переворачивания Земли.

iRhasta M.2 NVMe SSD Enclosure Box Case for 2230 — форма

По понятным причинам, за подобными товарами имеет смысл отправляться прямиком на AliExpress — местная розница такой немассовой экзотикой обычно брезгует, что компенсирует ценами :) Конкретная коробка большого значения не имеет, они все примерно одинаковые как снаружи, так и внутри. И очень похожи на своих «больших» родственников — только маленькие.

В данном случае имеем размеры 52×28×10 мм при массе 24 г (без диска). Можно ориентироваться и на диски формата 2242, при этом длина уже выйдет за 6 см, зато чуть расширится выбор SSD. Есть модели и с интегрированным USB-портом, но мы все-таки считаем такие габариты недостаточно компактными, чтобы оправдать отказ от кабелей.

А кабелей в комплекте два: А—С и С—С. Оба имеют длину 20 см, что удобно при использовании с ноутбуком, а вот пользователю десктопа может не хватить. Естественно, более длинные кабели можно приобрести отдельно, не забывая обращать внимание на поддерживаемые скоростные режимы. Ведь большинство дешевых кабелей предназначены в первую очередь для зарядки телефонов, ограничивая передачу данных возможностями USB 2.0, что несерьезно. Так что нужен «скоростной» кабель с качественной «питающей» частью заодно. При небольшой длине это обеспечить легко, поэтому в комплектах недорогих коробок именно такие и встречаются. У дорогих — бывает и лучше. Но стоит ли за это доплачивать иногда до 100% цены, придется хорошенько подумать. В комплекте есть также прокладки для отвода тепла на металлический корпус и отвертка. Потребуется только сам SSD.

Конструкция держится на одном винтике, фиксирующем и крышку, и накопитель внутри. Это не очень удобно, поскольку нужно аккуратно фиксировать крышку, чтобы не болталась, но всё принесено в жертву компактности — с раздельным креплением размеры были бы больше.

Открутив два внутренних винтика, можно извлечь плату и полюбоваться на контроллер. Массовых вариантов два: JMicron JMS583 и Realtek RTL9210B. Оба нами в свое время подробно изучались, значимых для пользователя различий у них два: RTL9210B поддерживает и SATA-накопители, но стоит немного дороже. Смысл связываться с SATA в настоящее время есть, только если такой накопитель (именно в таком форм-факторе) уже имеется и с ним нужно что-то сделать — тогда можно немного сэкономить. При установке же NVMe-накопителя мосты ведут себя практически одинаково. Оба моста ограничены скоростным режимом USB3 Gen2 со скоростью 10 Гбит/с, что на практике дает около 1 ГБ/с. Если получится найти что-нибудь с более быстрым мостом — будет больше. Нам это пока не удалось, да и не очень-то хотелось, ведь подобные коробки стоят примерно от 1000 рублей, так что при «правильном» подборе SSD получится и быстрее, и не дороже практически любых готовых внешних накопителей той же емкости. «Быстрые» же мосты существенно увеличивают цену, но распорядиться их быстротой куда сложнее — в том числе из-за внешних условий.

В общем, устанавливаем SSD — и вперед. Остается только определиться с SSD.

KingSpec XF-1TB 2230 1 ТБ, TeamGroup MP44S 2 ТБ и WD PC SN740 1 ТБ — содержание

Большого разнообразия SSD этого все-таки довольно экзотического форм-фактора у нас под рукой не нашлось, зато эти три модели недавно как раз были протестированы по стандартной методике. Все они рассчитаны на PCIe Gen4, так что использовать их с внешним интерфейсом, имеющим пропускную способность почти на порядок ниже, казалось бы, глупо. Но нас (как и всех) больше интересуют практически достижимые скорости, а они обычно далеки от ограничений современных внутренних интерфейсов. Особенно в бюджетном сегменте.

TeamGroup MP44S вообще использует QLC-память, так что на высокие скоростные показатели можно не рассчитывать изначально. Однако других способов упаковать 2 ТБ в такие размеры пока почти нет. Разве что тот же SN740 или его розничный родственник WD Black SN770M подойдут, но это достаточно дорогие устройства. Да и вообще линейка WD не из дешевых, хотя ОЕМ-ный SN740 можно найти по привлекательной цене — но только объемом в терабайт, из-за более высокой конкуренции в сегменте такой емкости. В частности, этим направлением уже заинтересовались компании из материкового Китая, что дало нам третий SSD. С технической точки зрения наш набор тестовых SSD интересен разными подходами к SLC-кэшированию: только в KingSpec XF реализована прямая запись в TLC, а SSD TeamGroup и WD работают с кэшем на все свободные ячейки. Но «натянута» эта схема на память с очень разной собственной скоростью, что точно будет иметь значение. А какое — покажут тесты.

Тестирование

Методика тестирования

Методика подробно описана в отдельной статье, в которой можно более подробно познакомиться с используемым программным и аппаратным обеспечением. Здесь же вкратце отметим, что мы используем тестовый стенд на базе процессора Intel Core i9-11900K и системной платы Asus ROG Maximus XIII Hero на чипсете Intel Z590, что обеспечивает полную поддержку всех скоростных режимов USB 3.2 вплоть до Gen2×2 включительно.

Для всех испытуемых использовалась файловая система NTFS. Кэширование записи для USB-накопителей включено во всех случаях, когда оно вообще поддерживается. Для флэшек (включая даже скоростные) как правило не поддерживается. Для внешних SSD и жестких дисков — работает. И лучше им не пренебрегать.

Заполнение данными

Результаты для каждого SSD мы будем приводить парами — внутреннее подключение и работа через USB. Потому, что интересно не только их сравнение друг с другом, но и то, сколько мы теряем от перехода на медленный (по меркам современности) внешний интерфейс. Начнем с самого медленного со всех точек зрения накопителя.

Сразу же видим, что медленный интерфейс — это не просто сверху потолком прихлопнули. Но и это тоже — скорость записи в SLC-кэш выше головы прыгнуть не может, так что максимум уменьшился в четыре раза. Но и минимум — почти в три. Если при прямом подключении SSD по исчерпании кэша долго и нудно принимал новые данные с параллельным распихиванием старых на скорости порядка 90 МБ/с (что само по себе уже слезы), то через USB скорость этого процесса упала и вовсе до 35 МБ/с. А мы предупреждали! Переделка во внешнее исполнение — худшее, что может случиться с бюджетными платформами. Но только ли с ними?

Не только. Аналогичная схема кэширования вызывает аналогичные же проблемы и у куда более быстрых устройств. Со скоростью записи в кэш всё понятно, но и скорость его «разгребания» немного снижается. Впрочем, в целом всё выглядит намного лучше — общее время выполнения теста выросло лишь на треть, а не почти в три раза. Да и 2/3 накопителя записываются пусть и не на полной скорости интерфейса, но достаточно (сравнительно со многими альтернативами) быстро. QLC же нормальные скорости покажет лишь при попадании в кэш — в чем никто и не сомневался.

Кэш здесь небольшой, но хорошо заметен он лишь по ровному графику. Далее в нормальных условиях прямая запись на скорости порядка 1 ГБ/с — что практически полностью соответствует возможностям USB3 Gen2. Казалось бы, это мы и должны получить — но нет: раза в полтора меньше. А дальше кэш всё равно нужно разгрести, хоть он и не слишком помогал на первом этапе. В итоге к финишу приходим практически одновременно с WD PC SN740, хотя при прямом подключении KingSpec XF был побыстрее. Как мы не раз говорили, обе схемы имеют свои плюсы и минусы — мимо большого SLC-кэша сложнее промахнуться, зато и промахи наказываются жестче. Применительно же к основному вопросу, понятно, что считать минуты или даже десяток-другой минут не всегда нужно — на фоне часов, которые на этот сценарий тратят SSD на QLC-памяти. «Внутренний» интерфейс тут большого значения не имеет, а внешний лишь усугубляет проблемы. С QLC от Intel, впрочем, результаты были бы не настолько плачевны количественно, но качественно — всё равно часы. Всё хорошо лишь пока мы целиком и полностью остаемся внутри SLC-кэша.

Работа с большими файлами

Гигабайты в секунду при последовательном чтении данных вовсе не задача для современных SSD. Казалось бы, что может пойти не так, когда интерфейс ограничен всего одним гигабайтом в секунду? Многое. Во-первых, в один поток большинство современных интерфейсов работой на полную не нагрузишь. Во-вторых, внутренние нюансы функционирования связок мостов и контроллеров накопителей. Phison E21T читает данные из SLC-кэша заметно быстрее, чем из основного QLC-массива — и пропорции сохраняются при переходе к USB. Именно пропорции, а не абсолютное ограничение срабатывает — внутри компьютера MP44S выдает в этом тесте соответственно 2,6 и 1,8 ГБ/с, а через USB — 848 и 547 МБ/с. В абсолютных цифрах и последнее неплохо, но рассчитывают-то все на первое обычно. А вот не стоит. У двух остальных участников тестирования же всё нормально.

Интерфейс многопоточный режим загружает данными на всю катушку, если... Не возникает та самая проблема «отлежалости» данных. Внутри компьютера ею можно пренебречь, поскольку всё равно быстро. Но USB3 Gen2 изначально не слишком быстро, так что такое пропорциональное снижение скорости будет неприятным сюрпризом. Который не покажут бенчмарки, целиком и полностью оперирующие данными из SLC-кэша.

Даже если файл полностью укладывается в кэш, единственный из тройки SSD на QLC немного отстает от собратьев. А если не полностью — то много. Чем больше данных приходится писать вне кэша, тем сильнее и отстает.

Многопоточный режим записи для внешнего SSD обычно такая же синтетика, как и аналогичное чтение. Проблемы — ровно те же. Так что просто повторение пройденного: это не какой-то частный случай.

Чтение с записью вызывает те же проблемы, что и сама запись. Хотя если посмотреть на те же тесты TeamGroup MP44S 2 ТБ мы увидим намного более высокие цифры. Но скорости в двух состояниях тоже отличаются — и при замедлении интерфейса они меняются практически пропорционально.

Самый сложный для внешних накопителей сценарий, где уже и ограничения самого интерфейса сказываются. Но по-разному. Для моделей среднего и высокого уровня — это просто ограничение интерфейса. Иногда уже не дающее понять, кто там средний, а кто — высокий. У бюджетных SSD на QLC-памяти всё гораздо хуже. Или не хуже, но пока всё попадает в кэш.

Комплексное быстродействие

На данный момент лучшим комплексным бенчмарком для накопителей является PCMark 10 Storage, с кратким описанием которого можно познакомиться в нашем обзоре. Там же мы отметили, что не все три теста, включенных в набор, одинаково полезны — лучше всего оперировать «полным» Full System Drive, как раз включающим в себя практически все массовые сценарии: от загрузки операционной системы до банального копирования данных (внутреннего и «внешнего»). Остальные два — лишь его подмножества, причем на наш взгляд не слишком «интересные». А вот этот — полезен в том числе и точным измерением не только реальной пропускной способности при решении практических задач, но и возникающих при этом задержек. Усреднение этих метрик по сценариям с последующим приведением к единому числу, конечно, немного синтетично, но именно, что немного: более приближенных к реальности оценок «в целом», а не только в частных случаях, всё равно на данный момент нет. Поэтому есть смысл ознакомиться с этой. Пусть она и немного избыточна для оценки даже «полноформатных» и небюджетных внешних SSD — все-таки пока еще даже для многих их владельцев идея использовать такой не вместе с, а иногда и вместо внутреннего кажется революционной. Те, кому так не кажется, обычно и «правильные» модели выбирать (чаще — собирать) умеют. Но для быстрой оценки и сравнения испытуемых эта оценка в любом случае подходит хорошо, так что не стоит ею пренебрегать.

Она же показывает, что использовать QLC-память в таких сценариях нецелесообразно. Меньший изначально SLC-кэш в KingSpec XF-1TB 2230 заставляет его немного проигрывать WD PC SN740 при ограничении свободного места (в этом тесте стратегия «кэш на все ячейки» оптимальна), но это всё равно уровень лучших SATA SSD. Многим и сейчас вполне достаточный. Да и декларирующие его «недостаточность» нередко оказываются жертвами плацебо-эффекта. А TeamGroup MP44S ведет себя подобно бюджетным SATA SSD — со всеми их недостатками. При хорошей работе SLC-кэширования, впрочем, работает побыстрее и в USB-коробке, но если ей мешать работать, то может оказаться и медленнее. Не принципиально — но может. И одно дело получить такой «подарок» от производителя готового внешнего SSD, а другое — сделать его себе самому.

Итого

Обычно мы просто не рекомендуем приобретать SSD на QLC-памяти, если у вас нет внятных причин поступить именно так. Хотя и делаем оговорку, что в принципе с решением большинства типовых задач, возникающих перед среднестатистическим пользователем, такие накопители справляются приемлемо. А есть и сценарии, когда экономия более чем оправдана — например, если речь идет о дополнительном SSD в игровой компьютер чисто под игрушки. Но внешний SSD — как раз обратный пример. Тут речь идет уже не о рекомендациях — недостатки четырехбитной памяти при типичных сценариях использования замаскировать попросту не удастся. Внешники зачастую приобретаются для записи и переноса больших объемов информации, и тут кэширование не спасает. Да и в роли «загрузочной флэшки» такие накопители не слишком удачны.

Однако производители всё более активно внедряют QLC-память и в этот сегмент, и понять их можно: цена ниже, а самим им этим пользоваться не придется. Иногда, впрочем, получаются оригинальные и нестандартные решения — например, Samsung T5 Evo с емкостью от 2 до 8 ТБ, причем специально ограниченный сверху интерфейсом USB3 Gen1. Его старшая модификация способна на полной скорости (специально урезанной до 450 МБ/с) принять на себя до 6 ТБ данных, прежде чем рухнет на 60 МБ/с. Но это слишком специфические накопители — фактически замена самых емких портативных жестких дисков для состоятельных парней. Получается не очень быстрый, но всё еще карманный и очень емкий накопитель, а высокой скоростью и «заменяемые» им портативные жесткие диски похвастаться не могут. Не упомянуть эту экзотику мы не можем, однако большинству покупателей требуется всё же совсем другое, с линейкой T5 Evo вообще никак не пересекающееся.

Для типичного же быстрого внешнего компактного накопителя варианты SSD с QLC-памятью просто не подходят. Даже некоторые старые модели на бюджетных контроллерах с TLC не слишком желательны, хотя таких проблем они не создают. Соответственно, если после апгрейда ноутбука остался более ни для чего не нужный диск, его можно задействовать в таком качестве. Скажем, в случае модели на контроллере Silicon Motion SM2263XT и с TLC-памятью толк от этого будет. Моделей же с четырехбитной памятью для такого применения избегайте, даже если они достались вам бесплатно.

В остальном — никаких сложностей. Начиная от SSD среднего уровня основным ограничивающим фактором будет интерфейс, поэтому гоняться за топовыми моделями не обязательно. Ну а в сегменте M.2 2230 топовые модели попросту не представлены (не помещаются в таком объеме), а практически все соответствующие коробки ограничены USB3 Gen2. Получается еще в меру компактно и уже быстро. Модели во флэшечных корпусах в обозримой перспективе на этот уровень не выйдут. В принципе, технических сложностей сделать именно флэшку на такой элементной базе нет, но этим нужно заниматься — и очень четко просчитать рынок. Потому что спрос массовым не будет ни в коем случае; если продавать дорого, то не купят; если продавать дешево, то вся возня может в итоге не окупиться. А с самостоятельной сборкой серьезных проблем нет. Получится чуть менее компактно, чем флэшка, но недорого и, при правильном подходе, очень быстро.