Тестирование SSD Samsung 980 Pro емкостью 500 ГБ с поддержкой PCIe 4.0

Методика тестирования накопителей образца 2018 года

Впервые накопители этой линейки были замечены на выставке CES 2020 чуть более года назад — и сразу же привлекли к себе внимание. Хотя на тот момент и было непонятно, рабочие ли это вообще устройства или выставочные муляжи, ничего не говорилось о ценах, да и вообще сроках поступления в продажу, но Samsung заодно опубликовал скорости записи и чтения (пусть и только на последовательных операциях), да и само по себе название душу грело. Дело в том, что до этого шесть лет подряд все «Pro» использовали исключительно MLC-память. Точнее в системе координат Samsung — «2-bit MLC». Именно это ожидалось и от 980 Pro. В итоге логичной казалась и емкость в 0,25, 0,5 и 1 ТБ (2 ТБ обещали выпустить позднее): такая память стоит слишком дорого, чтобы выпускать на ней емкие SSD, зато для достижения высоких скоростных характеристик (особенно на операциях записи) слишком емкие и не требуются. Опять же — NVMe-накопители Samsung начинались с 950 Pro в гордом одиночестве: первые Evo (на TLC) это уже следующая линейка 960 (где остались и свои «Pro» тоже). Повторение такой ситуации было более чем возможным. И возможным в такой ситуации было, что озвученные 6,5 и 5 ГБ/с будут получаться безо всяких ухищрений и на всем объеме. Для сравнения, на рынке PCIe 4.0 (и тогда, и гораздо позднее) присутствовали только накопители на Phison E16, а те умели только 5/4 ГБ/с. И то — для записи это выполнялось лишь в пределах SLC-кэша. И то — только в модификациях на 1 и 2 ТБ. 500 ГБ писали не больше 2,5 ГБ/с, а модель на 250 ГБ выпускать не стали — толку от такого PCIe 4.0 бы просто не было. При использовании MLC все упрощается. А где не хватит — можно добавить и SLC-кэширование, которое в том же 950 Pro использовалось, но в более поздних линейках осталось лишь для Evo на TLC. В общем, казалось бы, вот оно счастье.

Но было оно недолгим — лишь до той поры, когда компания решила раскрыть подробности. Оказалось, что скорость чтения в моделях на 500 ГБ и 1 ТБ будет даже более высокой, чем обещалось изначально: 6,9 и 7 ГБ/с соответственно. Что 250 ГБ окажется странной недомеркой — было ожидаемо. Так и получилось: задекларировано 6,4/2,7 ГБ/с — но и это больше, чем у тех же полутерабайтных SSD на E16. А старшие модели смотрелись еще более выгодно. Только вот оказалось, что там «3-bit MLC» в терминологии Samsung — то есть память, остальными производителями именуемая TLC. Новая, 128-слойная, но TLC. И контроллер новый — но очевидно, что при таких исходных данных «легко» ему будет лишь на операциях чтения. Так что на деле 980 Pro — лишь улучшенная модификация 970 Evo Plus, но вовсе не «абсолютный топ».

С другой стороны, все такие или даже хуже. Раз Samsung отказался от MLC NAND, а Intel — от развития потребительских моделей Optane SSD, получаем «нелегкий» выбор между TLC и QLC. Последнее не так уж страшно, как иногда малюют, но не в этом случае: накопители с новым интерфейсом выбираются обычно ради скоростных характеристик, а использование QLC в любом случае сделает их низкими. На TLC может по-разному получаться. Как «получилось» у Samsung — сейчас проверим.

Samsung 980 Pro 500 ГБ

Такая модификация редко встречается в обзорах — поскольку терабайтник быстрее, на тестирование принято предоставлять его. Но нам никто ничего и не предоставлял: просто понадобилась для служебных нужд пара быстрых NVMe SSD на 500+ ГБ, вот эту задачу по минимуму и решали. А чтоб совместить приятное с полезным — приобретена была именно пара 980 Pro, а не, например, 970 Evo Plus.

Опять же — на будущее поддержка PCIe 4.0 может пригодиться, хотя в ближайшее время обоим устройствам придется чаще всего работать в режиме PCIe 3.0. Но они и для этого отлично подходят — стандарты совместимы, так что хоть в 2.0 устанавливай. Цена, правда, возражает против — на данный момент 980 Pro слишком близок к 970 Pro той же емкости и существенно дороже, чем 970 Evo / Evo Plus. Так что с точки зрения житейской логики, если не планируется использовать PCIe 4.0, то лучше выбирать из перечисленных (если вообще ориентироваться на ассортимент именно Samsung). Но всегда руководствоваться только житейской логикой — скучно. Тем более, что новая память и новый контроллер Elpis (вместо старого Phoenix) иногда должны быть полезны и независимо от ограничений интерфейса.

В любом случае логика работы SLC-кэширования не слишком похожа на предшественников. В последних была небольшая статическая область порядка 4-6 ГБ, к которой можно было добавить до 4% емкости накопителя динамически. В новом семействе размер статической области остался прежним, а вот динамическая увеличилась до половины свободных ячеек, т. е. в идеале может составлять более 15% полной емкости (при использовании TLC — для QLC на треть меньше). В общей сложности для 500 ГБ размер кэша увеличился с 20 ГБ до практически сотни — больше вряд ли понадобится. Но! Это на пустом накопителе — если осталось всего 100 ГБ свободного места (что мы в некоторых тестах используем), то к тем же 20 ГБ и придем. Их на практике обычно тоже будет хватать — но уже не всегда: иначе бы максимальный размер не увеличивали.

Второй нюанс — контроллер пытается всеми силами кэш расчистить и использовать повторно. Такой подход не лучше, чем «любит» Silicon Motion (когда все данные только в кэш и пишутся), так что на заполненном данными устройстве наверняка будут просадки скорости. Но в целом контроллер достаточно мощный, так что мы тут даже вторую полку наблюдаем — в процессе записи он и ранее записанные данные «раскидать» успел, и новые принимал. Так что в кэш получилось порядка 4 ГБ/с — в случае E16 на такое способны только 1 и 2 ТБ, а тут 500 ГБ. А вот за пределами кэша «провалы» до 500 МБ/с — чуда не произошло. Терабайтники, по-видимому, будут способны и на гигабайт в секунду.

Высокая производительность платформы проявляется и тогда, когда кэширование работать нормально не может. Например, при втором запуске записи устройство фактически заполнено мусором — но об этом не знает. И ничего страшного — на полную пропись данными ушло фактически то же самое время. На абсолютные его значения обращать внимание в данном случае не стоит — AIDA64 примерно так на платформах AMD поглюкивать и должна. График страшноватый — но это тоже особенность программы во многом. Главное — что и в этом случае все достаточно быстро, пусть и не на стабильной скорости.

На старых платформах — все в соответствии с их ограничениями. Любопытно, что, несмотря на меньший поток данных, получить «второй горб» не удается. Правда и минимальная скорость выше, а не только максимальная ниже. В очередной раз видим, что поведение конкретного устройства на разных платформах разное. Так что и тестировать нужно обязательно в разных условиях — пока основная масса компьютеров PCIe 4.0 не поддерживает, интерес представляет собой и «режим совместимости». Поскольку принципиальной можно считать разве что разницу между SATA и NVMe-накопителями — но не между последними под разные версии PCIe. В конце концов все определят цены — любое «модное» устройство может оказаться хорошим выбором и при отсутствии «модного» интерфейса. 980 Pro работать будет в любом слоте M.2, особых проблем с охлаждением или чем-либо еще не имеет — в общем, это в полной мере альтернатива предыдущим разработкам компании. Просто в «правильном» окружении немного более быстрая.

Пока же в данном случае цены играют скорее против новинки — как уже было сказано, 980 Pro стоит лишь немногим дешевле 970 Pro, но заметно дороже 970 Evo / Evo Plus. При этом 970 Pro — совсем отдельная история: память с двухбитными ячейками позволяет компании установить более гуманные ограничения гарантии (в виде увеличенного «разрешенного» полного объема записи), да и скоростные характеристики здесь будут более стабильными. А вот как раз с Evo многое совпадает. Так что при такой разнице в цене многие и при наличии поддержки PCIe 4.0 системой предпочтут более «старое» устройство. Будь в новом MLC — было б проще и понятнее. Но раз теперь «Pro» такой — значит другого уже не будет. Остается только надеяться, что серию на базе QLC-памяти при ее появлении не назовут 980 Evo и не выставят цену как у 970 Evo.

С другой стороны, может и зря мы нагнетаем? Понятно, что при прочих равных типа технологии производства MLC всегда лучше TLC по техническим параметрам — но и всегда дороже. А вот если сравнивать на более-менее длинном промежутке (поскольку SSD не нужно покупать каждый месяц), то разница в цене окажется еще большей, а вот технические детали — более сглаженными. Злые языки вообще поговаривают, что за MLC в Samsung долго держались вовсе не из-за каких-то рациональных причин. Просто TLC компании хотелось первой вывести на рынок, это у нее получилось — но к SSD серии 840 Evo в итоге было много претензий. Вот позднее и вышло, что все уже ушли на TLC, а в Samsung продолжали дуть на воду — опасались: как бы чего не вышло. Теперь вот только перестали — хотя слухи о том, что компания откажется от использования MLC-памяти, ходили еще перед началом выпуска SSD 970-й серии. Тогда — не оправдались. Сейчас это произошло — но, может быть, и пора? По крайней мере как это выглядит с точки зрения скоростных характеристик — можно просто проверить. Чем мы сейчас и займемся.

Тестирование

Методика тестирования

Методика подробно описана в отдельной статье, однако с тех пор мы ее немного модифицировали. Подробное описание обновления будет готово в скором времени, однако необходимым оно не является — все будет понятно прямо по тексту. Основное программное обеспечение не меняется.

Аппаратного же опять будет немного больше. Поскольку основной отличительной особенностью Samsung 980 Pro является поддержка PCIe 4.0, нам потребуются две тестовых 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 нового интерфейса.

Образцы для сравнения

На тех же двух системах мы уже протестировали SSD разной емкости на базе Phison E16. Пару таковых (а именно Patriot Viper VP4100 500 ГБ и Silicon Power US70 1 ТБ) возьмем для сравнения и сегодня: поскольку Samsung 980 Pro нам попался в виде модификации на 500 ГБ, но заявленные характеристики даже в этом случае лучше, чем у терабайтников на Е16.

Еще надо бы сравнить устройство с предшественниками. Правда вот 970 Pro мы вообще не тестировали, а из семейства 970 Evo Plus на тестах побывал только терабайтник. Зато у нас есть результаты 960 Pro 512 ГБ и 970 Evo 500 ГБ, которыми логично воспользоваться: на практике никто не бегает за каждым поколением, так что если кто-то успел прикупить что-то из предыдущего, то вряд ли сейчас он озаботится заменой SSD. Тем более, в качестве таковой как правило рассматривается устройство большей емкости — а «больших» 980 Pro у нас пока нет. А вот оценить прогресс при равной емкости и за несколько лет — интересно и полезно. Пусть и не полностью, поскольку тестовая методика немного поменялась.

Производительность в приложениях

Как уже было сказано, от использования старых версий PCMark мы постепенно отказываемся — рассчитаны они были в первую очередь на тестирование жестких дисков, так что разницы между разными SSD почти «не видят». Однако 960 Pro и 970 Evo только с их помощью и тестировались — так что придется полюбоваться и на остальных в таком же ракурсе.

Хотя ничего интересного мы в нем не увидим — разве что попугаи относительно низкого уровня (RAW-режим) PCMark 7, согласно которым 980 Pro — самый быстрый (причем вряд ли это результат каких-то специальных оптимизаций уже). Но в более новой версии пакета он и от накопителей на Phison E16 отстает, и даже 960 Pro обогнать еще не может. Однако все это связано во многом со спецификой самих тестов — которые разрабатывались тогда, когда современных накопителей еще и в проектах не было.

А вот новый PCMark 10 Full System Drive как раз ориентирован на быстрые твердотельные накопители. И включает в себя самые разные нагрузки — от запуска приложений, до простого копирования данных, так что дает полную информацию об усредненной «системной» производительностью SSD. Более подробную информацию можно получить из нашего краткого описания теста по ссылке, а сейчас — просто результаты.

И вот они уже интересные. Во-первых, какой-то существенной разницы между платформами нет. Но это, как раз, нормально и ожидаемо — большинство генерируемых нагрузок от пропускной способности интерфейса все-таки не зависят. Как и в реальной жизни — что для многих является неприятным открытием. Однако сам по себе SSD быстрый — и этого достаточно. Но! Есть существенная разница — пустой он или заполнен данными на 80% (мы всегда оставляем свободными 100 ГБ независимо от полной емкости устройства): оказывается, что SLC-кэша нужно более 20 ГБ. Как только его начинает не хватать — производительность падает (что усугубляется логикой работы — не спеши контроллер расчищать кэш прямо в работе, падение было бы менее заметным). Samsung 980 Pro, впрочем, все равно остается быстрым SSD — но уже на уровне других SSD того же класса. А вот в состоянии «из коробки» или около того — пока новый рекорд для устройств на базе обычной флэш-памяти. Optane SSD, конечно, выдают вдвое больше попугаев — так они и стоят раз в пять-шесть дороже.

Последовательные операции

Результаты при чтении данных несколько ниже заявленных, однако это нормальное явление — все-таки многое зависит от конкретной попугаемерки, на которую ссылается производитель, а они работают немного по-разному. Но, в любом случае, тут-то необходимость перехода на новую версию PCIe видна сразу. А также и то, что Samsung 980 Pro работает быстрее, чем накопители на базе Phison E16. Ну и то, что прогресс в отрасли есть какой-никакой — тоже хорошо видно: когда-то Samsung 960 Pro некоторыми считался чуть ли не эталоном, а сейчас начинает выглядеть очень и очень бледно на фоне новых моделей. Которым переход на TLC в этом никак не мешает.

С записью — та же история, благо низкоуровневые утилиты давно уже целиком и полностью «укладываются» в SLC-кэш. А последний с одинаковой эффективностью работает всегда — хоть на QLC. Справлялся бы контроллер — что в последнее время чаще выполняется, чем нет. И тут обратить внимание стоит на то, что, несмотря на емкость в 500 ГБ, Samsung 980 Pro стабильно обгоняет любые накопители на Phison E16. Модификации на 1 ТБ или недавно появившиеся в ассортименте 2 ТБ будут еще быстрее — да и с чтением там дела наверняка будут обстоять лучше. Так что, если привязываться к скорости последовательных операций, причем в низкоуровневых утилитах, выводы простые: во-первых, PCIe 4.0 востребован, во-вторых, 980 Pro — самый быстрый.

Произвольный доступ

В очередной раз необходимо повторить — не отсортируй мы заранее результаты по платформам, сделать это было бы затруднительно. Факторов, влияющих на производительность в такого рода сценариях много. И особенности функционирования низкоуровневых бенчмарков на разных платформах — не последние из них. Впрочем, как и нюансы совместимости разных накопителей с разными контроллерами PCIe: как мы уже не раз видели, все совместно работают — но все немного по-разному.

Единственное, что можно утверждать точно — эти показатели со временем растут. Способствует этому и новая память, где зачастую получается немного уменьшить задержки. И новые контроллеры — способные «выжимать» из нее больше попугаев. Однако с практической точки зрения это давно уже не имеет значения. Радикальным прорывом был переход с жестких дисков к твердотельным накопителям. Причем не только потому, что среднее время доступа при этом удалось сократить в 20 раз — просто первых временами «не хватало», а вот вторых — уже в большинстве случаев достаточно. Дальше «йопсы» можно наращивать как угодно — это уже не востребовано, поскольку продолжает «хватать» SATA/AHCI. А «гонка» продолжается по инерции — либо как отголосок процессов, происходящих на других рынках.

Отметим, что обобщенный рейтинг Anvil's Storage Utilities 1.1.0 ставит «новую» платформу существенно выше старой. Но здесь нет ничего удивительного — в него входят сценарии не только с произвольной, но и с последовательной адресацией. Интереснее тут то, что Samsung 980 Pro в обоих случаях оказывается лидером — несмотря на емкость всего в 500 ГБ, что его иногда сдерживает. Равно как и интерфейс PCIe 3.0 — дальнейшая гонка с использованием только его уже практически невозможна. Если только поменять саму память — но это намного дороже. Так что ничего удивительного в том, что все производители дружно отреагировали на PCIe 4.0 как только таковой интерфейс начал претендовать на массовость, нет. Без этого в топовом сегменте запасы модернизации уже исчерпаны.

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.

Читая данные в один поток (что чаще всего на практике и происходит) и ограничений-то PCIe 3.0 достигнуть не удается до сих пор. Однако переход на новую версию все равно полезен. Особенно для Samsung 980 Pro — который в этом случае становится безоговорочным лидером. И хорошо видно, что данные в SLC-кэше он «придерживать» не пытается — в отличие от устройств на Phison E16, где они оттуда вытесняются далеко не сразу, а только по необходимости.

Полностью же «загрузить» работой современные интерфейсы передачи данных можно лишь переходом к их параллельной обработке. Это имеет более теоретическое, нежели прикладное значение — но и такое интересно. Как, в частности и то, что лидирующие позиции Samsung 980 Pro еще более укрепляются.

Бздыньк! — сказала японская бензопила. То-то же! — ответили сибирские лесорубы © Размера SLC-кэша на «полном» накопителе не хватило, так что скорость записи мгновенно упала в 2,5 раза. Тоже, конечно, неплохой уровень — 970 Evo и пустым был не сильно быстрее. Но очень серьезно. И есть ощущение, что при таком подходе к кэшированию и терабайтник бы не справился. А вот устройства на базе Phison E16 таким количеством данных «сломать» еще не получается — так что, как видим, новинка не всегда лучше.

Разумеется, картина идентичная. На деле и «минимальная» скорость очень хорошая — не так давно речи о получении более гигабайта в секунду на запись не было. Другой вопрос, что сейчас и это иногда получается — даже при использовании TLC. Но, правда, в других объемах. А вот если бы в линейке сохранилась MLC-память — проблем бы было меньше. Почему многие и ждали именно этого — но ожидания не оправдались.

И в очередной раз наблюдаем, что максимальную скорость записи, возможно, уже начинают ограничивать не только накопители — слишком уж одинаково они начали смотреться в этих тестах. Не все, конечно — а те, кто «может» реально записывать 2-3 ГБ/с хотя бы в кэш. Т. е. меньшинство. Поэтому серьезной проблемы при тестированиях это пока не создает. Но «узкое место» и пути его устранения мы все равно ищем — для порядка.

Пока емкость SLC-кэша позволяет — Samsung 980 Pro оказывается самым быстрым. Когда его не хватает — быстрым, но не самым. В принципе, понятно — почему компания потратила немало сил как раз на изменение логики его работы и увеличение емкости: без этого выжать заявленные показатели из TLC-памяти просто невозможно. Однако, как видим, у некоторых даже более старых конкурентов это временами получается лучше.

И снова та же картина — самый быстрый пока удается обойтись кэшированием и просто быстрый в остальных случаях. На практике это достаточно. Но ожидали некоторые немного другого.

Итого

Как уже было сказано, многие ждали Samsung 980 Pro только потому, что название намекало на продолжение использования в этой серии памяти с двухбитными ячейками (MLC). Лет 15 назад таковая считалась чем-то бюджетным и второсортным, но сейчас фокус производства давно уже сместился даже не на три, а где-то между тремя и четырьмя битами. Это вынужденный подход, он значительно снижает стоимость флэш-памяти, а ее требуется все больше и больше, причем желательно и более дешевой. Но вот на надежности хранения данных и скоростных характеристиках такой подход сказывается отрицательно. А что касается высоких цен, то при покупке одиночного устройства небольшой емкости абсолютные расходы все равно давно уже посильны массовому пользователю, так что некоторые готовы были бы доплатить. Главное, чтоб работало быстро.

На деле же получилось немного иное — в первом приближении такое же, как у остальных производителей. На данный момент все потребительские устройства с поддержкой PCIe 4.0 — спринтеры, причем максимальная производительность достигается в моделях высокой емкости. Она полезна и сама по себе, плюс под кэш можно выделить больший объем, а значит, и «переваривать» бо́льшие объемы записи. И Samsung 980 Pro получился таким же. Это не значит, что он «плохой», просто нужно учитывать подобные нюансы при выборе. Если это сделать, то, в принципе, накопитель Samsung быстрее, чем поднадоевшие SSD на Phison E16, не говоря уже о бюджетных накопителях, многие из которых получают поддержку PCIe 4.0 только для галочки. В данном случае — ничего похожего: и реальная польза от нового интерфейса есть, и на старом скорость работы высокая. Просто ждали немножко другое.