Методика тестирования накопителей образца 2018 года
Налет элитарности с NVMe-накопителей слетел давно — как только производители вообще озаботились разработкой бюджетных SSD с интерфейсом PCIe. Однако до последнего времени сегменты SATA и NVMe пересекались лишь частично — образовалась своеобразная иерархия, в которой роль бюджетных продуктов выполняли, все-таки, исключительно старые разработки. «Старые» не только в идеологическом смысле — бюджетные SATA-контроллеры не обновляются уже очень давно. Одним из наиболее массовых остается Phison S11, который появился еще в 2015 году, причем изначально представлял собой заметно изувеченный для экономии Phison S10, которому оставили лишь одно ядро из четырех и всего два канала флэша. Позднее у компании были планы заменить его на S13, изначально оптимизированный под QLC NAND и вообще более мощный, однако это решение в массы «не пошло». Зато QLC «пошла» тихой сапой в паре со все тем же S11. Или Silicon Motion SM2259XT — формально не слишком старый, а фактически это все тот же SM2258XT, но обученный поддержке новых типов памяти. Даже совместимость по выводам сохранилась, так что подобный переход во многом и состоялся потому, что позволил снизить себестоимость решений (память дешевле), но ничего существенно не переделывать. Заниматься последним никто из производителей не хочет. Даже в решениях среднего класса, кои в основной своей массе сохраняются почти неизменными вот уже года три с лишним. Только список постепенно сокращается, поскольку наиболее востребованными SATA-продуктами оказываются именно бюджетные.
А вот освоение того же уровня NVMe-накопителями — уже типичный win-win. Производителям это интересно — все-таки само по себе наличие модного интерфейса продажи повысить позволяет. Ради этого можно и пошевелиться с новыми продуктами, благо это почти ничего не стоит — основной вклад в стоимость, как и ранее, обеспечивает флэш-память. Замена одного безбуферного контроллера на другой — небольшие затраты. Для покупателей же это при прочих равных устройства боле модные — и, все-таки, чуть более высокая производительность в комплекте. Сами по себе бюджетные PCIe-контроллеры хотя бы немного мощнее родственников с SATA-интерфейсом. Есть пара ядер, есть четыре канала флэш-памяти, причем более быстрых. Например, в Phison S11 и E13T речь идет о 533 и 800 мегатранзакциях в секунду (и количество каналов само по себе вдвое различается), а в Е19Т с поддержкой PCIe 4.0 обещают уже 1400 МТ/с, так что он хотя бы в теории сможет иногда догонять и обгонять более старые восьмиканальные контроллеры. Иногда что-то можно «выжать» и из более быстрого интерфейса — SATA со своими предельными 600 МБ/с (и «однонаправленностью» — данные можно в каждый момент времени либо читать, либо писать) так и осталась в прошлом десятилетии. Отсутствие собственного DRAM-буфера можно в какой-то степени скомпенсировать поддержкой HMB, т. е. резервированием под него 32-64 МБ в основной памяти — в SATA такого механизма придумано не было, да и сам по себе интерфейс медленноват для подобных фокусов, а вот в спецификации NVMe они давно вошли.
Но, правда, все это имеет значение при сравнении накопителей на разных контроллерах, но одинаковой памяти — либо TLC, либо QLC, но одинаковой в обоих случаях. Если разной, то тут уже надо хорошо подумать — поскольку SSD низкой емкости на QLC могут «тормозить» даже при чтении данных, так что и тут быстрым интерфейсом воспользоваться не получится. «Вина» тут (в отличие от записи) не в количестве бит на ячейку — просто все производители выпускают QLC лишь на кристаллах по 1 Тбит, а вот TLC чаще всего 256 или 512 Гбит. Соответственно, даже во втором случае накопитель на пол-терабайта будет использовать уже восемь кристаллов памяти, т. е. на четырехканальном контроллере мы получим двукратное (а в хорошем случае — и четырехкратное) чередование. Это своеобразный внутренний аналог RAID0, издавна активно используемый в SSD — поскольку может кратно увеличивать скорости и чтения, и записи. Но вот если поставить в пару тому же четырехканальному контроллеру пол-терабайта QLC, то чередования уже не будет — ибо как раз всего четыре кристалла и нужно. А накопители меньшей емкости на QLC делать вообще занятие бестолковое (хотя некоторые производители этим и балуются).
При этом 500 ГБ многими покупателями воспринимаются все еще как большие объемы (особенно применительно к бюджетным накопителям), от которых подвоха не ожидается. Тем более, что в SATA-сегменте недорогих устройств такой (и большей) емкости на базе TLC-памяти за время его жизни накопилось много. Формально — фактически многие из них уже переходят или перешли на QLC. Иногда с официальными уведомлениями и обновлением модельного ряда — а нередко и без объявления войны. Как было, например, с LiteOn MU3 960 ГБ: на момент тестирования никакого упоминания о QLC на официальном сайте не было, однако купили-то мы именно такой. Так что постепенно прочие равные опять становятся равными. И возникает мысль, что и нечего играть в лотерею — лучше пойти и просто купить накопитель на QLC, дабы, хотя бы, не разочаровываться потом. А если на QLC, то тогда уж NVMe — поскольку стоить в современных условиях могут одинаково или почти одинаково (причины чего были изложены выше).
Во всяком случае, это верно, например, для Seagate Barracuda Q1 и Q5. Вообще, после появления бюджетного Maxtor Z1 (Phison S11 + TLC), казалось, что в дальнейшем Seagate продолжит (с особым цинизмом) использовать марку купленного бывшего конкурента именно в этом сегменте. Но Z1 так и остался уникальным — его QLC-версия это как раз Barracuda Q1. Не интересная — фактически это тот же LiteOn MU3 и прочее подобное, уже широко представленное на рынке: Phison S11 плюс 240, 480 или 960 ГБ QLC NAND. Но Q5 практически за те же деньги выглядит куда серьезнее — все-таки NVMe, PCIe 3.0 x4 и емкость от 500 ГБ до 2 ТБ. Еще не так давно подобный набор характеристик воспринимался, как атрибут топового сегмента, сейчас проник и в бюджетный. А что с этого простому покупателю? Надо тестировать.
Seagate BarraCuda Q5 500 ГБ
Для тестирования мы взяли именно младшую модель в линейке — заранее подготовившись к тому, что быстро работать ей будет сложно. Это даже и по заявленным характеристикам видно — для старших модификаций речь идет о 1700 МБ/с при записи данных, а для младшей — лишь 900 МБ/с (во всех случаях, естественно, в пределах SLC-кэша). Но это следствие своеобразного логического тупика: покупатели бюджетных устройств обычно покупают SSD минимальной емкости (лишь бы под систему хватило), а нормальный уровень производительности давно уже получается лишь от терабайта и выше — что переход на QLC лишь усугубляет. Поэтому с практической точки зрения такие «пятисотки» не очень интересны — лишь немногим дороже можно купить проверенную временем SATA-модель той же емкости на TLC-памяти: которая высоко не летает, но и глубоко не падает. Либо попробовать (тоже — ненамного дороже) подыскать что-нибудь на том же контроллере — и с аналогичным количеством TLC. А вот для понимания, с чем можно столкнуться при современных тенденциях, нам как раз такой SSD и нужен: хуже точно не будет.
На стандартной односторонней платке M.2 2280 здесь установлен контроллер Phison E13T и два чипа флэша — в каждом из которых по два кристалла 96-слойной QLC 3D NAND Micron. Каждый — 1 Тбит, так что четырех достаточно и для получения искомых 500 ГБ, и для полной загрузки четырех каналов контроллера, но без чередования — о чем выше и предупреждали.
График полной прописи — традиционный. Под SLC-кэш могут использоваться все свободные ячейки, включая и «резервные», так что на пустом накопителе его емкость превышает 25% полной (на TLC-памяти было бы больше 33%). Сюда пишем около гигабайта в секунду — хороший результат. Но дальше при такой политике свободные блоки кончаются, так что нужно и новые данные принимать, и старые распихивать, так что записывается реально два объема и один — стирается. Операция эта в случае QLC медленная, так что получаем за кэшем порядка 45 МБ/с (иногда проваливаясь ниже, иногда пытаясь подняться выше). В принципе это уже быстрее, чем получалось на S11 даже с чередованием: в том же LiteOn MU3 «за кэшем» писалось на скорости 35 МБ/с, т. е. какой-никакой прогресс даже в худшем случае. Но впечатляет он лишь при сравнении этих самых «худших» — тот же E13T вместе с TLC аналогичной емкости работает на порядок быстрее: в районе 500 МБ/с записи в основной массив. Так что в реальной эксплуатации все будет зависеть от запаса свободного места (что тоже «голосует» за выбор устройства высокой емкости — «забить» терабайтник несколько сложнее, чем пятисотку), конкретных сценариев использования и т. п. Вплоть до реализуемой прошивкой стратегии освобождения SLC-кэша, так что нужно развернутое тестирование.
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. Аппаратное — сегодня не меняется вообще, поскольку тестируемым накопителям это не требуется.
Образцы для сравнения
Ранее мы протестировали лишь один NVMe-накопитель такой емкости на базе QLC-памяти — относящийся к более высокому классу Intel SSD 660p 512 ГБ. Но за неимением гербовой, пишем на простой — для оценки сверху сгодится. А еще мы возьмем пару SATA-накопителей на базе Phison S11 — уже упомянутый LiteOn MU3 960 ГБ на QLC-памяти и SmartBuy Revival 3 480 ГБ с TLC (разная емкость в данном случае некритична — S11 имеет лишь два канала, так что масштабируется по ней плохо). Второй, кстати, стоит дешевле, чем BarraCuda Q5 или Q1, несмотря на более высокую себестоимость и аналогичные условия гарантии (в этом сегменте стандартом является трехлетняя) — но это уже особенность цены бренда. Со временем такие накопители появятся и в ассортименте SmartBuy, и вообще большинства партнеров Phison — в этом мы не сомневаемся. А пока просто сравним их с технической точки зрения.
Производительность в приложениях
Новый комплексный PCMark 10 Full System Drive ориентирован на твердотельные накопители, так что способен загрузить работой даже самые быстрые SSD, не говоря уже о бюджетных. 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. Как обычно — в двух состояниях: когда на SSD данных нет вообще (и SLC-кэширование может развернуться в полную силу) и когда на нем остается всего 100 ГБ свободного места (что куда более приближено к реальности, поскольку нынешние цены пока еще не слишком располагают к выбору емкости «с запасом»).
Intel 660p мечтой энтузиаста никогда не являлся (особенно младшие модификации), однако, как видим, бюджетные SSD на аналогичной (да и не только) памяти с любым интерфейсом бывают куда более медленными. Особенно впечатляет в данном случае связка S11+QLC (к сожалению, все более популярная у производителей из-за дешевизны), которая и «из коробки» работает очень медленно. С другой стороны, в первую очередь внимания заслуживает именно худший случай — поскольку для накопителей на полтерабайта он может оказаться даже лучше реального (свободные 100 ГБ это более четверти общей емкости — на деле многие пользователи будут «забивать» устройства куда плотнее). А тут все молодцы. Но бывает и медленнее — единственное, что утешает.
Последовательные операции
Определяйся все скоростью последовательного чтения в CDM — жизнь бы существенно упростилась. Бюджетные SATA SSD в полтора-два раза быстрее любых жестких дисков — а переход на PCIe все ускоряет в четыре-пять раз.
Да и с записью все не менее замечательно, что объясняется просто — на деле низкоуровневые утилиты давно уже не могут протестировать ничего, кроме SLC-кэша. Так что единственная «претензия» — отчего-то не наблюдается 3+ ГБ/с, «положенных» PCIe 3.0 x4. Хотя, повторяйся эти результаты при работе с реальными файлами, думаю, это бы накопителям простили. В действительности же все куда сложнее. А иногда и страшнее.
Произвольный доступ
С другой стороны, и эти нагрузки, некогда считающиеся главными, давно уже пали жертвой неравной борьбы с алгоритмами SLC-кэширования. Но определенный интерес их результаты собой представляют — хорошо видно, что старые бюджетные контроллеры даже в таких тепличных условиях неспособны поддерживать высокий уровень производительности. А как только им понадобилось работать с (изначально) не быстрой QLC-памятью, так все стало еще хуже. Современные NVMe-контроллеры лучше в первую очередь не тем, что «NVMe» (несложно убедиться, что ничего похожего на сотни тысяч IOPS топовых накопителей в бюджетном сегменте мы не получаем даже и в синтетических условиях) — а тем, что современные. Более мощные внутри — и лучше приспособленные как раз для работы с современными типами памяти. Которые (вот тут уже обратная сторона «современности») существенно быстрее не стали — это мешает сделать борьба за снижение себестоимости. Откуда и рост плотности упаковки битов, и увеличение размеров кристаллов — все это производительность может только снизить. Но в паре с подобающим контроллером — не обязательно.
Обобщенный результат этой программы тоже показателен — и неплохо (но не полностью) коррелирует с показателями PCMark 10 Storage. По меркам NVMe-накопителей Seagate BarraCuda Q5, да и Intel SSD 660p это медленные устройства — за что последнему порядком «доставалось» в момент появления. Однако в целом — не такие уж и медленные. Прогресс в контроллеростроении заключается не только и не столько в смене интерфейсов, так что Phison E13T существенно превосходит древний S11. Настолько, что последний не всегда спасает даже более дорогая память. А если и там, и там использовать QLC, то у первого проиграть вообще шансов нет. При этом цены могут быть даже и одинаковыми или почти одинаковыми — как уже было сказано выше, в случае пары BarraCuda Q1 и Q5 это выполняется, да и внутри ассортимента других производителей вряд ли будет иначе. Ну а поскольку SATA-бюджетка всегда пользовалась максимальным спросом, да и сейчас продолжает хорошо продаваться, значит и такое NVMe будет хорошо востребовано. Не ценителями скоростных рекордов, конечно — но их и немного.
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.
При чтении данных немалое значение имеет пропускная способность интерфейса, так что все понятно. Обратить внимание стоит на другое — Seagate BarraCuda Q5 явно держит данные в SLC-кэше до последнего, не пытаясь их оттуда убирать самостоятельно. А вот заполняя устройство файлами для второй стадии теста, мы их вытеснили. Только тогда! И получили реальную скорость чтения около 800 МБ/с. Зачем данные в кэше задерживать? А чтобы было в полтора раза быстрее. Пресловутая оптимизация под временные файлы (которой уже вовсю занимается не только Phison, но и другие производители контроллеров) — в качестве побочного эффекта сносящая крышу низкоуровневым утилитам. Поэтому в последнее время их можно считать лишь условно пригодными для тестирования SSD. И особенно — бюджетных.
Та же картина — по тем же причинам. Кстати, заметно, что такое было присуще и SATA-накопителям на Phison S11 — просто слабее выражено. Но и слабость S11 в паре с QLC (даже большого объема) на банальном чтении данных тоже видна — в SmartBuy Revival 3 этот контроллер работает с TLC-памятью и заметно быстрее. Однако эту проблему можно решить и контроллером: берем E13T и скорость сразу оказывается недостижимой для SATA даже в случае QLC.
Диаграмма демонстрирует блеск и нищету SLC-кэширования, которое надо не только внедрить, но и «правильно» настроить. Например, так сделано в LiteOn MU3 — который кэш в паузах чистит, так что в обычной эксплуатации всегда имеет достаточный запас свободных ячеек, чтобы быстро записать десяток-другой гигабайт информации. А вот Seagate BarraCuda Q5 и SmartBuy Revival 3 этого не делают — в итоге последний не спасает даже TLC-память: он тут самый медленный. Точнее, попавшаяся нам в свое время модификация на 64-слойной 3D NAND TLC производства Micron и прошивкой SBFMBB.3 — такое поведение характерно именно для нее. В продаже встречались и другие варианты — куда более быстрые. Но это демонстрирует типовую лотерею в бюджетном сегменте — когда не знаешь, что покупаешь, причем все радикально может поменяться от простого изменения ПО, так что даже формально «хорошая» аппаратная платформа (а с прошивками серий SBFMB и SBFMBА она одна из самых быстрых — но с SBFMBB сами видите какая) еще ничего не гарантирует. Что прямо провоцирует не пытаться купить на грош пятаков — а купить что-нибудь точно не слишком быстрое, но без подобных сюрпризов. Ну вот, например, ту же BarraCuda Q5. Хотя и она могла бы работать быстрее — но об этом позже.
То же самое, но немного медленнее — все-таки бюджетным контроллерам многопоточные нагрузки тяжело даются. Так что и хорошо, что они на практике редко встречаются.
В основном в этом сценарии все «тормозит» запись, хотя в заполненном состоянии замедляется и чтение (поскольку тут уже данные наконец-то вытеснены из SLC-кэша), так что без серьезных изменений сравнительно с двумя предыдущими случаями.
И тут ничего нового. При первом прогоне BarraCuda Q5 может демонстрировать впечатляющие результаты, благодаря быстрому чтению из SLC-кэша, но потом данные оттуда все-таки вытесняются — и все резко грустнеет.
Глядя на такое поведение контроллера, мы решили провести еще один тест. Зачем? Напомним исходные данные — кэш изначально составляет порядка 125 ГБ, записываем мы при подготовке теста 160 ГБ, т. е. больше его емкости. При этом последующие тесты показывают, что и самые первые записанные файлы (которые нужны для тестирования скорости чтения) все еще частично или полностью остаются в SLC-кэше. То есть, фактически, работает он даже не как очередь (что наиболее распространено) — а как стек. И расчищать весь кэш контроллер не стремится даже во время простоя — небольшой кусочек места обеспечит, на чем и успокаивается. Для работы «под системой», когда большая часть записи — это как раз временные файлы, которые создаются и удаляются, а долго хранить их не нужно — не самый худший выбор. А вот внешний SSD на такой элементной базе лучше не делать, равно как и использовать подобное устройство в качестве «вторичного» для хранения данных. В общем, универсальностью любые накопители на базе QLC-памяти не блещут — что не раз было сказано. А все программные ухищрения могут ускорить определенные сценарии, но замедлить работу в других — если не повезет.
Что же касается дополнительного тестирования, то мы повторили все тесты из NASPT, но немного по другому алгоритму: каждый в отдельности «готовился» и выполнялся — а потом накопитель принудительно очищался перед следующим.
Результаты показательны. Абсолютные цифры немного изменились, но потому, что тестирование делалось немного на другой платформе (на которую мы в ближайшее время перейдем со сменой методики тестирования). Как видим, при «поэтапном» подходе кэширование работает идеально — подтверждая как заявленные характеристики, так и результаты низкоуровневых утилит. Чем нам, в общем-то, и «нравится» NASPT в качестве тестового инструмента — можно получить и красивую картинку, и куда более приближенную к реальности. Т. е. такую, какую мы видели выше на заполненном данными устройстве — когда SLC-кэш постоянно переполнен, а потому не эффективен. В общем, «ворочать» большими объемами данных на данной платформе — не лучшая затея.
Итого
Глядя на результаты бюджетных SSD, многие говорят о деградации рынка. На деле все немного не так — есть разнонаправленное развитие. Топовые устройства год за годом штурмуют все новые высоты. Середнячки — постепенно «подтягиваются» вслед за ними и немного дешевеют. В бюджетном же сегменте все приносится именно в жертву снижения себестоимости и (как следствие) цены. Поскольку на данный момент даже QLC NAND не обеспечивает нужной «дешевизны» для паритета с жесткими дисками, этот процесс будет продолжаться.
Но идти он может по-разному. Простая замена TLC на QLC в старых бюджетных продуктах снижает все скоростные характеристики. Использование новых контроллеров в определенной степени этот процесс компенсирует. Seagate BarraCuda Q5 — типичный представитель современных бюджетных SSD. Подобных продуктов в ближайшее время будет все больше и больше, причем у всех производителей — поскольку эта платформа позволяет выпускать очень дешевые, но привлекательные для покупателей устройства. Сравнительно с аналогичной SATA-бюджеткой (особенно при равных или почти равных ценах — что выполняется) тут недостатков нет, так что на роль замены жестких дисков эти накопители подходят больше. В ряде сценариев благодаря использованию современных интерфейсов и протоколов они могут заметно обгонять не только жесткие диски, но и любые SATA SSD — даже самые лучшие. Однако не стоит забывать и о том, что при неудачном стечении обстоятельств такие SSD могут проиграть и жестким дискам (при совсем неудачном — даже ноутбучным) — таковы реалии. Не только сегодняшние: запись данных являлась камнем преткновения всю историю использования флэш-памяти — некогда и топовые SSD подняться выше нескольких десятков мегабайт в секунду в принципе не могли. Но забывать об этом не стоит. Равно как и преувеличивать масштаб проблемы.
