Методика тестирования накопителей образца 2018 года
Конец прошлого года в числе прочего запомнился массовыми анонсами SSD с поддержкой PCIe 4.0. Как и следовало ожидать, у производителей в основном все уже было готово заранее — просто ждали, пока Intel внятно сформулирует отношение к новой версии интерфейса. Точнее, сроки начала ее практической реализации в собственных платформах. Как только ноутбучные процессоры Tiger Lake анонсировали и с настольными и серверными (Rocket Lake и Ice Lake-SP) определились — так все и завертелось. Могло и раньше — поскольку PCIe 4.0 AMD поддерживает еще с 2019 года. Но это, все-таки, ограниченный до сих пор рынок, во-первых. Во-вторых, его дополнительно ограничила и сама AMD, отложив выпуск «недорогого» чипсета, позволяющего этой поддержкой воспользоваться, но обеспечив совместимость новых процессоров со старыми недорогими платами, где таковой не было. APU PCIe 4.0 до сих пор не поддерживают, а ведь поставки ноутбучных решений давно уже превышают настольные. Тем более, опыт первопроходцев в лице Phison (анонсировавшей свои контроллеры еще за пол-года до первой целевой платформы) показал, что сама по себе поддержка нового интерфейса чего-либо полезного дает мало и редко. Вот все разработчики и решили, что контроллеры надо «пилить» тщательно и учитывая все особенности современности — чтоб новые SSD существенно отличались от предыдущих разработок.
WD в этом плане было как бы не проще, чем всем остальным. Дело в том, что последнее серьезное обновление топовых SSD компании случилось еще в 2018 году — когда вместо первой неудачной версии Black поставляться начала вторая: на контроллере собственной разработки и с собственной же 64-слойной 3D TLC-памятью BiCS3. А в 2019 году Black SN750 получил ту же аппаратную платформу, но с немного измененной прошивкой. Для ОЕМ-рынка был сделан и SN730 на 96-слойной BiCS4 (подобно тому, как ОЕМ-аналог 2018/SN750 назывался SN720), но существенно это ничего не изменило, так что «продвигать» такой новый продукт на розничный рынок компания не стала. Ключевые параметры все-таки всегда определялись контроллером — а во всех этих семействах начиная с 2018 года использовался один и тот же SanDisk 20-82-007011. Новая модель с индексом 20-82-10035 появилась только в конце прошлого года — но в числе прочих улучшений получила и поддержку PCIe 4.0. В числе прочих — а не только лишь. Именно этот контроллер и используется на данный момент в новейшем семействе Black SN850, «заточенном» на получение максимального быстродействия.
WD Black SN850 2 ТБ
Внешних отличий, естественно, не появилось — это все та же плата формата M.2 2280, причем во всех модификациях имеющая односторонний дизайн. Достигается это просто — при емкости 500 ГБ и 1 ТБ используется 96-слойная память BiCS4 с кристаллами по 256 Гбит, а в старшей модели в линейке — она же, но кристаллы уже по 512 Гбит. Так что на все про все хватает четырех чипов — контроллер, DRAM и пара корпусов флэша. Соответственно, как и в случае подавляющего большинства современных SSD, максимальных скоростных показателей следует ожидать от терабайтной модели, 2 ТБ — на сопоставимом уровне, а вот 500 ГБ — по определению медленнее прочих. Однако даже для последней WD декларирует 4100 МБ/с последовательной записи — SSD на Phison E16 достигают такой скорости только на терабайтной отметке. Тут на ней 5300 МБ/с, а для 2 ТБ — 5100 МБ/с, что еще выше. И временами даже быстрее, чем у Samsung 980 Pro — где для 500 ГБ и 1 ТБ обещаны 5 ГБ/с, а 2 ТБ в линейке появились существенно позднее. В общем, в WD не зря тянули паузу — SN750 все равно неплохо продавался и в прошлом году, а его обновление должно было оказаться максимально эффектным.
С чем даже в какой-то степени пересолили — топовые SSD компании и ранее-то не отличались умеренным аппетитом, а в SN850 вообще все принесено в жертву скорости. В итоге без дополнительного охлаждения накопитель можно довести до троттлинга даже последовательной (!) записью минут за 20. Так что в ноутбуках его применение нежелательно. В настольных системах охлаждение слотов M.2 зачастую предусмотрено — но тут может поджидать подвох с «подогревом» со стороны других компонентов. Например, мы столкнулись с проблемой при необходимости поработать с накопителем на плате ASRock X570 Taichi, где какой-то сумрачный гений дизайна зачем-то сделал единую пластину-радиатор для всех слотов M.2 и чипсета. В итоге холодной она и без SSD не бывает — тепловыделения Х570 достаточно, а мелкий вентилятор в системе охлаждения не слишком помогает. Снять ее — становится плохо чипсету. Оказалось, что механизмы троттлинга в SN850 ориентируются, скорее, не на абсолютную температуру, а на градиент — так что в процессе интенсивных дисковых тестов в один «прекрасный» момент контроллер раскалился до сотни градусов, не успев сообразить замедлиться — после чего накопитель аварийно отключился и пропал из системы.
Остыв — ожил. Правда обнаружилась еще одна неприятная деталь: в SMART для NVMe-накопителей был добавлен специальный счетчик «Media and Data Integrity Errors», который уже, например, распознает фирменная утилита, и не только. Упомянутая аварийная ситуация его «размочила», так что теперь Dashboard уверен, что SSD находится в критическом состоянии, и требует замены. Что еще хуже, подобная функциональность реализована и в некоторых современных системных платах (например, на Z590), так что они тоже бьют тревогу, обнаружив ненулевое состояние «Media and Data Integrity Errors». Не первый уже месяц — за это время с накопителем проведена масса тестов, счетчик ресурса тоже давно снялся с отметки 100% (поскольку на данный момент записано уже более 30 ТБ, а гарантия разрешает 1200 ТБ, по-хорошему ему пора бы уже перейти на 98%, но пока держится 99%), но такая память об инциденте сохраняется и (иногда) немного мешает. Поэтому тут перед нами тот случай, когда без каких-нибудь радиаторов (а в идеале — лучше с принудительным обдувом) пытаться обходиться не стоит.
Второй момент: как и следовало ожидать, максимальные скорости достигаются только в пределах SLC-кэша — в данном случае его размер может достигать примерно трети свободной емкости, т. е. все свободные ячейки могут записываться в однобитном режиме. Эта политика кэширования радикально отличается от предыдущих моделей WD, где кэш был маленьким статическим, а основные силы были брошены на быструю запись непосредственно в TLC-массив. «Динамика» как правило последнюю скорость ограничивает — хотя и на неплохом уровне: ниже гигабайта в секунду не опускаемся, попутно пытаясь и освободить кэш от данных.
В режиме PCIe 3.0 это в моментах даже почти удается. Да и вообще — порядка получаса на запись целых 2 ТБ это очень хороший результат. Но все равно есть существенная разница между записью «в кэш» и «за кэшем», причем от перехода на PCIe 4.0 она только увеличивается. Можно считать это общей бедой — которой лишены разве что Optane SSD DC P5800X, но, учитывая их цену, это имеет исключительно академическое значение. Все остальные — в равном положении. Точнее, у уже появляющихся и в этом сегменте накопителей на базе QLC-памяти все еще хуже, у TLC — вот так, а, сделай кто-нибудь накопитель на MLC NAND — будет немного лучше. Но никто не делает.
При этом скорости в целом могут быть разными и у конструктивно-одинаковых накопителей, да и сама по себе поддержка PCIe 4.0 еще ничего не гарантирует в общем случае. Значит, надо тестировать. Чем 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 WD Black SN850 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, причем у Corsair Force MP600 и емкость была как раз такой же — 2 ТБ. Его результатами и воспользуемся. Поразмыслив немного, взяли и Samsung 980 Pro — тут прямой аналогии нет, поскольку существенно различается емкость (всего 500 ГБ против 2 ТБ), но устройство все равно быстрое — быстрее, чем получались любые SSD на том же Е16. И без предшественника в виде WD Black SN750 тоже обойтись никак нельзя — пусть и тоже немного различалась емкость (но в данном случае не существенно), да и на нем мы не все актуальные тесты проводили, но сравнение необходимо хотя бы в таком виде.
Производительность в приложениях
Новый комплексный 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.
Довольно показательные. В частность Force MP600 практически все равно на какой платформе работать, что плохо — зато и все равно в каком состоянии, что, напротив, хорошо. В более свежих накопителях агрессивное кэширование достигло таких высот, что позволяет существенно увеличить производительность при запасе свободного места — с точки зрения оптимиста. Пессимист же, скорее, скажет, что такие накопители в забитом данным состоянии (что как раз является нормальным эксплуатационным) начинают «тормозить». На деле — все относительно. Samsung 980 Pro даже при недостатке места лишь незначительно уступает накопителям на Phison E16, а WD Black SN850 в худшем случае еще быстрее, чем Samsung — в лучшем. Если сравнивать устройства другой емкости, картина может и измениться, но не радикально. Принципиальна тут разница подходов: 980 Pro под кэш использует не более 20% емкости, а SN850 — чуть более 30%, так что в сопоставимых условиях «накэширует» больше и работать будет быстрее. Но даже если смотреть на худший случай только в паре «двутеров», то это новый уровень для флэша — тут-то неоднозначностей в оценках не возникает.
Последовательные операции
Последовательное чтение однозначно ограничивает невысокая емкость 980 Pro, но даже с учетом этого он все равно обходит любые SSD на Phison E16. Просто при увеличении емкости сможет поконкурировать и с WD Black SN850, а так, конечно, второй выглядит куда внушительнее. А вот в режиме PCIe 3.0 дальше двигаться было уже практически некуда. Только в однопоточном режиме — но он в новейших SSD по сравнению с разработками трехлетней давности как раз и ускорился.
Запись же удалось «подтянуть» любую. Но понятно, что без ускорения интерфейса продолжать наращивать такие скорости тоже стало невозможно. И тут хороши именно самые новые устройства, а не накопители первой волны. С другой стороны, обещания производителей в низкоуровневых бенчмарках они все точно отрабатывают — только вот и размер обещаний изначально разный.
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.
Производительность этих операций в пропускную способность интерфейса до сих пор не упирается, так что бывает и такое, что на новой платформе SSD начинает работать медленнее в каком-то сценарии. Причем происходит это со всеми нашими сегодняшними героями. Да и вообще они регулярно меняются местами почти хаотическим (на первый взгляд) образом. Разобраться с причинами, в принципе, можно. Но можно этого и не делать — просто приняв за данность, что результаты определяются не интерфейсом. «Быстрый» SSD останется быстрым и на старом интерфейсе, «медленному» конструктивно никак не поможет новый. Впрочем, пока «медленных новых» немного, поддержку PCIe 4.0 можно считать и преимуществом. Но с оговоркой, что смотреть нужно на конкретные сценарии и конкретные устройства — чтобы не попасть впросак. Ибо переходить на обновленные контроллеры будут все производители в рабочем порядке — а вот будут ли они в бюджетной продукции пытаться получить от них максимум возможного — вопрос риторический. Да и этот максимум у всех разный. Одно можно утверждать точно — собственные разработки Samsung и WD одни из самых быстрых на рынке. И получится ли кому-то из «универсальных» поставщиков их в обозримой перспективе обогнать — пока вопрос открытый. Phison E16 во всяком случае точно медленнее, а уж Silicon Motion SM2267 — тем паче: там поддержка PCIe 4.0 вовсе номинальная (про SM2267XT можно и не вспоминать). Но вот E18 и SM2264 вызов лидерам бросить, пожалуй, смогут.
Общий балл этой программы определяется в том числе и последовательными операциями, так что однозначно голосует за новые платформы. Но также и хорошо видно, что распределение ролей не меняется, т. е. кто хорош в родном режиме, тот и уж во всяком случае не плох в устаревшем окружении.
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.
Скорость чтения «свежих» данных у накопителей на Phison E16 и WD Black SN850 выше, чем у вытесненных из SLC-кэша. Вот Samsung 980 Pro их там задерживать не пытается. Да ему и не нужно — скорость в однопоточном режиме самая высокая, невзирая на ограниченную (в рамках тестирования) емкость.
Многопоточный режим в любом случае норовит упереться в интерфейс — или его реализацию контроллером. И это опять играет на руку Samsung.
С записью же расклад понятен, если вспомнить, что при 100 ГБ свободного места у MP600 или SN850 размеры кэша может достигать и 33 ГБ, а вот у 980 Pro он при этом не превышает 20 ГБ. Если бы мы записывали 16 ГБ — все оказались бы равны. Если 40+ ГБ — то не совсем равны, но близки. А тут так вот «сыграл» выбранный объем работы.
Здесь — тоже. И сами по себе абсолютные результаты прямо намекают, что есть проблемы совместимости конкретного приложения с определенными платформами. С другой стороны, NASPT — программа слишком старая, чтобы заподозрить ее в каких-то специальных оптимизациях. Да и алгоритмы работы слишком простые и общеупотребимые — так что на подобное можно «нарваться» не только в ней. В ближайшее время посмотрим на реализацию PCIe 4.0 в Intel LGA1200 — если там все будет точно также, значит нужно будет задуматься о замене ПО. А если нет... ну, вы поняли :)
Чтение одновременно с записью — оно, с одной стороны, с записью. А с другой — собственно записи здесь вдвое меньше: 16 ГБ. Однако попытка слишком быстро расчистить кэш оказывает Samsung 980 Pro медвежью услугу. Ни Phison E16, ни WD Black SN850, очищать кэш не спешащие, от таких проблем не страдают. Поэтому последний вообще демонстрирует стабильно высокий результат.
Хотя при произвольной адресации (очень даже реальный на практике случай для многозадачного окружения) может и проиграть Samsung 980 Pro, причем даже меньшей емкости. Но это все касается работы «внутри» SLC-кэша, что для SN850 выполняется чаще. В общем, в современном мире мало сделать хорошее «железо» — крайне важна программная составляющая. Причем все стратегии работы имеют свои плюсы и минусы — так что оптимальную нужно еще суметь выбрать. Или не заморачиваться с этим вопросом — поскольку производительность SSD этого класса кратно перекрывает реальные запросы программного обеспечения, «вывезет» любой. Вот в бюджетном сегменте возможны нюансы.
Итого
В целом новый флагман бытовой линейки WD явно удался. Что он будет быстрее предшественника — никто не сомневался (два года на этом рынке — большой срок), но результаты очень высокие и для рынка в целом. Да, Samsung 980 Pro даже при меньшей емкости нередко оказывался не медленнее, а то и быстрее. Phison E18 и Silicon Motion SM2264 (точнее, какие-то из использующих их устройств) могут усилить давку в топовом сегменте. Но вообще претензий к уровню быстродействия WD Black SN850 у нас нет. А вот к тепловыделению — есть. Оно действительно настолько высокое (причем даже в не слишком сложных сценариях), что это может вызвать реальные проблемы. И хотелось бы, чтобы они были решены производителем, благо для этого достаточно будет разработать новую модификацию контроллера или перевести его на более тонкий техпроцесс. Другим накопителям в этом плане все-таки приходится полегче, хотя «перегреть» можно практически любые контроллеры с поддержкой PCIe 4.0 (в этом плане — общее отступление во времена ранних NVMe и обязательных радиаторов). Но одно дело — если для этого приходится минут 30-40 «бомбить» устройство записью по произвольным адресам, а другое — когда хватает и 20 минут последовательной записи. Запись при этом идет с очень высокой скоростью, конечно, но в этом плане нас бы устроил менее пугающий компромисс.
