Методика тестирования накопителей образца 2018 года
Прошло больше года с момента анонса первых массовых контроллеров для SSD с поддержкой PCIe 4.0, скоро исполнится год первой поддерживающей их платформе, а мы тестируем всего четвертый такой накопитель. На самом деле — могли бы и больше. Но особого смысла нет: контроллер так и остался единственным, встречается всегда с одной и той же памятью, так что всё многообразие представленных на рынке устройств отличается друг от друга лишь упаковкой, радиаторами и небольшими вариациями прошивки, а в таких условиях тесты не слишком интересны. Виной тому в первую очередь — сама платформа. Как уже не раз было сказано, до последнего времени единственным способом заставить такие SSD работать в штатном режиме было использование плат на чипсете AMD X570 с процессорами Ryzen серии 3000. Последние — очень популярны, однако чаще всего используются в платах на «старых» чипсетах AMD, так что контроллер PCIe работает исключительно в режиме совместимости со «старой» версией спецификаций, и SSD достается только PCIe 3.0 x4. Несколько в лучшем положении были разве что покупатели новых систем на базе Ryzen Threadripper, благо там совместимость со старыми никто не реализовывал, так что все слоты (и процессорные — коих больше, чем у массовых материнских плат, — и чипсетные) всегда работают как PCIe 4.0. Однако платформа TRX40 подходит только тем покупателям, которые готовы выложить за плату с процессором хотя бы пару тысяч долларов. В своем сегменте платформа популярная, но таких компьютеров в разы меньше, чем даже с платами на Х570. Intel же новый стандарт PCIe 4.0 пока не поддерживает вовсе, ноутбучные Ryzen (даже самые «свежие») — тоже, так что поддержку накопителем PCIe 4.0 сейчас сложно преподнести как конкурентное преимущество.
Однако медленно, но верно положение дел меняется. В частности недавно был анонсирован чипсет AMD B550, позволяющий реализовать все периферийные возможности процессоров AMD Ryzen 3000. Кроме того, в платах на его основе встроенный процессорный контроллер может одновременно работать не с одним NVMe-устройством, а с двумя. Каждому при этом достанется лишь две линии интерфейса, но PCIe 4.0 x2 по пропускной способности как раз равен PCIe 3.0 x4. В общем, интерес покупателей к SSD с новым интерфейсом будет расти. Особенно — к бюджетным модификациям таковых, которые до последнего времени были совершенно не нужны. С другой стороны, возможно, роль завтрашней бюджетки исполнять будут сегодняшние «топчики» — которых с их позиций вытеснят новые разработки. Тем более, с осени снижение цен на флэш-память остановилось, и цены даже начали расти. А в таких условиях экономия на контроллере и DRAM-буфере опять начинает терять смысл — за исключением самых дешевых накопителей, но этот сегмент давно и плотно оккупирован SATA-устройствами, что вряд ли изменится в обозримой перспективе.
Впрочем, загадывать на будущее — дело неблагодарное: очередную эпидемию и ее влияние на рынок еще пару-тройку месяцев назад в планы никто особо не закладывал, например. Поэтому лучше пока перейдем от прогнозов к тому, что уже продается, благо такие накопители точно есть и никуда не денутся.
Seagate FireCuda 520 1 ТБ
Само по себе знакомство может быть и коротким — как уже было сказано (и не раз) на данный момент в продаже встречается только один контроллер с поддержкой PCIe 4.0: Phison E16. Все устройства на нем производятся под непосредственным контролем Phison и используют 96-слойную память BiCS4 3D TLC NAND Kioxia (экс-Toshiba) с кристаллами емкостью 256 Гбит (500 ГБ и 1 ТБ) или 512 Гбит (2 ТБ). Кроме того, на терабайтниках устанавливается 2 ГБ DRAM: две микросхемы DDR4L-2400 SK Hynix по 8 Гбит каждая. Недостатком можно считать двухсторонний дизайн, вообще говоря присущий всем накопителям на Е12/Е16 с памятью BiCS3/BiCS4. Но можно и не считать — низкопрофильные слоты как правило встречаются только в ноутбуках, а там Phison E16 не нужен — даже новая платформа AMD поддерживает только PCIe 3.0.
Без наклеек различить эти продукты очень сложно — на деле FireCuda 520 выглядит точно так же, как уже изученные нами ранее TeamGroup T-Force Cardea Zero Z440 и Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD. Да и те устройства, с которыми мы пока не сталкивались, тоже идентичные — только цвета PCB иногда разные, не более того. Накопитель Seagate опознать можно только по тому, что контроллер маркирован как Seagate STXZP010BE70, но это не новость: объем заказов позволяет компании придерживаться особых отношений с Phison. В частности, получать от последней контроллеры с собственной маркировкой, что также делает Kioxia. Но внутри это все тот же Phison E16.
Все накопители на этой платформе обещают скорость чтения до 5 ГБ/с и записи на уровне 4,4 ГБ/с (для моделей от терабайта). Причем и условия гарантии у всех одинаковые — пять лет с ограничением полной записи 1,8 ПБ для терабайта емкости. Словом, как уже сказано, конкурировать остается ценами, радиаторами да прошивками — других вариантов фактический производитель не оставил. Seagate обходится без специального охлаждения (что логично — «свои» радиаторы для слотов M.2 есть практически на всех платах на Х570/TRX40), а вот прошивка здесь собственная и достаточно своеобразная.
Проявляется это даже в таком простом режиме, как полное «прописывание» данными. Большинство устройств на Е16 в качестве SLC-буфера используют лишь часть свободных блоков — FireCuda 520 все. Соответственно, пустой накопитель на полной скорости может принять до трети свободной емкости. После чего свободные блоки кончаются — и нужно их освобождать, записывая и новые данные, и перезаписывая старые, так что скорость радикально снижается до примерно 600 МБ/с. Впрочем, на все про все устройство тратит около 22 минут — для терабайтного накопителя это неплохой результат.
А при использовании «по назначению» т. е. в режиме PCIe 4.0, он немного... ухудшается. Скорость записи в SLC-буфер, естественно, выше — а за его пределами ниже. Т. е. считать ее инвариантом — не стоит: зависит от условий тестирования и платформы (точнее, контроллера PCIe).
Проявляется даже при работе с накопителями, не поддерживающими новый интерфейс. Для примера мы взяли Hikvision Crius E2000 1 ТБ на Phison E12 и с уменьшенным размером SLC-буфера. На Core i7-7700 процесс занял менее 19 минут, причем большую часть времени график представлял собой ровнехонькую линию (один раз устройство успело «расчистить» кэш и подпрыгнуть до изначального значения).
На Ryzen 7 3700X и плате на Х570 весь процесс занял уже больше 21 минуты. Максимальная скорость записи (в кэш) увеличилась, зато за пределами (маленького) SLC-буфера наблюдалась характерная пила. В итоге результирующая скорость оказывается процентов на 15 ниже, что уже заметно. В случае FireCuda 520 «потери» меньше — но они тоже есть. Даже несмотря на агрессивное кэширование, благодаря которому первые несколько сотен гигабайт записываются быстрее.
В общем, к чему это все? Не стоит надеяться, что PCIe 4.0 всегда и всюду даст выигрыш по сравнению с PCIe 3.0 — тут важны все компоненты. Корректным сравнением, пожалуй, будет только взять плату на В550 и проводить исследования на ней. Да и то — даже в данном случае контроллер PCIe 4.0 в процессоре, а 3.0 в чипсете, т. е. тоже разные. Понятно, что все эти нюансы на практике не так уж значимы для обычного пользователя — но пока еще тема новая и до конца не изученная, интересны и мелкие детали. Которые могут быть весьма причудливыми — это вот SATA-накопители, пожалуй, можно хоть на Atom тестировать, поскольку на них окружение не скажется.
Кстати, что касается тестирования, пора уже к нему и перейти.
Тестирование
Методика тестирования и образцы для сравнения
Методика подробно описана в отдельной статье. Там можно познакомиться с используемым аппаратным и программным обеспечением.
Однако тестировать накопители на базе Phison E16 только на «стандартном стенде» (Core i7-7700 на Z270) было бы, разумеется, идеологически неверным решением, поскольку главной их особенностью является поддержка интерфейса PCIe 4.0 x4. Поэтому ранее попадавшиеся нам терабайтники на этом контроллере (TeamGroup T-Force Cardea Zero Z440 и Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD) мы тестировали также и на плате с чипсетом Х570 и процессоре AMD Ryzen 3700X. Кроме того, в такой конфигурации мы ранее протестировали WD Black SN750 1 ТБ с интерфейсом PCIe 3.0 x4, а сегодня добавим и результаты Hikvision Crius E2000 1 ТБ с таким же — но на Phison E12 и 64-слойной памяти Micron. Во всех случаях — при подключении непосредственно к процессорному контроллеру PCIe. Такое тестирование на двух платформах позволит точнее оценить — чего ждать от обновления интерфейса, а на чем больше сказывается сама платформа. В перспективе от этого можно будет и отказаться, но пока накопители с интерфейсом PCIe 4.0 интересны не только для работы в «родном» режиме, но и в «старых» платформах (коих на порядок больше), имеет смысл изучать их скоростные характеристики и так, и эдак.
Производительность в приложениях
Как уже не раз было сказано, выискивать различия между разными твердотельными накопителями (особенно одного — или, хотя бы, близких классов) в этом тесте не стоит: поскольку производительность точно определяется не ими, а другими компонентами компьютера. Но мы повторим это еще раз — а может быть, и не раз. Такое положение дел следует понять и принять — принципиально увеличить скорость работы современного (и не очень) ПО можно сменой жесткого диска на SSD, а вот дальнейшие шаги по увеличению скорости таковых в основном на нее и влияют, но на производительности всей системы сказываются куда слабее.
Может быть, и хорошо — поскольку на низком уровне (в рамках этого теста, т. е. если убрать собственные задержки программ) весомее сего вообще становятся особенности самих платформ. Самое забавное – сильнее всего это отражается как раз на накопителях с поддержкой PCIe 4.0: на целевой платформе они «падают» куда сильнее, чем «старые» накопители. Впрочем, все равно остаются быстрее таковых.
Тем более, что тут многое может быть связано не только с особенностями самих платформ, а с тем, как на них работает тестовое ПО. В частности, более старая версия PC Mark, напротив, отдает предпочтение Ryzen. Ну и главное — накопители на базе Phison E16 интересны не только поддержкой PCIe 4.0, а тем, что в любых условиях они оказываются одними из самых быстрых. Т. е. не только благодаря интерфейсу.
Последовательные операции
С другой стороны, давно очевидно, что в некоторых сценариях интерфейс имеет определяющее значение. Во времена господства SATA600 казалось, что освоение PCIe 2.0 x4, а затем и 3.0 х4 — огромный запас на будущее. На деле же современные топовые накопители умеют читать данные в многопоточном режиме на скоростях, этим интерфейсам недоступных. С другой стороны, 5 ГБ/с (обещанные — и получаемые) намного ниже, чем возможности PCIe 4.0 x4. Да и скорость в однопоточном режиме до сих пор далека еще даже от ограничений PCIe 3.0 x4. Это тоже причины, по которым производителям сложно продвигать накопители на Phison E16: прирост и меньше, чем можно было бы предположить, и реже, чем можно было бы предположить.
К тому же запись — операция более сложная, несмотря на успехи технологии SLC-кэширования и другие ухищрения. В принципе, и тут обещанное выполнено и перевыполнено — но и «обещанного» не так и много. Зато заметен любопытный побочный эффект: раз уж Phison приходилось разрабатывать платформу, «выжимающую» больше, чем можно прокачать через PCIe 3.0 x4, в итоге получились отличные накопители... как раз для такого режима :) Конкуренция в этом сегменте высокая, но очень многие скоростные модели все равно немножко не дотягиваются до практического максимума интерфейса — а вот эти могут. Но, опять же, в многопоточном режиме и при линейных нагрузках.
Случайный доступ
Что же касается любимого многими (и в разумных пределах достаточно актуального) «рандома», то тут проще с выводов и начать: интерфейс практически не сказывается, конкретная платформа — немножко может, а определяющее значение имеют характеристики самого устройства; в первую очередь — используемого контроллера. А теперь попробуйте быстро понять, где что, не читая подписи ;)
Особенно забавно это все выглядит на коротких очередях — где скорости всегда радикально ниже теоретических возможностей интерфейсов. И тут уже определяющей вообще может оказаться совместная работа накопителя с конкретным контроллером PCIe. Независимо от версии стандарта — из двух накопителей с PCIe 3.0 WD Black радикально ускорился на Ryzen при записи, а Hikvision наоборот — «затормозился». Впрочем, как уже было показано в начале статьи, такие нюансы могут «выплывать» даже в совсем уж (казалось бы) простых сценариях, типа линейной записи. Так чего же и было ожидать в более сложных?
А основные нагрузки в обычном персональном компьютере — случайное чтение без очереди, но и использованием не только лишь совсем мелких блоков. И в этом случае, как видим, новые Ryzen справляются с генерированием нагрузки лучше, чем Core. Хотя происходит это вне зависимости от версии стандарта, да и вообще производительность не так уж и далеко выходит за рамки теоретической пропускной способности SATA, но в целом накопители на Phison E16 под такой режим работы оптимизированы тоже лучше. Правда достигнуто это было не сразу — что хорошо видно на примере накопителя от Gigabyte, с которого мы прошлым летом и начали. А SSD Team и Seagate снабжены уже более новыми прошивками — почему и сумели оторваться от основной массы устройств.
Работа с большими файлами
Задача на чтение, причем последовательное — в таких условиях крайне важен интерфейс. В т. ч. и тогда, когда производительность в него формально не «упирается», т. е. в однопоточном режиме — накопители на Е16 на Х570 выдают на четверть большую скорость, нежели в рамках старого PCIe. Правда вот абсолютные значения тут такие, что их не продашь — в отличие от многопоточного режима. Вот там все ближе к спецификациям — и результат такой, что на PCIe 3.0 x4 в принципе получить невозможно. Но слишком редко подобное происходит.
Поскольку при записи данных все уже куда скромнее. У всех, конечно, скромнее — так что накопители на Phison E16 стабильно оказываются самыми быстрыми, но даже при использовании PCIe 4.0 формально укладываются в ограничения PCIe 3.0. Так что, повторимся, в первую очередь они быстрые — именно потому, что быстрые, а не потому, что у них быстрый интерфейс. Хотя и он, конечно, не мешает как минимум.
В таких же сценариях зависимость производительности от интерфейса вообще отсутствует. А тройка устройств на Phison E16 опять ведет себя отлично. В том числе, и в старой системе.
Рейтинги
Как уже было отмечено, специфика сценариев в данной программе такова, что более высокую производительность на Х570 с современным Ryzen демонстрируют и накопители с поддержкой только лишь PCIe 3.0. Для WD Black SN750 прирост составляет вполне весомые 27,7%. А для Seagate FireCuda 520 — 30%. Фактически можно сказать, что вот эти около 3% и есть оценка преимущества PCIe 4.0 над 3.0. Мало? Ну... хоть что-то. Понятно, что в первую очередь обращать внимание стоит не на эффект от смены платформы, а на конкретные модели SSD. И вот в этой паре в одинаковых условиях (т. е. на одной и той же платформе) разница составляет 13-15% в пользу FireCuda 520. Подчеркнем — на любой из двух платформ и вне зависимости от интерфейса: вот именно на столько один накопитель быстрее другого. Даже если поддержкой PCIe 4.0 воспользоваться не удастся — так что она, как нам кажется, пока накопителям на базе Phison E16 больше мешает, чем помогает.
Комплексную оценку мы решили привести для всех накопителей, протестированных на данный момент на двух платформах. И по ней хорошо видно, что как таковой зависимости от интерфейса почти нет — WD и Hikvision на AMD X570 в паре с Ryzen 7 3700X ускоряются в той же степени, что и четыре накопителя на Phison E16. Разве что Kingston KC2000 так не может — но только потому, что двухтерабайтная модификация у компании вообще получилась не слишком быстрой. Или, может быть, контроллер Silicon Motion своих тараканов подкинул — все это нужно проверять дополнительно, что мы и будем делать в будущем. Пока же просто отметим, что Phison E16 – это не только и даже не столько PCIe 4.0.
Итого
Повторим: на данный момент поддержка PCIe 4.0 накопителям на базе Phison E16 скорее мешает, чем помогает. Многие покупатели их просто игнорируют по причине отсутствия у них подходящей системы, хотя на деле такие устройства отлично работают и в «неподходящих». Кроме того, в ассортименте всех крупных производителей есть много разных накопителей. Например, у Seagate есть пара моделей на Phison E12: BarraCuda 510 (подешевле) и FireCuda 510 (для более требовательных пользователей). Очевидно, что FireCuda 520 должна продаваться дороже: ведь это совсем топовое устройство. Но хотя она и побыстрее перечисленных моделей даже при использовании PCIe 3.0, не все готовы за это доплачивать, благо конкуренция в сегменте высока. А доплачивать приходится порядочно, поскольку сама по себе поддержка PCIe 4.0 расценивается производителями как конкурентное преимущество. И вот среди устройств с поддержкой PCIe 4.0 выбор уже не так велик, однако воспользоваться новым интерфейсом на практике пока могут лишь немногие пользователи, поскольку большинство продаваемых на текущий момент систем PCIe 4.0 не поддерживают — что уж говорить про давно купленные и активно используемые.
При увеличении количества «подходящих» компьютеров наверняка развернется и конкуренция в сегменте накопителей с PCIe 4.0, причем новые контроллеры, вполне возможно, смогут лучше утилизовать данный интерфейс, нежели Phison E16. А в этом случае использующие этот контроллер устройства должны подешеветь — и занять в прайс-листах то место, которое сейчас оккупируют накопители на Phison E12. При равных (или близких) ценах Е16 предпочтительнее, чем Е12 и многие конкуренты. А вот при существенно различающихся — не очень.
Seagate FireCuda 520 — как раз типичный представитель семейства накопителей на Phison E16, поскольку, как уже не раз было сказано, никакого разнообразия в этом семействе нет: все устройства выходят с одного завода, имеют одинаковые скоростные характеристики и условия гарантии. Да и цены тоже сопоставимые — и на данный момент, повторимся, у всех высоковатые. Последнее как раз и приводит к тому, что интересуются такими SSD в основном те покупатели, кому нужен не просто быстрый SSD, а быстрый SSD непременно с поддержкой PCIe 4.0. После знакомства с ценами и ассортиментом это желание нередко отпадает, но конкретные производители SSD в этом не виноваты — просто такая вот рыночная конъюнктура на данный момент. Со временем она может измениться, но тогда возникнут и другие расклады. Пока же констатируем факт: FireCuda 520 представляет собой типичный накопитель на базе Phison E16 со всеми плюсами и минусами этого класса устройств в комплекте.
