Тестирование SSD WD Black SN850 2 ТБ на платформах Intel LGA1200 и LGA1700 в режимах PCIe Gen4 и PCIe Gen3

Методика тестирования накопителей образца 2021 года

Казалось бы, совсем недавно мы торжественно встречали появление поддержки интерфейса PCIe Gen4 настольными процессорами Intel, что компания совместила заодно и с появлением на массовых платформах «дополнительных» линий для подключения NVMe SSD. Однако, как и предполагалось, активная фаза «жизни» Rocket Lake оказалась короткой — не прошло и полугода, как эти процессоры начали заменяться на Alder Lake, а платформа LGA1200 уступает позиции новой LGA1700. Пока только в топовом сегменте — поскольку анонсировано лишь три процессора, ценой от $300, и самый дорогой в линейке чипсет Z690. Но для состоятельных парней это на данный момент как бы не лучшее предложение на рынке — покупать за сопоставимые деньги предыдущие решения Intel точно не стоит, да и к AMD есть уже вопросы. А массовая экспансия LGA1700 начнется в следующем году — когда появятся бюджетные процессоры и системные платы на недорогих чипсетах. Но готовиться к ней нужно начинать уже сейчас. Благо есть к чему — не только применительно к процессорам. Модернизация LGA1200 нужна была Intel в первую очередь чтобы догнать AMD — в решениях которой поддержка PCIe Gen4 появилась в 2019 году, а «выделенный» слот для NVMe SSD — и вовсе в 2017 (на деле даже в 2016 — но тогда речь шла лишь о двух линиях, да и маломощных процессорах). Отставание было ликвидировано, но не по всем пунктам — аналога AMD X570, например, у Intel не появилось. А при выпуске LGA1700 решено было сделать следующий серьезный шаг в будущее — уже без оглядки на конкурентов. Которые буквально за год из технологических лидеров местами превратились в аутсайдеров. Во всяком случае, это верно для подключения высокоскоростной периферии. В первую очередь — твердотельных накопителей. Так что тут есть что поизучать — и есть что протестировать. Чем и займемся.

Краткая история поддержки NVMe-накопителей платформами Intel

Подробный исторический экскурс в то, как мы вообще дошли до жизни такой был в предыдущем материале. Сегодня настолько далеко углубляться не будем. Просто отметим, что внедрение протокола NVMe началось в середине прошлого десятилетия и долгое время было неразрывно связано с интерфейсом PCIe Gen3. К чему оказались не готовы массовые платформы Intel до LGA1150 включительно: этот интерфейс они поддерживали, но исключительно силами процессоров — в количестве 16 линий. Иногда таковые заводились ровно на один слот, старшими чипсетами могли разделяться по двум, но предназначались в первую очередь для подключения видеокарты. А таковые использовали как раз PCIe x16 (разных версий), так что добавить к старой системе скоростной SSD можно было лишь «обидев» видеокарту. Либо его самого — подключив к чипсетному контроллеру PCIe Gen2, что «резало» пропускную способность вдвое. При этом на многих платах на базе чипсетов H97 и Z97 есть даже готовые слоты М.2 2280 — но обычно они работают лишь как PCIe Gen2 x2, т. е. лишь немногим быстрее SATA (примерно 800 МБ/с против 550 МБ/с на практике) и на четверть потенциальных возможностей.

Для решения данной проблемы при разработке платформы LGA1151 в Intel просто взяли и наделили поддержкой PCIe 3.0 все чипсеты (за исключением разве что младшего Н110). Решение было простым — но компромиссным. Во-первых, лишний элемент между процессором и накопителем задержки всегда увеличивает. Во-вторых, сколько бы линий не было в чипсете, но сам он связывается с процессором ровно четырьмя (на практике они работают чуть быстрее, чем предназначенные для подключения внешних устройств, но разница не столь уж велика) — схема, придуманная еще во времена LGA1156 и тогда не мешавшая, но по мере усложнения и ускорения периферии начинавшая вызывать все больше и больше вопросов. А теперь вспомним, что четыре линии по-хорошему нужно каждому топовому SSD, добавим к этому запросы со стороны USB-устройств, сети, сохранившегося SATA-контроллера... Понятно, что теория массового обслуживания гарантирует нам, что все устройства вряд ли будут работать строго одновременно — так что от межхабового интерфейса требуется быть не медленнее самого быстрого из подключенных к чипсету устройств, а это как раз и выполнено. Но делать на такой шаткой базе что-то сложное и мощное явно не стоит. А приходилось — поскольку нет ничего более постоянного, чем временное. В Intel планировали переработать платформу года через два-три — на это время хватило бы и реализованного компромисса: не все потребители вообще покупали NVMe-устройства и почти никто не обзаводился сразу парой таких. В действительности же компания столкнулась со сложностями при освоении 10 нм техпроцесса, а все радикальные изменения микроархитектур и платформ были привязаны именно к ним. В итоге эта схема 2015 года полностью сохранялась еще в первой половине прошлого 2020 — даже процессоры Comet Lake для LGA1200 продолжают использовать ее.

Что изменилось при модернизации платформы в этом году? Встроенный в процессоры Rocket Lake контроллер PCIe обзавелся уже 28 линиями вместо бывших 20. Первые 20 из них — точно Gen4, а не Gen3, причем 16 как и ранее предназначены для видеокарт, а новые 4 — для одного «главного» SSD. Каковы в теории остальные восемь линий — не рассказывают. Да это и неважно — поскольку работают они исключительно как Gen3 для связи с чипсетами 500-й серии. Последние не стали слишком сильно модифицировать — отсюда и та же версия PCIe, что и ранее. Но интерфейс более «широкий» что может быть полезно с учетом того, что потребности подключаемых к чипсету устройств тоже постоянно росли. И для дополнительных SSD это тоже, конечно, может оказаться небесполезным.

Так все работает исключительно в связке из нового процессора и нового чипсета. С Rocket Lake совместимы и многие решения 400-й серии, но в этом случае интерфейс останется «узким». С другой стороны, «выделенный» слот М.2 есть и на многих таких моделях — даже прошлогодних (производители к этому подготовили заранее), что многие проблемы снимает. А вот Comet Lake на современной плате будет работать так же, как и на прошлогодней — нет в нем дополнительных линий PCIe ни для «выделенного» слота, ни для связи с чипсетом.

Но и полная конфигурация в какой-то степени оказалась компромиссной. У AMD, как уже сказано выше, поддержка PCIe Gen4 появилась еще в 2019 году — причем одновременно вышел и чипсет Х570 с полной поддержкой нового интерфейса. А решения Intel все скопом оказались где-то между ним — и более дешевым В550: поскольку чипсетные слоты по-прежнему обеспечивали лишь Gen3. Межхабовый интерфейс работал на той же скорости, что и в Х570, самых линий было много, некоторые получалось сэкономить благодаря, например, встроенной поддержке USB3 Gen2×2 (дискретный однопортовый контроллер требует целых четыре линии PCIe Gen3 — или, хотя бы, две, но тогда уже работает не на полной скорости) и т. д. и т. п. Но с потребительской точки зрения все разбивалось о то, что X570 уже два года как поддерживает PCIe Gen4, а Z590 — все еще нет.

LGA1700: координальная переделка

Понятно, что с таким положение дел в компании мириться не планировалось. Тем более, если в Intel за дело брались, то всегда доводили его до конца. Просто Rocket Lake, по сути, было «временным» семейством — поэтому и ограничились компромиссными решениями. Основные же улучшения были отложены для Alder Lake.

Процессорный контроллер не слишком изменился количественно — в нем по-прежнему 28 линий. Но 16 из них — Gen5. Впервые на рынке. Что, во многом, задел на будущее — поскольку пока в продаже вообще нет устройств с таким интерфейсом, однако внимание он к себе привлекает сразу, так что окупается уже сейчас :) Прочие 12 — Gen4, включая и предназначенные для связи с чипсетом.

По крайне мере, со старшими моделями — из которых ныне доступен топовый Z690. Он и сам поддерживает PCIe Gen4, так что в полной мере может воспользоваться преимуществами нового межхабового интерфейса. А для подключения периферии предлагается уже до 28 линий PCIe, из которых до 12 — Gen4 и еще до 16 — Gen3. Z590, напомним, поддерживал только Gen3 и не больше 24 линий. Так что улучшения по обоим пунктам — по крайней мере, в теории. На практике же высокоскоростных портов вечно не хватает, почему вовсю используется FlexIO, так что приходится смотреть — что с чем пересекается. Но в целом можно точно рассчитывать на, по крайней мере, один SSD с интерфейсом Gen4 x4 и еще один-два Gen3 x4. К чему добавляется «процессорный» Gen4 x4 — менять эту часть не стали, поскольку все равно пока других устройств в продаже нет. Если же вдруг что-то появится — энтузиасты-первопроходцы могут немного линий от видеокарты отобрать (тем более, если последние начнут сами мигрировать на Gen5, то восьми линий им хватит еще надолго).

Будет ли все это богатство доступно покупателям бюджетных плат? Разумеется, нет. С большой вероятностью Н610 обойдется вовсе без Gen4 (так что и связь с процессором будет на уровне предыдущей платформы), а поддержка данного интерфейса будет обеспечиваться только силами процессора. В количестве 20 линий — поскольку Gen5 работать не будет. Что, в принципе, нормально — конкурирующий AMD А520 PCIe Gen4 и сам не поддерживает, и процессору «не дает» поддерживать. Системы на базе B660 скорее всего тоже обойдутся без Gen5 — но уже с Gen4 в чипсете: чтобы выглядеть выигрышнее, чем AMD B550. А полный набор возможностей — как всегда: Z690, W680, Q670 и H670. Чем, как обычно не все будут довольны. Поскольку то, что всего-то год назад ничего подобного хотя бы Н610 не было, забудется быстро. А то, что чего-то недосыпали сейчас — запомнится навсегда. Но это, в общем-то, если и не нормально, то привычно.

Тестирование

Методика и цели тестирования

На данный момент же доступен только Z690, предлагающий несколько вариантов подключения скоростного PCIe Gen4 SSD к системе:

1. в режиме Gen4 к «выделенному» слоту
2. в режиме Gen4 к слотам Gen5
3. в режиме Gen4 к чипсету
4. в режиме Gen3 к чипсету

Понятно, что первый и второй варианты должны быть эквивалентны — но проверить это не повредит. А вот сравнение первого и третьего — важно уже с практической точки зрения. И, напомним, LGA1200 в последней своей версии первый и четвертый способы тоже поддерживала, причем именно эту платформу и именно в этих двух режимах мы постоянно и используем для подготовки обзоров SSD — вот как раз и ориентиры для сравнения.

Сама же методика подробно описана в отдельной статье, в которой можно более подробно познакомиться с используемым программным обеспечением. А аппаратное будет разным. Во-первых, стандартный тестовый стенд на базе процессора Intel Core i9-11900K и системной платы Asus ROG Maximus XIII Hero на чипсете Intel Z590, что дает нам два способа подключения SSD — к «процессорным» линиям PCIe Gen4 и «чипсетным» PCIe Gen3. Во-вторых, мы его сегодня дополним системой на Core i9-12900K и плате Asus ROG Maximus Z690 Hero на чипсете Intel Z690 — для изучения наиболее волнующих нас режимов, описанных выше.

В качестве основного объекта тестирования, как и в прошлый раз, возьмем WD Black SN850 2 ТБ. Это уже не новое устройство и не самое быстрое. Но оно по-прежнему одно из самых быстрых, чего достаточно.

Предельные скоростные характеристики

Низкоуровневые бенчмарки в целом и CrystalDiskMark 8.0.1 в частности давно уже пали жертвой в неравной борьбе с SLC-кэшированием — так что ничего, кроме самого кэша, протестировать и не могут. Однако и публикуемая производителями информация о быстродействии устройств тоже ограничена его пределами, так что проверить их всегда полезно. Тем более, что вся работа над кэшированием как раз и ведется для того, чтобы и в реальной жизни как можно чаще «попадать в кэш». И демонстрировать высокие скорости, несмотря на снижение стоимости памяти.

Начнем с линейных скоростей. Хотя некоторые пользователи и считают их совсем не важными, на практике это не совсем так. Да и, вообще говоря, это основная причина увеличения скорости интерфейсов — прочие сценарии практически никогда не упираются и в PCIe 3.0, а многим более чем достаточно пропускной способности SATA600 (одна из причин наличия вау-эффекта при смене жесткого диска на SSD — и отсутствия таковых при дальнейшей модернизации).

Все просто — есть PCIe Gen3, а есть Gen4. Разве что все скорости на новой платформе подросли, но раз именно «все», это может оказаться и следствием разницы в процессорах или системе памяти. А главное в том, что ранее скоростные SSD подключались только к процессору — причем независимо от видеокарты лишь один. А сейчас их может быть уже несколько.

В любимом многими спорте результативность тоже местами улучшилась. Но за счет внешних факторов — эти «попугаи» от интерфейса практически не зависят.

На записи же где рост — а где и отрицательный рост. Но ничего удивительного — ширина интерфейса тут тоже существенного значения не имеет, что хорошо заметно. Окружение поменялось — что временами сказывается. И сказывается как раз разнонаправленно.

Вопреки расхожему заблуждению, на скорость работы реального ПО подобные операции оказывают куда большее значение: «длинным» очередям, как уже сказано, взяться на практике неоткуда — зато блоки, отличные от 4К байт, встречаются очень часто. Количество операций в секунду на «больших» блоках немного снижается, но сами они больше — так что результирующая скорость в мегабайтах в секунду оказывается более высокой. Поэтому по возможности все и стараются работать именно так. И тут как раз стабильное снижение производительности. Будет ли оно заметно в более приближенных к реальности сценариях — посмотрим чуть позже.

Зато при записи — рост. Так что в среднем какой-то однозначности нет.

В общем и целом, проще считать платформы одинаковыми. При использовании одного и того же быстрого SSD разница между режимами PCIe Gen3 и Gen4 есть. А вот то, каким образом они обеспечены, уже не так уж важно.

Работа с большими файлами

Но, как бы хороши не были показатели в низкоуровневых утилитах, достигнуть таких скоростей на практике удается далеко не всегда. Хотя бы потому, что это всегда более сложная работа — тот же CrystalDiskMark работает с небольшими (относительно) порциями информации, причем внутри одного файла. Во-первых, таковой в современных условиях практически всегда и гарантировано располагается в SLC-кэш все время тестирования, во-вторых, не нужно отвлекаться на служебные операции файловой системы — реальная запись одного файла это еще и модификация MFT, и журналы (основные используемые в работе файловые системы журналируемые — и не только NTFS), так что писать приходится не в одно место последовательно, а в разные (и частично — мелким блоком). В общем, большую практическую точность дает Intel NAS Performance Toolkit. При помощи которого можно протестировать не только кэш. И не только на пустом устройстве, где он имеет максимальные размеры — а и более приближенный к реальности случай, когда свободного места почти нет. Что мы всегда и делаем.

Работа в один поток — самый частый (146% случаев), но и самый сложный сценарий. По сути, для подавляющего большинства SSD тут и PCIe 3.0 x4 не ограничение. По крайней мере, в теории — на практике разница между интерфейсами у всех есть, но и быстрый за теоретические возможности медленного часто «не вылазит». WD Black SN850 — как раз один из немногих SSD, для кого это не верно. Но для сравнения двух платформ Intel и это оказалось не важно.

В многопоточном режиме скорость чтения, естественно, выше. А поведение испытуемых — такое же. В режиме Gen4 производительность можно удвоить — но не так уж важно, как именно он получен.

Меняются исключительно абсолютные значения — и размер выигрыша от перехода на более современный интерфейс. А вот сам переход необходим хоть тушкой, хоть чучелом. LGA1700 может обеспечить его большему количеству клиентов — что как раз и требуется.

Из интересного — изменение контроллера PCIe в чипсетах явно затронуло и ту часть, что продолжает отвечать за Gen3. А больше и ничего.

И в этом сценарии заметно, что Z690 — это все-таки не Z590 + дополнительные линии Gen4. Да и во всех раскладах новая платформа побыстрее. Хотя, повторимся, скорость тут не так уж важна — и раньше претензии не к ней были в первую очередь.

Особенно заметна разница при произвольной адресации. Но это не существенно. Существенно — что теперь «чипсетное» подключение фактически не хуже «процессорного»: ни старого, ни нового.

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, все равно на данный момент нет. Поэтому есть смысл ознакомиться с этой.

А вот в данном случае производительность даже немного снизилась, причем в первую очередь из-за выросших задержек. Что можно списать и на особенности работы Alder Lake под Windows 10, и на влияние DDR5 на PCMark 10 — неважно, на что. Важно, что, в общем-то, для «первичного» (т. е. подключенного к процессору) SSD практически ничего не изменилось. А системная производительность дополнительных имеет куда меньшее значение. Для них важнее обработка больших объемов данных и прочие файловые операции — а здесь главное изменение это вообще появление поддержки PCIe Gen4, как было показано выше.

Итого

Основные результаты в комментариях не нуждаются. Главное нововведение LGA1700 заключается в том, что поддержка PCIe Gen4 становится массовой. Сама по себе эта поддержка не новость: уже два года на рынке доступны AMD X570 и TRX40, где этот интерфейс обеспечивался для всех устройств. Но HEDT-платформа AMD во многом вещь в себе из-за очень высоких цен и малой востребованности у массового пользователя, которому даже для 12-16 процессорных ядер АМ4 не так-то просто найти применение. А Х570 большой популярностью никогда не пользовался, поскольку покупатели процессоров AMD предпочитали обходиться более дешевыми чипсетами. LGA1700 же положение дел на рынке изменит, особенно после появления недорогих процессоров линейки Alder Lake, самой по себе очень удачной. Политика Intel по смене целиком платформ часто критикуется, но в буквальном смысле слова подгоняет пользователей к светлому будущему. Хочешь новый процессор? Значит, как минимум один, а то и несколько слотов PCIe Gen4 в разном исполнении получишь обязательно. И это становится очень важным из-за встречного плана со стороны производителей SSD: хочешь быстрый накопитель? Значит, это будет модель с поддержкой PCIe Gen4. Топовые SSD под Gen3 постепенно исчезают, оставляя этот интерфейс прерогативой бюджетных продуктов.

Впрочем, и с ними новые системы будут работать не хуже старых. А с топовыми — не лучше LGA1200 или AM4. Просто теперь таких накопителей в систему можно установить больше — и эксплуатировать их на полной скорости. Жизненной необходимостью это все еще не является — и в обозримой перспективе не станет. Но жизнь наиболее требовательных покупателей это в любом случае несколько облегчит. А вот поддержка PCIe Gen5 силами топовых систем Intel, даже с точки зрения требовательных покупателей, это всего лишь задел на будущее. Которое когда-нибудь настанет, но пока использовать эти линии по назначению просто некому. Зато в режиме Gen4 они работают как «настоящий» Gen4 — как и должно быть.