SSD-накопители с интерфейсом PCIe: Intel 750, Kingston HyperX Predator и Samsung 950 Pro


Как было сказано в предыдущей статье, сегодня мы займемся тестированием накопителей, выходящих за ограничения «традиционного» SATA-интерфейса. Насколько это актуально на практике для обычного массового компьютера — вопрос отдельный. С другой стороны, если есть доступное предложение, всегда можно сформировать и спрос (как учит нас главный закон маркетинга). С предложением все просто: основной вклад в стоимость накопителей вносит собственно массив флэш-памяти, а цена контроллера на этом фоне относительно невелика (особенно когда речь идет о старших моделях, емкостью более полутерабайта). Разработка новых контроллеров, конечно, не бесплатна, но заниматься ей все равно приходится, а заменить внешний интерфейс с SATA на PCIe или реализовать поддержку протокола NVMe вместо AHCI тоже дешевле, нежели усовершенствовать механизмы работы с памятью. Ситуация в корне отличается от первых попыток создать «выдающийся» по ТТХ накопитель, типа RevoDrive, когда производителям приходилось использовать несколько контроллеров и еще дополнительные микросхемы, что увеличивало цену каждого экземпляра устройства. Теперь затраты на разработку «размазываются» по всем проданным устройствам, так что нужно, конечно, увеличивать объемы продаж, но с этим проблем тоже не наблюдается: всегда есть пользователи, желающие получить максимум (пусть даже потенциальный). Когда-то эта категория покупателей приобретала «высокооборотистые» винчестеры, после появления SSD сразу переключилась на них, а теперь вот покупает «самые быстрые» твердотельные накопители. Причем, что немаловажно, этот «шаг к прогрессу» обходится заметно дешевле, нежели предыдущие, что повышает его привлекательность. А что будет получено в итоге — покажут тесты. Но для начала познакомимся с испытуемыми.

Toshiba Q300 Pro 256 ГБ

Знакомство с героями мы проведем не в алфавитном порядке, а по нарастанию — от простого к сложному. В частности, этот накопитель для нас новым не является — он был протестирован в прошлой части. Нужен он нам для сравнения с прочими героями, поскольку представляет собой «традиционное устройство»: с SATA-интерфейсом и в корпусе, как у ноутбучных винчестеров. Важно, что это еще и быстрое традиционное устройство: фактически это тот максимум (или почти максимум), который можно получить, не переходя к новым технологиям.

Во время тестирования использовалась прошивка версии JURA0101.

Kingston HyperX Predator 480 ГБ

Этот накопитель, являющийся типичным представителем класса «PCIe AHCI SSD» (когда обеспечивается полная поддержка именно этого протокола, эмулируя заодно и дисковый контроллер), основан на базе Marvell 88SS9293 с интерфейсом PCIe 2.0 x4. Его мы уже изучали летом, а сегодня он нам понадобится как раз для того, чтобы понять, на что могут претендовать все подобные устройства. Отметим, что в данном классе есть как более медленные накопители (вроде Plextor M6e на Marvell 88SS9183 с PCIe 2.0 x2), так и более быстрые (рассчитанные на PCIe 3.0 x4), так что Kingston HyperX Predator — это как раз «золотая середина». Модель Kingston избавлена от сдерживающего фактора в виде ограниченной пропускной способности SATA-интерфейса, но все еще обладает идеальной совместимостью с современными и даже не слишком современными операционными системами. Кроме того, эта модель широко доступна в продаже.

Накопитель тестировался с прошивкой версии OC34L5TA.

Intel 750 400 ГБ

Именно на примере этого накопителя мы изучали плюсы и минусы протокола NVMe в конце лета, так что сегодня он станет еще одной хорошей «точкой пересечения» между новой и старой методиками тестирования. Напомним вкратце, что устройство интересно фирменным 18-канальным контроллером Intel CH29AE41AB0, реализующим поддержку PCIe 3.0 x4 и уже упомянутого протокола NVMe. Есть, конечно, и подводный камень: 18 каналов флэш-памяти — это хорошо, но быстродействие младших представителей семейства явно будет более низким, нежели у старших. Впрочем, это скорее теоретическая претензия — далеко не всем (мягко говоря) доступна старшая в линейке модификация с 1,2 ТБ флэша, а вот 400 ГБ при нынешнем уровне цен постепенно становится ходовым товаром. Конечно, таким моделям далеко по популярности до массовых 240/256 ГБ, но они пока и не претендуют на массовость: в частности, Intel 750 пригоден лишь для настольных компьютеров, т. е. в большинство существующих на рынке систем просто «не поместится».

Во время тестирования использовалась прошивка версии 8VE10135.

Samsung 950 Pro 512 ГБ

В конечном итоге единственным новым для нас устройством будет только это, но тут и правда все новое. Если в Intel просто решили «спустить» в потребительский сегмент изначально серверное устройство для привлечения внимания потребителей к новым технологиям (что для компании является обыденным делом), то Samsung как раз разрабатывал накопитель именно для конечных пользователей. В результате вся «современность» и «бескомпромиссность» упакованы в формат М.2 2280 — как у Predator, Plextor M6e или массы «карточных» накопителей с SATA-интерфейсом. Как мы уже писали, именно такое исполнение обеспечивает на сегодняшний день максимальную «целевую аудиторию», включая и мини-ПК, ноутбуки и даже планшеты, а мобильных компьютеров сегодня продается куда больше, чем десктопов. Совместимость же с последними с легкостью обеспечивается картами-переходниками, позволяющими установить устройство в слот PCIe. Впрочем, в отличие от Kingston и Plextor, Samsung таковую в комплект поставки устройства вкладывать не стал, чему есть причины: NVMe-устройства полностью совместимы лишь с современными системами (старые материнские платы загрузку с таких устройств не поддерживают, что для «системного накопителя» смерти подобно), которые зачастую поддерживают М.2-накопители изначально. Но если нет, то приобрести подходящий переходник самостоятельно проблем не составляет.

Есть ли у такого подхода недостатки? Да, есть: небольшая печатная плата не может вместить много микросхем, так что емкость таких устройств обычно ограничена 512 ГБ. Впрочем, пока еще высокую цену имеет сама флэш-память, так что более популярны накопители даже не на 512, а на 256 ГБ, и именно такие две модификации сейчас присутствуют в линейке 950 Pro (128 ГБ делать не стали, поскольку топовый накопитель столь малой емкости выглядел бы слишком странно). У Intel по понятным причинам таких проблем нет, так что модель 750 может иметь емкость 400, 800 или даже 1200 ГБ (причем ограничение чисто ценовое, а не техническое), и в ряде случаев это может оказаться решающим преимуществом. Samsung же может предложить покупателям и 2 ТБ, но пока только в «традиционном» исполнении: SATA SSD в ноутбучном корпусе.

В целом 950 Pro не слишком отличается от большинства потребительских накопителей по устройству, но компоненты здесь на данный момент уникальные: целиком собственные и рассчитанные на совместную работу. Во-первых, это трехъядерный восьмиканальный контроллер UBX, поддерживающий интерфейс PCIe 3.0 x4 и протокол NVMe, работающий совместно с 512 МБ памяти типа DDR3-1600. Во-вторых, «трехмерная» память типа MLC V-NAND, изготавливаемая по (формально) всего лишь 40-нанометровому техпроцессу, но благодаря организации куда более «плотная», чем обычные планарные кристаллы. Собственно, на 950 Pro в итоге всего два чипа флэш-памяти, что позволило уместить всю «активную» начинку на одну сторону платы.

Таким образом, потенциально можно было бы и сейчас довести емкость накопителя до 1 ТБ, но от этой идеи отказались, по-видимому, из-за того, что накопитель получился достаточно «прожорливым»: при максимальной нагрузке он потребляет более 5 Вт, т. е. больше, чем типовые ноутбучные винчестеры, не говоря уже о компактных твердотельных накопителях. Понятно, что пользователь, желающий получить максимально быстрое устройство, может пренебречь этим фактором (тот же Intel 750 способен выбраться за 10 Вт, и никого это не смущает), но при использовании в условиях тесного корпуса с плохим охлаждением высокая рассеиваемая мощность может оказаться критичной. Поэтому терабайтная модель в ассортименте компании появится, скорее всего, после выпуска V-NAND с 48 слоями (вместо 32 сегодняшних) и кристаллами по 256 Гбит (пока 128, что уже давно стало привычным). Впрочем, скорее всего, новая память будет и медленнее нынешней, но при этом дешевле — обычный для рынка процесс. В итоге именно 950 Pro может на долгое время оказаться вершиной — по крайней мере, для Samsung. Мы вообще не удивимся, увидев со временем NVMe-накопители с TLC — так дешевле. Но пока новые технические решения позиционируются как топовые по производительности, и этим можно воспользоваться. Кстати, V-NAND имеет меньшие задержки, нежели обычный флэш, и как раз при использовании NVMe, созданного для дальнейшего уменьшения задержек, это будет наиболее актуально.

Накопитель тестировался с прошивкой версии 1B0QBXX7.

Тестирование

Методика тестирования

Методика подробно описана в отдельной статье. Там можно познакомиться с используемым аппаратным и программным обеспечением.

Производительность в приложениях

Как уже было сказано в описании тестовой методики, на практике наиболее интересна именно данная группа тестов, поскольку она отображает (насколько может) реальную производительность накопителей в реальной же системе.

И сразу же вот такой результат, способный обескуражить всех поклонников прогресса :) Результат, впрочем, вполне ожидаемый: PCMark при работе учитывает не только собственное быстродействие накопителей, но и ограничения со стороны остальных компонентов системы — как оборудования, так и программного обеспечения. С этим, собственно, и связано то, что твердотельные накопители принципиально отличаются в PCMark 8 от механических, но почти не отличаются друг от друга. Как видим, это невозможно существенно изменить ни сменой интерфейсов, ни сменой протоколов работы.

Оценка «полосы пропускания» — уровнем ниже, чем общий балл, т. е. в большей степени зависит от накопителя, а не от остальных компонентов системы и/или логики работы прикладного ПО. И сразу видны различия между испытуемыми: если простое использование PCIe 2.0 x4 лишь немного увеличивает производительность (разница между SATA-устройствами бывает и большей), то PCIe 3.0 x4 и NVMe повышает производительность минимум в полтора раза. А то и почти в два с половиной — когда в одном устройстве собираются все перспективные технологии: и интерфейс, и протокол работы, и «трехмерная» память.

PCMark 7 немного «легче» более новой версии пакета, так что тут уже различия по общему баллу выше, но принципиальными они все равно не выглядят. А RAW-режим, как и следовало ожидать, в точности повторяет оценку «полосы пропускания».

Toshiba Q300 Pro 256 ГБ Intel 750 400 ГБ Kingston HyperX Predator 480 ГБ Samsung 950 Pro 512 ГБ
Windows Defender (RAW), МБ/с 5,64 (64,83) 5,80 (95,34) 5,74 (81,58) 6,10 (111,66)
Importing Pictures (RAW), МБ/с 30,85 (156,63) 34,85 (374,69) 32,66 (217,82) 38,34 (395,09)
Video Editing (RAW), МБ/с 23,76 (299,59) 23,62 (276,54) 23,93 (329,15) 32,78 (393,97)
Windows Media Center (RAW), МБ/с 8,28 (405,89) 8,38 (952,42) 8,31 (497,36) 8,44 (1138,76)
Adding Music (RAW), МБ/с 1,41 (144,19) 1,42 (231,36) 1,41 (187,70) 1,42 (274,24)
Starting Application (RAW), МБ/с 66,20 (134,15) 80,79 (211,70) 66,70 (136,31) 88,92 (307,31)
Gaming (RAW), МБ/с 17,55 (158,34) 17,71 (172,23) 17,50 (154,47) 18,02 (225,23)

В итоге остается только пожалеть, что потенциальное быстродействие не всегда удается превратить в реальное. Действительно: какая разница, имеет ли устройство возможность обрабатывать данные со скоростью 0,4 или 1,1 ГБ/с, когда программе на трассе медиацентра на практике нужно менее 0,01 ГБ/с? Но этот момент, безусловно, уже зависит не от производителей накопителей — все упирается в потребности пользователя и возможности программного обеспечения. Чем сложнее и интенсивнее выполняемая работа, тем больше смысла в использовании новых технологий. А так-то многие до сих пор вообще винчестерами обходятся :)

Впрочем, и с учетом ограничений ПО определенная польза от современных накопителей вполне возможна — пусть и меньшая, чем могла бы быть. И, кстати, видна еще одна любопытная деталь: в таких условиях изначально «серверному» Intel 750 просто негде развернуться, так что он хоть и оказывается быстрее SATA-накопителей, но способен проиграть даже PCIe-AHCI. Samsung 950 Pro, изначально нацеленного именно на данный сегмент рынка, данная проблема не касается, что естественно.

Последовательные операции

Вот и ответ — зачем нужны интерфейсы быстрее SATA600: именно он давно уже сдерживает скорости твердотельных накопителей при подобных нагрузках. Будучи освобожденными от узды, впрочем, они ведут себя по-разному. Особенно это заметно на примере все того же Intel 750: 18-канальный контроллер наилучшим образом проявляет себя при больших нагрузках, да и невысокая (относительно) емкость младшей модели сама по себе может оказаться сдерживающим фактором. В итоге у Intel 750 лидерство в «нагруженном» режиме, но невысокие результаты при «чисто последовательном» чтении. А вот Samsung 950 Pro ведет себя как положено, при любом раскладе демонстрируя возможности PCIe 3.0 x4. Контроллер Marvell в Predator поддерживает лишь вдвое более медленный PCIe 2.0 со всеми вытекающими, хотя и это уже далеко не SATA.

При записи данных немалое значение начинает играть быстродействие самой флэш-памяти, а также ее емкость, что было незаметно для SATA-устройств, но тут-то интерфейс уже не является узким местом. Как видим, получить скорость в два-три раза быстрее возможностей SATA на практике вполне реально.

Случайный доступ

Тут «звездный час» Intel 750 — именно на такие нагрузки он и рассчитан. Впрочем, Samsung проигрывает только ему, радикально превосходя AHCI-устройства. А если последние еще и ограничить возможностями SATA, разница может превысить три раза. При этом отметим, что при «однопоточной» работе (что куда более свойственно типовому персональному компьютеру, а не серверу) 950 Pro вообще оказывается самым быстрым.

Вот при записи данных он чудес уже не демонстрирует. Разве что однопоточных — там его скорость лишь немногим хуже, чем у Intel 750. При большой же нагрузке — ничего особенного: лучше, чем SATA, но вполне на уровне Predator, например.

Эта утилита генерирует меньшую нагрузку, нежели предыдущая, так что тут хорошо видно слабое место Intel 750, который «выбирает максимум» лишь при большой глубине очередей или просто количестве операций. Как уже было сказано выше, в «персональном окружении» такое встречается не слишком часто. А в тех условиях, что встречаются часто, лидером оказывается 950 Pro.

При записи же топовый накопитель Samsung неплох, но не более того. В общем, разница в подходе к проектированию и в позиционировании устройств видна хорошо. Samsung 950 Pro — это нормальное потребительское устройство, наилучшим образом ведущее себя именно в соответствующем окружении. Иногда он оказывается просто быстрым накопителем, иногда очень быстрым, но всегда лучше среднего. А Intel 750 — гость из серверного мира, для полной утилизации своих возможностей нуждающийся в очень тяжелых нагрузках. В противном случае он может проиграть и более дешевым накопителям.

Даже «типичным SATA» он тоже может проиграть — по чисто техническим причинам: одиночная очередь запросов — это вовсе не та нагрузка, для которой он создавался. А вот тот же 950 Pro, который проигрывал «серверным» устройствам в предельных режимах, практически никогда и ни в каких условиях не уступает конкурентам с тем же позиционированием, что и он сам.

Работа с большими файлами

В первую очередь «играет» здесь пропускная способность интерфейса; сложной работы не наблюдается, так что результаты закономерные. Во-первых, PCIe лучше SATA, а PCIe 3.0 лучше, чем 2.0 (при одинаковом количестве линий, разумеется). Во-вторых, как рыба в воде себя чувствует Samsung 950 Pro. Intel 750 тоже мог бы... но кто ж ему даст :)

Рейтинги

Эта программа не генерирует слишком уж сложных заданий, на которых мог бы развернуться Intel 750, так что лидером оказывается Samsung 950 Pro. Но самым важным, пожалуй, является то, что «миры» SATA- и PCIe-устройств являются непересекающимися. С другой стороны, последний сам по себе очень разнообразен — в отличие от первого, который, как уже не раз было подтверждено, в плане производительности превратился в стабильное и однообразное болото. И если уж назрело решение купить накопитель именно с интерфейсом PCIe, задача выбора наилучшего становится не всегда тривиальной.

Общий итог это подтверждает. Разумеется, наибольший вклад в такой разброс результатов вносят низкоуровневые тесты, а также «потенциальные» результаты PC Mark 7, однако не так уж это и важно. В конце концов, именно для «тяжелых» случаев и может пригодиться быстрый твердотельный накопитель, в то время как для дома для семьи достаточно практически любой модели. Если решаемые задачи превышают средний уровень (или, по крайней мере, потенциальный покупатель считает, что превышают), тогда и возникает необходимость подбора наиболее быстрого устройства. А в каком направлении «копать» — тесты отвечают однозначно.

Цены

В таблице перечислены средние розничные цены протестированных сегодня SSD-накопителей в Москве, актуальные на момент чтения вами данной статьи:

Intel 750 400 ГБ Kingston HyperX Predator 480 ГБ Samsung 950 Pro 512 ГБ Toshiba Q300 Pro 256 ГБ
T-12935852 T-12575709 T-13367586 T-13013734

Итого

Итак, вопрос повышения производительности накопителей лежит уже в плоскости контроллеров и интерфейсов, а стандартный подход (просто взять и заменить механический носитель на полупроводниковый), который верой и правдой служил более пяти лет, предъявляемым требованиям удовлетворять перестал. Впрочем, очевидно, что такого эффекта, который обеспечивал переход с винчестера на SSD, ожидать уже не приходится. С другой стороны, этого и не требуется: пока цену накопителей определяет стоимость флэш-памяти, усовершенствование контроллеров ее повышает незначительно — в основном это разовые расходы на разработку, которые будут «отбиваться» тем быстрее, чем большее количество устройств получится продать. Понятно, что цена «экзотических» моделей все равно будет несколько выше, нежели у аналогичных моделей массовых серий тех же производителей, поскольку «положение обязывает», но слишком большую наценку на них устанавливать просто невыгодно — именно потому, что, начав выпуск, надо продавать как можно больше накопителей. Разумеется, сказанное не относится к Intel 750, но главной задачей этой модели было подстегнуть интерес к новым интерфейсам и протоколам, и задачу можно считать решенной. Мавр сделал свое дело — мавр может уходить: в этом сегменте начали появляться накопители, изначально ориентированные на потребительский сегмент. В их числе — Samsung 950 Pro, который как раз при таких нагрузках демонстрирует отличное быстродействие, оказываясь при этом одним из самых дешевых PCIe-накопителей в московской рознице.

Означает ли это, что можно ожидать со временем полного перехода к новым технологиям? Вряд ли. Во-первых, стоит учитывать немалое количество имеющейся «на руках» у пользователей компьютерной техники, ограниченно совместимой с новыми технологиями, но нуждающейся в модернизации. Во-вторых, говоря выше о потенциальном паритете по цене, мы имели в виду, естественно, накопители с аналогичной памятью — понятно, что бюджетные микросхемы пока еще в этом сегменте использоваться не будут. Соответственно, покупатель, желающий сэкономить, при необходимости в накопителе формата М.2 скорее приобретет модель 850 Evo (SATA и TLC), а не 950 Pro — ведь за примерно одинаковую цену можно получить 500 ГБ вместо 256 ГБ, пусть и ценой снижения производительности.

Словом, пока еще на массовое распространение продвинутые PCIe-накопители претендовать не могут. Но, по крайней мере, они уже есть — к вящему удовольствию пользователей, желающих приобрести не просто быстрый, а самый быстрый накопитель и готовых это желание оплачивать.




Дополнительно

Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

Код для блога бета

Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.