Индустриальный SSD-накопитель Transcend SSD510K емкостью 128 ГБ

Технология SuperMLC как бюджетная альтернатива SLC-памяти


Как уже не раз было сказано (и не только нами), рынок массовых твердотельных накопителей прирастает в первую очередь бюджетным сегментом, что вызывает необходимость постоянно снижать стоимость используемой флэш-памяти — пусть даже в ущерб ее прочим характеристикам, типа ресурса. Для компенсации этих эффектов на всех этапах использовались все более и более сложные и мощные контроллеры, но на массовом рынке данный подход себя оправдывал. Собственно, бурный расцвет твердотельных накопителей и начался с того, что появились контроллеры, пригодные для выпуска потребительских SSD (с достаточными для этого производительностью и ресурсом) на базе MLC-памяти, а не более дорогой SLC. Хотя ресурс SLC составлял 100 тысяч циклов стирания/записи, а MLC — всего 10 тысяч, это не слишком мешало: благодаря интеллектуальным алгоритмам выравнивания нагрузки и т. п. для бытового использования подходила и MLC. В то же время, в корпоративном сегменте, где объемы записи иногда велики (по крайней мере, несоизмеримы с обычной персоналкой), продолжали продаваться и накопители на базе SLC-памяти.

Прошло несколько лет, и теперь мы стоим на пороге перехода от MLC к TLC, поскольку стоимость потребительских устройств нужно снижать и дальше. Только вот для TLC-памяти, причем изготовленной по современным «тонким» техпроцессам, обычным делом является 500-1000 циклов стирания/записи. На помощь приходят алгоритмы обнаружения и коррекции ошибок на базе LDPC-кодов, реализованные в большинстве современных контроллеров и доводящие количество циклов (по заявлениям производителей) до 1500, но и это на порядок ниже, чем когда-то было характерно для MLC. Впрочем, так дело обстояло именно что «когда-то»: использование все более тонких норм производства для памяти этого типа снизило количество циклов стирания/записи сначала до 5000, а сейчас — примерно до 3000, что вполне сравнимо с TLC в паре с «интеллектуальным» контроллером. Неудивительно, что конфигурации на основе TLC становятся все более и более массовыми.

А что делать с сегментом «высоконагруженных» SSD, учитывая, что развитие SLC фактически прекратилось на отметке 24-25 нм, а производство «старых» чипов при всех их преимуществах обходится слишком дорого? Разумеется, в данном случае нужно продолжать использовать MLC (хотя бы), а еще лучше — eMLC (в ней и сейчас удается «сохранить» привычные 10 тысяч циклов, пусть это и не дешево), но позаботиться о резервном фонде для замены выходящих из строя ячеек, причем в бо́льших количествах, чем привычные по потребительскому сегменту 7%/13%. В частности, в семействе Intel 710 в свое время резерв достигал 40%, т. е. при общей емкости накопителя в 320 ГБ пользователю было доступно лишь 200 ГБ. А отсюда уже недалеко до соотношения «50/50», которое получается при использовании всего массива ячеек памяти в качестве своеобразного «SLC-кэша» и не требует сложного контроллера. Более того, по большому счету, при таком (пусть и недешевом) подходе для создания «выносливого» накопителя алгоритмы работы (и, соответственно, сам контроллер) вообще могут быть достаточно простыми и быстрыми: нужно же работать всего с двумя состояниями ячеек, а не с четырьмя (как для хранения двух битов) или восемью (что стандартно для TLC-памяти). Собственно, на этом все преимущества SLC-памяти всегда и основывались. Только сейчас ее проще и дешевле не выпускать физически, а эмулировать. Что и сделано в нашем сегодняшнем герое.

Transcend SSD510K 128 ГБ

Линейка SSD510K имеет непривычные для современного магазина емкости: всего 64 и 128 ГБ. Впрочем, обусловлено это в первую очередь не техническими проблемами, а рыночным позиционированием: компания продвигает линейку SSD510К как более дешевую альтернативу использующей SLC-память SSD570K, поэтому и ограничивается в первую очередь наиболее ходовыми (среди целевой аудитории, к коей пользователи настольных компьютеров и ноутбуков относятся слабо) емкостями. На деле же старший SSD510К по своему устройству практически не отличается от недавно изученного нами Transcend SSD370S на 256 ГБ: тот же контроллер Transcend TS6500 (он же Silicon Motion SM2246EN), тот же кэш DDR3L, та же MLC-память Micron. Разве что пустующие места под конденсаторы на плате, как правило, заполнены собственно конденсаторами, необходимыми для того, чтобы при пропадании питания «сбросить» информацию из DRAM во флэш — в потребительских накопителях это встречается редко, но в корпоративном сегменте — практически стандартная функция. Впрочем, заказчик может от нее отказаться ради экономии, или напротив — доплатить за работу в более жестких температурных условиях, чем у «стандартных» SSD. Для последних (как и для модулей памяти) диапазон температур обычно ограничен 70 °C, а отрицательных значений и вовсе не предполагает. Но для промышленных продуктов Transcend может гарантировать по запросу работу «в широком диапазоне температур» — от −40 до +85 °C, что стало возможным благодаря использованию специального запатентованного процесса тестирования температурной устойчивости. Все это применимо, подчеркнем, ко всем промышленным линейкам накопителей компании, включая и 510К. И разумеется, режим работы флэш-памяти в этой модели несколько отличается от стандартного.

Хитрость в том, что при четырех разных состояниях ячейки даже небольшие токи утечки могут изменить ее содержимое, а при всего двух возможных состояниях для этого уже потребуются «большие токи». В итоге Transcend заявляет о том, что ячейки SuperMLC (так компания называет этот режим работы) способны выдержать 30 000 циклов стирания/записи. Это несколько меньше, чем «обещано» для SLC, но не забывайте и о том, что кристаллы SLC-памяти обычно изготавливаются по более грубым нормам производства. Да и будь задача сохранить паритет любой ценой, можно было бы применить данный режим к чипам eMLC — как раз искомые 100 тысяч, вполне возможно, и получились бы (раз из 3 «выходит» 30, то для 100 как раз нужно 10). Просто вариант с SuperMLC является более дешевым, хотя и за него тоже приходится платить: при емкости накопителя в 128 ГБ (и прочих равных) использование SuperMLC обойдется покупателю примерно в 2,5 раза дороже, чем «обычной» MLC. Но зато это в целых 5 раз дешевле «простой» SLC — как нам кажется, соотношение цен в комментариях не нуждается. «Соотношение» TBW же еще лучше: при тех же 128 ГБ емкости типичное значение TBW составляет 150 ТБ для MLC (а зачастую и меньше) и 3,2 ПБ для SLC (SSD570K, например). SSD510К идеально встраивается в этот ряд, имея TBW в 1,42 ПБ, но с трехлетней гарантией, что для розничного рынка, пожалуй, более критично, чем полный объем записи — пусть он и более чем на порядок превосходит «стандартные» значения. А вот для использования по целевому назначению вариант может оказаться интересным. Например, в сервере с небольшой, но часто обновляемой базой данных такие характеристики могут оказаться не лишними, хотя для персонального использования они, разумеется, избыточны. Впрочем, если у вас есть желание (неважно, чем оно обусловлено) получить для десктопа или ноутбука «неисчерпаемый» ресурс, пусть и за дополнительные деньги — что ж, по крайней мере, это вам обойдется не в такую сумму, как покупка устройства на базе SLC-памяти. Да и работать такой накопитель должен шустрее, чем прочие устройства той же емкости, хотя и вряд ли заметно быстрее, чем SSD370S на 256 ГБ. В общем, если необходимости в «бескрайних дисковых просторах» нет, такой «размен» тоже может оказаться интересным. Поэтому мы решили протестировать этот накопитель «как десктопный».

Конкуренты

Мы не тестировали ни одного накопителя, напрямую сопоставимого с моделью Transcend SSD510K, да и вообще устройств такой емкости (даже потребительских) не было в лаборатории уже давно. Поэтому для сравнения мы взяли Transcend SSD370S 256 ГБ (благо, как уже было сказано выше, эти накопители отличаются лишь режимами работы флэш-памяти), а вот к подбору дополнительных участников тестирования подошли более гибко, обнаружив под рукой пару «исторических» моделей. Во-первых, PNY Prevail Elite 240 ГБ на SandForce SF-2281 и 25-нанометровой eMLC-памяти Intel — в какой-то степени это конкурент (пусть и давно снятый с производства), поскольку в нем использовалась память повышенной выносливости: до 10 тысяч циклов стирания/записи. (Кроме того, по текущей версии методики ни одного устройства на SF-2281 мы не тестировали.) Во-вторых, Intel X25-M Gen2 160 ГБ на когда-то лучшем на рынке контроллере и с «грубой» (а потому — «плохопротираемой») памятью, изготовленной по нормам 34 нм. Давно было желание «оглянуться назад» (благо обе платформы с исторической точки зрения были весьма значимы), но специально этим заняться не получалось, а тут представилась удачная возможность.

Методика тестирования

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

Производительность в приложениях

Это объясняет — почему даже очень старые SSD продолжают использоваться и будут продолжать это делать, скорее всего, до тех пор, пока владельцу не потребуется увеличить доступное дисковое пространство. В общем, с точки зрения именно обычной работы все улучшения низкоуровневых скоростных показателей «разбиваются» об то, что программам столько не нужно. Вот цены за это время упали радикально — и еще упадут, но... Но при таком раскладе «время жизни» устройства не так уж и незначимо — оно действительно может эксплуатироваться годами.

Кстати, с точки зрения «полосы пропускания» вообще складывается ощущение, что главным улучшением в свое время был переход с SATA300 на SATA600 — первого почти изначально «не хватало» на операции чтения (имеющие намного большую важность, чем запись). Второго сейчас тоже как-то маловато — но это уже не имеет большого значения.

И вообще — началось все это далеко не вчера. Программное обеспечение меняется, конечно, со временем, но принципы работы остаются теми же — недаром результаты двух версий PCMark (и низко-, и высокоуровневые хорошо коррелируют друг с другом).

  Intel X25-M
160 ГБ
PNY Prevail Elite
240 ГБ
Transcend
SSD370S
256 ГБ
Transcend
SSD510K
128 ГБ
Windows Defender (RAW), МБ/с 5,46
(47,10)
5,67
(68,57)
5,71
(75,47)
5,75
(82,91)
Importing Pictures (RAW), МБ/с 19,72
(40,57)
30,33
(144,12)
29,68
(130,44)
30,03
(137,41)
Video Editing (RAW), МБ/с 21,71
(136,63)
23,56
(270,52)
22,86
(200,08)
23,29
(238,74)
Windows Media Center (RAW), МБ/с 7,96
(134,98)
8,28
(395,43)
8,29
(435,74)
8,30
(438,72)
Adding Music (RAW), МБ/с 1,40
(76,79)
1,41
(144,73)
1,41
(140,83)
1,41
(147,46)
Starting Application (RAW), МБ/с 42,62
(63,25)
54,18
(92,55)
57,71
(103,38)
61,20
(115,14)
Gaming (RAW), МБ/с 15,90
(81,78)
17,36
(144,00)
17,16
(131,25)
17,30
(140,32)

PCMark 7 еще и показывает нам — почему это происходит: даже древний X25-M «мог» больше, чем от него в реальности просят.

Последовательные операции

Скорость линейного чтения в случае твердотельных накопителей давно уже определяется интерфейсом, так что единственное, что в этом плане изменилось за прошедшие шесть-семь лет — быстрее стали интерфейсы :)

А вот операции записи — более сложный процесс. Собственно, во времена актуальности X25-M многие справедливо удивлялись его отставанию от винчестеров в таких сценариях. Но и во времена первых накопителей с поддержкой SATA600 таковой им был еще не нужен. Сейчас не мешают и более быстрые интерфейсы — если есть. Причем практически независимо от цены и назначения.

Случайный доступ

В любимых «народом» дисциплинах, в общем-то, тоже нет смысла сравнивать старые устройства и новые. Даже в том случае, если новые сами по себе недорогие — сравнительно с началом «эпохи SSD» недорогими уже могут считаться и специализированные модели, типа SSD510K. Который, что предсказуемо ведет себя сходно с SSD370S вдвое большей емкости, иногда и его опережая. Ненамного, но в своем емкостном классе он может оказаться и самым быстрым уже — пусть и недешевым.

И традиционная иллюстрация — почему давно уже не растут скорости в бенчмарках высокого уровня, основанных на базе «реального» кода приложений: как раз эти операции для них наиболее актуальными, но именно их производительность за многие годы существенно повысить не удалось.

Работа с большими файлами

А вот в плане обработки больших объемов данных твердотельные накопители ведут себя все лучше и лучше, хотя когда-то это являлось для них нецелевым применением. Но за счет снижения цен, сопутствующего роста емкостей и некоторого увеличения производительности стало очень даже целевым.

Рейтинги

Как мы отмечали еще шесть лет назад, после внедрения «интеллектуальных» контроллеров производительность накопителей на базе MLC и SLC стала практически одинаковой. За прошедшее время, естественно, ничего не изменилось — даже наоборот: сейчас некоторые устройства на базе TLC-памяти демонстрируют сопоставимое с прочими быстродействие в большинстве сценариев. Вот и для SuperMLC мы не наблюдаем превосходства по скорости над MLC, из которой она получается. Впрочем, тут мы немножко слукавили, взяв именно равные аппаратно конфигурации SSD510K и SSD370S — сравнение при одинаковой емкости оказалось бы не в пользу последнего. Но очевидно, что производительность для устройств типа SSD510K — не на первом месте, аналогичную можно получить и дешевле. Главное, что она уже достаточна для большинства задач, а то и избыточна.

Итого

Мы неоднократно писали, что основным движителем прогресса в области твердотельных накопителей является цена, а достигается ее снижение использованием все более дешевой (а также менее быстрой и надежной) памяти, что компенсируется постоянным ростом сложности и интеллектуальности контроллеров. Как показали наши тесты, всё это так, если рассматривать соседние этапы, но не совсем так, если попробовать охватить более длинный временной интервал. Например, в сравнении X25-M и SSD510K накопитель Transcend быстрее, при этом память в нем имеет больший ресурс, а каждый ее гигабайт сейчас обходится пользователю примерно в четыре раза дешевле, чем нужно было платить тогда. И для этого вовсе не требуются какие-то хитрые подходы: современная MLC-память подешевела настолько, что можно использовать ее и в режиме, подобном SuperMLC — все равно получится дешевле, чем вкладываться в SLC-память, по определению обреченную на нишевое использование. Отсюда и отставание в техпроцессах (напомним: 24-25 нм против 15-16 нм, что разницу в цене только усугубляет), причем информация о том, что кто-то из производителей планирует разработку 3D SLC, отсутствует. По сути, в таком режиме можно использовать и уже существующую «трехмерную» MLC-память. Кстати, и производительность в младших по емкости модификациях это подстегнет заметнее, чем в случае планарных кристаллов на 128 Гбит (в режиме SuperMLC превращающихся в 64 Гбит). В общем, особых проблем с выпуском подобных накопителей массовыми сериями нет — был бы спрос.

Но спрос, разумеется, ограничен, так что Transcend пока применяет SuperMLC только в промышленных накопителях семейства SSD510К. И емкости в этом семействе ограничены по той же причине: это не SSD-диск для ноутбука, а один из накопителей в сервере (например), на котором будут локализованы часто перезаписываемые данные, либо встраиваемое решение — в этом случае потребностей в больших объемах тоже нет, а повышенный ресурс может пригодиться. Впрочем, цена и скоростные характеристики Transcend SSD510K позволяют использовать это устройство и просто как потребительский твердотельный накопитель — с такими нагрузками он тоже отлично справляется, добавляя владельцу психологического комфорта :)

В заключение предлагаем посмотреть наш видеообзор индустриального SSD-накопителя Transcend SSD510K:

Наш видеообзор индустриального SSD-накопителя Transcend SSD510K можно также посмотреть на iXBT.Video



Дополнительно

ВИКТОРИНА MICROLAB

В каком году была основана компания Microlab?

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.