Обзор твердотельных накопителей Samsung 850 Evo, 860 Evo и 860 Pro

Методика тестирования накопителей образца 2016 года

На начало этого года нами было запланировано небольшое обновление тестовой методики, однако его решено было чуть-чуть отложить, чтобы можно было сравнить еще три интересных накопителя со всеми ранее изученными. Что в них такого интересного? В первую очередь — производитель и его история.

В отличие от многих других компаний, работающих на данном рынке, компания Samsung стояла у его истоков (если можно так выразиться), причем ее всегда «интересовали» устройства высокого класса. В частности, именно Samsung 64 GB SSD SATA-2 около десяти лет назад был одним из немногих конкурентов Intel X25-M на момент выхода последнего, причем в ряде сценариев он тогда так и остался непревзойденным. Конечно, это его не спасло: как и у всех устройств «первого поколения», высокие скоростные характеристики достигались благодаря использованию быстрой, но очень дорогой SLC-памяти. X25-M же продемонстрировал другой способ повышения производительности: сочетание [относительно] недорогого MLC-флэша с интеллектуальным контроллером. В итоге получилось быстрое устройство ценой в $600 за 80 ГБ — на что Samsung и остальные могли ответить разве что моделью с 64 ГБ за $1000.

Выводы компания сделала правильные, сразу же занявшись разработкой контроллеров. Первое время они продавались многим производителям, но звезд с неба не хватали. С другой стороны, это позволило накопить необходимый опыт и окончательно определиться с направлениями дальнейшего развития. Приняты были два серьезных решения: во-первых, продать бизнес накопителей на жестких магнитных дисках (чтоб не мешал), а во-вторых, выпускать твердотельные накопители полностью собственной разработки, причем не отдавая компоненты «на сторону». Первое на тот момент казалось смелым, но рискованным шагом: все-таки винчестеры имели очень устойчивый спрос благодаря ценам, так что напрямую флэш-память с ними конкурировать никак не могла. Однако с т. з. крупнейшего производителя полупроводников логичным было как раз поработать над тем, чтоб смогла :) Что компания и делала последующие годы, тем более имея в рукаве такой серьезный козырь, как самостоятельное производство всего необходимого, а также первое место по объемам производства конкретно флэш-памяти. В итоге контроллеры всегда можно было «подогнать» под память, а память — под контроллеры, да и от рыночной конъюнктуры Samsung зависел гораздо слабее, чем большинство производителей — скорее, компания ее определяла. Многие перспективные направления тоже были правильно просчитаны заранее. В частности, более четырех лет назад мы уже знакомились с Samsung SSD 840 Evo — по сути, второй попыткой компании (первой был «обычный» 840) создать быстрый и надежный накопитель на базе TLC-памяти, которую для этого тогда не использовал никто. И даже не пытался. Нельзя сказать, что обошлось совсем без шероховатостей, но ценный опыт был накоплен. В частности, тогда же была опробована технология SLC-кэширования.

Казалось бы, что тут особенного? Сейчас TLC-память уже привычна — ее используют все. И SLC-кэш тоже. Но это было, напомним, в 2013 году. И примерно тогда же в Samsung было решено заняться «трехмерной» флэш-памятью, поскольку традиционный подход с сохранением «обычных» ячеек и уменьшением норм производства начал постепенно заходить в тупик. Впрочем, о переходе на 3D NAND в те годы заговорили все производители, поскольку все находились в сходном положении. Но от разговоров до внедрения всегда проходит достаточно много времени — кто-то преодолевает этот путь быстрее, кто-то медленнее. Samsung удалось опередить всех: уже в середине 2014 года появились первые коммерческие продукты, использующие V-NAND (как ее назвал разработчик). Первое время компания конфигурировала эту память исключительно как MLC, для работы в более щадящем режиме, однако с 2015 года начало́ увеличиваться количество кристаллов, способных надежно работать и с восемью уровнями, что позволяет хранить три бита информации. Отметим, кстати, что Samsung предпочитает не использовать аббревиатуру «TLC», говоря о «3-bit MLC». В принципе, это вполне корректно, хоть некоторых и может сбивать с толку. Но большинству покупателей важно, все-таки, не как что называется, а как оно работает. И сегодня мы это изучим на примере трех продуктов Samsung — двух совсем новых и одного тоже почти нового.

Samsung V-NAND SSD 850 Evo 500 ГБ

Первые накопители линейки с таким названием появились, как уже было сказано, в 2015 году. В принципе, они были сильно похожи на 840 Evo, но использовали вместо планарных кристаллов по 128 Гбит 32-слойную 3D той же емкости. Чуть похудел ассортимент: 120 / 250 / 500 / 1000 ГБ — без интересной промежуточной модели емкостью 750 ГБ. В старшей модели остался даже тот же трехъядерный контроллер MEX, что и в 840 Evo, а остальные получили двухъядерные, но усовершенствованные MGX, работающие в паре с памятью LPDDR2 с частотой 1066 МГц и емкостью до 1 ГБ. При этом накопитель (как и предшественник) позиционировался как конкурент устройствам среднего уровня — в то время в основном использующим MLC-память. Впрочем, даже таковые зачастую имели лишь трех-, а не пятилетнюю гарантию, ставшую визитной карточкой семейства Evo. В том числе, и появившейся чуть позже модификации на 2 ТБ — что по тем временам было очень серьезным значением, так что потребовало и появления специального контроллера MHX (заодно и DRAM-кэш в этой модели перевели на более быструю LPDDR3-память).

Существенно превзойденным во втором поколении 850 Evo, где применялась уже 48-слойная 3D NAND с кристаллами по 256 Гбит. В принципе, это и при прочих равных позволило бы преобразовать модельный ряд из «120 /250 / 500 / 1000 / 2000 ГБ» в «250 / 500 / 1000 / 2000 / 4000 ГБ», что и было сделано, но и прочими равными компания не ограничилась. Переведя, например, DRAM-кэш с LPDDR2 на LPDDR3 во всей линейке и т. п. Впрочем, в основном эти улучшения были уже косметическими и на производительности не слишком сказывались. Да это и не требовалось — отлаженный процесс производства позволял выпускать быструю и надежную память в то время, как конкуренты все еще делали только лишь первые шаги на этом пути.

А в конце прошлого года компания в очередной раз обновила 850 Evo — поскольку производство было уже переведено на 64-слойную память: более выгодную экономически. Принципиальных изменений между моделями нет, так что, как и предыдущий «апгрейд» этот прошел тихо: просто с определенного момента прекратились поставки накопителей старого образца и начали отгружаться исключительно новые. Какие-то отличия в части модификаций можно было бы и поискать — в частности, устройства емкостью от 1 ТБ начали использовать кристаллы по 512 Гбит, но в 250 и 500 ГБ для сохранения ТТХ на прежнем уровне так и осталось 256 Гбит. И кэш-память типа LPDDR3 из расчета «мегабайт на гигабайт емкости». Гарантия, естественно, осталась пятилетней — ограниченной TBW по формуле «75 ТБ на каждые 250 ГБ», т. е. 150 ТБ для нашего героя.

Главным для покупателя в общем-то во всех этих эволюционных изменениях было постоянное снижение цен. Остальные производители как правило добивались подобного эффекта выпуском новых моделей — Samsung предпочитал дорабатывать имеющуюся. В итоге 850 Evo в конце жизненного цикла это совсем не тот 850 Evo, что в начале. В 2015 году эти накопители не пытались по цене конкурировать с самыми дешевыми SSD на рынке — для этого Samsung иногда выпускал устройства на планарной TLC, типа 750 Evo или 650. В 2017 уже могли. При этом их скоростные характеристики как минимум не снижались — внедрение же TLC-памяти в продуктах других компаний, как мы уже не раз отмечали, сопровождалось обычно уменьшением производительности и надежности. Впрочем, три года — срок немалый: за это время «подтянулись» и производители контроллеров, и 3D NAND других поставщиков. На что Samsung заготовил даже не один, а два ответа.

Samsung V-NAND SSD 860 Evo 500 ГБ

Буквально через несколько месяцев после последнего «апгрейда» 850 Evo, компания выпустила новую линейку накопителей — на той же памяти. Практически на той же: в моделях от 1 ТБ не изменилось ничего, а модификация на 500 ГБ (которую мы сегодня и будем тестировать) получила аналогичные старшим кристаллы по 512 Гбит, вместо 256 Гбит. Таким образом, в каких-то условиях она может и отставать от предшественницы, что можно считать недостатком. Но вполне предсказуемым: 500 ГБ ныне уже никакого пиетета не вызывает, постепенно превращаясь в ходовой объем, по цене доступный уже многим пользователям. Для чего нужно снижать себестоимость — пусть даже ценой снижения некоторых скоростных характеристик.

Поскольку происходить это будет не всегда: новая серия накопителей получила и новый контроллер MJX. Он остался двухъядерным, зато тактовая частота выросла почти в два раза, что позволяет работать с более сложными алгоритмами. В частности, впервые за долгие годы (с самого появления в 840 Evo!) изменился SLC-кэш. Ранее он был статическим, теперь же при необходимости и наличии свободных ячеек новый контроллер может задействовать часть их в SLC-режиме, отложив «уплотнение» данных «на потом» — когда нагрузка уменьшится. На практике это означает, что, если 840 Evo и все версии 850 Evo на 500 ГБ могли на высокой скорости принять лишь 6 ГБ данных (статический SLC-кэш, размерами 3 ГБ на каждые 250 ГБ емкости), то в аналогичном 860 Evo предел увеличен уже до 22 ГБ. В принципе, последние контроллеры Silicon Motion (типа SM2258 или SM2259) могут записывать в SLC-режиме хоть все свободные ячейки (т. е. в пределе до трети полной емкости устройства), однако на практике достаточно и первого значения. Строго говоря, большинству пользователей, не увлекающемуся «охотой на попугаев» в бенчмарках, и 6 ГБ было более чем достаточно, однако раз уж конкуренты появились, надо как-то на это отвечать.

В принципе, и увеличение TBW для сохранения гарантийных условий можно тоже считать ответом на внешние воздействия. К примеру, появившиеся в прошлом году накопители серии Intel 545s имеют пятилетнюю гарантию, но ограниченную 72 ТБ на каждые 128 ГБ емкости. В 850 Evo, напомним, 75 ТБ на 250 ГБ, т. е. почти вдвое меньше. А в 860 Evo уже стало чуть больше, поскольку предыдущее значение удвоено: 150 ТБ на каждые 250 ГБ. В общем-то, компании никто не мешал сделать это и раньше. И не только потому, что накопители на это физически способны — просто при их использовании «по-назначению» в обычных персональных компьютерах объемы записи куда скромнее. Почему же производители их ограничивают? Чтобы немного защититься от достаточно популярного «нецелевого» использования — когда потребительские накопители с длинной гарантией устанавливают куда-нибудь в сервер: резервные копии есть, а «накроется» — поменяют. Естественно, это снижает продажи устройств соответствующего назначения, что их основным поставщикам (а Samsung к таковым относится в полной мере) абсолютно не нужно. Особенно с учетом наличия в ассортименте еще одного продукта...

Samsung V-NAND SSD 860 Pro 512 ГБ

Выпуск в 2018 году в новой линейке SATA-накопителя на базе MLC-памяти — решение, конечно, очень смелое, но вполне оправданное. Во всяком случае, если абстрагироваться только лишь от запросов сферических пользователей ПК в вакууме, а посмотреть на рынок шире. После чего мы сразу же увидим, например... разнообразные сетевые хранилища. NVMe-устройства там не нужны. До последнего времени считалось, что и SSD вообще не нужны, поскольку стоят они слишком дорого, а производительность определяется не ими. При использовании гигабитных сетевых адаптеров и небольшом количестве одновременных запросов это действительно так. А с каким-нибудь корпоративным хранилищем может сразу работать и десяток-другой пользователей, да и для соединения его с коммутатором вполне может использоваться канал на 10 Гбит/с — и вот тут уже винчестеры будут узким местом, что мы в процессе тестирования топовых NAS неоднократно наблюдали. А твердотельные накопители — не будут. Конечно, они обойдутся дороже, но если проблему можно решить за деньги, то это уже не проблема, а всего лишь расходы :) В принципе, для такой работы подойдет и устройство на базе TLC-памяти, но MLC обеспечит более стабильные скоростные характеристики, да и ресурс тоже.

Более интересен в данном случае вопрос используемой памяти. Предыдущая MLC-линейка компании, а именно накопители серии 850 Pro использовали отбраковку от 3D TLC NAND — с чем связан и немного атипичный размер кристалла на старте: 86 Гбит. Слова «отбраковка», разумеется, пугаться не стоит: очевидно, что режим работы ячеек с четырьмя уровнями является куда более щадящим, нежели с восемью, а не только более быстрым. В новых же накопителях применяются кристаллы 64-слойной MLC 3D NAND, емкостью 256 Гбит. С TLC это никак не «бьется», так что можно предположить, что Samsung делает такую память специально. С другой стороны (что более вероятно с учетом того, что на дворе уже 2018 год) это может быть и побочным результатом работы по освоению выпуска кристаллов QLC 3D NAND емкостью 512 Гбит. Понятно, что выпуск качественной памяти такого типа очень сложен, но заниматься ей все равно нужно. А дальше срабатывает то, о чем было сказано выше — имея собственное производство (причем крупнейшее по объемам), от рыночной конъюнктуры Samsung не зависит. Если бы компании нужно было закупать память на открытом рынке, выпуск SSD на MLC был бы крайне рискованным мероприятием. При собственном производстве — нет. Особенно, если это действительно те чипы, которые неспособны хранить по четыре бита в ячейке — куда-то же их девать все равно нужно. А покупатели в итоге могут приобрести устройство с большим ресурсом — TBW для моделей на 1 ТБ и выше впору именовать PBW, поскольку счет там идет на петабайты, что для накопителей пользовательского назначения немного непривычно. Собственно, и для 512 ГБ речь идет о 600 ТБ на пятилетней срок гарантии — против 300 и 150 ТБ соответственно для 860 / 860 Evo. Но не дешево, разумеется. Но, по крайней мере, соответствующее предложение в ассортименте компании есть, чем можно и воспользоваться — при необходимости или просто при желании (и финансовой возможности).

Конкуренты

Для сравнения мы решили взять результаты двух накопителей: Intel 545s 512 ГБ и WD Blue 3D SSD 500 ГБ, благо оба актуальны на данный момент и используют сходную (в первом приближении) память. 545s с нашими героями также роднит пятилетняя гарантия, причем и ограничения ее условий сходны с 860 Evo (впрочем, кто на ком стоял вопрос сложный, как уже было сказано выше). У Blue 3D до последнего времени срок гарантии составлял три года, однако сейчас компания начала процедуру его увеличения до тех же пяти лет. Впрочем, и при «старых» условиях сравнивать Blue 3D с остальными участниками можно — это тоже накопитель от крупного и известного производителя, да и цены близкие.

Тестирование

Методика тестирования

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

Производительность в приложениях

Как и следовало ожидать, с точки зрения тестов высокого уровня все примерно одинаковы. Но не совсем — если вооружиться лупой, можно разглядеть, что тройка SSD Samsung немного быстрее, чем предложения Intel и WD. А распределение мест внутри нее тоже предсказуемо: самым быстрым оказывается 860 Pro, а самым медленным — 860 Evo. Однако чтобы это заметить, нужна уже не лупа, а микроскоп :)

Что же касается потенциальных возможностей накопителей, то в целом картина не изменилась — разве что отрыв от «преследователей» увеличился. В итоге современные версии Evo — первые попавшие к нам в руки SATA-накопители на TLC-памяти, способные в этом тесте «перевалить» за 300 МБ/с. Впрочем, и безотносительно ее типа ранее у нас в лаборатории побывало лишь одно способное на это устройство — Toshiba Q300 Pro 256 ГБ. Таким образом, единственное, что несколько омрачает значимость события — потенциальность данного результата.

Предыдущая версия тестового пакета демонстрирует нам аналогичную картину. В целом для накопителей Samsung скорее благоприятную, чем наоборот. Т. е. понятно, что если разница в скорости заметна только в тестах, ей можно и пренебречь — но почему бы при прочих равных не выбрать более быстрый накопитель. При неравных — уже выбирать нужно: что важнее.

Последовательные операции

С этими сценариями при ограниченной области данных давно все ясно — ограничителем для SATA-накопителей является собственно интерфейс SATA. В т. ч. и при записи, поскольку SLC-кэширование давно уже стало стандартным поведением накопителей на базе TLC, а для MLC-памяти никакие ухищрения и сами по себе не нужны. Поэтому в обновленной тестовой методике мы задачу усложним :) А сегодня просто отложим окончательный вердикт до более серьезных нагрузок.

Случайный доступ

Контроллеры Samsung давно уже с такими нагрузками справляются легко и непринужденно, 3D NAND собственного производства медлительностью тоже никогда не отличалась — в итоге и результаты высокие. Разве что проигрыш 860 Evo предшественнику той же емкости может кого-то расстроить, однако ничего неожиданного в нем нет — увеличение емкости кристаллов и уменьшение их количества так и должно было сработать. В конце-концов, запас производительности был достаточным для того, чтобы даже после ее снижения все равно опережать накопители того же класса от других производителей, а «внутрифирменная» конкуренция все равно не планируется: по мере исчерпания старых запасов, 850 Evo просто исчезнет с прилавков.

Работа с большими файлами

Чтение данных как неоднократно было сказано проблемой для памяти любого типа давно не является (вот контроллеры могут производительность ограничивать), так что все дружно уперлись в интерфейс на сопоставимом уровне.

Запись заведомо «вылетает» за емкость SLC-кэша, несмотря на увеличение его емкости в 860 Evo, а производительность собственно массива памяти за счет снижения параллелизма снизилась. Соответственно, если 850 Evo выдавал максимум для SATA600, то его сменщик этого не может. И даже отстает от конкурентов, использующих в моделях такой емкости кристаллы по 256 Гбит, «придерживая» более крупные для больших емкостей.

Еще один сложный (до сих пор) сценарий для TLC-накопителей — запись одновременно с чтением. Впрочем, 860 Pro по понятным причинам эта проблема не касается — использование двухбитных ячеек в паре с высокопроизводительным контроллером позволяет устройству демонстрировать максимальную доступную для SATA600 производительность. А вот накопители семейства Evo заметно медленнее — особенно при (псевдо)случайном доступе. Впрочем, несложно также заметить, что обеспечить заметно более высокую производительность можно разве что за счет хитростей, типа «бесконечного» SLC-кэша накопителей на базе последних контроллеров Silicon Motion, но не при использовании обычного статического кэширования. Да и «необычного» как в 860 Evo тоже — справляется оно только при меньших объемах информации. Однако все это становится незначимым, если вспомнить, что большинстве твердотельных накопителей дела обстоят не лучше :) Но, при этом, такого выбора, как Samsung (обновивший MLC-линейку — пусть и по соответствующей цене), их производители покупателю не оставляют.

Рейтинги

Как уже было сказано выше, производительность 860 Evo можно было и снизить — все равно «в попугаях» он длиннее основных конкурентов. А если нужно еще больше «пернатых», охотиться за ними принято в других местах — снабженных другими интерфейсами, во всяком случае. Последний давно уже многое определяет — почему мы сразу и написали, что 860 Pro это в первую очередь не «про скорость». Во всяком случае, не про ту, которая интересна индивидуальному пользователю ПК.

Но, естественно, представители этой линейки отлично справятся и с такими нагрузками — просто для этого они избыточны. Равно как и гарантийный ресурс тоже совсем из другой области, но особо мнительным покупателям может пригодиться. А с точки зрения производительности и Evo вполне достаточно. В т. ч. и новой серии — где таковая немного снизилась, но все равно осталась заметно более высокой, чем у большинства конкурирующих разработок. Во всяком случае, в пределах класса — понятно, что смена интерфейса позволяет убрать некоторые узкие места (как минимум, в плане низкоуровневых характеристик), но это отдельная история.

Цены

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

Intel 545s 512 ГБ Samsung 850 Evo 500 ГБ Samsung 860 Evo 500 ГБ Samsung 860 Pro 512 ГБ WD Blue 3D 500 ГБ

Итого

В принципе, на какие-либо открытия мы не рассчитывали: Samsung, как уже было сказано в начале, имеет солидный опыт как разработки твердотельных накопителей в целом, так и использования (и производства, что особенно важно) 3D NAND TLC. По сути, компания просто обогнала конкурентов «на повороте»: о необходимости перехода на 3D NAND говорили все, но вот сам переход у большинства проходил с большими сложностями. Полученной форой в пару лет в Samsung распорядились правильным образом, в результате чего сейчас решения компании на базе TLC-памяти являются одними из лучших на рынке. И очень важно, что к настоящему моменту они даже могут считаться недорогими: из «среднего» класса линейка Evo постепенно спустилась в бюджетный, не растеряв попутно своих преимуществ.

При этом высокие объемы производства позволяют компании не забрасывать полностью MLC NAND. Конечно, эта память уже превратилась в нишевое решение, но ниша у нее однозначно есть. А при дальнейшем снижении цены она только расширится. И конечно, 860 Pro будет относительно популярен и у обычных пользователей, поскольку некоторые из них до сих пор настороженно относятся к TLC-памяти. Понятно, что за психологический комфорт им придется доплатить... Но с другой стороны, а за что еще стоит платить, как не за комфорт? :)

Таково положение на день сегодняшний. Что будет завтра — неизвестно. На полупроводниковом рынке безусловно нужно бежать, чтобы просто оставаться на месте, а чтобы куда-то попасть — бежать нужно вдвое быстрее. В скором будущем нас ожидают новые «повороты» в виде внедрения QLC NAND, а то и вовсе «не-NAND»-памяти. И кто из производителей справится с переходом в наилучшей степени, покажет только время. Пока же положению Samsung на рынке SSD никто серьезно не угрожает, и новые линейки накопителей целиком и полностью это подтверждают.

23 марта 2018 Г.