Первый взгляд на Intel SSD 670p 2 ТБ: еще один немного атипичный накопитель на QLC NAND

Многие покупатели опасаются 4-битной флэш-памяти (типа QLC NAND) и, в общем-то, не на пустом месте. Я вот тоже продолжаю считать, что в полной мере заменить TLC как универсальное решение она не может. И вряд ли в обозримой перспективе сможет – все-таки собственная скорость записи оставляет желать много лучшего, да и «износостойкость» таких ячеек объективно в разы меньше. По чисто техническим причинам: каждая ячейка представляет собой обычный полевой транзистор, т.е. по сути прибор аналоговый – а разное количество бит обеспечивается окружением массива, преобразующего заряд (непрерывную величину) в некое дискретное значение. Для хранения одного бита нам нужно разделять всего два состояния (SLC), двух – уже четыре (MLC), для трех бит (TLC) требуется распознавание восьми состояний, а 4 бита (QLC) – это уже 16 состояний. Все бы ничего, будь они статичными. Однако заряд постепенно «утекает», а скорость этого с каждым циклом стирания увеличивается. В общем, данные могут искажаться – что равносильно их потере. На первых этапах этим можно было и пренебречь, поскольку емкость росла пропорционально сложности схем, теперь же удвоение проблем дает нам лишь дополнительную треть битов, байтов и т.п.

С другой стороны, альтернативы все равно нет. Объемы хранимой информации постоянно растут, а цены флэш-памяти все еще остаются слишком высокими, чтобы относиться к этому процессу спокойно. Справляться с дефицитом в немалой степени удается лишь благодаря «помощи» со стороны жестких дисков – до сих пор берущих на себя основную работу по хранению холодных данных. Но скорость работы и плотность хранения информации у них давно уже оставляет желать лучшего, а наращивать емкость и снижать стоимость хранения тоже получается даже хуже, чем у флэш-памяти. И это фактически два лучших носителя – есть и более быстрые, и потенциально более дешевые, но на данный момент непригодные для массового использования (а то и вовсе – любой коммерческой эксплуатации даже в отдельных нишах). Поэтому увеличивать плотность хранения информации во флэше производители будут и дальше – пока это вообще будет возможным. Micron, например, на данный момент уже решил не размениваться на мелочи, а экспериментирует с большим скачком – переходом сразу к хранению в одном транзисторе целого байта. Сложно ожидать, конечно, появления такой OLC-памяти в широкой продаже в ближайшее время – но и QLC из лабораторий на прилавки шла лет десять.

Пришла. И будет использоваться все активнее – это объективный процесс. В котором придется принимать участие и покупателям, благо в снижении цен они заинтересованы непосредственно. Только делать это нужно осмысленно – оперируя конкретными задачами и подходящими под них накопителями. Как уже говорил, имеющие емкость менее терабайта вообще не интересны – тут уж лучше ограничиться TLC. Пусть и за большие деньги – однако при емкости в 500 ГБ, например размер доплаты не так уж и велик. А вот когда требуется пара терабайт, то та же относительная разница в цене дает уже солидную абсолютную экономию – так что есть за что побороться. Но если уже сэкономили на памяти, то не стоит дополнительно пытаться экономить и на контроллере (вклад в стоимость которого при таких объемах как раз относительно невелика): бюджетные модели способны тормозить и в паре с TLC-памятью, а выжимать что-то серьезное из QLC – задача более сложная. При этом нужно отдавать себе отчет, что «выжать» получится не всегда – чтение будет быстрым, а вот запись больших объемов информации все равно окажется медленной. Но если укладываться в размеры SLC-кэша, который накопитель будет в фоне поддерживать в более-менее приличном состоянии (что, кстати, бюджетные контроллеры тоже часто не делают) – возможно, что никаких проблем невооруженным глазом заметить не удастся. Если же перспектива их возникновения пугает… Значит пока такой способ экономии рассматривать не стоит.

Тут часто возникает вопрос – а как же тогда производители продвигают QLC в серверных накопителях? А очень просто – там она в основном используется в моделях высокой емкости. По-настоящему высокой – а по меркам «бытовухи» вообще сверхвысокой: 8–30 ТБ. В паре с приличным контроллером, специально на такое применение заточенным, такие накопители способны и при длительных тяжелых нагрузках удерживать постоянную скорость записи на уровне 1–4 ГБ/с. Безо всяких ухищрений, типа SLC-кэша – объем вытягивает собственную скорость на такой уровень. Совсем недавно в принципе недостижимый. Но и, в любом случае, такие накопители как универсальные все равно не используются – это такой специальный уровень для прохладных данных. Основные оперативные объемы по-прежнему обеспечивает TLC (а то и MLC), гигантское дешевое хранилище для холодных данных – по-прежнему собирается на жестких дисках, а SSD QLC встраиваются между ними. Кстати, и в бытовом сегменте это тоже потенциальная полезная сфера применения QLC-накопителей. Но, естественно, в нем труба пониже – и дым пожиже: меньше емкость, так что и полагаться на собственные возможности памяти уже не приходится. Ее приходится подстегивать соответствующими алгоритмами работы.

На чем в свое время собаку съели в Intel. Собственно, компания этот тип памяти одной из первых на рынок и вывела. И линейка Intel SSD 660p на тот момент многих удивляла – поскольку это были NVMe-накопители на базе «полноценного» контроллера Silicon Motion SM2263 с DRAM-буфером (для экономии, правда, его размер был равен всего 256 МБ во всех моделях серии – но этого на практике на самом деле обычно и достаточно). Не слишком дешевые – но с полновесной пятилетней гарантией. А для работы в качестве основного и единственного накопителя в компьютере появилось и семейство Optane Memory H10 – где для ускорения работы добавлен небольшой кэш на базе памяти 3D Xpoint. Позднее появилась линейка 665р – тот же самый 660р, но чуть быстрее и дешевле, благодаря использованию 96-слойной памяти вместо 64-слойной. И последние семейство QLC-продуктов, выпущенное уже тогда, когда компания приняла решение уходить с рынка флэш-памяти – Intel SSD 670p и Optane Memory H20. Первый – на новом контроллере SM2265 (аналог SM2267, но с отключенной поддержкой PCIe Gen4) с традиционными и ранее 256 МБ DRAM-буфера (независимо от емкости) и 128-слойной памяти. Второй же аналогичен Н10 – но с таким же апгрейдом NAND-части, т.е. SM2265 и 128-слойный флэш.

При этом в ассортименте Intel поменялось и кое-что еще. 660p дополнял TLC-линейки 545s (SATA) и 760p – но к моменту появления 670p их жизненный цикл закончился. То есть, по сути, компания не просто активнее прочих продвигала QLC – она уже начала позиционировать накопители как альтернативу TLC-накопителям. Для чего в очередной раз улучшила условия гарантии: срок остался пятилетним, но вот разрешенный полный объем записи поэтапно почти удвоился – у 660p на 2 ТБ было 400 ТБ, а у аналогичного 670p стало 740 ТБ. Т.е. почти 150 ТБ в год – в то время, как большинство SSD на такой памяти ограничены 80 ТБ. Приличные SSD на TLC могут больше – но это уже перестает иметь какое-то практическое значение при использовании по-назначению. А вот что со скоростью – вопрос интересный. Компания, конечно, утверждает, что производительность новых семейств выросла – и теперь достаточна для массового пользователя. Но мы проверим – насколько это верно и всегда ли.

Традиционно начнем с полной прописи данными. Скорость для QLC выдающаяся – полная-то только в пределах SLC-кэша, но и за его пределами все 250–300 МБ/с. Напомню, что недавно изученный WD Green SN350 2 ТБ пишет раза в полтора меньше, SSD Samsung – аналогично, а всякие бюджетные контроллеры в дешевых SSD зачастую и 100 МБ/с достичь не могут.

Для сравнения аналогичный график с 660p 2 ТБ – вот так оно начиналось. Колебания в диапазоне 110–180 МБ/с, да и в кэш в полтора раза медленнее. В общей сложности процесс полной прописи занимал вдвое больше времени. В определенной степени успех. Но в определенной – это старшая в линейке модификация. При такой же и даже меньшей емкости TLC с хорошим контроллером может записываться на порядок быстрее. Поэтому для 670p (как и предшественников) жизненно-важно SLC-кэширование. Хватит размеров кэша – запись быстрая или даже очень быстрая. Нет – существенное замедление. Алгоритм же работы кэша в первом приближении не изменился: под него можно использовать до половины свободных ячеек. Следовательно, производительность в среднем будет тем выше, чем больше свободного места – это верно и для многих накопителей на TLC, и для практически всех QLC SSD.

При этом мы уже видели, как Kingston NV1 и тот же Green SN350 расчищают кэш по-максимуму при первой же возможности, так что в любом случае пару десятков гигабайт информации могут записать быстро. В Intel же применяется более классический подход, так что скорость формально пониже – хотя и собственные характеристики флэша выше. Так в современном мире бывает – очень многое решают уже не ТТХ железа, а мастерство программистов.

Впрочем, не всегда. Если в работе действительно есть длинные паузы, подход с принудительной расчисткой кэша оправдан. А если нагрузка не слишком высокая, но постоянная (что обычное дело для системного диска, например), то времени на служебные операции не находится. И производительность резко падает. Тесты низкого уровня показать такое не способны, а вот PCMark 10 Storage Full System Drive все хорошо определяет. Им и воспользуемся – все равно альтернатив для измерения комплексных показателей нет. А для сравнения возьмем три ранее протестированных двухтерабайтника на QLC и добавим еще пару терабайтников на TLC.

Что ж – показательно. Kingston NV1 (на бюджетном контроллере) даже пустым не слишком быстр – а при нехватке свободного места оказывается и медленнее приличных SATA-устройств. Родоначальник серии Intel SSD 660p пустым обгоняет даже некоторые SSD намного более высокого класса (в Cardea IOPS используется Phison E12 – на тот момент топовый контроллер компании) – но при нехватке свободного места уже проваливается ниже приличных бюджетников на TLC. Новые же SSD на QLC намного быстрее старых, но ведут себя очень по-разному. Оба снижают производительность при заполнении данными, но Green SN350 традиционно оказывается медленнее бюджетного эталона в виде «старого» WD Blue SN550, а вот Intel 670p – заметно быстрее его. Это – принципиальный момент.

Впрочем, принципиально пока ситуацию не меняющий. Современные SSD на QLC NAND, использующие «приличные» контроллеры и имеющие высокую емкость работают намного быстрее бюджетных продуктов. Нередко и быстрее дешевых моделей на TLC – да и условия гарантии могут быть лучше, чем у последних. Во всяком случае, современные моделей WD и Intel выглядят интересно. Но проблема в том, что они и самые дорогие обычно. И зачастую получается найти что-нибудь не хуже, а то и лучше, но дешевле – так что в таких условиях выбирать именно QLC как минимум несколько странно. А если же говорить о дешевых SSD на QLC, то там все традиционно плохо по-прежнему – хоть и дешево. Поэтому использование QLC становится все более массовым – но вот спешить поучаствовать в этом процессе не стоит. А вот работу производителей нельзя не отметить – SSD такого типа у них начали получаться все лучше и лучше. Жаль, что стоят дороговато.