Обзор SATA SSD KingSpec P3-2TB. Метод «чёрного ящика» и размышления о судьбах SSD с интерфейсом SATA

В этом обзоре будет рассмотрен бюджетный SSD с интерфейсом SATA. Такие SSD сейчас, прямо скажем, совсем не являются верхом технического совершенства; но в продаже расходятся, как горячие пирожки.

А секрет здесь в том, что они по-прежнему имеют достаточно широкую сферу применения, и если их характеристики достаточно благопристойны, то и потребитель будет доволен.

Далее в материале будут приведены результаты тестов, и по их итогам разберёмся, почему с этим SSD можно жить и каковы его оптимальные области применения. Кроме того, попытаемся сделать глобальные обобщение о роли и месте твердотельных накопителей с интерфейсом SATA в наше время, включая их анализ как «чёрных ящиков».

Сразу извиняюсь — будет «много букв».

Характеристики, упаковка, конструкция SATA SSD KingSpec P3-2TB

Производители бюджетных SSD не любят особо углубляться в дебри технических характеристик и подробно описывать аппаратную начинку своих изделий. Такая краткость позволяет им оставить «простор для манёвра», и, при наличии необходимости, заменить типы или поставщиков отдельных компонентов.

Далее приведена краткая выдержка из характеристик (самое основное):

Заявлен ресурс перезаписи, составляющий 960 ТБ. Из этого следует, что каждая ячейка памяти может быть перезаписана 480 раз. Но, как показали испытания на износостойкость, проведённые специалистами некоторых порталов, реальная износостойкость SSD обычно в разы превосходит заявленную. Тем не менее, производители подстраховываются и указывают в характеристиках не слишком большие значения.

Теперь посмотрим на упаковку и внешнее оформление накопителя.

Упаковка накопителя — яркая и красочная. На обратной стороне упаковки есть окошко, через которое видна этикетка накопителя со всеми его реквизитами. «Кота в мешке» производитель не продаёт (если не считать «тонкостей» внутренней начинки :).

Внешний вид самого накопителя — более чем типичный, что определяется стандартами отрасли:

Корпус SATA SSD Kingspec P3 изготовлен из чёрного пластика; верхняя крышка держится на защелках. При достаточной аккуратности накопитель можно открыть и изучить его внутренности, что и будет сделано в следующей главе.

Аппаратная «начинка» SATA SSD KingSpec P3-2TB

Итак, открываем наш SSD и смотрим, что там у него внутри:

Фото обратной стороны платы не будет — там просто ничего нет.

«Начинка» этого SSD — довольно простая.

Посередине снизу виден контроллер SM2259XT2G — типичное решение для «бюджетников». Он — четырёхканальный (это — хорошо), но безбуферный (dramless, это — плохо).

Справа расположен большой чип NAND-памяти, в котором уместились все 2 терабайта информации. До чего дошла техника!

Маркировка на чипе — не очень отчётливая, но слово SanDisk прочесть можно. Перефразируя Маяковского, можно сказать: «Мы говорим SanDisk — подразумеваем Western Digital; мы говорим Western Digital — подразумеваем SanDisk». Всё потому, что ещё в 2016 году Western Digital купила компанию SanDisk, что позволило усилить компании Western Digital свои позиции в области накопителей на флеш-памяти вдобавок к своей высокой позиции в области производства традиционных HDD.

Кроме контроллера и собственно памяти, на плате расположен кварцевый генератор на 50 МГц, преобразователь питания и прочая обвязка.

Данные внешнего осмотра полностью подтверждаются утилитой анализа твердотельных накопителей под названием smi_flash_id v0.567a от Вадима Очкина (aka VLO, Новосибирск), вот результаты:

• Model: P3-2TB
• Fw: X0509A0
• Size: 1953514 MB [2048.4 GB]
• From smart: [SMI2259XT] [X0509A0 08] [SDKB5]
• Controller: SM2259XA bufferless
• FlashID: 0x45,0x40,0x9a, 0x3,0x7e, 0x64,0x0,0x0 — Sandisk 112L BiCS5 TLC 16k 2Plane/die
• Channel: 2
• CE: 2
• TotDie: 16
• Plane: 2
• Die/Ce: 4
• Ch map: 0x03
• CE map: 0x03
• Inter.: 8
• First Fblock: 2
• Total Fblock: 3222
• Total Hblock: 30524
• Fblock Per Ce: 3222
• Fblock Per Die: 3222
• Original Spare Block Count: 150
• Vendor Marked Bad Block: 0
• Bad Block From Pretest: 44

Из приведённых выше данных следует, что 4-канальный контроллер в данной конфигурации использует только два канала. Но, возможно, в версии накопителя на 4 ТБ используются все 4 канала (на плате есть ещё свободное место для второго чипа памяти). С другой стороны, если в накопителе на 4 ТБ окажется память не TLC, а QLC, то и использование всех 4-х каналов не поможет повысить скорость. Впрочем, об этом порассуждаем в следующей главе.

Рассуждение о производителях флеш-памяти, почему 3-ий сорт — не всегда брак, и о прочих философско-технических сущностях

Иногда в Интернете можно встретить мнения, что память для бюджетных накопителей изготовляют какие-то «подзаборные» производители, и потому надёжность у этой памяти — никакая.

На самом деле с памятью, действительно, бывают проблемы, но происхождение их — иное.

Никакие «подзаборные» производители флеш-память не изготовляют: это настолько сложный и высокотехнологичный процесс, что наладить такое производство в подвале продмага не представляется возможным. Так что флеш-память производится только «солидными» производителями.

Но, как водится, есть нюанс. А если выпущенная «солидным» производителем продукция оказалась относительно работоспособной, но не вполне соответствующей техническим условиям — то что, выбрасывать?! Это же недопустимое расточительство! Экономика должна быть экономной! Похоже, этот некогда бытующий у нас лозунг взяли на вооружение производители флеш-памяти.

И вот уходит всякая медлительная и недофункциональная память доблестным китайским производителям твёрдотельных накопителей с сопутствующим дисконтом.

Видимо, из числа недофункциональных чипов оказалась и память в тестируемом накопителе (это, конечно, всего лишь предположение; но основанное на вполне вероятном сценарии).

В данном случае, видимо, в качестве TLC памяти использовали кристаллы, оказавшиеся неработоспособными в режиме QLC.

Не буду вдаваться в тонкости отличий технологий TLC и QLC, но главным в данном случае будет то, что в памяти QLC информация в ячейке кодируется 16-ю уровнями заряда; а в памяти TLC — только 8-ю уровнями.

Соответственно, в кристаллах QLC потребуется и более точная «заливка» заряда в ячейку, и более точное считывание.

Если кристалл при изготовлении получился слегка «кривым», то он может оказаться неспособным с нужной точностью залить или считать заряд.

Но если память перевести в режим TLC, то требования к точности снижаются вдвое! И тогда память может работать!

Вот так память третьего сорта может оказаться в бюджетном накопителе в качестве памяти TLC, что при прочих равных условиях было бы для бюджетного накопителя непозволительной роскошью.

Выиграет или проиграет потребитель от такого использования не вполне кондиционной памяти?!

Скорее выиграет, чем проиграет. Ведь если бы память оказалась вполне кондиционной, то производитель накопителя задействовал бы её в режиме QLC со всеми её недостатками: медленной работой и сниженным ресурсом.

Насчет улучшения ресурса в такого рода кристаллах (принудительно переведённых в режим TLC) трудно что-то утверждать, а улучшение быстродействия должно произойти обязательно (по сравнению с QLC-памятью при прочих равных).

Так что потребителю в данном случае в какой-то мере повезло (без шуток), что попалась слегка «дефективная» память.

Испытания SATA SSD KingSpec P3-2TB с помощью тестовых утилит

Тестов будет проведено немного, но это будут самые важные тесты: быстродействия при чтении и записи, тест блочной записи с разными размерами блоков, температурные режимы и потребление.

Тест проводился на накопителе, извлеченном из корпуса (для создания тепловых снимков в процессе тестов).

Сначала посмотрим на состояние этого SSD в статике:

Результаты в статике — хорошие: ёмкость соответствует заявленной (что подтвердится и другими тестами), а датчик температуры — реальный, а не фиктивный с прибитой к столбу насмерть одной и той же температурой, независимой ни от чего (что у «бюджетников» бывает сплошь и рядом).

Боевые испытания начнём с теста линейного чтения накопителя с помощью утилиты AIDA64. В этом этом тесте накопитель будет заполнен данными на 10%, что позволит сравнить скорость считывания реальных данных и пустых областей:

Считывание данных из заполненной данными области далось накопителю чуть сложнее, чем чтение «пустых» областей, но снижение скорости в начале графика — очень небольшое. В целом скорость передачи данных по всему объёму оказалась близка к максимальной скорости интерфейса SATA.

С графиком линейной записи всё оказалось сложнее, как водится.

Приведённый выше график — пожалуй, самый главный тест; ибо он показывает поведение накопителя как в пределах использования SLC-кэша, так и за его пределами.

В начале графика почти на 35% ёмкости накопителя (ок. 700 ГБ) идёт быстрая запись: это работает SLC — кэш. Чтобы читатель не думал, что с такой скоростью всегда можно будет записать 700 ГБ, напомню, что SLC-кэш создаётся из свободной памяти накопителя, и чем больше SSD заполнен данными, тем меньший объём может быть записан с высокой скоростью. Грубо говоря, если накопитель будет заполнен на 3/4 объёма, то SLC-кэша хватит уже не на 700 ГБ быстрой записи, а только на 175 ГБ (а затем — просадка по скорости). Иными словами, высокая степень заполнения накопителя не рекомендуется (хотя и возможна).

Кроме того, надо отметить, что такой высокий объём SLC-кэша говорит о том, что практически вся свободная память преобразована в кэш. А что будет делать контроллер, когда кэш кончится, а свободной памяти нет?

Он будет преобразовывать ячейки SLC-кэша в ячейки «нормальной» памяти (которая TLC), делая из одной ячейки SLC три ячейки TLC. Вот так снова будет появляться свободная память. Но есть проблема: придётся и кэш расчищать, и данные записывать — делать два дела сразу! В результате — резкое снижение производительности, причём она окажется даже ниже собственной производительности памяти TLC, если бы она работала «тупо и в лоб» без всяких хитроумных кэширований.

Эксперименты Вадима Очкина (VLO) над SATA-накопителем Adata SU800 с принудительным переводом из штатного режима в режим SLC по всему объёму накопителя и, наоборот, в режим работы без SLC-кэша («прямая» работа TLC-памяти) показали такие интересные цифры:

• В штатном режиме (работа с кэшированием) цифры оказались такими: запись в кэш — 480 MB/s; запись по окончании кэша (с упомянутой выше двойной работой) — 170 MB/s;

• Скорость записи в накопитель, весь переведённый в SLC-режим, — 460 MB/s (равномерно по всему объёму, правда, уменьшившемуся втрое);

• Скорость записи в накопитель, весь работающий в режиме TLC без кэша, — 385 MB/s (тоже равномерно по всему объёму).

Что из этого следует? Что для работы с массированной записью больших объёмов самый выгодный режим был бы вообще без кэша на собственной скорости TLC-памяти. Кстати, обычно именно так и работают серверные SSD: там нужно по возможности равномерно обслуживать все запросы, а не по принципу «кто первый встал, того и тапки». Пример анализа работы серверного SATA SSD — в этом обзоре.

Для обычных же «гражданских» накопителей производители включают режим с SLC-кэшированием, справедливо полагая, что запись больших объёмов одиночный пользователь будет производить достаточно редко; а для малых объёмов записи SLC-кэширование хорошо скроет медленную работу памяти.

Фух, я не утомил уважаемого читателя теорией?

Всё, возвращаемся к тестируемому накопителю.

За пределами области с быстрой записью скорость снижается примерно до 105 МБ/с. Снижение вызвано уже упомянутой «двойной работой» по расчистке кэша и одновременной записи поступающих данных.

Такая скорость — очень неплоха (для «бюджетника»). Важно: каких-то катастрофических провалов скорости записи нет, она идёт ровно; а отдельные пики на графике — это попытки задействовать слегка расчищенный кэш, но его хватает очень ненадолго.

Существуют в природе SATA накопители, у которых весь график записи — ровный и идёт на максимуме скорости интерфейса благодаря быстрой памяти. Можно, например, упомянуть некоторые SSD от Samsung или Kingston, но стоят они дорого; а вкладывать существенные средства в наше время в накопители SATA — не лучшая идея. Ну, разве что, если есть какая-то острая производственная необходимость для редких узкоспецифических задач.

Теперь, для окончательной ясности с быстродействием SSD, будут приведены результаты ещё пары популярных утилит тестирования (ATTO и CristalDiskMark). Здесь надо обратить внимание, что их результаты получены в пределах работы SLC-кэша (т.е. в «быстрой» области).

Полученные в этих утилитах результаты — обыкновенные, и не вызывают удивления ни в плохом, ни в хорошем смысле.

Но все приведённые выше графики и тесты — это теоретический анализ SSD. А теперь перейдём к практической проверке SSD в режиме копирования файлов с более быстрого NVMe PCIe накопителя.

Испытания SATA SSD KingSpec P3-2TB с реальным копированием файлов большого объёма

Переходим от теории к практике (и одновременно ищем подтверждение теории).

В последующих экспериментах было выполнено копирование большого объёма файлов с накопителя NVMe PCIe (скорость чтения около 1100 МБ/с) на тестируемый накопитель SATA. Благодаря значительно более высокой скорости чтения с накопителя NVMe PCIe, чем скорость записи на накопитель SATA, можно рассчитывать на то, что в итоге получим «неискаженную» скорость записи на накопитель SATA (т.е. накопитель NVMe PCIe не будет «узким горлом», замедляющим копирование).

Первый эксперимент — копирование очень большого объёма в 400 ГБ на тестируемый накопитель, свободный на 50%:

Здесь сначала примерно до 70% копирования идёт с высокой скоростью около 460-480 МБ/с — это работает SLC-кэш. Затем он исчерпался, и началось медленное копирование со скоростью 105-120 МБ/с. В этот период накопитель выполнял описанную выше «двойную работу»: и писал свежие данные, и расчищал SLC-кэш, преобразуя его в TLC-память и переписывая туда данные из кэша.

Итак, к моменту окончания копирования SLC-кэш оказался исчерпанным; но и свободной TLC-памяти тоже не было, так как она сразу при восстановлении забивалась как свежепоступившими данными, так и данными из кэша.

И вот в этой непростой ситуации снова сразу же запускаем копирование ещё на 400 ГБ!

Здесь всё плохо: почти всю запись приходится делать в медленном режиме «двойной работы».

Мораль: копирование нескольких крупных объёмов данных подряд создаёт для накопителя тяжелый режим работы. Лучше дать ему отдохнуть (при возможности)!

После этого в течение примерно получаса сохранялась повышенная температура накопителя. Он не лежал без дела, а разбрасывал данные из кэша, освобождая его для новых операций.

Наконец, проводим 3-ий тест: копирование 400 ГБ данных при 32% свободного объёма. Время отдыха после всех предыдущих операций составило 1 час.

Здесь снова видим в начале быстрое копирование в освободившийся SLC-кэш, пока он не забьётся. Но кэша теперь меньше, чем при первом копировании, так как он создаётся из свободной памяти, а её теперь стало меньше. Если при первом копировании кэша хватило на 70% копирования, то теперь — только на 57%.

Итак, реальное копирование файлов подтвердило теорию работы накопителей с использованием SLC-кэша. Но к этому надо добавить, что в накопителях может применяться и не только такой алгоритм работы с кэшем, как в данном случае. Если в кэш преобразуется не вся свободная память, а только её часть, то могут возникать «трехступенчатые» графики линейной записи в накопитель; и, соответственно, скорость записи имеет более хитрую зависимость от величины свободного места в накопителе. Но в данном случае алгоритм оказался проще пареной репы. :)

Тест температурного режима и потребления

Теперь для проформы проверим температурный режим и потребление. Они оказались ожидаемо благоприятными, но проверить надо было.

Тепловой снимок был сделан при стабилизировавшейся температуре в наиболее тяжелом режиме — линейной записи:

Температура составила всего 48 градусов, областей аномального нагрева нет. Даже если добавить несколько градусов, на которые увеличится температура в закрытом корпусе, всё равно проблем нет.

Потребление ни в одном из режимов не превысило 270 мА. При таком потреблении накопитель можно смело упаковывать во внешний корпус и использовать в качестве внешнего хранилища: такое потребление легко потянет даже слабенький порт USB 2.0.

Рассуждения об SSD как «чёрном ящике» и судьбе SATA-накопителей

Итак, формально по результатам тестов нашему герою стоило бы присвоить статус если и не совсем «отстой», то близко к этому. Виной тому — медленная память со слабой параллельностью.

А теперь давайте проведём мысленный эксперимент, основанный на результатах теста: дадим условному пользователю этот SSD в качестве «чёрного ящика» (без пояснений о «начинке») и попросим оценить его производительность в типовых задачах.

Это условный пользователь ставит на SSD систему — она отлично ставится, быстро! Под «быстро» имеется в виду с точки зрения накопителей с интерфейсом SATA; Вы не подумайте там чего! :)

Затем он устанавливает одну игру большого объёма гигабайт на 100 — тоже отлично ставится!

Затем — вторую и третью — тот же результат!

То есть, в реальных сценариях пользователь не выйдет за рамки работы SLC-кэша и не почувствует, что на самом деле там установлена медленная память. По крайней мере, пока не забьёт накопитель «по самые уши».

И вот этот мысленный эксперимент — по существу, приговор дорогим SATA SSD с быстрой памятью: для пользователя никаких отличий не будет.

Но к этим рассуждениям надо сделать важное замечание: они действительны только для SSD с большим собственным объёмом, где и SLC-кэш — тоже большой. Для «мелких» SSD этот условный пользователь отличия в производительности заметит, и очень быстро! :)

Но покупка «мелких» SSD сейчас стала делом крайне не выгодным: мало того, что у них производительность ниже, чем у ёмких SSD; у них ещё и удельная цена за условный гигабайт намного выше.

Теперь продолжим наш мысленный эксперимент и предположим, что точно такая же флеш-память установлена в SSD c интерфейсом PCIe NVMe.

Пользователь сразу заметит существенное ускорение работы за счёт ускорения интерфейса, по крайней мере, при небольших объёмах операций с данными; а для больших объёмов накопители просто будут работать одинаково.

То есть, в общем случае, ускорение работы будет ощутимым!

К этому надо добавить, что разница в цене бюджетных SSD с интерфейсами PCIe NVMe и SATA уже далеко не столь велика, как встарь. И это — приговор для SSD с интерфейсом SATA, которые будут переходить в категорию нишевых продуктов для случаев, когда SSD с интерфейсом PCIe NVMe установить невозможно.

Итоги и выводы, область применения, благодарности

Итак, протестированный SATA SSD KingSpec P3-2TB показал себя с очень положительной стороны, но, разумеется, только с точки зрения категории «бюджетников». В то же время, как уже говорилось выше, покупать в наше время «не-бюджетники» с интерфейсом SATA — весьма сомнительное предприятие. Это не значит, что они когда-то скоро станут совсем бесполезными: интерфейсу SATA в десктопах ещё жить да жить! Но такая конфигурация стала уже просто не оптимальной.

Если сравнивать с бюджетными же накопителями с интерфейсом PCIe NVMe, то цена последних в равном классе всего на 10-20% выше, чем для накопителей с интерфейсом SATA, так что если есть возможность установить их в систему, то именно их и есть смысл покупать. Память там, скорее всего, такая же, как и в накопителях SATA, но за счёт более быстрого интерфейса будет очень заметна прибавка скорости на «спринтерских» дистанциях.

Итак, для чего подойдёт протестированный SSD?

Первый, и самый широкоизвестный вариант применения — установка в старых ноутбуках на замену работавшим там HDD. В этом случае ноутбук совершит просто рывок производительности. Проблемой в таких устаревших ноутбуках будет невозможность перехода на Windows 11 (без «военных хитростей»), но и с Windows 10 ещё какое-то время можно будет жить.

Второй вариант — установка в качестве второго накопителя в системе, где уже есть быстрый загрузочный SSD NVMe PCIe. Сейчас уже можно задумываться о замене некогда популярной связки «быстрый загрузочный SSD + медленный ёмкий HDD» на связку «быстрый загрузочный SSD + второй (бюджетный) SSD». Такая связка становится уже вполне приемлемой по цене при установке в качестве второго накопителя SSD бюджетного класса.

Но и в такой конфигурации есть нюанс: если на материнской плате есть свободный слот для SSD типа M.2 или свободный слот PCIe, то есть смысл всё-таки установить в качестве второго SSD PCIe NVMe (в последнем случае потребуется пассивный переходник с шины PCIe на M.2).

Кроме такого рода применений, можно использовать и для применения в качестве внешнего файлохранилища (при упаковке во внешний корпус с USB интерфейсом).

При тестировании накопителя использовался тепловизор Uni-T Uti120Mobile (обзор).

Купить протестированный SSD можно на Алиэкспресс; цена на дату составления обзора — около $110 (может колебаться вместе с ценой на флеш-память, а также немного снижаться во время распродаж). Если ссылку не видно, то отключите, пожалуйста, блокировщик рекламы для этого сайта.

Благодарности: пользователю Korzhec за идейную помощь при составлении обзора и Вадиму Очкину (VLO) за создание комплекса утилит для анализа SSD.