Первый взгляд на PNY XLR8 CS3140 1 ТБ: SSD на контроллере Phison E18, заслуживающем лучшей судьбы

История контроллера Phison E16 и SSD на его основе обнажила одно слабое место независимого контроллеростроения. Как только производители получили быстрый внешний интерфейс для связи с хост-системой — так сразу потребовался и быстрый внутренний: с флэш-памятью. Но сам по себе он бесполезен – нужен и соответствующий флэш. Те компании, которые сами производят и его, и контроллеры разрабатывают, в данном случае имеют определенную свободу действия – можно подгонять одно под другое. По потребностям и возможностям. Именно поэтому одними из самых быстрых накопителей на данный момент являются Samsung 980 Pro и WD Black SN850 – где все свое. Независимый же разработчик контроллеров вынужден действовать с оглядкой на рынок памяти. В частности, Phison два года назад ориентировался на флэш со скоростью 800 мегатранзакций в секунду. Это было логично и правильно – такой на рынке был, причем у нескольких поставщиков. Получилось ограничиться Kioxia BiCS4 – но можно было бы (при необходимости) перейти и на Micron. А вот с производительностью при этом дела обстояли сложнее – восьмиканальный контроллер с такой скоростью обмена данными никак не выдаст сакральные 7 ГБ/с (столько можно получить от PCIe 4.0 x4) на внешнем интерфейсе в любых сценариях. Что и получилось в итоге – накопители на Е16 «умели» читать данные на скорости до 5 ГБ/с и записывать – до 4,4 ГБ/с. Это больше, чем PCIe 3.0 x4 – но ближе к нему, чем к возможностям PCIe 4.0 x4. Именно поэтому энтузиазм от поддержки нового интерфейса быстро сменился разочарованием – какая-то поддержка неправильная. Что еще больше усугублялось тем, что некоторые сценарии-то интерфейсом и вовсе не ускоришь в принципе. Значит, надо было бы хотя бы те, что можно, «подстегивать» по максимуму – но этого как раз и не вышло. А увеличение количества каналов было возможно теоретически – но практически уже возникли бы сложности с разводкой всего богатства на плате М.2 2280. И с емкостями – тоже: не все были довольны тем, что «полноценно» работали модели только терабайтной емкости (в младших 500 ГБ скорость записи была ограничена 2500 ГБ/с, т.е. медленнее возможностей PCIe 3.0 x4), а потребуйся, например, 1,5 ТБ – популярности устройствам это б точно не добавило.

Понятно, что все это прекрасно осознавали в Phison – именно поэтому Е16 и позиционировался как временное решение для самых нетерпеливых: первый (и долгое время единственный) массово-доступный контроллер с поддержкой PCIe 4.0. А вот все сливки с нового интерфейса должны были снимать уже совсем другие контроллеры – например, существенно переработанный Е18, где, в частности, интерфейс с флэш-памятью был ускорен вдвое: с 800 до 1600 МТ/с на каждом канале. Кроме того, компания перевела чип на новый техпроцесс (с 28 на 12 нм), что еще и позволило «впихнуть» в кристалл третье «быстрое» ядро ARM Cortex-R5, доведя полное количество ядер уже до пяти: как и в Е16, тут есть еще пара вспомогательных низкочастотных ядер для обслуживания массива памяти. В итоге получилось очень мощное решение – способное обгонять предыдущую разработку в полтора-два раза и полностью утилизировать возможности PCIe 4.0 x4 в сценариях с последовательным доступом. Но… но нужен подходящий флэш. Рынок в основном заполнен кристаллами со скоростью 800 или даже 666 МТ/с – чего более чем достаточно для выпуска наиболее массовых SSD под SATA600 или PCIe 3.0 x4, однако для топовых продуктов его мало: просто повторилась бы история с Е16. Есть и более быстрые чипы – но они нужны самим производителям. Например, у WD кроме SN850 теперь есть еще и SN750 SE – построенном не на собственном контроллере, а на Phison E19T. Последний – четырехканальный, так что конкурировать с более старыми топчиками может только с быстрой же памятью: 4×1400 МТ/с это больше, чем 8×666 МТ/с (для примера – уровень Phison E12), но меньше, чем 8×800 МТ/с. Однако из этого сразу вытекает, что WD невыгодно продавать на открытом рынке самые быстрые кристаллы (даже если вдруг найдутся их излишки) – поскольку тогда появится слишком много непосредственных конкурентов SN850 и (в особенности) SN750 SE. Samsung всегда предпочитал работать в одиночку, SK Hynix (постепенно поглощающий флэш-бизнес Intel) – тоже, да и Kioxia (которая долгое время являлась основным стратегическим партнером Phison) в процессе реорганизации начала переосмысливать свое место в жизни.

Остается Micron – пока еще предпочитающий продавать память, а не только готовые SSD (хотя в последнее время компания заинтересовалась последним направлением и даже сделала собственный контроллер). Однако полностью соответствующей запросам независимых производителей памяти в ассортименте этой компании нет. Но есть В27В – 96-слойная 3D TLC NAND с кристаллами по 512 Гбит и интерфейсом 1200 МТ/с. Из характеристик сразу вытекают две проблемы. Во-первых, 1200 – не 1600, т.е. скоростные возможности Phison E18 реализовать удастся не полностью. Во-вторых, полная конфигурация из восьми каналов с четырехкратным чередованием будет иметь емкость в 2 ТБ – при меньшей скорость будет еще ниже. Это стоит помнить – хотя не так давно некоторые возмущались нижней границей в терабайт, а теперь вот приходится повышать ставки. Немного успокаивает лишь то, что пока такое верно для двух платформ – Phison E18 и InnoGrit IG5236, где также используется Micron B27B (и по тем же причинам). Со временем, возможно, появится на рынке память на меньших кристаллах и с более быстрым интерфейсом – и тогда обе эти проблемы будут исправлены. Но сейчас пока их нужно иметь в виду.

Насколько обе критичны? Для этого достаточно сравнить декларации самой Phison – потенциальные возможности Е18 и реальные на сегодня (к чести производителя, ни то ни другое не замалчивается). Итак, для контроллера в идеальном случае обещано было до 7400 МБ/с последовательного чтения, до 7000 МБ/с последовательной записи и до миллиона IOPS при чтении/записи блоками по 4К с произвольной адресацией. Это очень высокие значения, превосходящие все остальные существующие контроллеры. Но на практике даже старшие модели в линейке (т.е. 2 ТБ емкости) могут обеспечить хотя бы в синтетических бенчмарках 7000/6850 МБ/с последовательного чтения/записи соответственно – и 650/700 kIOPS на 4К. Если же говорить о терабайтных моделях, то это уже 7000/5500 МБ/с и 350/700 kIOPS. Ну а работающие вовсе без чередования накопители на 500 ГБ умеют записывать данные лишь на скорости до 2850 МБ/с (т.е. опять медленнее возможностей PCIe 3.0 x4), а random read 4K падает вовсе до 170 kIOPS. Все это, конечно, тоже серьезные значения – только вот терабайтники и двутеры на Е16 «умели» 5000/4400 МБ/с и 600 kIOPS. Получается, что для новых SSD на 1 ТБ некоторые показатели даже снизились, а некоторые – не слишком увеличились. Причем речь идет о предельных случаях – как положено в современном мире, декларируемых при работе внутри SLC-кэша и «длинных» очередях (которые на практике просто не успевают выстроиться). А в каких-то более приближенных к реальности сценариях можно получить и «типичное» для других накопителей на базе 96-слойной TLC-памяти Micron быстродействие – более мощный контроллер просто не сможет развернуться в полную силу. SSD на 2 ТБ должны быть посерьезнее – только такой объем до сих пор к массовым никак не относится. Собственно, и терабайтники пока еще продаются хуже, чем более мелкие накопители – а тут производители прямо провоцируют на еще большие затраты.

Поэтому для начала все-таки посмотрим – что можно получить от терабайтника на Е18. Взяв в качестве примера PNY XLR8 CS3140 1 ТБ (XLR8 скорее групповая маркировка – встречается в названиях сразу нескольких линеек для геймеров), благо эти SSD уже и до розницы добрались. Каких-то фирменных особенностей у этих продуктов все равно не бывает – как и в случае Е16 все существующие устройства выпускаются под непосредственным контролем Phison и отгружаются заказчикам в готовом виде. Конкурировать остается только ценой, да комплектом поставки. В частности, и CS3140 существует в четырех, а не в двух (500 ГБ компания по очевидным причинам решила пока не предлагать – только 1 и 2 ТБ) модификациях – часть SSD поставляется с большим и красивым радиатором. Ну а тут более простой и универсальный вариант – без всего. Скорее всего, он будет более массовым – на большинстве системных плат есть свои радиаторы для слотов M.2: простые, но с работой справляющиеся. Равно как и в ноутбуках о теплоотводе должны заботиться их производители. А если в каких-то моделях этот вопрос не решен заранее, то изначально не стоит устанавливать туда скоростной SSD; причем без разницы – какой, поскольку к перегреву в неподходящих условиях будут склонны абсолютно все.

Сам накопитель односторонний, хотя разводка есть и на второй стороне – это должно пригодиться в устройствах более высокой емкости. По большому счету шаг вперед – SSD на Phison E16 были двухсторонними при любом объеме. Правда, основные модификации использовали «удвоенную» ширину интерфейса для DRAM-буфера – а терабайтники на Е18 остались всего с одной микросхемой DDR4-1600. С другой стороны, для них это менее критично: 16 бит (что для Е16 было максимумом) работает и в таком случае, а два чипа могут потребоваться лишь для расширения шины до 32 бит. Также работу DRAM-буфера можно ускорить использованием памяти с частотой до 2666 МГц (1600 было предельным значением для Е12/Е16), но пока это не сделано. Появятся модификации с более быстрой памятью – в Phison наверняка воспользуются и другими способами повышения быстродействия.

Как и положено современным устройствам, максимальная скорость записи достигается лишь в пределах SLC-кэша. Логика работы не менялась – кэш используется и для ускорения чтения (актуально для временных файлов, но завышает результаты низкоуровневых бенчмарков), и может быть динамическим, т.е. «разрастаться» до трети свободной емкости. Однако последнее в CS3140 не используется (насколько это будет типичной ситуацией – проверим в будущем) – здесь кэш ограничен 10% емкости, т.е. и в лучшем случае его размер не превышает 100 ГБ. В принципе, более чем достаточно на практике – зато такая схема позволяет не слишком «проваливаться» при исчерпании свободного места: если большинство накопителей на Е16 за кэшем писали лишь на скорости порядка 500 МБ/с, то CS3140 примерно вдвое быстрее. А до 620-630 МБ/с опускается лишь на последних 15% емкости – когда все свободные ячейки кончаются. Однако это верно лишь при большом запасе свободного места – при малом и кэш пропорционально уменьшится. Так что «забивать до упора» и эти устройства не стоит.

Если повторить тест не очистив мусор, получаем порядка 1 ГБ/с по всей емкости. На самом деле это очень хороший результат, равно как и 5,1 ГБ/с в пределах кэша – напомним, что в плане конфигурации терабайтники на Е18 немножко ущербны: здесь всего лишь двукратное чередование. Не все попадавшие к нам в руки ранее SSD «умели» так работать даже с четырехкратным. А в этом случае увеличение емкости может позволить еще повысить скорость записи независимо от объема записываемых данных. Но пока за это нужно платить слишком много.

Устанавливаем SSD в чипсетный слот PCIe 3.0 x4 и… Как и следовало ожидать, интерфейс ограничивает нас только в пределах SLC-кэша. Таким образом, подобные SSD будут интересны и многим владельцам устаревших систем. Что верно для многих моделей, рассчитанных на PCIe 4.0 – очень быстрыми SSD они остаются и на старом интерфейсе. Нередко смогут обгонять и лучшие модели, изначально под него спроектированные – последние некоторое время назад перестали развиваться. Правда тут уже многое будет зависеть от конкретных цен. Пока еще наценка за моду никуда не делась, так что какой-нибудь проверенный временем Samsung 970 Evo Plus (не говоря уже о 970 Evo) стоит намного дешевле, чем PNY CS3140. Хотя, справедливости ради, нынешние цены SSD этой линейки выглядят достаточно привлекательно. Но главное – определить, как оно работает в более сложных сценариях.

Например, PCMark 10 Storage Full System Drive на данный момент является лучшим комплексным бенчмарком накопителей, включая в себя все типовые операции – от загрузки Windows до банального копирования файлов. Согласно его результатам, SSD на Е18 способны работать быстрее, чем Е16, причем даже в таких неравных условиях (равные попробую потом – когда будет на чем): с двукратным чередованием против четырехкратного. Да и InnoGrit IG5236 тоже остается позади. Но! Верно это только для случая пустого накопителя – когда SLC-кэширование может развернуться в полную силу. А вот стоит приблизиться к реальности – как сразу самое большое падение производительности. Накопителям на Phison E16 оно и вовсе несвойственно было – сотни свободных гигабайт хватало на любые сценарии. WD и XPG падают процентов на 10… Е18, возможно, так тоже сможет – если увеличить кэш. Что возможно – но в данной модели его размер ограничен. Поэтому при недостатке места валимся сразу на четверть.

Однако что касается способности «ворочать» большими объемами информации, то с ней все очень даже неплохо. Особо стоит отметить, что обещанные 7 ГБ/с практически достижимы и при работе на файловом уровне, а не только в низкоуровневых бенчмарках. Да и запись – на уровне лидеров. Стоит, правда, обратить внимание на еще один нюанс – умение Phison немного читерить на чтении, задерживая данные в кэше, никуда не делось. Впрочем, такая оптимизация под временные файлы полезна и на практике – почему к ней потихоньку приходят все производители контроллеров.

В общем и целом… да вот опять приходится повторять уже надоевшую мантру: все решат цены. Фактически работа Phison видна – Е18 действительно шаг вперед по сравнению с Е16. Но на деле в топовом SSD все должно быть прекрасно – от контроллера до памяти уж как минимум. А с последним есть сложности – Micron B27B не в полной мере соответствует потенциальным возможностям Phison E18, да еще и слишком сильно задирает планку емкости: не все успели переварить весть о том, что хорошие SSD с терабайта только начинаются, как выяснилось, что в некоторых случаях необходимо уже 2 ТБ. И это верно как для Е18, так и InnoGrit IG5236 – накопители на нем сейчас используют ту же память, поскольку… а нет выбора. При этом чем больше производители памяти будут концентрироваться на собственных разработках, тем меньше у них интереса в продаже самой быстрой памяти на сторону: маржа на готовых SSD выше. Ранее этой проблемы не было – теперь она становится заметной. Так что Phison E18 нацелен пока больше на будущее – но оно может и не наступить.

В настоящем же это неплохие SSD – включая и те самые недолюбленные терабайтники. Но какой-то изюминки в них нет – Е16 было намного проще, поскольку долгое время других SSD с PCIe 4.0 в продаже просто не было, так что на эти приходилось обращать внимание, несмотря на их недостатки. Тут же понятно, что такие модели просто обязаны стоить дешевле, чем WD Black SN850 или Samsung 980 Pro. А для привлекательности – серьезно дешевле, а не всего процентов на 10 как сейчас. Просто потому, что кому нужно что-то выдающееся (хотя бы just for fun) эти самые 10% доплатит не поморщившись. А кому нужно сэкономить – тот и без PCIe 4.0 наверняка обойдется, а то и вовсе без NVMe. Такая вот дилемма. В которой, впрочем, накопители не виноваты. Да и разработчик – тоже: пианист играет не только как умеет, но и как смежники позволят.