Действительно ли PCI Express 4.0 – важное преимущество Ryzen 3000? Проверяем на NVMe SSD
Одним из ключевых направлений в маркетинговой стратегии AMD по продвижению процессоров Ryzen 3000 стал акцент на появившейся в них поддержке скоростного интерфейса PCI Express 4.0. Действительно, новые Ryzen, построенные на микроархитектуре Zen 2, стали первыми процессорами потребительского уровня, которые получили этот скоростной интерфейс, и, более того, ни одна из актуальных платформ Intel пункта PCI Express 4.0 в списке характеристик на сегодняшний день не имеет. Не использовать такой повод для выпячивания прогрессивности своей продукции AMD, естественно, не могла, и поэтому как в момент анонса Ryzen 3000, так и после него представители компании не упустили ни единого случая козырнуть соответствующей возможностью.
Доводы AMD в пользу новой шины, которая позволяет выделять для устройств интерфейс с вдвое большей, чем раньше, пропускной способностью, сводились к двум тезисам: «это хорошо для графических карт» и «это хорошо для твердотельных накопителей». Однако, честно говоря, их аргументация безупречностью не отличалась.
Говоря о пользе перехода на шину PCI Express 4.0 для графических карт, представители AMD ссылаются на синтетический тест пропускной способности 3DMark, который действительно показывает 69-процентное улучшение производительности при использовании более скоростной версии шины.
Однако к этому нужно приложить два больших но, о которых AMD умалчивает. Во-первых, поддерживают PCI Express 4.0 лишь избранные видеокарты, относящиеся к сериям Radeon RX 5700 и RX 5500, в то время как представители семейства GeForce вполне успешно обходятся традиционным интерфейсом PCI Express 3.0. Во-вторых, если говорить о реальной игровой нагрузке, то она заведомо не создаёт таких объёмов данных, которым не хватало бы пропускной способности общеупотребительной графической шины PCI Express 3.0 x16, достигающей 16 Гбайт/с. Более того, даже использование интерфейса PCI Express 2.0 снижает частоту кадров в популярных играх в разрешении 4K на единицы процентов, а разница в быстродействии GPU при соединении с процессором при использовании третьей и четвёртой версии шины в самом неблагоприятном случае составляет десятые доли процента.
Перевод твердотельных накопителей на работу через PCI Express 4.0 кажется куда более осмысленным шагом, ведь современные NVMe SSD и впрямь подобрались к пределу пропускной способности шины PCI Express 3.0 x4. Увеличение скорости интерфейса за счёт добавления линий PCI Express при этом было бы не слишком удобным выходом, поскольку потребительские SSD прочно вжились в форм-фактор M.2, позволяющий подвести к накопителю не более четырёх линий. Зато переключение на PCI Express 4.0 можно без проблем провести в рамках сложившейся экосистемы, и это действие кажется вполне осмысленным, ведь оно позволяет поднять планку пиковых скоростей с 3,9 до 7,9 Гбайт/с. Именно на это и указывают маркетинговые материалы AMD, в которых компания заявляет о почти полуторакратном росте производительности дисковой подсистемы в системах на базе процессоров Ryzen 3000.
Но и тут не всё так просто. В первую очередь нужно понимать, что речь идёт исключительно о росте линейных скоростей, в то время как в отзывчивости твердотельные накопители за счёт перевода на более скоростной интерфейс определённо не выиграют, потому что здесь всё определяется не внешней шиной, а их внутренней архитектурой и возможностями флеш-памяти. То есть в распространённых среднестатистических сценариях такого впечатляющего прироста, который изображён на маркетинговом слайде AMD, конечно же, не будет.
К тому же стоит учесть и ещё один немаловажный момент: ведущие производители SSD пока не поддерживают PCI Express 4.0 в своих продуктах. Поэтому, если вы захотите установить в свою Ryzen 3000-систему NVMe-накопитель с новым скоростным интерфейсом, выбирать придётся среди предложений фирм второго-третьего эшелона. И более того, все SSD с поддержкой шины PCI Express 4.0 x4 однотипны и полагаются на один и тот же контроллер PS5016-E16 независимого тайваньского разработчика Phison, инженеры которого пока не смогли отметиться какими-либо заметными достижениями на поприще создания высокопроизводительных платформ для потребительских SSD. Иными словами, особого оптимизма такие SSD не вызывают.
Тем не менее мы не привыкли полагаться на какие-то оценочные суждения и всё стараемся проверять на практике. Тем более что вопрос о том, какой SSD стоит рекомендовать обладателю современной системы на базе Ryzen 3000, стремящемуся выжать из неё максимум возможного, отнюдь не праздный. Накопители на базе контроллера Phison PS5016-E16 с поддержкой PCI Express 4.0 x4 наконец-то добрались до отечественных магазинов. А значит, многие покупатели, решившие остановить свой выбор на актуальной и многообещающей платформе AMD, встают перед выбором: то ли установить в систему проверенный временем производительный SSD с интерфейсом PCI Express 3.0; то ли поддаться на агитацию AMD и Phison и попробовать получить более высокую производительность, связавшись с новинками с поддержкой PCI Express 4.0. В этом материале мы постараемся выяснить, что лучше, протестировав оба варианта в реальных условиях.
⇡#Почему мы вообще заговорили про PCI Express 4.0
Спецификация PCI Express 3.0 была утверждена в ноябре 2010 года, и нет ничего удивительного, что к настоящему времени эта шина прочно закрепилась в роли базового интерфейса для сопряжения компьютерных устройств. Особенно помогло этому два фактора: затянувшаяся разработка следующей версии стандарта, с одной стороны, и отсутствие запроса на скорости выше возможностей PCI Express 3.0 — с другой. Тем не менее постепенно индустрия всё же пришла к осознанию необходимости дальнейшего прогресса, в чём особенно посодействовали твердотельные накопители. Бурный рост в этой отрасли привёл к тому, что SSD смогли быстро упереться в скоростные ограничения имеющегося интерфейса, и вывод на массовый рынок PCI Express 4.0 действительно обрёл смысл.
Стандарт PCI Express 4.0 был принят в июне 2017 года. В нём улучшилась гибкость и масштабируемость — например, учтена возможность физической реализации не только в виде слотов и дорожек на плате, но и в виде внешних разъёмов и кабелей; добавлены дополнительные управляющие команды для целей энергосбережения; ну и самое главное — удвоена скорость передачи данных. Что не менее важно, все эти улучшения не повлекли за собой никаких принципиальных изменений в протоколе. Двукратное увеличение пропускной способности достигнуто простым ростом частоты передачи данных с сохранением старой схемы кодирования сигнала. В результате между новым и старым стандартами сохраняется как прямая, так и обратная совместимость, а значит, хосты и оконечные устройства с поддержкой разных версий PCI Express могут без каких-либо проблем работать друг с другом.
Обмен данными по шине PCI Express 3.0 происходит с частотой 8 млрд пересылок в секунду, а в стандарте PCI Express 4.0 эта частота достигает уже 16 млрд пересылок в секунду. Таким образом, в то время как пропускная способность одной линии PCI Express 3.0 составляла 985 Мбайт/с (с учётом 128b/130b-кодирования), в стандарте PCI Express 4.0 она выросла вдвое – до 1969 Мбайт/с. Далее естественным образом расширились полосы пропускания всех стандартных для массовых ПК шин. Скорость PCI Express 4.0 x4 увеличилась до 7,9 Гбайт/с, а шина PCI Express 4.0 x16 оказалась способна пересылать данные с максимальной пропускной способностью 31,5 Гбайт/с (в каждую сторону).
|
Пропускная способность, Гбайт/с
|×1
|×2
|×4
|×8
|×16
|
PCI Express 1.0 |0,25
|0,5
|1,0
|2,0
|4,0
|
PCI Express 2.0 |0,5
|1,0
|2,0
|4,0
|8,0
|
PCI Express 3.0 |0,98
|1,97
|3,94
|7,88
|15,75
|
PCI Express 4.0 |1,97
|3,94
|7,88
|15,75
|31,51
Новая версия платформы Socket AM4, использующая набор системной логики X570, оказалась первой и пока единственной точкой присутствия PCI Express 4.0 в массовых системах. Благодаря ей пользователи могут построить систему с новой высокоскоростной шиной уже сегодня, но, чтобы проверить эту скоростную шину в деле, нужны сразу три компонента. Во-первых, процессор семейства Ryzen 3000, PCI Express-контроллер в котором поддерживает четвёртую версию соответствующего протокола. Во-вторых, материнская плата с чипсетом AMD X570, которая обладает оптимизированной разводкой сигнальных линий, способной гарантировать целостность информации при передаче по высокочастотной шине. И в-третьих, оконечное устройство с поддержкой PCI Express 4.0, которым может быть либо графическая карта, либо, как в нашем случае, твердотельный накопитель. В отсутствие одного из этих компонентов система всё равно будет работать благодаря двухсторонней совместимости версий PCI Express, но уже в более медленном, чем 4.0, режиме.
Таким образом, воспользоваться высокоскоростной шиной на практике пока получится лишь в очень небольшом числе настольных систем. Однако постепенно парк платформ с поддержкой PCI Express 4.0 будет расширяться. Так, в течение ближайших месяцев AMD планирует добавить этот интерфейс ещё в одном своём наборе логики – B550. Это позволит снизить входной ценовой порог для систем с поддержкой скоростных шин, но процессор семейства Ryzen 3000 будет всё равно необходим.
Что же касается продукции Intel, то в ней с поддержкой PCI Express 4.0 всё очень непросто. Микропроцессорный гигант почему-то пропустил момент, когда новая спецификация была готова, и теперь сильно отстал от AMD по срокам её внедрения. Отчётливо говорит за себя тот факт, что даже в серверном сегменте поддержка PCI Express 4.0 у Intel может появиться не ранее середины следующего года. Что же касается обычных персональных компьютеров на платформе Intel, то им скоростная шина «светит» совсем нескоро, поскольку в запланированных на 2020 год процессорах Comet Lake и в чипсетах 400-й серии предусмотрена лишь привычная PCI Express 3.0, а дальше планы компании выглядят очень неопределённо.
Иными словами, Intel в ближайшее время будет играть роль своеобразного тормоза прогресса, и можно сказать практически наверняка, что из-за этого внедрение PCI Express 4.0 будет происходить не такими быстрыми темпами, как того можно было бы ожидать. Например, если говорить о SSD, то на данный момент поддерживает эту скоростную шину лишь единственный контроллер разработки Phison, и появление каких-то альтернатив в обозримом будущем не предвидится. Особенно скептически к идее выпуска NVMe SSD под интерфейс PCI Express 4.0 в ближайшее время относятся ведущие производители масштаба Western Digital и Samsung. Судя по всему, они намерены дожидаться того момента, когда PCI Express 4.0 появится в платформах Intel, и массовые решения с его поддержкой предложат лишь в преддверии этого события.
Именно поэтому сегодня нам придётся говорить о полезности PCI Express 4.0 для потребительских NVMe SSD, используя в качестве иллюстрации лишь один пример – построенный на контроллере Phison PS5016-E16 накопитель Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD.
⇡#Главный герой – Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD
Хотя мы и вынесли в подзаголовок этого раздела название накопителя компании Gigabyte, который побывал у нас в лаборатории, всё сказанное ниже равным образом справедливо и для любого другого NVMe SSD на контроллере Phison PS5016-E16, и даже для любого другого доступного сейчас массового накопителя под PCI Express 4.0, покуда на рынке не появятся альтернативные чипы с поддержкой этого перспективного интерфейса. Сделать данное обобщение нам позволяет производственная стратегия Phison, не претерпевшая на протяжении последних лет никаких изменений. Дело в том, что этот разработчик контроллеров поставляет своим партнёрам не микросхемы, а уже готовые SSD с ними. Поэтому всё многообразие моделей накопителей на базе Phison PS5016-E16 – кажущееся. На самом деле все такие продукты сделаны по одним лекалам на одном и том же заводе и различаются лишь названиями, обвесом и аксессуарами, например системами охлаждения.
Это значит, что любой доступный в настоящее время накопитель с поддержкой PCI Express 4.0 имеет совершенно предсказуемую аппаратную конфигурацию: в его основе будет лежать контроллер PS5016-E16, который управляет TLC 3D NAND-памятью, относящейся к классу BiCS4. Такая память имеет 96-слойный дизайн и уже достаточно давно поставляется компанией Toshiba. Её, кстати, можно встретить не только в составе накопителей с интерфейсом PCI Express 4.0, но и в некоторых других моделях NVMe SSD с традиционным интерфейсом, например, в Kingston KC2000. Но для накопителя, который претендует на существенное улучшение скоростных характеристик, применение трёхбитовой BiCS4-памяти – момент принципиальный. Такая флеш-память работает быстрее предыдущих модификаций и способна лучше раскрыть потенциал внешней шины с удвоенной полосой пропускания.
Безусловно, для увеличения линейных скоростей, обеспечиваемых массивом флеш-памяти, всегда существует экстенсивный путь – наращивание в нём числа каналов. Однако платформа Phison PS5016-E16 продолжает опираться на традиционную восьмиканальную схему. И это вполне логично: добавление каналов сильно бы усложнило и схемотехнику накопителя, и дизайн самого контроллера. Инженеры же Phison при разработке своего первого PCI Express 4.0-контроллера отнеслись к нему как к переходному решению и потому особенно не напрягались. Архитектурно чип PS5016-E16 сильно похож на PCI Express 3.0-контроллер PS5012-E12 — с некоторыми улучшениями в микропрограмме и единственным аппаратно модернизированным блоком, отвечающим за реализацию внешнего интерфейса.
В остальном Phison PS5016-E16 почти не отличается от предшественника, с которым мы подробно знакомились на примере Silicon Power P34A80 и Gigabyte Aorus RGB M.2 NVMe SSD. Он представляет собой средний по вычислительной мощности чип, основанный на двухъядерном 32-битном процессоре ARM Cortex R5, который предлагает восемь каналов для подключения трёхбитовой или четырёхбитовой флеш-памяти с 800-МГц интерфейсом. Также в контроллере присутствует DRAM-контроллер для работы с буферной памятью, в роли которой может выступать DDR4 SDRAM. Кроме того, он обладает набором привычных фирменных технологий Phison, включая специальный сопроцессор CoXprocessor, обслуживающий технологию ускоренной записи, алгоритм LDPC-кодирования и исправления ошибок четвёртого поколения, аппаратное шифрование по схеме AES256 и прочее.
Весьма показательно, что в действительности мощности Phison PS5016-E16 для полного заполнения пропускной способности четырёх линий PCI Express 4.0 не хватает. В официальных спецификациях этого чипа значится максимальная скорость линейного чтения 5,0 Гбайт/с и записи – 4,4 Гбайт/с, что на треть ниже возможностей шины. Пиковая же производительность случайных операций ожидаемо близка к показателям PS5012-E12 и составляет 750 и 600 тысяч IOPS при чтении и записи соответственно. Иными словами, даже сама Phison не даёт оснований думать, что на базе PS5016-E16 можно собирать какие-то действительно высокопроизводительные NVMe SSD, которые можно было бы отнести к числу флагманских решений нового поколения. Тем не менее выбирать не приходится — других вариантов построить накопитель с поддержкой PCI Express 4.0 x4 на сегодня попросту нет.
В результате ради продвижения PCI Express 4.0 на массовый рынок конечным производителям накопителей вместе с AMD пришлось идти на определённый подлог и пытаться создавать вокруг платформы Phison E16 ореол элитного продукта, коим она с технической точки зрения являться не может. Проявляется псевдоэлитность, например, в том, что выбранный нами для тестирования Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD стоит много, поставляется в крупной аккуратно оформленной строгой упаковке и комплектуется массивной и качественной системой охлаждения, сделанной из бруска меди. Когда берёшь в руки такое устройство, действительно начинает казаться, что это – премиальный и высокопроизводительный твердотельный накопитель для систем самого верхнего уровня.
Для тестов мы взяли версию Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD объёмом 2 Тбайт. Это максимальный по ёмкости вариант такого накопителя. Поскольку 96-слойные кристаллы Toshiba BiSC4 имеют ёмкость 512 Гбит, массив флеш-памяти 2-Тбайт накопителя формируется из 32 NAND-устройств. Это, в свою очередь, означает, что в каналах контроллера Phison PS5016-E16 применяется четырёхкратное чередование, которое обеспечивает достижение наивысшей производительности. Иными словами, на примере Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD мы увидим максимум того, на что способна платформа Phison PS5016-E16.
Разоблачённый Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD со снятым радиатором выглядит совершенно обыденно. Это привычная взору энтузиаста М.2-плата форм-фактора 2280 с ключом типа M в ножевом разъёме. Понять по её внешнему виду, что этот накопитель умеет использовать четыре линии PCI Express 4.0, совершенно невозможно. Впрочем, не нужно забывать, что благодаря обратной совместимости такой SSD можно установить и в систему без поддержки новой версии интерфейса: в этом случае он будет использовать внешнюю шину в режиме 3.0.
При близком знакомстве с Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD сразу же бросается в глаза, что его печатная плата практически не отличается по разводке от платы Gigabyte Aorus RGB M.2 NVMe SSD на базе прошлого контроллера PS5012-E12. И это значит, что новый PCI Express 4.0-контроллер Phison PS5016-E16 не только наследует от своего предшественника большую часть внутренних блоков, но и совместим с ним по выводам.
Но сам контроллер PS5016-E16 выглядит при этом не совсем привычно. Его верхняя поверхность закрыта никелированной медной пластиной, чего у чипов Phison ранее не наблюдалось. Объяснение простое: несмотря на то, что контроллер производится по 28-нм техпроцессу, его тепловыделение достигает под нагрузкой 6,7 Вт, и металлическая пластина может оказать содействие в теплоотводе.
На плате рассматриваемого SSD установлено четыре микросхемы флеш-памяти с маркировкой TABHG65AWV. Они нарезаны и упакованы на заводах тайваньской PTI из кремниевых полуфабрикатов Toshiba: такая память – вполне типичный вариант для накопителей на базе контроллеров Phison. Обычно использование таких «неродных» микросхем заставляет нас усомниться в качестве флеш-памяти, ведь за её отбор и сортировку в этом случае несёт ответственность не сама Toshiba, а некий посредник. Но накопители с контроллером Phison PS5016-E16, которые сейчас представлены на рынке, имеют высокий задекларированный ресурс, который для 2-Тбайт версии достигает 3,6 Пбайт. По всей видимости, для флагманского продукта Phison целенаправленно выбирает флеш-память наивысших градаций.
В дополнение к флеш-памяти и контроллеру на обеих сторонах накопителя расположено по чипу DDR4-1600 SDRAM. Используются гигабайтные микросхемы производства SK Hynix, то есть в сумме объём оперативной памяти, необходимой контроллеру для эффективной работы с таблицей трансляции адресов, на Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт составляет типичные 2 Гбайт.
⇡#Антагонист – Samsung 970 EVO Plus
Так как продукты на базе контроллера Phison PS5016-E16 целятся занять верхнюю ступеньку в иерархии потребительских NVMe SSD, сравнивать с Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD логично лучшие и быстрейшие модели, использующие для общения с системой привычную шину PCI Express 3.0. Поэтому нам показалось справедливым противопоставить накопителю Gigabyte самый популярный NVMe SSD компании Samsung – 970 EVO Plus, благо его 2-Тбайт модификация не так давно появилась в продаже.
Подробно рассказывать про внутреннее устройство Samsung 970 EVO Plus нет особого смысла – мы делали это уже несколько раз. Поэтому лишь коротко напомним принципиальные детали. В основе Samsung 970 EVO Plus лежит проприетарный контроллер Samsung Phoenix, который, как показала практика, отличается хорошим потенциалом производительности и феноменальной гибкостью. По первому пункту достаточно упомянуть, что в нём упрятан пятиядерный ARM-процессор, а по второму – напомнить, что этот контроллер фигурирует во всех современных NVMe SSD южнокорейского производителя, включая модели на MLC- и даже на SLC-памяти.
Вторая после контроллера составляющая, которая делает из Samsung 970 EVO Plus быстродействующую модель, это – особая флеш-память. В нём нашла применение фирменная TLC 3D V-NAND, относящаяся к пятому поколению. Кристаллы такой памяти получили монолитную 90-слойную конструкцию и значительно улучшенные характеристики производительности и энергопотребления. В результате Samsung 970 EVO Plus давно и уверенно удерживал звание самого быстрого массового NVMe SSD с TLC-памятью.
Интересно, что внешне Samsung 970 EVO Plus ёмкостью 2 Тбайт совершенно не отличается от накопителей этой же модели, но меньшей ёмкости. Это значит, что никаких мудрёных устройств охлаждения тут не предусмотрено и производитель полагает, что для защиты от перегрева будет достаточно лишь этикетки с внутренним слоем медной фольги, наклеенной на оборотную сторону накопителя. Которая, кстати говоря, не несёт на себе никаких микросхем.
Уникальность 970 EVO Plus 2 Тбайт состоит в том, что Samsung удалось собрать такой ёмкий SSD на односторонней M.2 2280-плате, а весь его массив флеш-памяти помещается всего в двух микросхемах. «Набить» в одну микросхему целый терабайт флеш-памяти компании Samsung удалось благодаря использованию кристаллов размером 512 Гбит, которые штабелируются по 16 штук – так умеют делать лишь немногие производители. Ещё одна микросхема на 970 EVO Plus 2 Тбайт – чип LPDDR4 SDRAM объёмом 2 Гбайт, так что вся компонентная база накопителя – это четыре микросхемы (включая контроллер).
Что касается характеристик, то версия 970 EVO Plus 2 Тбайт формально даже немного быстрее модификаций младшего объёма. Но проявляется это только в производительности мелкоблочных операций, которая заявлена на уровне 620 и 560 тысяч IOPS при чтении и записи соответственно, что чуть ниже, чем обещают накопители на контроллере Phison PS5016-E16. Линейные же скорости, ясное дело, ограничиваются пропускной способностью интерфейса PCI Express 3.0 и составляют 3,5 и 3,3 Гбайт/с при чтении и записи. Иными словами, на бумаге всё выглядит так, будто бы Samsung 970 EVO Plus против Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD не имеет никаких шансов. Однако мы не раз ловили Phison на завышении паспортных показателей, поэтому не удивимся, если на практике картина будет совсем не такой.
В чём же Samsung 970 EVO Plus совершенно точно проигрывает дерзким конкурентам с поддержкой PCI Express 4.0, так это в условиях гарантийного обслуживания: южнокорейский производитель не готов разрешить пользователям столь же жёстко нагружать свои накопители. Задекларированный ресурс 970 EVO Plus 2 Тбайт составляет лишь 1,2 Пбайт – втрое меньше, чем у SSD на базе контроллера Phison PS5016-E16.
Все обещания Phison и её партнёров относительно производительности нового поколения PCI Express 4.0-накопителей на базе контроллера PS5016-E16 мы обобщили в следующей таблице, где паспортные характеристики Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт сопоставляются с характеристиками Samsung 970 EVO Plus аналогичного объёма. И пусть такие данные обычно плохо соотносятся с реальным быстродействием SSD, зато по ним хорошо видно то бахвальство, вооружившись которым производители накопителей на платформе Phison E16 пытаются убедить владельцев новых Socket AM4-систем в рациональности выбора для использования совместно с процессорами семейства Ryzen 3000 именно таких носителей информации.
|
Производитель |
Gigabyte |
Samsung
|Серия
|Aorus NVMe Gen4 SSD
|970 EVO Plus
|Модельный номер
|GP-ASM2NE6200TTTD
|MZ-V7S2T0
|Форм-фактор
|M.2 2280
|Интерфейс
|PCI Express 4.0 x4 – NVMe 1.3
|PCI Express 3.0 x4 – NVMe 1.3
|Ёмкость, Гбайт
|2000
|2000
|
Конфигурация
|Микросхемы памяти: тип, интерфейс, техпроцесс, производитель
|Toshiba 96-слойная 512-Гбит TLC 3D NAND (BiCS4)
|Samsung 90-слойная 512-Гбит TLC 3D V-NAND
|Контроллер
|Phison PS5016-E16
|Samsung Phoenix
|Буфер: тип, объём
|DDR4-1600, 2 Гбайт
|LPDDR4, 2 Гбайт
|
Производительность
|Макс. устойчивая скорость последовательного чтения, Мбайт/с
|5000
|3500
|Макс. устойчивая скорость последовательной записи, Мбайт/с
|4400
|3300
|Макс. скорость произвольного чтения (блоки по 4 Кбайт), IOPS
|750 000
|620 000
|Макс. скорость произвольной записи (блоки по 4 Кбайт), IOPS
|700 000
|560 000
|
Физические характеристики
|Потребляемая мощность: бездействие/чтение-запись, Вт
|0,02/6,6
|0,03/6,0
|MTBF (среднее время наработки на отказ), млн ч
|1,77
|1,5
|Ресурс записи, Тбайт
|3600
|1200
|Габаритные размеры: Д × В × Г, мм
|23,5 × 80,5 × 11,4
|22,15 × 80,15 × 2,38
|Масса, г
|95
|8
|Гарантийный срок, лет
|5
|5
Каждый раз, когда мы говорим о показателях быстродействия, заявляемых производителями, нам приходится делать оговорку о том, что они относятся к работе SSD с SLC-кешем, в рамках которого все обращения к флеш-памяти происходят в однобитовом режиме. В ряде случаев это вполне уместно, поскольку многие твердотельные накопители предлагают SLC-кеш вполне достаточного объёма для весьма продолжительных операций, но это всё-таки верно не для любых потребительских NVMe SSD. Например, накопители, основанные на контроллерах Phison, всегда сильно страдали от того, что SLC-кеш в них работал по статическому алгоритму и имел очень небольшой размер, в результате чего пользователям приходилось часто сталкиваться с крутым падением скорости при копировании или записи крупных файлов.
К счастью, в микропрограмме для контроллера PS5016-E16 разработчики Phison наконец-то смогли исправить застаревшую проблему и впервые реализовали прогрессивный динамический алгоритм SLC-кеширования. Это значит, что информация записывается на накопитель в SLC-режиме до тех пор, пока это позволяет свободное место, а перевод ячеек TLC 3D NAND в штатный трёхбитовый режим происходит в моменты простоя. Иными словами, о высокой скорости записи на Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD можно не беспокоиться – она действительно может быть обеспечена для очень больших объёмов данных.
В этом отношении накопителю на базе платформы Phison E16 может позавидовать даже Samsung 970 EVO Plus, в котором применяется не столь эффективная комбинированная схема ускоренной записи Intellegent TurboWrite. Например, в двухтерабайтной версии 970 EVO Plus SLC-кеш состоит из 6-гигабайтной статической и изменяемой динамической части, но его максимальный объём даже на абсолютно чистом накопителе ограничен величиной 78 Гбайт. В то же время на Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD аналогичного объёма в ускоренном режиме можно заполнить треть свободного места, то есть на пустом SSD вместимость SLC-кеша может достигать 667 Гбайт.
Проиллюстрировать всё это очень легко при помощи графика максимальной скорости непрерывной последовательной записи на чистые накопители Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт и Samsung 970 EVO Plus 2 Тбайт.
Здесь очень хорошо видно, насколько больше информации может принять Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт по сравнению с Samsung 970 EVO Plus 2 Тбайт на заявленной в спецификации скорости. Хотя справедливости ради стоит отметить, что и у 970 EVO Plus размер SLC-кеша таков, что выйти за его пределы в реальных условиях не получится в 99,9 % случаев. Но даже если вести речь о производительности линейной записи в SLC-режиме, то накопитель на платформе Phison E16 выглядит привлекательнее благодаря поддержке PCI Express 4.0. Здесь её уместность неоспорима: скоростной интерфейс позволяет записывать информацию на накопитель быстрее, так как восьмиканальный массив флеш-памяти в SLC-режиме имеет большую пропускную способность, нежели четыре линии PCI Express 3.0.
Однако в «родном» TLC-режиме массив флеш-памяти в Samsung 970 EVO Plus оказывается гораздо производительнее. В накопителе ёмкостью 2 Тбайт он обеспечивает скорость записи на уровне 1,3 Гбайт/с, в то время как в Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт скорость записи после заполнения SLC-кеша падает до 530 Мбайт/с. Впрочем, данный результат вряд ли имеет какую-то практическую ценность: мы ведь говорим о накопителях для десктопов, а в таких системах не бывает задач, которые требуют непрерывно сохранять на носитель информации сотни гигабайт с максимально возможной скоростью.
Другое дело – операции чтения. Phison относится к числу производителей, которые освоили оптимизацию своих продуктов под бенчмарки. Она заключается в том, что файлы, записанные на накопитель, остаются в SLC-кеше ещё на некоторое время для того, чтобы обращения к ним, выполняемые после записи, обслуживались быстрее. Этот нехитрый приём не приносит никакой пользы при реальной работе, но сильно влияет на результаты тестов, потому что измерение скорости чтения из файла сразу после создания такого файла – это типичный сценарий, по которому действуют почти все бенчмарки.
Проиллюстрировать, как работает такой фокус, очень несложно. На следующем графике показана скорость случайного мелкоблочного чтения данных из файла на Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт и Samsung 970 EVO Plus 2 Тбайт как сразу после его создания, так и после того, как на SSD вслед за тестовым файлом записано ещё некоторое количество информации.
Наглядно видно, что в Samsung 970 EVO Plus свежий файл сразу же отправляется из SLC-кеша в основной массив TLC-памяти, после чего накопитель обеспечивает для него скорость мелкоблочного чтения без очереди запросов на уровне 46,5 Мбайт/с. Накопитель же на базе платформы Phison E16 сохраняет свежий файл в SLC-кеше ещё на некоторое время, и при этом скорость чтения случайными блоками оказывается феноменально высокой – около 56 Мбайт/с. Но ненадолго. Если следом после тестового файла на накопитель сохранить ещё какое-то количество информации, то он переедет в основной массив TLC-памяти и скорость мелкоблочного доступа снизится до 40 Мбайт/с – именно с таким уровнем производительности и будут иметь дело реальные пользователи.
Всё это значит буквально следующее: не надо верить популярным бенчмаркам вроде CrystalDiskMark. Они для NVMe SSD с контроллером Phison PS5016-E16 будут показывать впечатляющие числа, но эти числа в действительности не описывают реальную производительность, а просто служат иллюстрацией к тому комплексу оптимизаций, который есть в накопителях вроде Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD. Собственно, посмотрите сами (слева – результат Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт; справа – Samsung 970 EVO Plus 2 Тбайт).
Кажется, что Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD одержал над Samsung 970 EVO Plus 2 Тбайт безоговорочную победу, разгромив его по всем оцениваемым в CrystalDiskMark показателям производительности. Но не надо спешить с выводами: дальше мы покажем, что в реальных условиях накопитель на базе Phison PS5016-E16 не так хорош, как кажется поначалу, и уж точно не может похвастать неоспоримым превосходством над Samsung 970 EVO Plus.
Задачей, которая была поставлена перед этим исследованием, стало выяснение «реальной» производительности нового поколения накопителей, ориентированных на работу по интерфейсу PCI Express 4.0 x4. Основной вопрос, на который должны ответить тесты, звучит так: есть ли смысл выбирать для компьютеров с поддержкой PCI Express 4.0 (а это – системы на базе процессоров семейства Ryzen 3000) новомодные твердотельные накопители, построенные на контроллере Phison PS5016-E16, — или же флагманские модели NVMe SSD без поддержки PCI Express 4.0 могут предложить производительность не хуже.
Поставленная задача однозначно предопределила используемую в тестировании конфигурацию компьютера. Исследование проводилось в системе на базе Ryzen 7 3800X и материнской платы с чипсетом X570. Такая система хороша тем, что в ней интерфейс для подключения NVMe SSD (а мы пользовались линиями, за функционирование которых отвечает процессор) может работать как в режиме PCI Express 4.0, так и в режиме PCI Express 3.0. Соответственно, накопитель Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт был протестирован дважды – в двух разных режимах работы шины, а Samsung 970 EVO Plus 2 Тбайт – единожды, со штатным вариантом работы интерфейса в режиме PCI Express 3.0.
Кроме того, заодно мы решили проверить производительность накопителей и в системе с процессором Core i9-9900K. Раньше платформа AMD серьёзно проигрывала платформе Intel в скорости работы твердотельных накопителей, но это было выяснено ещё в то время, когда процессоров Ryzen третьего поколения, как и чипсета X570, не существовало. Теперь же ситуация могла серьёзно поменяться, и участие в тестах платформы Intel позволит увидеть, как дело обстоит сейчас.
Таким образом, список используемых в этом тестировании аппаратных компонентов получился следующим:
Тестирование выполнялось в операционной системе Microsoft Windows 10 Pro (v1903) Build 18362.175 с использованием следующего комплекта драйверов:
Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 10 со всеми необходимыми драйверами, корректно распознающей и обслуживающей современные твердотельные накопители. Очистка буфера кеша записи в настройках тестируемого SSD отключена, все обновления безопасности, включая заплатки против уязвимостей Spectre, Spectre v4, Meltdown, Foreshadow, Spectre v3a, Lazy FPU, Spoiler и MDS установлены (в том числе поэтому результаты из этой статьи не стоит сравниваь с показателями в других наших материалах). Измерение производительности выполняется с накопителями в «использованном» состоянии, которое достигается их предварительным заполнением данными. Перед каждым тестом накопители очищаются и обслуживаются с помощью команды TRIM. Между отдельными тестами выдерживается 15-минутная пауза, отведённая для корректной отработки технологии сборки мусора. Во всех тестах используются рандомизированные несжимаемые данные.
Раздел, в пределах которого тестируется скорость операций, имеет размер 32 Гбайт, а продолжительность каждого теста составляет сорок секунд. Такие параметры, в частности, позволят получать более релевантные результаты для тех SSD, которые используют различные технологии SLC-кеширования.
Используемые приложения и тесты:
⇡#Производительность последовательного чтения и записи
Самый первый тест, в котором мы измеряли скорость линейного чтения, преподносит сюрприз. Оказывается, контроллер Phison PS5016-E16 способен обеспечить высокую производительность чтения только в специально подобранных условиях, которые создаются в синтетических бенчмарках лишь при определённых настройках. Если же говорить о скорости реальной, которая наблюдается при невысокой глубине очереди запросов и последовательном чтении 128-килобайтными блоками, то Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD не только не выходит за пропускную способность четырёх линий PCI Express 3.0, но и значительно отстаёт от Samsung 970 EVO Plus.
В повседневной жизни преимущества шины PCI Express 4.0 обладатели накопителя Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD или его родственников с контроллером Phison PS5016-E16 смогут увидеть лишь при линейной записи. Здесь скоростные показатели таких накопителей действительно выше, чем у Samsung 970 EVO Plus, который действительно упирается в предел интерфейса PCI Express 3.0 x4.
Чтобы лучше было понятно, почему так получается, к диаграммам мы добавили графики зависимости линейных скоростей от глубины очереди запросов. На них для наглядности показаны лишь результаты, полученные для Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD 2 Тбайт и Samsung 970 EVO Plus 2 Тбайт в платформе AMD при использовании максимально возможного для каждого накопителя режима PCI Express.
Диагноз очевиден: контроллер Phison PS5016-E16 страдает ровно теми же недостатками, что и его предшественники. Высокие скоростные показатели при линейных операциях чтения он может обеспечивать лишь при глубоких очередях запросов, а их при типовой десктопной нагрузке не возникает. Поэтому Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD может сколько угодно щеголять пиковыми паспортными показателями, но в действительности шина PCI Express 4.0 ему особо-то и не нужна.
⇡#Производительность произвольного чтения
В том, что Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD, построенный на двухъядерном контроллере со сравнительно невысокой вычислительной мощностью, не сможет соперничать с Samsung 970 EVO Plus при операциях случайного чтения, у нас не было сомнений с самого начала. Тесты это только подтверждают. Обращение к произвольным блокам накопитель Samsung с шиной PCI Express 3.0 x4 обрабатывает в любом случае быстрее, чем новомодный накопитель, имеющий вдвое более быстрый интерфейс. Очевидно, что пропускная способность шины сама по себе ничего не решает — к ней должен прилагаться и сильный контроллер с хорошо оптимизированной микропрограммой, а их Phison своим партнёрам пока не предложила.
Кстати, стоит обратить внимание и на ещё одну интересную деталь: система, построенная на процессоре Ryzen 7 3800X, оказывается как минимум не хуже по производительности работы со скоростным носителем информации, чем система на базе флагманского CPU авторства Intel. А это значит, что времена, когда платформы AMD заведомо уступали в быстродействии дисковой подсистемы, наконец-то прошли.
⇡#Производительность произвольной записи
Операции записи в SSD устроены алгоритмически проще, поэтому здесь Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD имел неплохой шанс продемонстрировать производительность, за которую его разработчикам не пришлось бы краснеть. Но в реальности у накопителя на базе контроллера Phison E16 впечатляющего выступления не получилось. Он смог обойти Samsung 970 EVO Plus лишь в одном случае – при работе с блоками большого размера, когда случайные операции становятся похожи на последовательные. При распространённой же в десктопах мелкоблочной записи старый добрый накопитель Samsung, использующий шину PCI Express в режиме 3.0, оказывается заметно лучше.
⇡#Производительность при смешанной нагрузке
Одновременное обслуживание разнонаправленных потоков операций – достаточно непростая задача, для эффективного решения которой накопителю необходим и мощный контроллер, и оптимизированная микропрограмма, и быстрый массив флеш-памяти. Сбалансированной совокупностью этих компонентов платформа Phison E16 похвастать не может, поэтому тут Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD вновь заметно проигрывает своему сопернику, несмотря на использование более скоростного интерфейса.
Таким образом, PCI Express 4.0-накопитель на базе контроллера Phison PS5016-E16 оказался силён лишь при одном варианте нагрузки – при линейной записи. Во всех остальных случаях Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD в той или иной степени слабее, чем Samsung 970 EVO Plus, в котором при этом поддержки PCI Express 4.0 нет.
⇡#Производительность в PCMark 8 Storage Benchmark 2.0
К сожалению, тест PCMark 8 не защищён от «читерских» оптимизаций прошивки, которые встречаются в актуальных NVMe-накопителях на базе контроллеров Phison. Поэтому их результат здесь получается несколько завышенным, хотя, как видно по показателям, с увеличенной пропускной способностью внешнего интерфейса это никак не связано. Тем не менее всё выглядит так, как будто Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD в реальных приложениях работает чуть быстрее, чем Samsung 970 EVO Plus.
Интегральный результат PCMark 8 нужно дополнить и показателями производительности, выдаваемыми накопителями при прохождении отдельных тестовых трасс, которые моделируют различные варианты реальной нагрузки. Дело в том, что при разноплановой нагрузке флеш-накопители могут вести себя каким-либо особым образом.
Любопытно, что PCMark 8 также говорит о лучшей производительности современных накопителей в платформе Intel, нежели в платформе AMD. И как следует из диаграммы выше, связано это в первую очередь с быстродействием дисковой подсистемы в Adobe Photoshop.
⇡#Производительность при реальной нагрузке
С файловыми операциями Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD справляется в целом неплохо. Здесь можно увидеть, что в ряде случаев этому накопителю действительно помогает более скоростной интерфейс, и если речь не идёт об архивировании файлов, то он немного опережает по быстродействию Samsung 970 EVO Plus. Очевидно, спасает накопитель на базе Phison PS5016-E16 здесь то, что он действительно обеспечивает достойную производительность при линейной записи.
Но с ролью хорошего системного накопителя, с которого предполагается запускать операционную систему и программы, Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD совершенно не справляется. Для обслуживания таких нагрузок важна высокая скорость мелкоблочного чтения, а также способность накопителя переваривать разнонаправленные операции, но с тем и с другим у новейшего контроллера Phison большие проблемы. Поэтому в реальном использовании в персональном компьютере накопитель на платформе Phison E16 окажется заметно более медленным вариантом по сравнению с флагманскими продуктами лидеров рынка, и шина PCI Express 4.0 здесь никак не помогает. При запуске с Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD игр и программ скорость загрузки в пределе оказывается на 30 % ниже, чем в случае с Samsung 970 EVO Plus.
⇡#Проверка температурного режима
В заключение сказать необходимо пару слов про рабочие температуры накопителей с поддержкой PCI Express 4.0. Помните, AMD оправдывала необходимость активного охлаждения чипсета X570 тем, что высокочастотный контроллер новой шины не может быть холодным? А если так, то получается, что SSD с поддержкой PCI Express 4.0, как и флагманский чипсет под Ryzen, должны быть проблемными в смысле теплового режима компонентами. И в этой связи совсем не удивляет, что все решения на контроллере Phison PS5016-E16, как Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD, в обязательном порядке должны снабжаться крупными и достаточно эффективными радиаторами.
Но все подобные рассуждения легко опровергаются практикой. На самом деле PCI Express 4.0-накопитель Gigabyte греется ровно настолько, насколько быстро он работает. Иными словами, в деле SSD на контроллере Phison PS5016-E16 даже без какого-либо радиатора нагревается меньше, чем Samsung 970 EVO Plus. Следовательно, накопитель может быть горячим из-за высокой производительности, а формальная поддержка PCI Express 4.0 без реального улучшения быстродействия к принципиальному росту тепловыделения SSD не приводит.
На графиках ниже приводится температуры сравниваемых SSD при непрерывных последовательных операциях с глубиной очереди запросов в 32 команды. Измерения были проведены на открытом стенде, какой-либо дополнительный обдув SSD воздушным потоком не производился, оба накопителя эксплуатировались без каких-либо систем охлаждения.
При тестировании Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD троттлинг не встретился нам ни при чтении, ни при записи. Максимальная температура составила 82 градуса, она была достигнута в тот момент, когда запись шла в SLC-кеш, но при записи напрямую в TLC-память накопитель уже так сильно не греется. В то же время Samsung 970 EVO Plus в тех же условиях примерно за минуту разогревается до температуры 83 градуса, после чего у него включается троттлинг, который сохраняется до полного снятия с накопителя нагрузки.
Поскольку Gigabyte Aorus NVMe Gen4 SSD не перегревается даже со снятым радиатором, то получается, что мощное охлаждение на накопителях с контроллером Phison PS5016-E16 в реальности не требуется, его основная роль – придание им солидности в глазах покупателей.
Начиналось всё многообещающе: Phison очень своевременно ввела в своих накопителях нового поколения поддержку шины PCI Express 4.0 и попала в единую струю с начавшими покорять рынок процессорами Ryzen 3000, которые летом текущего года внедрили эту шину в настольных системах. В результате возникло впечатление, что Phison действительно совершила рывок и теперь предлагает пользователям современных компьютеров на базе процессоров AMD твердотельные накопители с принципиально лучшей, чем у конкурентов, производительностью.
В формировании такого мнения помогла и сама AMD, которая при продвижении процессоров с микроархитектурой Zen 2 активно рекламировала NVMe-накопители на базе контроллера Phison PS5016-E16 как единственный правильный выбор, способный раскрыть преимущества PCI Express 4.0. Внесли свою лепту в возникший вокруг PS5016-E16 ажиотаж и фирмы Corsair, Gigabyte и Patriot, которые стали преподносить SSD на основе данного контроллера как премиальные и флагманские продукты.
Но как показала практическая проверка, вся эта бравада имеет очень отдалённое отношение к действительности, потому что на деле накопители Corsair MP600, Gigabyte Aorus NVMe Gen4, Patriot Viper VP4100 и им подобные – весьма средние по производительности варианты даже в том случае, если они используются в системах на базе процессоров Ryzen 3000 и работают через шину PCI Express 4.0 x4 с пропускной способностью до 7,9 Гбайт/с.
Хороший и производительный накопитель с интерфейсом PCI Express 4.0 x4 должен обладать сбалансированной конфигурацией, которая бы включала не только быстрый массив флеш-памяти, но также и контроллер с достаточной вычислительной мощностью, и оптимизированную микропрограмму. В платформе же, которую предложила Phison, контроллер слишком слаб для того, чтобы загрузить полосу пропускания PCI Express 4.0 x4, хотя используемая в ней BiCS4-память компании Toshiba имеет вполне достойные характеристики. Но ничего не поделаешь, чип PS5016-E16 базируется на процессоре лишь с двумя ARM-ядрами и фактически представляет собой обновлённую версию недорогого контроллера PS5012-E12, в котором внешний интерфейс заменили более скоростным.
А это автоматически означает, что потребительские PCI Express 4.0-накопители, которые основываются на платформе Phison E16 (а других сейчас попросту нет), стоило бы позиционировать как переходные решения начального уровня с новым интерфейсом. И в этом случае к их производительности не было бы особых претензий, а то, что они проигрывают флагманским моделям NVMe SSD с интерфейсом PCI Express 3.0 x4 почти при любой разновидности нагрузки, не вызвало бы никаких серьёзных вопросов.
Но Phison вместе с партнёрами явно решила подзаработать на хайпе вокруг PCI Express 4.0 — и ставит продукты на базе PS5016-E16 на одну ступень с Samsung 970 EVO Plus, а то и выше. На самом же деле это совершенно безосновательно. Результаты тестов однозначно показывают, что в производительности Corsair MP600, Gigabyte Aorus NVMe Gen4, Patriot Viper VP4100 и прочих SSD на базе Phison E16 нет никаких признаков премиальности, и они должны продаваться ощутимо дешевле хорошо известных нам флагманов с шиной PCI Express 3.0 x4. И пока это условие не соблюдено, мы не советуем приобретать накопители с контроллером Phison PS5016-E16 даже для современных систем на базе Ryzen 3000, где есть врождённая поддержка PCI Express 4.0. Проверенный временем Samsung 970 EVO Plus обеспечит лучшую производительность по более низкой цене, пусть и работая через вдвое более медленный интерфейс.
В итоге про пользу PCI Express 4.0 для современных накопителей можно сказать примерно то же, что и в случае с видеокартами. Формально эта шина значительно увеличивает пропускную способность, но пока на рынке нет таких устройств, для которых это было бы действительно необходимо.