Обзор NVMe-накопителя Samsung 970 PRO: MLC решает
Новый флагманский NVMe-накопитель компании Samsung, 970 PRO, попал в очень непростую историю. Если с его предшественником, 960 PRO, всё было кристально ясно, и это попросту был самый быстрый SSD на рынке, то теперь звание лидера среди потребительских накопителей безапелляционно отошло к Intel Optane SSD 900P/905P. Хотя 970 PRO и быстрее прошлой версии, соперничать с интеловским решением на базе революционной памяти 3D XPoint он заведомо не сможет. Главный козырь Optane SSD – очень высокая скорость произвольного чтения, и чтобы сделать что-то подобное, классические технологии NAND не годятся из-за страничной организации такой памяти. Это означает, что теперь Samsung придётся склонять покупателей на сторону 970 PRO не лозунгами про непревзойдённую производительность, а чем-то ещё.
Этим чем-то вполне могло бы стать соотношение быстродействия и цены, ведь чтобы купить какой-то из Optane SSD, нужно как минимум быть не стеснённым в денежных средствах. Стоимость же 960 PRO и 970 PRO аналогичной ёмкости в два с лишним раза ниже. Однако есть существенный нюанс: потребители, гоняющиеся за выгодными по сочетанию качеств устройствами хранения данных, PRO-серии Samsung скорее предпочтут ещё более дешёвые, но всё равно быстрые NVMe-накопители вроде Samsung 970 EVO, Intel SSD 760p или ADATA XPG SX8200.
Тем не менее, южнокорейский производитель, кажется, всё-таки смог придумать, каким образом преподнести новый 970 PRO, чтобы с одной стороны он выглядел органично на фоне других имеющихся предложений, а с другой – казался привлекательным для покупателей. Теперь как главное преимущество накопителя преподносится тот факт, что это – единственный (с небольшими оговорками) накопитель потребительского уровня, в котором используется полноценная и современная флеш-память с двухбитовыми ячейками. И это правда: в погоне за наращиванием плотности хранения информации в массиве NAND производители SSD практически повсеместно отказались от выпуска MLC-моделей и даже начинают засматриваться на QLC-память. Хотя сейчас в продаже всё ещё можно найти варианты накопителей на базе планарной 15-нм MLC-памяти компании Toshiba и на базе MLC 3D NAND первого поколения компании Micron, считать их идеологическими соперниками Samsung 970 PRO совершенно невозможно. Накопители c MLC-памятью Toshiba завершают свой жизненный цикл и в ближайшее время уйдут с рынка, а та память с двухбитовыми ячейками, которую предлагает Micron, большинства плюсов MLC NAND на самом деле лишена, поскольку для её производства используются отходы TLC-памяти – полупроводниковые кристаллы, не прошедшие валидацию в трёхбитовом режиме.
Иными словами, те пользователи, которые верят в преимущества MLC-памяти и готовы за них немного доплатить, в ближайшем будущем действительно останутся лишь с одним вариантом выбора – Samsung 970 PRO. Стоит ли при этом MLC NAND того, чтобы искусственно и серьёзно ограничивать себя при выборе – вопрос скорее философский. Да, такая память работает быстрее и в конечном итоге оказывается надёжнее. Но современные TLC-накопители успешно компенсируют более низкую скорость массива памяти технологиями кеширования, а их надёжность такова, что качественные модели спокойно переносят запись до петабайта данных. То есть, Samsung 970 PRO в любом случае – решение не для всех. Однако определённый смысл в покупке такого SSD действительно может существовать. Переплата по сравнению с тем же 970 EVO составит всего 20 процентов, а выигрыш в потребительских качествах незаметным отнюдь не назовёшь.
Но не будем забегать вперёд: подробному анализу того, в чём конкретно Samsung 970 PRO лучше конкурирующих вариантов, построенных на TLC 3D NAND последнего поколения, как раз и посвящена эта статья.
Рассказывать о том, как устроен Samsung 970 PRO, долго не придётся. Он собран по самой стандартной схеме из уже известных нам компонентов, что, собственно, и делает его быстрым и надёжным решением.
В качестве базового контроллера в 970 PRO используется чип Phoenix. Это – новый пятиядерный контроллер внутренней разработки Samsung, который она сейчас ставит во все свои актуальные NVMe SSD, в том числе и в рассмотренный нами ранее 970 EVO. Данный контроллер представляет собой дальнейшее развитие применявшегося ранее Polaris с увеличенной (в первую очередь за счёт роста тактовой частоты) производительностью и поддержкой новой версии протокола NVM Express 1.3. Стоит отметить, что по грубой вычислительной мощности Phoenix заведомо превосходит все аналогичные решения прочих разработчиков. Хорошей иллюстрацией заложенного в него потенциала может выступать тот факт, что перспективные накопители семейства Z-SSD, которые Samsung готовит для противопоставления Intel Optane SSD, тоже будут опираться на этот чип. Иными словами, даже будучи использованным во флагманском (на данный момент) Samsung 970 PRO, контроллер Phoenix узким местом архитектуры совершенно не является.
Таким образом, производительность рассматриваемого SSD определяется в первую очередь массивом памяти, который в 970 PRO составлен из фирменной 64-слойной MLC 3D V-NAND. Перейдя на новую технологию трёхмерной флеш-памяти, Samsung вопреки глобальным рыночным тенденциям решила сохранить производство кристаллов c двухбитовыми ячейками, и оно сейчас даёт исходный материал для накопителей 860 PRO и 970 PRO. Важно учитывать, что самсунговская 64-слойная MLC 3D V-NAND производится независимо от TLC 3D V-NAND, и получающиеся кристаллы имеют ёмкость 256 Гбит. Это позволяет производителю формировать массивы флеш-памяти с высокой степенью параллелизма и традиционной структурой – восемью каналами и двукратным или четырёхкратным чередованием.
Впрочем, так же обстояло дело и ранее – в 960 PRO, где применялась 48-слойная MLC 3D V-NAND. Тем не менее, новая модель флагманского накопителя обещает достаточно серьёзный прирост производительности. В частности, по официальным спецификациям скорость случайного чтения увеличилась на 15 процентов, а скорость записи – на величину от 30 до 40 процентов. И большую часть этого преимущества, особенно в части скорости записи, можно списать на примерно полуторакратное снижение латентностей самих устройств NAND, произошедшее при переходе на 64-слойный дизайн. Что же касается роста скорости случайного чтения, то тут положительную роль, несомненно, играет новый контроллер Phoenix. Заявленная же производительность линейного чтения у Samsung 970 PRO осталась на прежнем уровне – всю пропускную способность интерфейса PCI Express 3.0 x4 мог задействовать и прошлый накопитель, 960 PRO.
В результате, характеристики Samsung 970 PRO выглядят следующим образом:
|
Производитель |
Samsung
|
Серия |
970 PRO
|
Модельный номер |MZ-V7P512BW
|MZ-V7P1T0BW
|
Форм-фактор |M.2 2280
|
Интерфейс |PCI Express 3.0 x4 – NVMe 1.3
|
Ёмкость, Гбайт |512
|1024
|
Конфигурация
|
Флеш-память: тип, техпроцесс, производитель |Samsung 64-слойная 256-Гбит 3D MLC V-NAND
|
Контроллер |Samsung Phoenix
|
Буфер: тип, объем |LPDDR4, 512 Мбайт
|LPDDR4, 1 Гбайт
|
Производительность
|
Макс. устойчивая скорость последовательного чтения, Мбайт/с |3500
|3500
|
Макс. устойчивая скорость последовательной записи, Мбайт/с |2300
|2700
|
Макс. скорость произвольного чтения (блоки по 4 Кбайт), IOPS |370 000
|500 000
|
Макс. скорость произвольной записи (блоки по 4 Кбайт), IOPS |500 000
|500 000
|
Физические характеристики
|
Потребляемая мощность: бездействие/чтение-запись, Вт |0,03/5,7–8,5
|
MTBF (среднее время наработки на отказ), млн.ч |1,5
|
Ресурс записи, Тбайт |600
|1200
|
Габаритные размеры: ДхВхГ, мм |80,15 × 22,15 × 2,38
|
Масса, г |10
|
Гарантийный срок, лет |5
Любопытно, что отличия Samsung 970 PRO в объявленной производительности от более доступного и основанного на TLC 3D V-NAND накопителя 970 EVO не так уж и заметны: они лежат в пределах 8-10 процентов. Однако нужно понимать, что старшая модель, о которой мы говорим сегодня, способна выдавать такие показатели без каких-либо ухищрений вроде технологии TurboWrite. Это значит, что скоростные параметры 970 PRO постоянны по всему объёму массива флеш-памяти, и никакого падения производительности при исчерпании объёма SLC-кеша здесь не будет.
Если продолжить сравнивать 970 PRO c 970 EVO, то самые серьёзные отличия обнаружатся, пожалуй, в условиях гарантийного обслуживания. На старшую модель потребительского NVMe SSD разрешается писать вдвое больше данных, что эквивалентно полной перезаписи двух третей полной ёмкости накопителя ежедневно в течение пятилетнего гарантийного срока. Более щедрые рамки разрешённого ресурса перезаписи обещаются разве только для Intel Optane SSD, в котором используется память, работающая на иных физических принципах.
Однако 970 PRO превосходит 970 EVO всё-таки не во всём: старший модельный ряд оказался лишён накопителей наименьшего и наибольшего объёмов. И если отсутствие среди модификаций 970 PRO версии на 256 Гбайт ещё можно как-то объяснить позиционированием, то понять, почему Samsung решила не выпускать 970 PRO объёмом 2 Тбайт, не так просто. Особенно если вспомнить, что модификация 960 PRO ёмкостью 2 Тбайт ранее существовала. Наиболее вероятной представляется версия о том, что Samsung по принципиальным соображениям не выпускает NVMe-накопители с двухсторонним дизайном, а 970 PRO 2 Тбайт в одностороннем исполнении оказался невозможен. Раньше компания, чтобы размещать четыре микросхемы NAND на одной стороне платы форм-фактора M.2 2280, встраивала DRAM в одну упаковку c контроллером, но сейчас от этой практики она отказалась. В двух же микросхемах более 1 Тбайт флеш-памяти с 256-гигабитными устройствами не помещается. Тем не менее, всё-таки хочется верить, что на двухтерабайтном накопителе крест поставлен не окончательно, и позднее модельный ряд 970 PRO всё-таки будет дополнен.
⇡#Внешний вид и внутреннее устройство
Как и в случае 970 EVO, накопители Samsung 970 PRO существуют в одном единственном варианте исполнения – в виде модулей M.2 форм-фактора 2280, которые устанавливаются в соответствующий слот на материнской плате и используют для своего подключения четыре линии PCI Express 3.0. Никаких версий в U.2- или HHHL-формате не предполагается. Впрочем, сколь-нибудь значимой проблемой это уже давно не является. Все современные системы, и уж тем более верхнего ценового диапазона для которых и предназначен Samsung 970 PRO, обладают как минимум одним слотом M.2.
Более интересно другое: печатная плата, на базе которой собираются накопители серии 970 PRO, имеет точно такой же схемотехнический дизайн, как и плата 970 EVO. Это значит, что после недавнего обновления NVMe-накопители компании Samsung на базе TLC и MLC 3D V-NAND стали унифицированы, и различия между ними определяются исключительно типом устанавливаемых микросхем. В результате, на плате 970 PRO размещено лишь четыре микросхемы: контроллер Polaris, DRAM-буфер и пара микросхем, внутри которых находится флеш-память. Весь этот набор установлен на лицевой стороне платы накопителя, оборотная же сторона 970 PRO от чипов свободна. В результате, 970 PRO, как и 970 EVO, соответствует стандарту 2280-S3-M, что означает возможность установки таких устройств в «тонкие» слоты, которые встречаются в ультрабуках.
На обеих сторонах платы 970 PRO размещены наклейки. На лицевой стороне – этикетка с названием продукта, маркировкой, артикулами и номерами, а на оборотной – с логотипами всевозможных сертификаций. При этом этикетка, приклеенная на обороте, не столь проста, как кажется на первый взгляд: помимо всего прочего она выступает своеобразным теплораспределителем, помогающим охлаждать устройство. Дело в том, что один из её слоёв — медная фольга, материал с высокой теплопроводностью.
Контроллер, установленный на плате Samsung 970 PRO, абсолютно точно такой же, как и в 970 EVO: это – Phoenix, легко узнаваемый по теплорассеивающей никелированной крышке. Аккомпанирует ему DRAM-буфер, представленный высокоскоростным чипом LPDDR4 с типичным объёмом из расчёта 1 Мбайт оперативной памяти на 1 Гбайт флеш-памяти. Напомним, в 960 PRO память помещалась в одну упаковку (MCM – Multi-chip package) с контроллером, сейчас же эти полупроводниковые устройства физически разделены на две микросхемы.
Чипы флеш-памяти, установленные на Samsung 970 PRO, вмещают в себя по 8 или 16 кристаллов (в зависимости от объёма накопителя) 64-слойной MLC 3D V-NAND. Следовательно, восьмиканальный контроллер Phoenix в 970 PRO пользуется либо двукратным, либо четырёхкратным чередованием устройств в каждом канале (в 512 и 1024 Гбайт версиях SSD соответственно). Это в частности объясняет тот факт, что терабайтный накопитель работает быстрее, чем полутерабайтный.
Декларируемые объёмы представителей серии 970 PRO кратны 512 Гбайт, а значит, пользователю доступно примерно 94 процента от общего объёма установленной флеш-памяти. Зарезервированное пространство используется контроллером под внутренние нужды – для сборки мусора, выравнивания износа и под резервный фонд.
Вдобавок стоит упомянуть, что Samsung 970 PRO, как и все остальные потребительские SSD южнокорейского производителя, поддерживает основные стандарты аппаратного шифрования (TCG Opal и Encrypted Drive-IEEE1667) и может использоваться для «прозрачной» защиты данных алгоритмом AES-256 без какого-либо влияния на дисковую производительность. Криптографический движок совместим в том числе и со стандартом Self-Encrypting Drive, что означает возможность удобного аппаратного шифрования при помощи утилиты BitLocker в операционной системе Windows.
Накопители компании Samsung традиционно снабжаются фирменной сервисной утилитой Magician, которая, начиная с версии 5.2, знакома в том числе и с 970 PRO. Эту утилиту принято ставить примером того, каким ПО должны сопровождаться потребительские SSD, поэтому предъявить какие-либо претензии к её функциональности или интерфейсу не так-то просто.
Samsung Magician 5.2 позволяет получить общую информацию о накопителе, о режиме его работы, о версии прошивки и об объёме записанных данных. Также утилита даёт возможность ознакомиться с состоянием атрибутов, возвращаемых в S.M.A.R.T.
Утилита позволяет провести оценочные тесты производительности накопителя и убедиться в его полной совместимости с системой, в которой он установлен.
С помощью Magician можно вручную отправить на накопитель пакет команд TRIM, а также скорректировать размер неразмеченного файловой системой пространства, переводя часть ёмкости SSD в дополнительную резервную зону.
Также через Magician выполняется управление функциями аппаратного шифрования. А кроме того, утилита позволяет создать загрузочную «флешку» для полного физического стирания данных при помощи команды Secure Erase.
Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 10 Enterprise x64 Build 16299, корректно распознающей и обслуживающей современные твердотельные накопители. Это значит, что в процессе прохождения тестов, как и при обычном повседневном использовании SSD, команда TRIM поддерживается и активно задействуется. Измерение производительности выполняется с накопителями, находящимися 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:
С выходом процессоров Coffee Lake и наборов логики трёхсотой серии мы решили обновить тестовую систему, которая используется для измерения производительности NVMe-моделей SSD. Всё-таки такие накопители в первую очередь покупают энтузиасты, переходящие на новые платформы, и поэтому логично было бы именно такую платформу использовать в тестовых испытаниях.
В итоге, в качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Maximus X Hero, процессором Core i5-8600K со встроенным графическим ядром Intel UHD Graphics 630 и 8 Гбайт DDR4-2666 SDRAM. Приводы с SATA-интерфейсом подключаются к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI. Используется драйвер Intel Rapid Storage Technology (RST) 15.9.0.1015. Накопители с интерфейсом M.2 устанавливаются в соответствующий слот материнской платы, запитанный от чипсета. Накопители в виде карт PCI Express устанавливаются в слот PCI Express 3.0 x4, также работающий через чипсет.
Объём и скорость передачи данных в бенчмарках указываются в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт).
Отдельное пояснение следует сделать относительно закрытия процессорных уязвимостей Meltdown (CVE-2017-5754) и Spectre (CVE-2017-5715). Дело в том, что разработанные патчи заметно снижают производительность твердотельных накопителей, но учитывая важность тестирования SSD в реальных условиях, измерения проводились с установленными обновлениями микропрограммы процессора и операционной системы и с активированными «заплатками».
⇡#Список участников тестирования
Samsung 970 PRO обещает стать самым быстрым SSD на базе традиционной флеш-памяти, который сменяет на этом посту предшествующую модель, 960 PRO. Поэтому для сравнения с новинкой мы собрали самые быстрые и самые лучшие SSD, имеющиеся в наличии у других производителей. Естественно, при этом нельзя было обойти стороной и сопоставление с Intel Optane SSD: представитель этого семейства тоже принял участие в тестах.
В результате, список протестированных моделей получился следующим:
Используемые версии NVMe-драйверов:
Пока Samsung 970 PRO ещё рано называть последним оставшимся в продаже NVMe SSD на базе флеш-памяти с двухбитовыми ячейками. Различные варианты MLC NAND используют и некоторые другие накопители, продолжающие поставляться на прилавки магазинов: Plextor M8Pe и Patriot Hellfire M.2, где применяется планарная 15-нм MLC NAND компании Toshiba, а также предшественник главного героя данного обзора, Samsung 960 PRO, в основе которого лежит самсунговская MLC 3D V-NAND, но не с 64, а с 48 слоями. Остальные же участники тестирования – NVMe-модели нового поколения, где в массиве флеш-памяти используется трёхмерная TLC-память различных видов.
⇡#Производительность последовательного чтения и записи
Для того, чтобы не загромождать графики, кривые зависимости производительности от размера блока и глубины очереди запросов мы построили только для версии Samsung 970 PRO объёмом 512 Гбайт.
Несмотря на то, что производительность контроллера и скорость памяти в Samsung 970 PRO стала ещё выше, чем была в 960 PRO, этот накопитель всё ещё не может похвастать способностью заполнения пропускной способности PCI Express 3.0 x4 при последовательных операциях без какой-либо конвейеризации. Пиковые скорости достигаются при увеличении глубины очереди запросов как минимум до четырёх команд, так что пространство для дальнейшего развития флагманских NVMe-накопителей Samsung сохраняется.
Впрочем, всё это совершенно не мешает Samsung 970 PRO занимать место недосягаемого лидера. По скорости линейных операций этому накопителю нет равных, особенно если говорить о записи, где новинка демонстрирует впечатляющий отрыв как от предшествующей модели, так и от конкурентов. Но и даже при чтении тот же Samsung 970 EVO отстаёт от флагмана примерно на 15 процентов.
Отдельной строкой нужно подчеркнуть, что при последовательных операциях Samsung 970 PRO существенно опережает и инновационный Intel Optane SSD 900P. До сих пор накопители на базе флеш-памяти могли превзойти Optane только при линейном чтении, но выступление 970 PRO показывает, что это можно сделать и при записи.
⇡#Производительность произвольного чтения
Естественно, лидером по скорости случайного чтения выступает Intel Optane 900P, построенный на принципиально иной памяти 3D XPoint с прямым, а не страничным доступом. Но среди накопителей, в которых используется NAND-память, Samsung 970 PRO – недосягаемый лидер. Переход на новый контроллер Phoenix позволил новинке оторваться от предшественника почти на 15 процентов, причём в условии установленных патчей против уязвимостей Spectre и Meltdown. Это значит, что на сегодняшний день с точки зрения мелкоблочных операций 970 PRO существенно мощнее всех прочих NVMe SSD, построенных на традиционной флеш-памяти.
⇡#Производительность произвольной записи
При случайной записи непревзойдённой производительностью может похвастать лишь версия Samsung 970 PRO ёмкостью 1 Тбайт. Её массив флеш-памяти обладает более высокой степенью параллелизма, и в данном случае это играет определяющую роль. Полутерабайтная же модель уступает в скорости не только Intel Optane 900P, но и Samsung 970 EVO или Intel SSD 760p при увеличении глубины очереди запросов.
Разница в скоростных показателях двух версий 970 PRO может достигать почти двукратного масштаба. И это значит, что, если вы захотите приобрести самый быстрый накопитель в M.2-исполнении, выбирать стоит именно 970 PRO 1 Тбайт. Впрочем, прежде чем последовать этой рекомендации, нужно принять во внимание, что такой SSD превосходит по цене младшую, 280-гигабайтную версию Intel Optane SSD 900P, которая может быть интереснее по соображениям производительности.
⇡#Производительность при смешанной нагрузке
Смешанные нагрузки – это сценарии, в которых лучше всего проявляет себя Intel Optane SSD 900P. И даже терабайтная версия Samsung 970 PRO, которая заметно быстрее варианта вдвое меньшей ёмкости, не может тягаться с ним по производительности.
При этом нельзя сказать, что 970 PRO демонстрирует какие-то особенные достижения и на фоне накопителей на базе NAND-памяти. Например, основанный на трёхмерной TLC-памяти второго поколения Micron накопитель ADATA XPG SX8200 почти не отстаёт от Samsung 970 PRO. Получается, что оптимизация микропрограммы самсунговского флагмана под нагрузки, в которых участвуют одновременно операции чтения и записи, могла бы быть и получше. Впрочем, если сравнить 970 PRO с его предшественником, 960 PRO, то отрицать происходящий на этом направлении прогресс невозможно. Просто он идёт не столь быстрыми темпами, как того хотелось бы.
⇡#
**Производительность в CrystalDiskMark**
По данным простого оценочного теста CrystalDiskMark преимущество нового флагманского накопителя Samsung перед его предшественником проявляется в первую очередь по скорости случайного чтения. Отдельные улучшения можно усмотреть и в показателях производительности при различных операциях записи, но их вряд ли можно назвать принципиальными.
⇡#
**Производительность в PCMark 8 Storage Benchmark 2.0**
Безусловно, смотреть на интегральные характеристики производительности, полученные в сценариях, максимально приближенных к реальным, куда интереснее, чем на результаты синтетических тестов. PCMark 8 – хороший пример бенчмарка, позволяющего получить представление о том, какое быстродействие тот или иной SSD сможет показать в реальных задачах. И Samsung 970 PRO уверенно удерживает тут лидирующие позиции среди накопителей на NAND-памяти. Его преимущество над прошлым 960 PRO составляет 9 процентов, а над следующим по быстродействию вариантом другого производителя, Plextor M8Pe, – 23 процента.
Правда, справедливости ради стоит отметить, что Intel Optane SSD 900P гораздо быстрее любых классических твердотельных накопителей. И его результат в PCMark 8 лучше, чем у Samsung 970 PRO, почти вдвое.
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.
Для быстрой работы с файлами важна производительность при линейных операциях. Поэтому здесь на диаграммах Optane SSD 900P совсем не выделяется. А вот Samsung 970 PRO, напротив, выглядит победителем, предлагая наилучшее быстродействие. Правда, касается это лишь версии объёмом 1 Тбайт. Более же доступный 512-гигабайтный вариант столь же блистательно уже не выглядит: сравнимую скорость выдаёт и Samsung 970 EVO, стоимость которого заметно ниже.
Для использования в роли системного загрузочного накопителя лучше всего подходит Intel Optane SSD 900P. Благодаря высокой скорости мелкоблочных операций он серьёзно опережает ближайших соперников, и Samsung 970 PRO в том числе. Если же по каким-то соображениям отбросить интеловский вариант на базе 3D XPoint, то лучшую производительность при запуске игр и приложений действительно гарантирует новый флагман Samsung.
⇡#Деградация и восстановление производительности
Наблюдение за изменением скорости записи в зависимости от объёма записанной на диск информации — важный эксперимент, позволяющий понять работу внутренних алгоритмов накопителя. В данном тесте мы загружаем SSD непрерывным потоком запросов на случайную запись 4-килобайтных блоков с очередью максимальной глубины и попутно следим за той производительностью, которая при этом наблюдается. На приведённом ниже графике в виде точек отмечены результаты измерений моментальной производительности, которые мы снимаем ежесекундно, а чёрная линия показывает среднюю скорость, наблюдаемую в течение 30-секундного интервала.
Столь гладкие графики моментальной производительности при непрерывной записи 4 Кбайт блоков встречаются нечасто. Но у накопителей Samsung серии PRO так всегда. Высокая вычислительная мощность пятиядерного контроллера позволяет обслуживать входящий поток команд с постоянной латентностью, обеспечивая отменную стабильность производительности. И пусть это в первую очередь важно в серверных средах, пользователям обычных систем это тоже способно принести некоторые дивиденды. Ведь 970 PRO – накопитель, скорость реакции которого на внешние воздействия совершенно предсказуема и постоянна.
Кроме того, обратить внимание стоит и на то, что даже после исчерпания свободных страниц флеш-памяти скорость работы Samsung 970 PRO остаётся на весьма достойном уровне. Если сравнить потребительские NVMe-модели по устоявшейся производительности в «использованном» состоянии, то новинка Samsung как минимум вдвое опередит любых соперников за исключением Intel Optane SSD 900P, у которого падения производительности не происходит вообще в силу использования памяти с иной архитектурой.
Посмотрим теперь, как происходит восстановление скоростных характеристик до первоначальных величин за счёт работы технологии сборки мусора. Для исследования этого вопроса после завершения предыдущего теста, приводящего к снижению скорости записи, мы выжидаем 15 минут, в течение которых SSD может попытаться самостоятельно восстановиться за счёт сборки мусора, но без помощи со стороны операционной системы и команды TRIM, и замеряем быстродействие. Затем на накопитель принудительно подаётся команда TRIM — и скорость измеряется ещё раз, что позволяет убедиться в способности SSD с помощью TRIM полностью восстанавливать свою паспортную производительность.
С обработкой TRIM у Samsung 970 PRO проблем нет. Но вот автономная сборка мусора у MLC-накопителей южнокорейского производителя традиционно не работает. Нет её и в 970 PRO: очевидно, что у инженеров Samsung на этот счёт какие-то принципиальные соображения. Поэтому для того, чтобы 970 PRO смог подготовить свободные страницы флеш-памяти для будущих операций, операционная система должна обязательно отослать на него пакет команд TRIM. Впрочем, представить себе окружение с поддержкой NVMe, но без TRIM, очень тяжело, так что отсутствие самостоятельной сборки мусора недостатком Samsung 970 PRO можно считать лишь условно.
Выполнение команды TRIM современным накопителям даётся не столь просто, как можно было бы подумать. Когда операционная система передаёт накопителю информацию о том, что какие-то сектора выводятся файловой системой из обращения, контроллер SSD должен консолидировать эти сектора и очистить освобождающиеся страницы флеш-памяти для выполнения будущих операций. Такая перегруппировка требует перезаписи и очистки областей памяти, и это не только занимает заметное время, но и серьёзно нагружает контроллер работой. В результате после удаления с диска больших объёмов данных владельцы SSD могут столкнуться с эффектом временного замедления или даже с «фризами» накопителя. На практике это может вызвать серьёзный дискомфорт, ведь никто не ожидает, что SSD, основным достоинством которого является моментальная реакция на внешние воздействия, будет замирать на несколько секунд.
Поэтому мы добавили в методику дополнительное исследование, которое позволяет отслеживать, насколько незаметно для пользователя тот или иной SSD обслуживает команды TRIM. Способ проверки очень прост: сразу после удаления крупного файла — объёмом 32 Гбайт — мы проверяем, как накопитель справляется с операциями произвольного чтения данных, контролируя как скорость чтения, так и время ожидания, которое проходит с момента каждого запроса данных до ответа накопителя.
Весьма примечательно, что несмотря на очень мощный контроллер Phoenix, Samsung 970 PRO совсем не отличается незаметной для пользователя обработкой команды TRIM. После удаления с накопителя больших объёмов информации происходит как снижение производительности, так и увеличение времени реакции. Причём, продолжительность промежутка, который требуется 970 PRO для приведения в порядок массива флеш-памяти в соответствии с TRIM, заметно больше, чем у других накопителей. Например, на зачистку 32 Гбайт у контроллера этого SSD уходит 12-15 секунд. Некоторой компенсацией такой продолжительности обработки TRIM может послужить разве только то, что в это время накопитель остаётся вполне функционален. Да, его производительность снижается, но полного отказа от обслуживания входящего потока команд, которое часто наблюдается у других SSD, в случае 970 PRO нет.
⇡#Проверка температурного режима
Когда мы тестировали Samsung 970 EVO, который основывается на том же контроллере Phoenix, мы отмечали его достаточно мягкий температурный режим. Столкнуться с перегревом было очень непросто. К сожалению, с 970 PRO ситуация оказалась заметно более жёсткой: имея этот SSD, о дополнительном охлаждении задуматься скорее всего придётся.
Для иллюстрации того, как греется Samsung 970 PRO на практике, мы последили за температурным режимом при его нагрузке последовательными операциями с глубиной очереди запросов в 32 команды. Измерения проводились на открытом стенде, какой-либо дополнительный обдув SSD воздушным потоком не производился.
В первую очередь стоит заметить, что предельная температура, при которой у Samsung 970 PRO включается троттлинг, установлена в 79 градусов. При чтении добраться до этой границы практически невозможно. Максимальная температура, которую нам удалось получить в течение пяти минут чтения, составила 64 градуса.
Однако при этом 970 PRO поразил серьёзным нагревом в состоянии бездействия. Даже если к накопителю не выполняется никаких обращений, он сохраняет температуру на уровне 48-50 градусов.
При активной записи имеющийся до включения троттлинга запас в 30 градусов исчерпывается примерно за минуту. После этого включается защитная технология Dynamic Thermal Guard (DTG), снижающая производительность накопителя примерно вдвое. Благодаря ей выше 79 градусов накопитель не разогревается.
Справедливости ради нужно отметить, что до включения троттлинга на 970 PRO (обеих доступных ёмкостей) удаётся записать порядка 140 Гбайт данных. Пользовательские сценарии, требующие непрерывной записи столь существенных объёмов, достаточно редки. Тем не менее, для накопителей флагманского класса, к которому несомненно относится 970 PRO, они не исключены, например, при работе с видеоконтентом. Именно поэтому потенциальным владельцам данного SSD мы и рекомендуем подумать об организации дополнительного теплоотвода. Фирменная фольгированная этикетка на оборотной стороне платы SSD, очевидно, проигрывает в схватке с контроллером Phoenix, приправленным MLC 3D V-NAND.
Было бы неправдой сказать, что рассмотренный в этом материале твердотельный накопитель смог нас хотя бы в чём-нибудь удивить. Samsung 970 PRO дал ровно то, что от него и ожидалось. Перейдя на более мощный контроллер Phoenix и новую MLC 3D V-NAND с 64 слоями, он улучшил скоростные характеристики предшественника, получил более щедрый ресурс записи, и немного подешевел. Средневзвешенное преимущество в производительности над 960 PRO при этом составило порядка 12 процентов, а самый выдающийся прогресс произошёл при смешанной последовательной нагрузке, что сделало 970 PRO существенно более проворным вариантом при выполнении файловых операций. Учитывая же, что за время жизни 960 PRO так и не был превзойдён ни одним из флеш-накопителей, в роли лидера теперь автоматически закрепляется 970 PRO, причём по сравнению с прошлым флагманом он кажется ещё более недосягаемым для конкурентов.
Впрочем, утверждая, что «Samsung 970 PRO – лучший NVMe SSD», мы обязательно должны добавить оговорку «на базе NAND» или в «M.2-формате», поскольку в прошлом году на рынок пришли накопители Intel Optane SSD, которые в ряде сценариев обеспечивают принципиально более высокую производительность. Но даже с учётом этого быстродействие Samsung 970 PRO не может быть объектом критики, и нет никаких сомнений, что накопители этого семейства благодаря сочетанию потребительских качеств окажутся востребованы в среде энтузиастов.
Собственно, главный козырь новинки кроется в том, что Samsung, несмотря на провозглашённый лозунг «TLC – наша новая MLC», решила продолжать предлагать потребителям накопители, основанные на MLC-памяти. Сейчас это стало особенно актуальным, поскольку все остальные производители планомерно сворачивают поставки таких моделей. Cудя по всему, уже в недалёком будущем 970 PRO останется единственным потребительским NVMe SSD, в котором используется память с двухбитовыми ячейками. Именно эта особенность и делает рассмотренную новинку уникальной: 970 PRO способен выдавать стабильно высокую производительность в том числе и при серьёзных продолжительных нагрузках, а кроме того он обладает фантастической выносливостью и снабжается весьма щедрой гарантией. Да, примерно то же самое можно получить и от новаторского Intel Optane SSD 900P/905P, но вариант Samsung в разы дешевле при том, что преимущество решения на базе 3D XPoint в реальных сценариях подавляющим назвать тяжело.
В заключение хочется добавить, что если говорить о сочетании цены и производительности, то Samsung 970 PRO нам кажется даже интереснее более доступной модели 970 EVO. Да, старшая модель дороже на достаточно ощутимые 20 процентов. Но разница в быстродействии на самом деле больше. Усреднённое преимущество 970 PRO составляет 25-30-процентнов, что сразу переносит его в иную весовую категорию. И в то время как для 970 EVO без особого труда можно подобрать и более дешёвые, и более производительные альтернативы, 970 PRO – действительно единственный в своём роде продукт, стоимость которого полностью оправдывается его устройством и потребительскими качествами.