Главная \ Статьи \ Обзор PCIe SSD Samsung SM951: просто самый быстрый

Обзор PCIe SSD Samsung SM951: просто самый быстрый

« Назад

20.05.2015 03:00

Революция, итогом которой станет повсеместный переход твердотельных накопителей на использование скоростной шины PCI Express, должна разразиться буквально в самое ближайшее время. Судя по всему, массовых анонсов принципиально новых SSD следует ждать во второй половине года, и предстоящая выставка Computex должна будет подтвердить это наше предположение. Однако первых предвестников грядущих перемен можно не только увидеть, но и «пощупать» уже сейчас. К сегодняшнему дню через нашу лабораторию успели пройти две модели SSD, напрямую использующие PCI Express и не нуждающиеся в промежуточных SATA-контроллерах: накопители Plextor M6e и Kingston HyperX Predator,  основанные на разных контроллерах Marvell. К этой доступной в отечественных магазинах паре SSD в самое ближайшее время должен будет присоединиться и многообещающий Intel 750, который не только перешёл на PCI Express, но и отказался от AHCI в пользу специализированного протокола NVMe, разработанного для флеш-накопителей, которые изначально рассчитаны на работу в многопоточных средах.

Однако пионером внедрения PCI Express в потребительские твердотельные накопители следует считать не Intel, Kingston или Plextor, а компанию Samsung, которая спроектировала и начала производить собственный SSD для этой шины ещё в 2013 году. К сожалению, её первый такой продукт, XP941, не получил широкого распространения среди пользователей персональных компьютеров, поскольку Samsung поставляла его исключительно по OEM-каналам. Но при определённом желании купить этот SSD всё-таки было возможно, за счёт чего в узких кругах Samsung XP941 обрёл достаточно высокую популярность, которая подпитывалась тем, что по пиковой производительности он где-то вдвое обходил лучшие SATA SSD, однако его стоимость при этом оставалась в рамках разумного.

Полученный инженерами Samsung опыт не пропал даром. Попробовав себя в выпуске SSD для PCI Express, компания почувствовала перспективность этого направления и решила не останавливаться на достигнутом. Летом прошлого года она пообещала выпустить ещё более производительную модель SSD, которая вместе с прогрессивной шиной смогла бы воспользоваться и преимуществами протокола NVMe. Именно такой накопитель мы и ждали от Samsung, надеясь, что даже на фоне появляющихся PCIe SSD других разработчиков её предложение станет если не лучшим, то по крайней мере интересным вариантом. Однако реально вышедшее обновление для XP941, которое получило название SM951, переходом на NVMe порадовать не смогло. Для того чтобы избежать возможных проблем с совместимостью, первая версия нового SSD продолжает использовать старый протокол AHCI, а появление поддержки NVMe отложилось на более поздний срок. Но это не делает SM951 ординарным: в данном накопителе Samsung пошла другим путём и выполнила модернизацию внешней шины с PCI Express 2.0 до 3.0, что в теории удваивает максимальную скорость передачи данных. Именно этим Samsung SM951 и привлёк наше внимание.

К сожалению, SM951, как и его предшественник, вновь оказался OEM-продуктом, не предназначенным для массовых поставок по розничным каналам. В частности, к этому SSD проявили интерес некоторые производители ноутбуков, например Lenovo, которая стала устанавливать его в семейство ультрабуков X1 Carbon. Однако заполучить новый многообещающий SSD в свои руки можно и без нагрузки в виде готовой системы. Сейчас Samsung производит несколько больше накопителей, чем приобретается у неё OEM-партнёрами, поэтому часть SM951 всё-таки просачивается в открытую продажу. А раз так, то самое время посмотреть, на что способен новый PCI Express-накопитель лидера рынка, являющийся наследником поистине легендарной модели XP941.

#Технические характеристики

Начать рассказ о Samsung SM951 следует с того, что это всё-таки продукт для сборщиков компьютеров, пусть даже в некоторых магазинах он и продаётся в розницу. Это значит, что у рассматриваемого накопителя нет никакой красивой коробки, нет комплекта поставки и, более того, нет даже штатного переходника для установки в обычный PCIe-слот. Всё, что получает в свои руки покупатель, – это небольшая платка форм-фактора M.2 2280.

Впрочем, для некоторых настольных систем этого вполне достаточно. Например, многие материнские платы на базе набора логики Intel X99 оснащены слотом M.2, на который заведены четыре необходимые для SM951 линии PCI Express 3.0. В противном же случае для эксплуатации этого SSD потребуется дополнительная карта-переходник с PCIe x4 на слот M.2 с ключом типа M.

При этом важен и ещё один момент – для полноценной работы Samsung SM951 требуется четыре линии PCI Express именно версии 3.0. Конечно, можно использовать и PCI Express 2.0, и даже две линии вместо четырёх, но в таком случае SSD не сможет раскрыть свою производительность полностью. Четырьмя же лишними линиями PCI Express 3.0 сегодня располагает достаточно ограниченное количество десктопных систем, так как соответствующие контроллеры пока обитают лишь в процессорах, но не в наборах системной логики. Иными словами, Samsung SM951 сможет хорошо вписаться в высокопроизводительные платформы с процессорами LGA2011 или LGA2011-3, обычно обладающими избыточным количеством линий PCI Express 3.0, а вот с LGA1155- и LGA1150-платформами ситуация куда сложнее. В них процессор имеет лишь 16 линий PCI Express 3.0, и все они, как правило, задействованы видеокартой. Поэтому вывести Samsung SM951 на полную скорость в таких системах можно либо с попутным переводом дискретной видеокарты в режим PCI Express x8, либо в случае полного отказа от внешней графики в пользу встроенного в процессор видеоядра. Ну или всё-таки придётся приобрести карту-переходник.

Почему у Samsung SM951 такие запросы к внешнему интерфейсу, понятно из его спецификаций. Четыре линии PCI Express 3.0 могут обеспечить теоретическую пропускную способность 3940 Мбайт/с (и практическую – в районе 3,2 Гбайт/с), а максимальная скорость последовательного чтения, которую он обещает, – 2150 Мбайт/с. Это явно больше полосы пропускания PCI Express 2.0 x4.

В целом же характеристики Samsung SM951 выглядят так.

ПроизводительSamsung
Серия SM951
Модельный номер MZHPV128HDGM MZHPV256HDGL MZHPV512HDGL
Форм-фактор M.2 2280
Интерфейс PCI Express 3.0 x4
Ёмкость 128 Гбайт 256 Гбайт 512 Гбайт
Конфигурация
Микросхемы памяти: тип, интерфейс, техпроцесс, производитель Samsung 64 Гбит 16-нм MLC NAND
Микросхемы памяти: число / количество NAND-устройств в чипе 2/8 2/16 4/16
Контроллер Samsung UBX
Буфер: тип, объем LPDDR3-1600, 
256 Мбайт
LPDDR3-1600, 
256 Мбайт
LPDDR3-1600, 
512 Мбайт
Производительность
Макс. устойчивая скорость последовательного чтения 2000 Мбайт/с 2150 Мбайт/с 2150 Мбайт/с
Макс. устойчивая скорость последовательной записи 600 Мбайт/с 1200 Мбайт/с 1500 Мбайт/с
Макс. скорость произвольного чтения (блоки по 4 Кбайт) 90000 IOPS 90000 IOPS 90000 IOPS
Макс. скорость произвольной записи (блоки по 4 Кбайт) 70000 IOPS 70000 IOPS 70000 IOPS
Физические характеристики
Потребляемая мощность: бездействие/чтение-запись 0,05/6,5 Вт
MTBF (среднее время наработки на отказ) 1,5 млн ч
Ресурс записи НД
Габаритные размеры: Д × В × Г 80 × 22 × 2,38 мм 80 × 22 × 3,73 мм
Масса 10 г
Гарантийный срок НД
Рекомендованная цена $160 $240 $460

При внимательном знакомстве с числами, указанными в таблице, возникает некий диссонанс. Дело в том, что впечатляющие показатели последовательных скоростей, в полтора раза превышающие скорости недавно протестированного нами Kingston HyperX Predator – самого быстрого PCIe SSD, побывавшего в нашей лаборатории до сих пор, соседствуют с откровенно посредственной заявленной производительностью случайных операций. Однако тут следует сделать скидку на OEM-предназначение Samsung SM951. В общем случае количество IOPS зависит не только от мощности контроллера SSD, но и от быстродействия центрального процессора в системе, где происходит измерение данной характеристики. SM951 же предполагается использовать в том числе и в ультрабуках, где CPU работает на достаточно низкой тактовой частоте, поэтому декларируемые в официальной спецификации скорости – далеко не предельные. И в высококлассных настольных системах от нового PCIe-накопителя компании Samsung можно ожидать значительно лучшего быстродействия, чем обещается в приведённой выше таблице.

К тому есть все предпосылки: в основе SM951 лежит исключительно мощный контроллер Samsung UBX, разработанный производителем специально для этого SSD. Он базируется на трёх ядрах с ARM-архитектурой и способен работать как c AHCI-, так и с NVMe-командами. В текущей конфигурации в контроллере включён лишь AHCI-режим, но NVMe-версия SM951 уже объявлена, и в скором времени она тоже должна появиться на рынке.

Из-за OEM-направленности для рассматриваемого накопителя производитель не сообщает ни сроков гарантии, ни прогнозируемой выносливости. Декларирование этих параметров возлагается на сборщиков систем, в которые будет установлен SM951, либо на продавцов. Однако следует отметить, что трёхмерная V-NAND, которая сейчас активно продвигается Samsung в потребительских SSD как более быстродействующая и надёжная разновидность флеш-памяти, в SM951 не используется. Вместо этого в PCIe-накопителе применена обычная планарная Toggle Mode 2.0 MLC NAND, производимая, предположительно, по 16-нм технологии (некоторые источники предполагают 19-нм техпроцесс). Это означает, что ожидать от SM951 столь же высокой выносливости, как у нового флагманского SATA-накопителя 850 Pro, явно не следует. По этому параметру SM951 ближе к обычным ширпотребным моделям, и большинство розничных продавцов даёт на него всего трёхлетнюю гарантию, ограничивая объём разрешённой записи величиной 40 Гбайт в сутки.

Причина, по которой в новый PCIe SSD не попала прогрессивная трёхмерная память, банальна – OEM-партнёры Samsung не захотели связываться с новой технологией флеш-памяти и предпочли получить модель на проверенных временем компонентах и с более низкой себестоимостью. И с этой стороны они не прогадали. Цены на SM951 получились очень даже неплохими – этот накопитель можно купить дешевле PCIe SSD компаний Plextor и Kingston, притом что производительность у предложения Samsung заметно выше.

На фоне конкурирующих решений Samsung SM951 выделяется не только производительностью: в этом накопителе оказался реализован аналог состояния DevSleep для PCI Express – энергосберегающий режим L1.2. В результате SM951 очень экономичен и в состоянии простоя способен снижать энергопотребление до 2 мВт. Именно поэтому он очень интересен для ультрабуков, ведь с таким потреблением в состоянии покоя он способен реально продлить время работы от батареи.

Но вот при высокой нагрузке энергопотребление сильно возрастает, а контроллер UBX ощутимо нагревается. Так, в процессе наиболее сложных и продолжительных тестов мы фиксировали повышение температуры накопителя до 75 градусов. Более того, в этом случае у контроллера может включаться троттлинг, что приведёт к некоторому временному снижению производительности. Поэтому в высокопроизводительных системах для SM951 желательно организовать как минимум обдув.

Несмотря на беспрецедентно высокую производительность, по сравнению с общеупотребительными моделями 850 Pro и 850 EVO Samsung SM951 наделён явно менее развитыми дополнительными возможностями. Например, в нём нет поддержки шифрования. Но ещё более огорчительно, что фирменная утилита Magican, которую мы считаем одной из лучших инструментальных программ для SSD, с SM951 несовместима. Акцент в PCIe-модели сделан исключительно на скорости работы, а всё остальное отсечено вследствие отсутствия запроса со стороны OEM-партнёров. Иными словами, интересы продвинутых пользователей в дизайне SM951 почти никак не учитывались.

#Внешний вид и внутреннее устройство

Модельный ряд Samsung SM951 состоит из трёх моделей ёмкостью 128, 256 и 512 Гбайт. Поскольку в эти SSD устанавливается MLC NAND с 64-гигабитными ядрами, лучшую производительность имеют два старших варианта. В нашем тестировании приняла участие как раз такая быстродействующая модификация Samsung SM951 256 Гбайт с артикулом MZHPV256HDGL-00000. Обратите внимание на пять нулей в окончании маркировки – в этих позициях кодируется тот OEM-партнёр, для которого изготовлен накопитель. Наш же «нулевой» экземпляр – это эталонная модель без всякой привязки. Именно такие SSD и встречаются в розничной продаже. На данную особенность мы обращаем отдельное внимание, потому что SM951 с разным предназначением могут комплектоваться разной прошивкой, модифицированной под те или иные условия использования. Например, прошивка накопителя, попавшего в наши руки, имела номер версии BXW2500Q – и это универсальная микропрограмма, без каких-либо специфических оптимизаций.

 

Сам накопитель представляет собой плату форм-фактора M.2 2280, разъём которой имеет ключ типа M. Это наиболее распространённый на сегодняшний день формат M.2-накопителей, который совместим с большинством систем. Плата Samsung SM951 256 Гбайт – односторонняя, что позволяет её применение в том числе и в сверхтонких мобильных системах.

Под наклейкой, закрывающей всю лицевую поверхность SSD, обнаруживается всего четыре микросхемы: контроллер UBX, DRAM и два чипа MLC NAND. И это означает, что Samsung смогла освоить сверхплотную упаковку полупроводниковых кристаллов внутри одной микросхемы. Поскольку SM951 базируется на 64-гигабитных ядрах MLC NAND, внутри каждой микросхемы флеш-памяти должно умещаться по 16 таких кристаллов. И это – своего рода рекорд, установленный благодаря тому, что Samsung обладает неким ноу-хау в области укладки чипов в стек, снижающим взаимное влияние сигналов. Причём в таких микросхемах содержатся не только кристаллы NAND, но и логика, позволяющая обращаться к внутренним ядрам флеш-памяти параллельно. В результате в 256-гигабайтной версии SM951 контроллер работает с восьмиканальным массивом флеш-памяти с четырёхкратным чередованием устройств без каких-либо ограничений.

Оставшиеся две микросхемы – контроллер Samsung UBX и его оперативная память, в данном случае представленная чипом LPDDR3-1600 ёмкостью 256 Мбайт.

Поскольку Samsung SM951 имеет M.2-исполнение, установить его в обычный PCIe-слот можно посредством переходника. Для этого подойдёт любой такой адаптер, имеющий интерфейс PCIe x4. Например, мы для тестирования воспользовались платой ASUS Hyper M.2 x4.

Однако не всё так просто. Про твердотельные накопители с интерфейсом PCIe компаний Plextor и Kingston мы говорили, что они не имеют проблем совместимости с любыми материнскими платами и могут играть роль загрузочных устройств. Однако на Samsung SM951 это распространяется не в полной мере. Дело в том, что накопители Plextor M6e и Kingston HyperX Predator имеют собственный аппаратный загрузчик, который делает их широко совместимыми с различными материнскими платами, в том числе и со старыми. У Samsung SM951 такого загрузчика нет, поэтому его инициализацию должен проводить BIOS материнской платы. Вследствие этого со старыми материнскими платами SM951 может и не заработать. Фактически уверенными в совместимости могут быть лишь обладатели последнего поколения материнок, основанных на наборах логики Intel X99 или Intel Z97. В остальных же случаях необходима предварительная проверка.

Методика тестирования

Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 8.1 Professional x64 with Update, 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, если не указано иное, используются рандомизированные несжимаемые данные.

Используемые приложения и тесты:

  • Iometer 1.1.0
    1. Измерение скорости последовательного чтения и записи данных блоками по 256 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Оценка скоростей выполняется в течение минуты, после чего вычисляется средний показатель.
    2. Измерение скорости случайного чтения и записи блоками размером 4 Кбайт (такой размер блока используется в подавляющем большинстве реальных операций). Тест проводится дважды — без очереди запросов и с очередью запросов глубиной 4 команды (типичной для десктопных приложений, активно работающих с разветвлённой файловой системой). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
    3. Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов (в пределах от одной до 32 команд). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
    4. Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с блоками разного размера. Используются блоки объёмом от 512 байт до 256 Кбайт. Глубина очереди запросов в течение теста составляет 4 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
    5. Измерение производительности при смешанной многопоточной нагрузке и установление её зависимости от соотношения между операциями чтения и записи. Тест проводится дважды: для последовательных операций чтения и записи блоками объёмом 128 Кбайт, выполняемых в два независимых потока, и для случайных операций с блоками объёмом 4 Кбайт, которые выполняются в четыре потока. В обоих случаях соотношение между операциями чтения и записи варьируется с шагом 20 процентов. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
    6. Исследование падения производительности SSD при обработке непрерывного потока операций случайной записи. Используются блоки размером 4 Кбайт и глубина очереди 32 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Продолжительность теста составляет два часа, измерения моментальной скорости проводятся ежесекундно. По окончании теста дополнительно проверяется способность накопителя восстанавливать свою производительность до первоначальных величин за счёт работы технологии сборки мусора и после отработки команды TRIM.
  • CrystalDiskMark 4.0.3
    Синтетический тест, выдающий типовые показатели производительности твердотельных накопителей, измеренные на 1-гигабайтной области диска «поверх» файловой системы. Из всего набора параметров, которые можно оценить с помощью этой утилиты, мы обращаем внимание на скорость последовательного чтения и записи, а также на производительность произвольных чтения и записи 4-килобайтными блоками без очереди запросов и с очередью глубиной 32 команды.
  • PCMark 8 2.0
    Тест, основанный на эмулировании реальной дисковой нагрузки, которая характерна для различных популярных приложений. На тестируемом накопителе создаётся единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объём, и в PCMark 8 проводится тест Secondary Storage. В качестве результатов теста учитывается как итоговая производительность, так и скорость выполнения отдельных тестовых трасс, сформированных различными приложениями.
  • Тесты копирования файлов
    В этом тесте измеряется скорость копирования директорий с файлами разного типа, а также скорость архивации и разархивации файлов внутри накопителя. Для копирования используется стандартное средство Windows – утилита Robocopy, при архивации и разархивации – архиватор 7-zip версии 9.22 beta. В тестах участвует три набора файлов: ISO – набор, включающий несколько образов дисков c дистрибутивами программ; Program – набор, представляющий собой предустановленный программный пакет; Work – набор рабочих файлов, включающий офисные документы, фотографии и иллюстрации, pdf-файлы и мультимедийный контент. Каждый из наборов имеет общий объём файлов 8 Гбайт.

#Тестовый стенд

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Z97-Pro, процессором Core i5-4690K со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 4600 и 16 Гбайт DDR3-2133 SDRAM. Диски с SATA-интерфейсом подключаются к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI. Накопители с интерфейсом PCI Express устанавливаются в первый полноскоростной слот PCI Express 3.0 x16. Используется драйвер Intel Rapid Storage Technology (RST) 13.5.2.1000.

Объём и скорость передачи данных в бенчмарках указываются в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт).

#Участники тестирования

С учётом позиционирования и конструкции Samsung SM951 основными его соперниками мы выбрали другие присутствующие на рынке PCIe SSD потребительского уровня, которые сейчас предлагают лишь два производителя – Kingston и Plextor. Однако сравнением одних только моделей накопителей с интерфейсом PCI Express мы не ограничились. Помимо них, в тестировании приняли участие наиболее популярные и быстродействующие SATA-накопители лидеров рынка.

Итого имеем следующий список протестированных моделей:

Производительность рассматриваемого в этом обзоре накопителя Samsung SM951 256 Гбайт мы измерили дважды: в его номинальном режиме при подключении по шине PCI Express 3.0 x4 и при работе через более медленное соединение – PCI Express 2.0 x4. Второй вариант может быть интересен для тех владельцев платформы LGA1155/1150, которые не захотят при установке этого SSD переводить видеокарту в более медленный режим.

#Производительность

#Последовательные операции чтения и записи

С приходом на рынок накопителей с интерфейсом PCI Express тестирование скоростей последовательного чтения и записи вновь обрело актуальность. Каждая новая модель обновляет рекорды, установленные предыдущей, и Samsung SM951 здесь не исключение. Этот накопитель выдаёт лидирующее быстродействие, опережая SATA SSD в 2,5-3 раза, а также заметно превосходя прочие PCIe-накопители – Plextor M6e и Kingston HyperX Predator.

Кстати, обратите внимание: использование шины PCI Express 3.0, хотя и увеличивает производительность Samsung SM951, даёт не столь уж значительный прирост. С теоретической точки зрения третье поколение PCI Express имеет вдвое более высокую пропускную способность, но на практике преимущество видно лишь при чтении, да и то всего на 25 процентов. Иными словами, контроллер UBX не может похвастать своей способностью полностью задействовать весь потенциал используемого скоростного интерфейса. А значит, появление ещё более скоростных SSD, чем рассматриваемый SM951, вполне вероятно.

#Случайные операции чтения

Контроллеры, которые компания Samsung разрабатывает для потребительских SSD, давно выделяются своей способностью показывать высокую производительность на операциях случайного чтения. Это их свойство, кстати, делает самсунговские SSD очень удачным выбором для типичных десктопных нагрузок. И Samsung SM951 не стал исключением из этого правила, а использование им шины с высокой пропускной способностью и сокращение пути данных от SSD до процессора за счёт исключения из него SATA-контроллера позволило дополнительно улучшить этот аспект производительности. В результате по скорости случайного чтения при небольшой очереди запросов, характерной для общеупотребительных нагрузок, SM951 попросту нет равных.

Впрочем, рассматриваемый накопитель не должен упасть лицом в грязь и при работе с высокой очередью запросов, так как используемая при этом стратегия перестановки операций в очереди приближает случайные операции к последовательным. На следующем графике показано, как зависит производительность рассматриваемого SSD от глубины очереди запросов при чтении 4-килобайтных блоков.

Samsung SM951 не только демонстрирует подавляющее преимущество перед SATA SSD, но и опережает накопители Plextor и Kingston, использующие шину PCI Express. Это делает его самым быстрым SSD из протестированных нами. Причём Samsung SM951 превосходит все конкурирующие решения не только в своём «родном» режиме PCI Express 3.0, но и в том случае, если интерфейс переведён в более медленный режим второго поколения. А это значит, что SM951 вполне допустимо использовать и в тех системах, где нет свободных линий PCI Express 3.0, – даже при работе через более старый и медленный интерфейс он быстрее любых конкурентов.

В дополнение к этому предлагаем посмотреть, как зависит скорость случайного чтения от размера блока данных:

Не разочаровывает и такой график. Обе линии, соответствующие Samsung SM951, зависли высоко над результатами других накопителей. Всё это в очередной раз говорит о том, что успехи, которых инженеры Samsung достигли в разработке контроллеров для потребительских SATA SSD, они без потерь смогли перенести и на серию контроллеров для шины PCI Express. Даже основанный на контроллере Marvell Altaplus накопитель Kingston HyperX Predator PCIe SSD, который совсем недавно вызывал у нас бурное восхищение, на фоне SM951 кажется моделью из прошлого.

#Случайные операции записи

Впечатляющую производительность Samsung SM951 выдаёт и при операциях случайной записи. Однако всё-таки стоит отметить, что его оптимизация к нагрузке такого рода не столь глубока, как в случае чтения. Например, при увеличении глубины очереди запросов мы сталкиваемся с тем, что контроллер этого накопителя не может воспользоваться всеми преимуществами скоростной шины, и в результате производительность SM951 падает до уровня показателей Kingston HyperX Predator. Конечно, это всё равно очень хороший результат, но на фоне того, что SSD Samsung демонстрировал в тестах чтения, мы ожидали увидеть нечто большее.

Более явно проследить, что происходит с производительностью случайной записи при увеличении глубины очереди запросов, можно на следующем графике, показывающем зависимость скорости произвольной записи 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов.

Скорость случайной записи у Samsung SM951 оказывается ограничена величиной порядка 380 Мбайт/с. В результате при существенном увеличении глубины очереди запросов его производительность не растёт. Это даже приводит к тому, что при наиболее сложной многопоточной нагрузке SM951 заметно уступает Kingston HyperX Predator. Впрочем, глубина очереди более 4 команд не характерна для нагрузок, возникающих в персональных компьютерах, а на серверное применение рассматриваемый SSD компании Samsung не претендует.

Следующий график отражает зависимость производительности операций случайной записи от размера блока данных.

Зато при случайной записи большими блоками SM951 демонстрирует впечатляющие результаты. Такие операции по своей сути близки к последовательным, и показатели производительности PCIe SSD компании Samsung намного превышают скорость, выдаваемую другими решениями. А это значит, что единственное слабое место рассматриваемого накопителя – работа с нагрузкой серверного, а не десктопного характера. Только в том случае, когда необходима быстрая обработка операций многопоточной случайной записи, лучшую производительность выдаёт PCIe SSD на базе контроллера Marvell Altaplus, а не Samsung SM951. В остальных же ситуациях SM951 попросту нет равных.

#Смешанная нагрузка

По мере удешевления твердотельные накопители перестают использоваться в качестве исключительно системных и становятся обычными рабочими дисками. В таких ситуациях на SSD поступает не только рафинированная нагрузка в виде записи или чтения, но и смешанные запросы, когда операции чтения и записи инициируются разными приложениями и должны обрабатываться одновременно. Однако работа в дуплексном режиме для современных контроллеров SSD остаётся существенной проблемой. При смешивании операций чтения и записи в одной очереди скорость большинства твердотельных накопителей потребительского уровня заметно проседает. Это стало поводом для проведения отдельного исследования, в рамках которого мы проверяем, как работают SSD при необходимости обработки последовательных операций, поступающих вперемежку. Следующая пара диаграмм демонстрирует наиболее характерный для десктопов случай, когда соотношение количества операций чтения и записи составляет 4 к 1.

Samsung SM951 достаточно неплохо справляется со смешанной нагрузкой с преобладанием операций чтения. При случайных операциях его производительность выше, чем у других SSD, а при последовательных он уступает лишь Kingston HyperX Predator. Иными словами, фирменный контроллер Samsung UBX имеет явную оптимизацию на обслуживание операций чистого чтения, и именно в таких сценариях SM951 наиболее силён. Нельзя сказать, что нас не устроила скорость работы этого накопителя в каких-то других ситуациях, но если речь идёт о смешанной нагрузке, то SM951 может оказаться даже медленнее, чем SSD, использующие PCI Express 2.0.

Всё это можно проиллюстрировать следующей парой графиков, которые дают более развёрнутую картину производительности при смешанной нагрузке, показывая зависимость скорости SSD от того, в каком соотношении приходят на него операции чтения и записи.

На самом деле оказывается, что при последовательных комбинированных операциях Samsung SM951 отстаёт от Kingston HyperX Predator лишь при преобладании операций чтения. Если же операций записи выполняется больше, то Samsung SM951 серьёзно обходит по скорости накопитель Kingston.

А вот в случае случайной смешанной нагрузки Samsung SM951 удаётся подтвердить статус высокопроизводительного решения. Тут этот SSD превосходит всех конкурентов, причём как при PCI Express 3.0-, так и при 2.0-подключении. Кстати, обратите внимание, режим работы PCI Express вообще не влияет на показатели производительности накопителя Samsung. Это – явный признак того, что узким местом выступает не полоса пропускания интерфейса, а мощность и алгоритмы работы контроллера.

#Деградация и восстановление производительности

Наблюдение за изменением скорости записи в зависимости от объёма записанной на диск информации — весьма 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.

Зависимость производительности от объёма непрерывно записанных данных у Samsung SM951 выглядит необычно. Самое главное: приведённый график позволяет заключить, что контроллер этого накопителя при общении с флеш-памятью использует некие продвинутые техники. Как минимум на это указывает то, что с высокой скоростью удаётся заполнить лишь половину ёмкости накопителя, после чего скорость записи заметно снижается. Такое поведение обычно свойственно тем SSD, которые практикуют использование своей MLC-памяти в SLC-режиме. Очевидно, что SM951, в котором Samsung не стала устанавливать более производительную V-NAND, прибегает к такому трюку, чтобы флеш-память не становилась узким местом этого высокопроизводительного накопителя. Подобная методика не уникальна, её использует, в частности, недавно рассмотренный нами Crucial MX200. И в целом к её эффективности нет никаких серьёзных претензий, разве только нужно напомнить о том, что для сохранения высокой производительности такого накопителя на нём следует оставлять некоторый объём свободного пространства. Например, мы рекомендуем оставлять незаполненными данными не менее 20 процентов от ёмкости SSD.

Также необходимо обратить внимание и на ещё одну особенность. Первые 42 Гбайт данных пишутся на этот накопитель со скоростью на уровне 91000 IOPS, и лишь потом он разгоняется до 102000 IOPS. К сожалению, мы не можем подробно описать природу данного эффекта, однако, скорее всего, он связан с работой каких-то упреждающих алгоритмов балансировки износа флеш-памяти. Судя по всему, в высоком ресурсе применённой в Samsung SM951 фирменной 16-нм MLC NAND есть сомнения и у самого производителя, поэтому в этом накопителе пришлось реализовать некие дополнительные технологии увеличения выносливости, даже несмотря на то, что при этом пострадала производительность при случайной записи с глубокой очередью запросов.

Если же говорить о результатах нашего теста деградации в целом, то следует заметить, что Samsung SM951 ведёт себя в нём как SATA SSD, совершенно не выдавая свою PCI Express-архитектуру. Отметить разве что стоит лишь хорошее постоянство производительности – разброс моментальной скорости записи минимален. Однако в целом к концу нашего двухчасового теста производительность снижается до 10000-11000 IOPS, что характерно для обычных потребительских накопителей среднего уровня.

Посмотрим теперь, как после деградации скорости происходит её восстановление до первоначальных величин. Для исследования этого вопроса после завершения теста, приводящего к падению 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.

TRIM у Samsung SM951 работает без каких-либо проблем, а вот сборка мусора без подачи этой команды со стороны операционной системы не реализована вообще. Таким образом, при обычном использовании в современных средах производительность Samsung SM951 деградировать не будет, однако в тех случаях, когда TRIM не поддерживается, применять этот SSD не рекомендуется.

#Результаты в CrystalDiskMark

CrystalDiskMark — это популярное и простое тестовое приложение, работающее «поверх» файловой системы, которое позволяет получать результаты, легко повторяемые обычными пользователями. И то, что выдаёт этот бенчмарк, с качественной точки зрения почти не отличается от показателей, которые были получены нами в тяжёлом и многофункциональном пакете Iometer.

Приведённый скриншот говорит сам за себя. Скорости последовательных операций у Samsung SM951 – просто выдающиеся. Очень хорошие результаты он показывает и при неконвейеризируемых случайных операциях. А вот в случае глубокой очереди запросов быстродействие SM951 выше, чем у конкурирующих SSD, лишь при чтении. Производительность же записи в этом случае скорее характерна для SATA, чем для PCIe SSD.

#PCMark 8 2.0, реальные сценарии использования

Тестовый пакет Futuremark PCMark 8 2.0 интересен тем, что он имеет не синтетическую природу, а напротив — основывается на том, как работают реальные приложения. В процессе его прохождения воспроизводятся настоящие сценарии-трассы задействования диска в распространённых десктопных задачах и замеряется скорость их выполнения. Текущая версия этого теста моделирует нагрузку, которая взята из реальных игровых приложений Battlefield 3 и World of Warcraft и программных пакетов компаний Adobe и Microsoft: After Effects, Illustrator, InDesign, Photoshop, Excel, PowerPoint и Word. Итоговый результат исчисляется в виде усреднённой скорости, которую показывают накопители при прохождении тестовых трасс.

Наконец-то мы видим принципиальное улучшение показателей и в комплексном тесте PCMark 8 2.0. Те SSD синтерфейсом PCI Express, которые побывали в нашей лаборатории до настоящего момента, выдавали в этом бенчмарке лишь чуть более высокие, чем SATA SSD, результаты. Samsung SM951 же на 80 процентов опережает лучшие SATA SSD и на 60 процентов – PCI Express-накопители Kingston HyperX Predator и Plextor M6e. Иными словами, если верить PCMark 8 2.0, то SM951 – это выдающееся решение для десктопных нагрузок, на голову превосходящее всё остальное, что есть на рынке.

Интегральный результат PCMark 8 нужно дополнить и показателями производительности, выдаваемыми флеш-приводами при прохождении отдельных тестовых трасс, которые моделируют различные варианты реальной нагрузки. Дело в том, что при разной нагрузке флеш-накопители зачастую ведут себя немного по-разному.

Высокая скорость Samsung SM951 прослеживается во всех без исключения приложениях. Причём хорошая производительность присуща этому накопителю не только при использовании шины PCI Express 3.0, но и в том случае, если он работает и через более медленный вариант интерфейса PCI Express 2.0. Единственное приложение, где лидерство SM951 можно подвергнуть сомнению, – это Adobe Photoshop: в нём при высокой нагрузке Kingston HyperX Predator оказывается немного быстрее.

#Копирование файлов

Имея в виду, что твердотельные накопители внедряются в персональные компьютеры всё шире и шире, мы решили добавить в нашу методику измерение производительности при обычных файловых операциях – при копировании и работе с архиваторами, которые выполняются «внутри» накопителя. Это – типичная дисковая активность, возникающая в том случае, если SSD играет роль не системного накопителя, а обычного диска.

При простом копировании файлов лидерство Samsung SM951 нельзя назвать беспрекословным. Если с копированием множества разнородных файлов SM951 справляется заметно быстрее всех конкурентов, то в случае объёмных файлов он немного отстаёт от Kingston HyperX Predator. О причинах этого мы говорили выше – при некоторых видах смешанной нагрузки SM951 действительно пасует перед PCIe SSD на базе контроллера Marvell Altaplus. Впрочем, отставание SM951 встречается лишь в одном случае, и оно минимально, а его превосходство в скорости копирования файлов над SATA SSD примерно двукратное.

Вторая группа тестов проведена при архивации и разархивации директории с рабочими файлами. Принципиальное отличие этого случая заключается в том, что половина операций выполняется с разрозненными файлами, а вторая половина – с одним большим файлом архива.

Здесь Samsung SM951 полностью себя реабилитирует. Его превосходство над любыми другими потребительскими SSD не оставляет никаких сомнений в том, какой из имеющихся PCIe-накопителей предлагает наивысшую производительность.

#Выводы

Подытоживая все впечатления, полученные в процессе знакомства с Samsung SM951, начать следует с напоминания о том, что пока мы протестировали лишь первую версию этого SSD. Она работает по наследственному протоколу AHCI, а ведь есть и вторая, более прогрессивная NVMe-версия, которая должна появиться в продаже несколько позднее. Но даже несмотря на это, SM951 смог продемонстрировать ошеломляюще высокие результаты, фактически указав, что в современных системах хранения данных протокол AHCI на самом деле узким местом не является, и SSD, работающие через него, способны ещё на очень многое. Samsung SM951 оказался не только заметно быстрее всех SATA SSD, он смог серьёзно превзойти и те PCIe-накопители, производительностью которых мы восхищались ещё совсем недавно. Иными словами, даже если в вашей системе уже установлен SSD с интерфейсом PCI Express, то его замена на Samsung SM951 может стать вполне обоснованным апгрейдом. Несмотря на то, что протокол NVMe этим накопителем пока не поддерживается, он, безусловно, является самым быстрым на данный момент SSD для персональных компьютеров, предлагая весомое превосходство над решениями других производителей.

Отдельно стоит подчеркнуть, что Samsung SM951 – это один из немногих доступных на рынке SSD, который использует четыре линии PCI Express 3.0. Причём поддержка этой шины носит не формальный характер: при последовательных операциях SM951 действительно загружает полосу пропускания выбранного интерфейса. Однако отсутствие в системе свободных линий PCI Express 3.0 не становится серьёзной проблемой для этого накопителя: даже работая через PCI Express 2.0, он способен выдавать лидирующее быстродействие.

Но самое поразительное — это то, что Samsung не стала устанавливать на свой потрясающе быстрый PCIe SSD потрясающе высокие цены. В это сложно поверить, но купить его можно даже дешевле, чем более медленные PCIe-накопители Plextor и Kingston. Правда, следует иметь в виду, что SM951 – это OEM-продукт и его доступность на открытом рынке заметно ограничена. Впрочем, для тех приверженцев высокой производительности, которые не гнушаются шопингом в американских интернет-магазинах, это вряд ли может стать сколь-нибудь серьёзным препятствием.

В то же время ориентация Samsung SM951 на сборщиков компьютеров, а не на индивидуальных пользователей повлекла за собой и некоторые другие неприятности. Во-первых, накопитель оказался лишён какого-либо комплекта поставки и продаётся в виде «голой» M.2-платы, что может потребовать приобретения дополнительного PCIe-адаптера. Во-вторых, с ним не работает фирменная инструментальная утилита Samsung Magican, развитая функциональность которой привлекает очень многих пользователей. И в-третьих, некоторые вопросы вызывает выносливость. Более надёжная трёхмерная V-NAND в рассмотренном SSD не применяется, сама Samsung никаких сведений о заложенном в этот накопитель ресурсе не сообщает, а продавцы дают на SM951 лишь трёхлетнюю гарантию, ограничивая разрешённый объём записанной информации скромной величиной 44 Тбайт.

Тем не менее Samsung SM951 – настолько привлекательный своей производительностью SSD, что многие энтузиасты наверняка смогут легко закрыть глаза на все такие подозрительные моменты. И мы, честно говоря, тоже относимся к их числу. Samsung SM951 пленил нас своими фантастическими скоростями настолько, что не отметить его как «выбор редактора» мы попросту не в силах.

 

Источник: 3DNews