Обзор NVMe-накопителя Samsung 970 EVO Plus: плюсанули от души
Samsung уже долгое время выступает центровым игроком на рынке потребительских твердотельных накопителей. И превосходство южнокорейского производителя вполне закономерно: на протяжении нескольких последних лет он предлагает лучшие SSD для массового рынка, которые превосходят конкурирующие предложения как по производительности, так и по уровню поддержки и надёжности. Особенно явно своё технологическое превосходство Samsung смогла проявить с ростом популярности накопителей с интерфейсом NVMe. Став одним из первых производителей, разглядевших перспективность нового скоростного интерфейса, компания Samsung долгое время оставалась лидером в этом сегменте, предлагая пользователям лучшие SSD такого класса.
Однако, не чувствуя достойной конкуренции, в прошлом году Samsung несколько сбавила темп совершенствования своих продуктов, и майский анонс 970 EVO не стал очередной революцией, которую так ждали от компании пользователи. Эта модель лишь незначительно увеличила производительность по сравнению с «народным любимцем» 960 EVO, что открыло для конкурентов Samsung «окно возможностей». И они этим окном не преминули воспользоваться.
В качестве яркой иллюстрации к сказанному хочется привести цитату из нашей итоговой статьи про рынок SSD в прошлом году: «Если год назад эталоном потребительского NVMe SSD выступал Samsung 960 EVO, демонстрирующий принципиально лучшую производительность по сравнению с любым другим вариантом, то в 2018 году всё в корне изменилось. И даже несмотря на то, что южнокорейский производитель обновил своё основное предложение, выпустив усовершенствованный 970 EVO, сегодня лучшие по соотношению цены и производительности NVMe SSD нужно искать уже не в ассортименте Samsung. Сейчас существует уже по меньшей мере две альтернативных платформы, накопители на базе которых могут предложить как минимум не худшие потребительские качества».
Действительно, появившиеся во второй половине прошлого года WD Black NVMe SSD и ADATA Ultimate SX8200 смогли серьёзно пошатнуть гегемонию Samsung. Эти накопители предложили лучшее, чем Samsung 970 EVO, сочетание цены и производительности, что пусть и не подорвало продажи продукции южнокорейского производителя, но как минимум сильно уязвило его самолюбие. Поэтому нет ничего удивительного, что ответный шаг не заставил себя долго ждать: сегодня Samsung анонсирует модернизированный NVMe-накопитель, который должен стать новым фаворитом у энтузиастов, – 970 EVO Plus. И хотя его название как бы намекает, что это лишь улучшенная версия 970 EVO, производитель обещает весьма заметный прогресс в производительности. В пресс-релизе про новинку пишут: «Благодаря комбинации новейшей технологии V-NAND и оптимизаций микропрограммы, 970 EVO Plus обеспечивает производительность при случайной записи на 57 % выше, чем 970 EVO». И такой заметный рост одной из базовых характеристик заставляет поверить, что перед нами модель, которая действительно сможет стать новой иконой в сегменте потребительских NVMe SSD.
Выпуск Samsung 970 EVO Plus интересен и ещё по одной причине. Этот накопитель – один из первых, где нашла применение трёхмерная флеш-память с 96 слоями. Формально такие модели уже анонсировала Toshiba, но 970 EVO Plus – это куда более массовый продукт, на примере которого мы сможем проследить тенденцию – к чему приводит дальнейший рост структуры флеш-памяти в вертикальном измерении.
Если говорить коротко, то Samsung 970 EVO Plus – это перевыпуск хорошо знакомого 970 EVO, приуроченный к переезду на более плотную TLC 3D V-NAND пятого поколения с 96 слоями. В обычных 970 EVO использовалась 64-слойная память четвёртого поколения, но теперь у Samsung готова более прогрессивная начинка, которая, с одной стороны, имеет сниженную себестоимость, а с другой – обладает улучшенными характеристиками производительности и энергопотребления. Массовое производство 96-слойной памяти началось на предприятиях Samsung ещё в июле прошлого года, но теперь его объёмы и выход годных достиг таких масштабов, что производитель начал официально переводить на такую память свои актуальные накопители.
Но на самом деле 970 EVO Plus – уже не первый продукт Samsung, где используется флеш-память пятого поколения. Ещё с осени прошлого года на рынок поставляются небольшие партии Samsung 860 EVO, переведённые с 64-слойной на 96-слойную TLC 3D V-NAND, и если вы покупали такие накопители ближе к концу года, то вполне вероятно, что вам могла достаться версия с обновлённой памятью. Узнать об этом можно из развёрнутого модельного номера, приведённого на накопителе: если третий с конца символ – «B», значит, перед вами – улучшенный вариант 860 EVO на базе памяти пятого поколения.
Впрочем, в случае с Samsung 860 EVO переезд на 96-слойную память почти ничего не поменял. Дело в том, что характеристики этого накопителя во многом ограничиваются контроллером и SATA-интерфейсом, поэтому для этой модели производитель решил не анонсировать смену начинки. Но вот в случае с NVMe-накопителем 970 EVO изменения получились действительно очень заметные.
Флеш-память пятого поколения получила обновлённый интерфейс Toggle DDR 4.0 с увеличенной на 40 % пропускной способностью, а также сниженное с 1,8 до 1,2 В рабочее напряжение. Кроме того, в ней заметно уменьшились латентности: скорость записи в ячейки увеличилась примерно на 30 %, а время отклика при чтении понизилась на 37 % – до 50 мкс. Иными словами, применение новой 96-слойной памяти при условии должной оптимизации микропрограммы позволяет увеличить производительность накопителя, что и иллюстрирует Samsung 970 EVO Plus. В нём возросли все базовые характеристики быстродействия: как скорость линейной записи, так и производительность при случайных операциях, причём речь идёт о достаточно заметном прогрессе.
| Samsung 970 EVO | Samsung 970 EVO Plus | Прирост | |
|---|---|---|---|
| Скорость линейного чтения, Мбайт/с | До 3500 | До 3500 | 0 % |
| Скорость линейной записи, Мбайт/с | До 2500 | До 3300 | 32 % |
| Скорость случайного чтения, QD1, IOPS | До 15000 | До 19000 | 27 % |
| Скорость случайной записи, QD1, IOPS | До 50000 | До 60000 | 20 % |
| Скорость случайного чтения, QD32 — 4 потока, IOPS | До 500000 | До 600000 | 20 % |
| Скорость случайной записи, QD32 — 4 потока, IOPS | До 480000 | До 550000 | 15 % |
Однако при этом нужно понимать, что Samsung 970 EVO Plus остаётся близким родственником 970 EVO и оснащён абсолютно тем же восьмиканальным контроллером Phoenix с пятью ARM-ядрами, что и предшественник. Все же улучшения производительности обусловлены исключительно применением новой флеш-памяти и оптимизациями микропрограммы, необходимыми для выстраивания правильной работы с ней.
Здесь уместно напомнить, что 96-слойная TLC 3D V-NAND, которая спроектирована и выпускается компанией Samsung, коренным образом отличается от подобной памяти других производителей. Подход Samsung предполагает выращивание 96-слойных полупроводниковых кристаллов в рамках единого технологического процесса, в то время как прочие производители практикуют сборку 96-слойных кристаллов из пары 48-слойных заготовок. Именно такой инженерный подход южнокорейского производителя и позволил, с одной стороны, внедрить на данном этапе существенное число улучшений, а с другой – сохранить невысокую и удобную для современных SSD ёмкость кристаллов 256 Гбит. Поэтому построенные на 96-слойной памяти пятого поколения самсунговские SSD оказываются определённо лучше существующих и перспективных конкурирующих продуктов.
По крайней мере, их спецификации выглядят действительно многообещающе.
| Производитель | Samsung | ||
|---|---|---|---|
| Серия | 970 EVO Plus | ||
| Модельный номер | MZ-V7S250 | MZ-V7S500 | MZ-V7S1T0 |
| Форм-фактор | M.2 2280 | ||
| Интерфейс | PCI Express 3.0 x4 — NVMe 1.3 | ||
| Ёмкость, Гбайт | 250 | 500 | 1000 |
| Конфигурация | |||
| Флеш-память: тип, техпроцесс, производитель | Samsung 9x-слойная 256-Гбит 3D TLC V-NAND | ||
| Контроллер | Samsung Phoenix | ||
| Буфер: тип, объём | LPDDR4, 512 Мбайт | LPDDR4, 1 Гбайт | |
| Производительность | |||
| Макс. устойчивая скорость последовательного чтения, Мбайт/с | 3500 | 3500 | 3500 |
| Макс. устойчивая скорость последовательной записи, Мбайт/с | 2300 | 3200 | 3300 |
| Макс. скорость произвольного чтения (блоки по 4 Кбайт), IOPS | 250 000 | 480 000 | 600 000 |
| Макс. скорость произвольной записи (блоки по 4 Кбайт), IOPS | 550 000 | 550 000 | 550 000 |
| Физические характеристики | |||
| Потребляемая мощность: бездействие/чтение-запись, Вт | 0,05/4,2-6,0 | ||
| MTBF (среднее время наработки на отказ), млн.ч | 1,5 | ||
| Ресурс записи, Тбайт | 150 | 300 | 600 |
| Габаритные размеры: Д × В × Г, мм | 80,15 × 22,15 × 2,38 | ||
| Масса, г | 10 | ||
| Гарантийный срок, лет | 5 | ||
В первую очередь стоит заметить, что во всём, что не касается производительности, Samsung 970 EVO Plus повторяет характеристики своего предшественника. В частности, с переходом на новую память не последовало никаких изменений в условиях гарантии и задекларированном ресурсе. Гарантийный срок Samsung 970 EVO Plus составляет те же самые пять лет, а максимальный ресурс определён из расчёта возможности перезаписи трети ёмкости накопителя в день.
Сходство между 970 EVO Plus и 970 EVO касается в том числе и рекомендованных цен. Они для накопителей разных серий совершенно одинаковы, и в конечном итоге новые модели 970 EVO Plus вытеснят из продажи SSD предшествующего семейства, которые в настоящее время снимаются с производства.
Однако, как следует из приведённой таблицы, в модельном ряду Samsung 970 EVO Plus пока не предусмотрен накопитель с вместимостью 2 Тбайт, в то время как 970 EVO такого размера существует. Объясняется это тем, что Samsung ещё не успела наладить выпуск необходимых для увеличения ёмкости 512-гигабитных кристаллов TLC 3D V-NAND пятого поколения, и 2-терабайтная версия 970 EVO Plus будет выпущена позднее (в качестве предварительного временного ориентира называется апрель).
Что же касается увеличения производительности, то оно связано исключительно с изменениями характеристик флеш-памяти. Никаких хитростей в микропрограмме Samsung 970 EVO Plus нет, а технология SLC-кеширования Intellegent TurboWrite функционирует в этом SSD ровно так же, как и в 970 EVO. Быстрый кеш формируется из двух сегментов: статического, размером 3 или 6 Гбайт, и динамического, размер которого может быть в несколько раз больше. В то время как статический сегмент размещается в резервной области массива флеш-памяти, динамическая часть использует незанятую часть основного массива флеш-памяти, а потому её размер может варьироваться в зависимости от того, сколько свободного места есть на накопителе.
| Ёмкость накопителя, Гбайт | 250 | 500 | 1000 |
|---|---|---|---|
| Общий объём SLC-кеша, Гбайт | 3-13 | 3-22 | 6-42 |
| Статическая часть, Гбайт | 4 | 4 | 6 |
| Динамическая часть, Гбайт | До 9 | До 18 | До 36 |
Проиллюстрировать работу Intellegent TurboWrite очень легко при помощи графиков скорости непрерывной последовательной записи на версии Samsung 970 EVO Plus различных ёмкостей (измерения проводились в наиболее выигрышной ситуации – на свободном SSD).
Размер SLC-кеша у 970 EVO Plus по сравнению с 970 EVO не изменился, но зато скорости явно выросли как при записи данных в SLC-режиме, так и при прямой записи в массив TLC-памяти. В скоростном режиме версии накопителя ёмкостью 500 Тбайт и выше теперь выдают предельные для интерфейса PCI Express 3.0 x4 3,2-3,3 Гбайт/с, а при прямой записи в массив флеш-памяти в TLC-режиме быстродействие у терабайтной модели может достигать невероятных 1,7 Гбайт/с. Графики хорошо раскрывают тот факт, что производительность линейной записи у 970 EVO Plus действительно улучшилась на 35-50 % в совершенно любых ситуациях.
Более того, если не выходить за пределы SLC-кеша, то Samsung 970 EVO Plus оказывается даже производительнее MLC-накопителя 970 PRO! И это означает, что новый массовый NVMe SSD компании Samsung можно смело объявить накопителем с самой быстрой в режиме записи TLC-памятью. Правда, отрыв от конкурирующих продуктов не слишком большой. Почти такую же скорость записи в массив флеш-памяти в TLC-режиме может предложить и WD Black NVMe на основе 64-слойной BiCS3-памяти производства SanDisk.
⇡#Внешний вид и внутреннее устройство
По внешнему виду Samsung 970 EVO Plus почти не отличается от своего предшественника. Новинка выполнена в форм-факторе M.2 2280 и имеет односторонний дизайн. На обеих поверхностях накопителя размещены традиционные наклейки. На оборотной стороне – специальная теплорассеивающая этикетка со слоем медной фольги, а на лицевой – информационный ярлык, на котором размещены подробные сведения о продукте, включая серийный номер, артикул, дату выпуска и ключ для сброса шифрования.
Если снять наклейки с накопителя, то можно убедиться, что Samsung 970 EVO Plus унаследовал компоновку печатной платы от 970 EVO. Разница лишь в номенклатуре установленных микросхем. Вот, например, как выглядит разоблачённая 500-гигабайтная версия 970 EVO Plus.
Проще всего узнаётся базовый контроллер Phoenix – он накрыт никелированной крышкой для облегчения отвода тепла. Рядом с ним расположена микросхема LPDDR4-памяти, которая используется для хранения копии таблицы трансляции адресов. Её ёмкость стандартна и определяется из расчёта 1 Мбайт на 1 Гбайт флеш-памяти. Массив же TLC 3D V-NAND набран двумя чипами, в каждом из которых находится 4, 8 или 16 полупроводниковых кристаллов в зависимости от вместимости SSD.
Например, для полутерабайтного накопителя используются микросхемы с 8 кристаллами флеш-памяти внутри, так как ёмкость 96-слойных чипов TLC 3D V-NAND пятого поколения, применяемых в 970 EVO Plus, составляет 256 Гбит. Таким образом, контроллер Phoenix в составе Samsung 970 EVO Plus 500 Гбайт может пользоваться двукратным чередованием устройств в каждом своём канале. По этой причине самым быстрым вариантом в серии 970 EVO является модель с объёмом 1 Тбайт.
Декларируемые объёмы представителей серии 970 EVO Plus кратны 250 Гбайт, а значит, пользователю доступен примерно 91 процент от общего объёма установленной флеш-памяти. Ещё около 2,5-4,5 процента ёмкости отдано под статический SLC-кеш, работающий в рамках технологии Intellegent TurboWrite. Остальное пространство используется контроллером под внутренние нужды – для сборки мусора, выравнивания износа и под резервный фонд.
Массовые накопители компании Samsung традиционно снабжаются фирменной сервисной утилитой Magician, которая, начиная с версии 5.3, совместима в том числе и с 970 EVO Plus. Эту утилиту принято ставить примером того, каким ПО должны сопровождаться потребительские SSD, ведь предъявить какие-либо претензии к её функциональности или интерфейсу не так-то просто.
Samsung Magician 5.3 позволяет получить общую информацию о накопителе, режиме его работы, версии прошивки и объёме записанных данных. Также утилита даёт возможность ознакомиться с состоянием атрибутов, возвращаемых в S.M.A.R.T.
Программа 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, переведя часть ёмкости SSD в дополнительную резервную зону.
Также через Magician выполняется управление имеющимися в Samsung 970 EVO Plus функциями аппаратного шифрования по алгоритму AES-256, которые совместимы с полным объёмом актуальных стандартов (включая Microsoft eDrive/ Encrypted Drive-IEEE1667 и TCG Opal). 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:
- Iometer 1.1.0
- Измерение скорости последовательного чтения и записи данных блоками по 128 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Тестирование проводится при различной глубине очереди запросов, что позволяет оценивать как реалистичные, так и пиковые параметры быстродействия.
- Измерение скорости и латентности 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.
- 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.
- 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.
- 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 независимых потока. В обоих случаях соотношение между операциями чтения и записи варьируется с шагом 20 процентов.
- 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 6.0.2
- Синтетический тест, который выдаёт 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 Storage Benchmark 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 2.0. В качестве результатов теста учитывается как итоговая производительность, так и скорость выполнения отдельных тестовых трасс, сформированных различными приложениями.
- Тесты реальной файловой нагрузки
- Измерение скорости копирования директорий с файлами разного типа. Для копирования применяется стандартное средство Windows – утилита Robocopy, в качестве тестового набора используется рабочая директория, включающая офисные документы, фотографии и иллюстрации, pdf-файлы и мультимедийный контент общим объёмом 8 Гбайт.
- Измерение скорости архивации файлов. Тест проводится с той же рабочей директорией, что и копирование, а в качестве инструмента для компрессии файлов избран архиватор 7-zip версии 9.22 beta. Для уменьшения влияния производительности процессора используется метод Deflate.
- Исследование скорости разворачивания архива. Тест проводится с архивом, полученным при измерении скорости архивации.
- Оценка скорости запуска игрового приложения. Измеряется производительность дисковой подсистемы при выполнении сценария, захваченного при запуске игры Far Cry 4 и загрузке в ней уровня с пользовательским сохранением. Для минимизации влияния производительности процессора и памяти все задержки, возникающие по их вине, из тестового сценария убраны.
- Оценка скорости старта приложений, формирующих типичную рабочую пользовательскую среду. Измеряется производительность дисковой подсистемы при выполнении сценария, захваченного при запуске пакета приложений, который состоит из браузера Google Chrome, текстового редактора Microsoft Word, графического редактора Adobe Photoshop и видеоредактора Adobe Premiere Pro с рабочими файлами. Для минимизации влияния производительности процессора и памяти все задержки, возникающие по их вине, из тестового сценария убраны.
С выходом процессоров Coffee Lake Refresh мы решили в очередной раз 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 использовать в тестовых испытаниях самые актуальные компоненты.
В итоге в качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASRock Z390 Taichi, процессором Core i7-9700K со встроенным графическим ядром Intel UHD Graphics 630 и 8 Гбайт DDR4-2666 SDRAM. Накопители с интерфейсом M.2 во время тестирования устанавливаются в соответствующий слот материнской платы, подключённый к чипсету. 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 и Spectre. Существующие патчи заметно снижают производительность твердотельных накопителей, поэтому измерения проводятся с деактивированными «заплатками» OC, предназначенными для закрытия этих уязвимостей.
⇡#Список участников тестирования
Samsung 970 EVO Plus – накопитель, который претендует на то, чтобы стать лучшим массовым NVMe SSD 2019 года. Поэтому в сравнение с ним были включены лучшие альтернативы, доступные в настоящее время в магазинах. Это как выпущенные в прошлом году решения самой компании Samsung, так и накопители её основных конкурентов – Intel и Western Digital, а также многообещающий ADATA Ultimate SX8200 на платформе SMI SM2262.
В результате список протестированных моделей получил следующий вид:
- ADATA XPG SX8200 480 Гбайт (ASX8200NP-480GT, прошивка SVN105);
- Intel SSD 760p 512 Гбайт (SSDPEKKW512G8, прошивка 004C);
- Kingston A1000 480 Гбайт (SA1000M8/480G, прошивка E8FK11.G);
- Samsung 970 EVO 500 Гбайт (MZ-V7E500BW, прошивка 2B2QEXE7);
- Samsung 970 EVO Plus 500Гбайт (MZ-V7S500BW, прошивка 1B2QEXM7);
- Samsung 970 PRO 512 Гбайт (MZ-V7P512BW, прошивка 1B2QEXP7);
- Western Digital Black NVMe 500 Гбайт (WDS500G2X0C, прошивка 101020WD).
Используемые версии NVMe-драйверов:
- Intel Client NVMe Driver 4.0.0.1007;
- Microsoft Windows NVMe Driver 10.0.16299.371;
- Samsung NVM Express Driver 3.0.0.1802.
⇡#Производительность последовательного чтения и записи
Источник