Обзор PCIe 4.0-накопителя Patriot P400: безбуферный и быстрый — оказывается, так бывает

Долгое время безбуферные твердотельные накопители казались каким-то нелепым компромиссом. Отказ от микросхемы DRAM, которая в SSD используется для очень важной цели – ускорения поиска данных во флеш-памяти, приводил к заметному падению производительности, которое особенно сильно проявлялось при мелкоблочных операциях. На это дополнительно накладывалась врождённая слабость безбуферных контроллеров, в которых разработчики не только жертвовалиинтерфейсом динамической памяти, но и отрезали половину каналов для массива флеш-памяти. В результате твердотельные накопители баз микросхемы DRAM всегда воспринимались исключительно как особая группа продуктов, представители которой по своему быстродействию заведомо уступают любым SSD, построенным по полноценной схеме. И отличной иллюстрацией тому была риторика, которой придерживались сами производители: продвижение безбуферных моделей с интерфейсом PCIe строилось на аргументе «они всё-таки быстрее, чем SATA SSD».

Почти ничего не изменилось и с началом эры накопителей с интерфейсом PCIe 4.0. Многие фирмы в духе времени перевели безбуферные SSD на новый интерфейс, но это мало что изменило. Даже те накопители, которые построены на безбуферных контроллерах нового поколения, например WD Black SN750 SE или Smartbuy Stream E19T, на фоне своих полноценных собратьев выглядят так же безрадостно, как и их предшественники. Достаточно сказать, что скоростей, для которых им действительно потребовался бы интерфейс PCIe 4.0 с пропускной способностью 7,9 Гбайт/с, они не развивают и речь по-прежнему идет о решениях, которые «всё-таки быстрее SATA-накопителей» и не более того. Неудивительно, что безбуферные PCIe 4.0 SSD почти всегда проигрывают в производительности моделям с интерфейсом PCIe 3.0, оснащенным DRAM-буфером.

Единственным более-менее удачным накопителем, лишённым набортной DRAM, стал выпущенный в прошлом году Samsung 980. По крайней мере, несмотря на использование старого интерфейса PCIe 3.0, он до недавних пор превосходил по быстродействию любые другие безбуферные модели и даже был способен конкурировать с недорогими моделями SSD с полноценной архитектурой. Однако и этот накопитель сложно было рекомендовать для использования в современных производительных системах – уж очень сильно он отставал от флагманских предложений класса Samsung 980 PRO или WD Black SN850.

Однако теперь, похоже, ситуация поменяется в корне. На рынке наконец-то появился безбуферныый контроллер, который должен вывести накопители без DRAM на новый уровень. Речь про Innogrit IG5220 – недорогой чип, разработанный выходцами из компании Marvell. Его характеристики по меркам привычных четырёхканальных безбуферных решений выглядят просто фантастически. Innogrit IG5220 обещает максимальную скорость линейных операций на уровне 5,0 Гбайт/с, что серьёзно превосходит показатели, характерные для всех прочих четырёхканальных безбуферных контроллеров. И в то, что это не пустые слова, вполне можно поверить. Компания Innogrit уже подтвердила делом, что способна проектировать производительные платформы. Например, её флагманский контроллер IG5236 позволяет создавать вполне конкурентоспособные PCIe 4.0 SSD верхнего ценового диапазона – в этом мы смогли убедиться, когда тестировали ADATA XPG Gammix S70, а его обновлённая модификация, которая переведена на более современную TLC 3D NAND, стала ещё лучше.

Что же касается безбуферного чипа Innogrit IG5220, то пока его взяли на вооружение всего два производителя SSD: ADATA, которая применила его в моделях Legend 840 и XPG Atom 50, и Patriot, выпустившая на его основе накопитель P400. И в этом обзоре мы познакомимся именно с Patriot P400, так как он уже поступил в продажу в российские магазины.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Платформа Innogrit IG5220 удивляет сразу же, еще при первом знакомстве с её характеристиками. Разработчики контроллера уверяют, что их детище, которое лишено интерфейса DRAM, полагается на технологию HMB (Host Memory Buffer) и предлагает всего четыре канала для организации массива флеш-памяти, может реально задействовать пропускную способность интерфейса PCIe 4.0. По сравнению с другими безбуферными PCIe 4.0-контроллерами, такими как Phison PS5019-E19T или SMI SM2267XT, Innogrit IG5220 обещает как минимум на треть более высокую производительность.

В чём секрет чипа Innogrit, доподлинно не известно. Но в его пользу говорят два факта. Во-первых, он основывается на той же самой архитектуре Rainer, что и флагманский IG5236, которую разработчики, по всей видимости, в IG5220 не стали кромсать слишком сильно. Во-вторых, производится IG5220, как и любые другие высокопроизводительные контроллеры SSD, по сравнительно современному 12-нм техпроцессу. До сих пор же все безбуферные контроллеры поголовно базировались на техпроцессах 20-нм уровня. Иными словами, поверить в то, что мы имеем дело с нетипичной безбуферной платформой, довольно легко.

Тем более что её вторая составляющая – флеш-память – тоже внушает оптимизм. Заразиться им несложно, если познакомиться с конструкцией накопителя Patriot P400 1 Тбайт, представляющего собой эталонное воплощение платформы Innogrit IG5220 в конечном продукте.

На первый взгляд Patriot P400 – это обычный NVMe-накопитель в форм-факторе M.2 2280, который выполнен на односторонней печатной плате. Однако в отличие от безбуферных SSD, которые мы видели ранее, он снабжён «графеновым» теплорассеивателем (который на практике выглядит как толстая медная фольга). И это позитивный знак – охлаждения обычно требуют SSD с производительностью выше среднего.

Но ещё больше уверенности, что мы имеем дело со сравнительно мощным решением, появляется, если теплорассеиватель с накопителя удалить. На плате SSD помимо контроллера обнаруживаются две микросхемы флеш-памяти, собранные, судя по маркировке, из 176-слойных чипов TLC 3D NAND производства компании Micron. Корпусированы они каким-то сторонним подрядчиком, но сути это не меняет – внутри у них находятся прогрессивные ядра B47R.

176-слойная память Micron основывается на разработанной компанией технологии замещающего затвора (Replacement Gate) – это нечто среднее между технологиями плавающего затвора и ловушки заряда. Как уже успела показать практика, такая память быстрее, чем все альтернативные варианты, имеющиеся на рынке на данный момент. В частности, она использует частоту интерфейса 1600 МГц, что в теории позволяет достичь пиковой пропускной способности четырёхканального массива флеш-памяти на уровне 6,4 Гбайт/с.

Используемые в составе массива флеш-памяти Patriot P400 кристаллы имеют ёмкость 512 Гбит. Следовательно, в рассматриваемом в обзоре накопителе ёмкостью 1 Тбайт задействовано 16 устройств TLC 3D NAND, которые подключены по четыре штуки в каждом канале контроллера. Такая схема позволяет достичь максимального уровня производительности, а вот накопитель меньшей ёмкости был бы немного медленнее.

⇡#Технические характеристики

Всё сказанное в прошлом разделе заставляет ждать в спецификациях Patriot P400 чего-то особенного, и такие ожидания обманутыми не остаются. Скорости линейного чтения на уровне 5 Гбайт/с и записи на уровне 4,8 Гбайт/с – рубежи, к которым ранее безбуферные SSD не могли подобраться даже близко. Для сравнения: WD Black SN750 SE обещает скорости не выше 3,6 Гбайт/с, а Samsung 980 – не выше 3,5 Гбайт/с. То есть, если верить в характеристики, мы имеем дело с SSD, поддержка PCIe 4.0 в котором – отнюдь не формальность.

Заявленная для Patriot P400 производительность подтверждается и на практике. В тесте CrystalDiskMark, которым мы пользуемся для проверки спецификаций, можно увидеть обещанные 5 Гбайт/с при чтении, а показатели производительности при мелкоблочных операциях оказываются даже выше заявленных значений. В пересчёте на IOPS максимальная практическая скорость случайного чтения достигает 850 тыс. IOPS, а записи – 680 тыс. IOPS, что для накопителя с безбуферным дизайном феноменально много.

Но самое удивительное в результатах CrystalDiskMark – скорость случайного чтения 4-Кбайт блоками при отсутствии очереди запросов. Показанные на скриншоте 99 Мбайт/с – это чуть ли не абсолютный рекорд среди всех современных SSD ёмкостью 1 Тбайт: даже у флагманского Samsung 980 PRO этот показатель чуть ниже. Иными словами, производительность Patriot P400 обещает преподнести немало приятных сюрпризов.

Однако условия гарантии на Patriot P400 с быстродействием несколько контрастируют. Её срок ограничен всего тремя годами, что по современным меркам немного – на большинство NVMe SSD производители дают пятилетнюю гарантию. Но разрешённый ресурс записи при этом выглядит неплохо – за время жизни накопитель разрешается перезаписать 800 раз, то есть каждый день можно обновлять до трёх четвертей полной ёмкости SSD.

Есть и ещё один неприятный момент – Patriot P400 продаётся по довольно высокой цене. Он не только дороже прочих безбуферных накопителей, включая решения Samsung и WD, но и превосходит по стоимости построенный на точно такой же аппаратной платформе накопитель ADATA Legend 840. Впрочем, последнее обстоятельство позволяет надеяться на скорую коррекцию цены на Patriot P400, что было бы очень уместно.

Модельный ряд Patriot P400 состоит всего из двух вариантов объёма – 512 и 1024 Гбайт. Четвертьтерабайтный накопитель здесь вряд ли имеет смысл из-за того, что его производительность, скорее всего, окажется неудовлетворительной. А вот на появление вариантов большего объёма вполне можно рассчитывать – на печатной плате P400 занята только половина посадочных мест под микросхемы флеш-памяти.