Kingston HyperX 3K: правда и заблуждения о долговечности SSD

⇡#Как долго живет Flash-память?

У Flash-памяти есть одно общеизвестное неприятное свойство: процесс записи данных в ячейку физически повреждает ее, поэтому количество циклов перезаписи, которые она может выдержать, конечно. Хуже того, чем тоньше техпроцесс, по которому производится чип, тем меньше его выносливость. Микросхемы MLC NAND от Intel с техпроцессом 50 нм выдерживали 10 тыс. циклов перезаписи. С переходом на норму 34 нм выносливость снизилась до 5 тыс. циклов. У 25-нм микросхем она составляет от 3 до 5 тыс. циклов.

Много это или мало? Посчитаем, сколько лет при десктопной нагрузке потребуется накопителю объемом 128 Гбайт, чтобы истощить все свои ячейки. Возьмем объем записываемых в день данных по максимуму — 10 Гбайт, хотя мало кто реально записывает столько на десктопе, а если записывает, то это, скорее всего, закачка из Интернета видео и подобных данных, которые нет смысла держать на SSD.

Большинство контроллеров увеличит объем 10 Гбайт еще в несколько раз за счет явления под названием write amplification. Write amplification складывается из нескольких факторов. Во-первых, SSD может записывать данные в ячейки только в виде так называемых страниц, типичный размер которых — 4 Кбайт. А стираются данные так называемыми блоками, как правило, по 512 Кбайт. К тому же контроллер постоянно перетасовывает данные в памяти, выполняя очистку от мусорных записей. Поэтому и может сложиться такая ситуация, когда вместо 10 Гбайт, отправленных на SSD хост-контроллером, в NAND-микросхемы записывается 100 Гбайт.

Итак, сколько в таких условиях протянет накопитель с чипами, выдерживающими 5 тыс. циклов перезаписи? Так как контроллер следит за тем, чтобы ячейки изнашивались равномерно, все они должны подойти к концу жизни одновременно, и это случится через 17,8 года (дотошные читатели могут повторить расчет). После этого последние записанные данные останутся в сохранности в течение еще 12 месяцев.

Как видите, даже в наименее благоприятной гипотетической ситуации десктопный SSD объемом 128 Гбайт с MLC-памятью на 5 тыс. циклов в состоянии проработать срок, за который можно вырастить ребенка. Соответственно, с памятью на 3 тыс. циклов продолжительность жизни накопителя составит 10,7 года, что тоже заведомо больше срока морального устаревания устройства. 128 Гбайт — много ли это будет через десять лет?

Кстати, жесткие диски, которые многие люди считают более надежным хранилищем данных по сравнению с SSD, тоже если и доживают до такого возраста, то за сохранность данных на них уже никто не поручится. В общем, хватит переживать по поводу износа ячеек SSD. Любой носитель данных имеет свой срок эксплуатации, и с этим придется смириться. Тем более что у SSD он весьма велик.

Ах да, серверы. В корпоративном сегменте на SSD падает уже совсем другая нагрузка, но на то есть SLC NAND, выносливость которой находится на несопоставимо более высоком уровне по сравнению с MLC. Скажем, чипы Intel 32 нм выдерживают до 100 тыс. циклов перезаписи.

Сроки жизни накопителей в нашем примере получены с расчетом на то, что NAND-контроллер работает честно, записывая в память всю информацию, полученную от хоста. Тем не менее сейчас огромное количество SSD производится на базе контроллеров SandForce, которые, как мы неоднократно упоминали, перед записью в память подвергают данные компрессии/дедубликации. Создатели контроллера утверждают, что таким образом удается снизить write amplification вплоть до 0,5. Однако этот трюк возможен только с хорошо сжимаемыми данными. При записи предварительно сжатого контента (в первую очередь, мультимедийные файлы), write amplification на SandForce встает в полный рост.

Если внести поправку на SandForce в наши расчеты, то получится, что накопитель с памятью на 5 тыс. циклов может прожить уже до 356 лет, а с памятью на 3 тыс. циклов — до 213,6 года. Ну все, теперь точно можно быть спокойными…

⇡#Kingston HyperX 3K: технические характеристики, комплект поставки

Если накопитель все равно морально устареет задолго до того, как износятся ячейки памяти, то почему бы не сэкономить часть стоимости за счет использования чипов памяти с меньшим ресурсом циклов перезаписи? Именно из таких соображений создан Kingston HyperX 3K. Число в названии означает, собственно, количество циклов перезаписи ячеек — 3 тысячи. Kingston не скрывает, что HyperX 3K — это экономичный вариант, который обходится дешевле именно благодаря менее выносливой памяти. Жаль, что при этом не ведется никакой разъяснительной работы по поводу реального срока жизни накопителя. Народ все еще трепетно относится к этому вопросу.

Официально по производительности между HyperX 3K и «простым» HyperX, который мы ранее тестировали, почти нет разницы. Скорости линейного чтения и записи точно такие же. Произвольное чтение/запись — плюс-минус пара тысяч операций в секунду. Как правило, чтобы получить более дешевый SSD на базе дорогой модели, сейчас используют другой рецепт: вместо синхронной памяти (интерфейс ONFi 2) от Intel или Micron берут асинхронную (ONFi 1). Как следствие, пропускная способность массива отличается уже существенно, и хотя контроллер SandForce компенсирует ущерб компрессией данных, он все равно проявляется при записи плохо сжимаемого контента.

В отличие от Kingston HyperX, в линейке HyperX 3K появился накопитель объемом 90 Гбайт.

Более дешевая память и вправду позволяет серьезно сэкономить. Модификации объемом 120 и 240 Гбайт в московских интернет-магазинах на момент написания статьи в среднем стотили на тысячу рублей меньше, чем соответствующие «полноценные» HyperX: 5 500 и 9 500 р. соответственно. Именно их нам прислали на тест. Вот на модели по 480 Гбайт средняя цена в Москве примерно одна и та же.

Устройства продаются как по отдельности, так и в комплекте с коробочкой для внешнего подключения по интерфейсу USB 2.0 (увы, не 3.0). Помимо неё, в набор входит адаптер для установки в отсек 3,5 дюйма, кабель SATA и отвертка со сменными насадками.

⇡#Конструкция

HyperX 3K обладает таким же прочным металлическим корпусом, как «простой» HyperX, только пластиковые вставки — черные, а не синие. Kingston по-прежнему использует для соединения половинок корпуса хитрые винты, поэтому взглянуть на печатную плату нам не удалось. Известно, что здесь тоже используется синхронная память 25 нм производства Intel.

⇡#Методика тестирования

Iometer 1.1.0 RC1

1. Последовательное чтение/запись данных блоками от 512 байт до 2 Мбайт и глубиной очереди запросов 4 (типичная глубина для десктопных задач). Проба теста с блоками каждого размера продолжается в течение 30 с. В результате получается график зависимости скорости передачи данных от размера блока.


2. Произвольное чтение/запись данных во всем объеме диска блоками от 512 байт до 2 Мбайт и глубиной очереди запросов 4. Проба теста с блоками каждого размера продолжается в течение 30 секунд. Границы блоков выравниваются относительно линейки с шагом 4 Кбайт. Так как SSD-накопители считывают и записывают информацию в виде так называемых страниц по 4 Кбайт или кратного размера, выравнивание нагрузки исключает ситуации, когда логический блок занимает нечетное число страниц и скорость записи снижается.


3. Время отклика. Выполняется произвольное чтение/запись данных во всем объеме диска блоками по 512 байт и глубиной очереди запросов 4. Так как тест идет в течение 10 минут, дисковый буфер заполняется, что дает возможность оценить устоявшееся время отклика накопителя. Блоки данных также выровнены относительно 4-килобайтной разметки.


4. Скорость последовательного доступа в зависимости от длины очереди запросов. Измеряется скорость чтения и записи блоков по 64 Кбайт при длине очереди от 1 до 8 с шагом 2 и от 8 до 32 с шагом 4.


5. Многопоточная нагрузка. С диском одновременно работают от одной до четырех копий утилиты, генерирующей нагрузку (workers, в терминологии Iometer). Каждый worker выполняет последовательное чтение/запись блоков по 64 Кбайт с глубиной очереди запросов 1. Копии тестовой утилиты имеют доступ к непересекающимся адресным пространствам объемом по 16 Гбайт, которые расположены в объеме диска вплотную друг к другу, начиная с нулевого сектора. Измеряется совокупная производительность всех копий.

После каждого теста, включающего запись значительного объема данных, диск очищается с помощью Secure Erase. Длительные тесты на запись разделены на несколько частей, перемежающихся очисткой, чтобы первые пробы теста, заполняющие диск, не влияли на скорость последующих.

PCMark 7

Синтетический тест, эмулирующий нагрузку реальных приложений и различные сценарии использования ресурсов ПК. Бенчмарк установлен на основном накопителе стенда. На тестируемом накопителе создается единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объем, и в PCMark 7 проводится тест Secondary Storage. В качестве результатов теста учитывается как итоговый балл, так и скорость выполнения отдельных субтестов.

Выносливость SSD

Чтобы проверить, насколько падает скорость записи на SSD по мере заполнения, мы поэтапно забиваем его случайными данными на блочном уровне и проводим с помощью Iometer тесты произвольной записи блоков по 4 Кбайт с глубиной очереди запросов 4. Затем на диск посылается команда TRIM (при помощи утилиты Diskpart создается и форматируется раздел на весь объем диска) и еще раз измеряется скорость записи.

Для SSD, выполняющих компрессию записываемых данных, тесты скорости записи проводятся как на случайных данных, так и на рандомизированных.

⇡#Тестовый стенд

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой MSI 890GXM-G65, процессором AMD Phenom II X2 560 Black Edition и 4 Гбайт RAM DDR3 1600 МГц. Диск подключается к контроллеру, встроенному в чипсет материнской платы, и работает в режиме AHCI. Операционная система — Windows 7 Ultimate X64.

Участники тестирования

• Kingston HyperX 3K 240 Гбайт (SH103S3/240G)
• Kingston HyperX 3K 120 Гбайт (SH103S3/120G)
• Kingston HyperX 240 Гбайт (SH100S3/240G)
• Kingston HyperX 120 Гбайт (SH100S3/120G)
• Plextor M3 Pro 256 Гбайт (PX-256M3P)
• Plextor M3 Pro 128 Гбайт (PX-128M3P)
• OCZ Vertex 4 256 Гбайт (VTX4-25SAT3-256G)
• OCZ Vertex 4 128 Гбайт (VTX4-25SAT3-128G)

«Просто» HyperX в объеме 120 и 240 Гбайт уже были у нас на тестировании, что дает возможность сравнить HyperX 3K с ними. Для фона мы добавили в диаграммы результаты быстрейших SSD на платформе Marvell, которые нам довелось тестировать до сих пор, — Plextor M3 Pro, а также Vertex 4 — наиболее опасного конкурента для SandForce SF-2281 на сегодняшний день.

Подробно комментировать соотношение производительности между Plextor M3 Pro, Vertex 4 и накопителями на SandForce SF-2281 мы на этот раз не будем: это уже сделано в соответствующих обзорах, и не раз. Мы также знаем, что Kingston HyperX работает не хуже прочих SSD на SF-2281 с синхронной памятью Intel 25 нм, поэтому просто кратко взглянем на диаграммы и удостоверимся в том, что HyperX 3K действительно не уступает в производительности своему более дорогому родственнику.

Производительность, Iometer

В большинстве тестов между Kingston HyperX и HyperX 3K не обнаружилось никакой разницы, но в некоторых аспектах производительности она все-таки есть. В порядке исключения нарушим привычную последовательность подачи результатов, и приведем эти диаграммы первыми.

Устоявшееся время отклика

• Первое, что бросается в глаза, — время реакции при чтении, которое у HyperX 3K на самом деле заметно меньше, чем у HyperX.

Произвольное чтение

• Как следствие, обе модификации HyperX 3K продемонстрировали гораздо большую скорость произвольного чтения по сравнению с HyperX (особенно отстала 120-Гбайт версия последнего).

Произвольная запись

• У HyperX 3K по сравнению с HyperX выше скорость произвольной записи блоков меньше 4 Кбайт. HyperX объемом 240 Гбайт выходит вперед при записи блоков по 4 и 8 Кбайт.

Многопоточное чтение

• «Простой» HyperX также существенно отстает от HyperX 3K при многопоточном чтении с длиной очереди команд 1.

В прочих тестах HyperX 3K оказался ничем не лучше, но и не хуже, чем HyperX.

Последовательное чтение

Последовательная запись

Последовательная запись, случайные данные

Произвольная запись, случайные данные

Чтение при разной длине очереди команд

Запись при разной длине очереди команд

Многопоточная запись

⇡#PCMark 7

В PCMark 7 как по общему баллу, так и в отдельных тестах Kingston HyperX и HyperX 3K показали почти одинаковые результаты.

Выносливость SSD

• HyperX 3K мы протестировали с более свежей прошивкой, благодаря которой накопители на SandForce SF-2281 оперативно реагируют на команду TRIM, мгновенно очищая ячейки.
• И все же эффект от TRIM после того, как накопитель полностью забивается случайными данными, не столь велик, как у дисков на Marvell: скорость записи случайных данных восставналивается не до конца. На скорости записи повторяющихся данных это не сказывается.
• Примечательно, что HyperX 3K 120 Гбайт оказывается немного быстрее, чем HyperX такого же объема, когда незанятого места остается 4 Гбайт и меньше.

⇡#Выводы

Накопители Kingston HyperX 3K не только не уступили аналогичным по объему моделям HyperX без индекса 3K, но в некоторых тестах даже превзошли их. Наибольшая разница замечена в бенчмарке скорости произвольного чтения. Разумеется, есть вероятность того, что HyperX 3K помогла более свежая прошивка. В таком случае они не лучше, чем HyperX, но и не хуже. Разница (и немалая) только в цене, а также в ресурсе выносливости ячеек, на который подавляющее большинство пользователей, как убедительно показывают наши расчеты, могут смело махнуть рукой.