Обзор SSD-накопителя Samsung 950 Pro: новый уровень

Примерно полтора года назад в нашей лаборатории побывал первый потребительский твердотельный накопитель с честным интерфейсом PCI Express, поддержка которого была реализована непосредственно в базовом контроллере. Это был Plextor M6e, и казалось, что его появление знаменует собой начало новый эпохи, в которой мы моментально забудем об ограничениях в скоростях обмена данными, которые накладывает пропускная способность SATA-интерфейса. Но не тут-то было. Как оказалось, даже такой очевидный шаг, как перевод SSD на заметно более скоростной интерфейс PCI Express, – процесс очень болезненный и непростой. И даже сейчас, в конце 2015 года, большинство твердотельных накопителей продолжает пользоваться старым интерфейсом SATA, а число высокопроизводительных и прогрессивных моделей, работающих через PCI Express, можно буквально пересчитать по пальцам.

Главная проблема, которая помешала PCIe SSD стать широко распространёнными решениями, оказалась в контроллерах – основных микросхемах, управляющих в SSD потоками данных и обслуживающих массив флеш-памяти. В то время как производством твердотельных накопителей занимается более сотни фирм, контроллеры для них разрабатывает крайне ограниченное число инженерных команд. И эти команды попросту не смогли своевременно подготовить необходимые микросхемы и наладить их массовое производство. Единственной независимой фирмой, которой удалось предложить производителям SSD хоть какую-то аппаратную начинку для PCIe-накопителей, оказалась Marvell. Она сделала даже два контроллера: 88SS9183 и 88SS9293, но они не слишком вдохновили индустрию, поскольку задействуют лишь две или четыре линии PCI Express 2.0 и используют наследственный протокол AHCI, то есть, по сути, предлагают не слишком внушительное улучшение скоростных параметров по сравнению с традиционными SATA SSD. Поэтому особой популярности эти контроллеры так и не снискали – они смогли попасть лишь в два серийных продукта: уже упоминавшийся Plextor M6e и Kingston HyperX Predator. В флагманских же PCIe SSD нового поколения потребители хотели бы видеть как более скоростную шину PCI Express 3.0 x4, так и поддержку нового протокола NVMe, специально предназначенного для твердотельных накопителей с высокой отзывчивостью.

Да, мы давно и часто слышим о том, что контроллеры для высокопроизводительных потребительских PCIe SSD вот-вот должны появиться сразу у нескольких независимых разработчиков. На отраслевых мероприятиях, прошедших в этом году, неоднократно демонстрировались такие контроллеры PCI Express 3.0 x4 с поддержкой NVMe, как Marvell 88SS1093 (Eldora), OCZ Jet Express, Silicon Motion SM2260 и даже PCI Express 3.0 x8-контроллер Phison PS5007-E7. Однако дальше заявлений и демонстраций дело пока не идёт ни у одного из перечисленных разработчиков. Очевидно, что отладка таких принципиально новых решений требует значительных временных затрат, и реальные продукты на их основе появятся на прилавках магазинов отнюдь не завтра.

В результате в выигрышной ситуации оказались те производители, которые могут обеспечить полный цикл разработки SSD исключительно своими силами, имеют мощные отделы НИОКР и располагают широкими возможностями для организации предварительных испытаний. Поэтому всю когорту независимых проектировщиков контроллеров вместе с производителями SSD второго-третьего эшелона легко обошли Intel и Samsung, которые создали собственные конечные PCI Express x4 3.0-решения значительнее быстрее закопавшихся в отладке конкурентов. Захватила первенство Samsung, которая в начале этого года выпустила завоевавший массу положительных отзывов накопитель SM951, а вслед за ней подтянулась и Intel со своим продвинутым решением с поддержкой протокола NVMe – SSD 750.

Однако ни Samsung SM951, ни Intel SSD 750 назвать полноценными массовыми решениями с шиной PCI Express, к сожалению, всё равно невозможно. Накопитель Samsung – это OEM-продукт, который не распространяется по розничным каналам и к тому же не обеспечивается полноценной технической поддержкой со стороны производителя. Intel SSD 750 же – клон серверного накопителя, который из-за этого предлагает не слишком удобную линейку объёмов и отличается дороговизной. В результате Samsung SM951 и Intel SSD 750 завоевали репутацию странноватых нишевых продуктов, не представляющих для массового пользователя никакого интереса даже несмотря на то, что их применение сулит кратное увеличение скоростных показателей дисковой подсистемы.

Но сегодня, наконец, ситуация должна сдвинуться с мёртвой точки. Компания Samsung решила заняться рынком клиентских PCIe SSD всерьёз и подготовила первый совершенно полноценный потребительский NVMe-накопитель с интерфейсом PCI Express 3.0 x4 – Samsung 950 Pro. Это решение не только предназначается для широкой продажи через розничную сеть, но и объединяет в себе все самые современные технологии. Оно обеспечивает скорости передачи данных до 2,5 Гбайт/с, базируется на прогрессивной и надёжной трёхмерной MLC V-NAND, работает по многопоточному протоколу NVMe и использует компактный форм-фактор M.2, но при этом целенаправленно предназначается для установки обычными пользователями в обычные персональные компьютеры. Иными словами, мы наконец получили общеупотребительную модель PCIe SSD, которая, хочется верить, сможет не только стать новым стандартом для высокопроизводительных дисковых подсистем, но и подтолкнёт замешкавшуюся индустрию к скорейшему переходу на новые стандарты, форматы и протоколы.

⇡#Технические характеристики

Слоган, которым Samsung характеризует свой новый накопитель 950 Pro, звучит так: «Первый NVMe PCI Express SSD потребительского уровня на базе V-NAND». Рекламщики попытались обыграть в этой фразе сразу всё, чем примечательна новинка, поэтому определение получилось перегруженным аббревиатурами и немного витиеватым. Но, по сути, считать Samsung 950 Pro первым клиентским SSD нового поколения, работающим через шину PCI Express, вполне правомерно. В нём разработчики решили не утруждать себя вопросами совместимости со старыми системами и поставили на первое место технологии и максимальную производительность. И это позволило им сделать именно такой продукт, каким и должен быть прогрессивный SSD для энтузиастов. Samsung 950 Pro не только выпущен в набирающем популярность форм-факторе M.2, но и пользуется всей доступной в нём пропускной способностью; не просто работает через шину PCI Express, но и делает это с помощью специально разработанного для SSD протокола NVMe; и плюс к этому он базируется не на простой планарной MLC NAND, а на её трёхмерной разновидности, которая лучше и по быстродействию, и по надёжности.

При этом, несмотря на всю свою новаторскую сущность, 950 Pro собран на базе компонентов, которые есть в распоряжении Samsung уже достаточно давно. То есть конкретно для этого накопителя не было создано никаких новых аппаратных решений — инженеры просто свели воедино всё лучшее, что разрозненно применялось в других продуктах компании. В частности, контроллер в Samsung 950 Pro взят тот же самый, что использовался до этого в SM951, а память перекочевала из старших модификаций 850 Pro.

Тем не менее всё это совершенно не умаляет достоинств Samsung 950 Pro. Пусть все компоненты давно известны, зато этот накопитель делает шаг вперед сразу в нескольких направлениях, предлагая совершить переход от SATA к PCI Express, от AHCI к NVMe, от планарной флеш-памяти к трёхмерной и от 2,5-дюймового форм-фактора к компактному M.2. Ну и потребительские характеристики у него не подкачали.

Глядя на спецификации, некоторые могут подумать, что Samsung 950 Pro – это розничная версия OEM-накопителя Samsung SM951-NVMe, который изначально наделал немало шума, но в итоге в открытую продажу так и не поступил. Однако это далеко не так. Несмотря на то, что определённое сходство между этими накопителями, безусловно, есть, в основе 950 Pro лежит прогрессивная трёхмерная MLC V-NAND, в то время как в SM951 используется обычная планарная флеш-память, производимая по 16-нм техпроцессу. Сейчас Samsung установила в 950 Pro свою V-NAND второго поколения с 32-слойным дизайном, а в перспективе планируется переход на третье поколение V-NAND с увеличенным до 48 числом слоёв.

В общем случае MLC V-NAND по сравнению с обычной планарной памятью обеспечивает более низкие задержки. Поэтому если сравнивать 512-гигабайтные модели, то 950 Pro действительно оказывается быстрее, чем SM951-NVMe. Особенно это проявляется на операциях последовательного чтения, где преимущество превышает 15-процентный уровень.

Однако с модификациями ёмкостью 256 Гбайт всё наоборот. MLC V-NAND, которая стоит в 950 Pro, имеет крупные ядра с 128-гигабитной ёмкостью, в то время как в SM951 используются 64-гигабитные кристаллы MLC NAND. Это наделяет массив памяти в SM951 большим уровнем параллелизма и неминуемо сказывается на скоростных показателях. Разница в производительности версий объёмом 256 и 512 Гбайт в линейке SM951 почти незаметна, а 256-гигабайтный 950 Pro ощутимо медленнее своего старшего собрата. В этой связи немного странно, что в младший вариант 950 Pro не пошла MLC V-NAND с 86-гигабитными ядрами, которая с успехом используется в накопителях линейки 850 Pro небольших объёмов. Но судя по всему, на этот счёт у Samsung есть какие-то свои соображения: совершенно очевидно, что компания ориентируется на продвижение в первую очередь накопителей больших ёмкостей. В частности, версии на 128 Гбайт в линейке 950 Pro нет вообще, а на презентации новинки докладчики подчёркивали тот факт, что ещё летом усреднённая ёмкость SSD, поставляемых Samsung, превысила 320 Гбайт.

Что касается базового контроллера, то он в Samsung 950 Pro действительно точно такой же, как и в SM951. Основу чипа UBX, который был разработан инженерами Samsung для всех собственных PCI Express 3.0 x4-накопителей, составляют три работающих на частоте 500 МГц ядра ARM Cortex-R4. Благодаря этому данный контроллер выдаёт более чем достаточную производительность для обслуживания восьмиканального массива флеш-памяти, и необходимости в его обновлении при выпуске 950 Pro не возникло. UBX — и так самый мощный микропроцессор среди всех используемых в самсунговских SSD контроллеров, поэтому в новинке он смотрится вполне органично. Однако предстоящий переход на V-NAND третьего поколения, вероятно, всё же потребует внесения в него некоторых изменений.

На данный момент семейство Samsung 950 Pro ограничивается лишь двумя моделями. Пока максимальная ёмкость представителей серии – 512 Гбайт, но в начале следующего года линейка должна будет пополниться и версией на 1 Tбайт. Её появление напрямую увязано с внедрением 48-слойной MLC V-NAND третьего поколения, которая позволит увеличить ёмкость кристаллов флеш-памяти до 256 Гбит. Тем не менее на покорение рекордов вместимости Samsung 950 Pro претендовать не будет, смысл этого решения – в установлении рекордов быстродействия. Для тех же, кто гонится за максимальным объёмом, в ассортименте Samsung остаются SATA-накопители серии 850 Pro. Их максимальная ёмкость доросла уже до 2 Тбайт, а в недалёком будущем она увеличится и до фантастических 4 Тбайт.

Зато Samsung не планирует лишать накопители серии 950 Pro никаких привычных программных технологий. В отличие от SM951, в них поддерживается шифрование по стандарту AES-256, однако на этот раз лишь Class 0, то есть не совместимое со спецификацией Microsoft eDrive. Поэтому создать на базе 950 Pro аппаратно зашифрованный том через Windows BitLocker не получится, управлять работой его криптографических алгоритмов можно только через BIOS материнской платы.

Несколько лучше обстоит дело с фирменной утилитой Magician. В её новой версии с номером 4.8, которая должна выйти до конца этого месяца, Samsung 950 Pro получит полную и всестороннюю поддержку. Единственная функция, которая с новым PCIe SSD работать не будет, это программное кеширование RAPID. Впрочем, сожалеть по этому поводу вряд ли стоит, скорости 950 Pro вполне достаточны и без всяких дополнительных RAM-кешей.

Помимо Magician, разработчики Samsung подготовили для 950 Pro и ещё один программный компонент — собственный NVMe-драйвер. По сравнению со стандартным драйвером Microsoft он позволяет улучшить быстродействие, а кроме того, благодаря ему достигается совместимость накопителя с операционной системой Windows 7, где встроенного NVMe-драйвера не предусмотрено.

Кстати, 950 Pro, как и любой другой NVMe-накопитель, накладывает определённые требования на аппаратную платформу. Для того чтобы его можно было сделать загрузочным диском, в UEFI BIOS материнской платы должен тоже содержаться NVMe-драйвер. А этому требованию отвечают лишь относительно новые платы, основанные на интеловских наборах логики девяностой и сотой серий. Поэтому владельцам старых систем Samsung 950 Pro, вероятно, не подойдёт, если только они не решатся на самостоятельную интеграцию драйвера в BIOS, что в некоторых случаях – хоть и непростая, но вполне осуществимая процедура.

Кроме того, не следует забывать, что для раскрытия всего потенциала нового накопителя Samsung ему нужен полноценный слот M.2 с заведёнными на него четырьмя линиями PCI Express 3.0. Такие слоты встречаются преимущественно на платах на базе Intel X99, Z170 или H170 под LGA2011-3- и LGA1151-процессоры, да и то не на всех. И это ещё раз подводит нас к тезису о том, что Samsung 950 Pro – это предложение для энтузиастов ПК, своевременно обновляющих свои системы.

Выделяется новинка не только своими скоростными показателями — заявленный ресурс также у станавливает очередной рекорд. Для модели ёмкостью 256 Гбайт он увеличился до 200 Тбайт, а для 512-гигабайтного накопителя – до 400 Тбайт. Это на четверть больше, чем предлагается в SSD серии 850 Pro, и до истечения гарантии 950 Pro можно полностью перезаписать 781 раз. Впрочем, очевидно, что SSD на базе MLC V-NAND, производимой по 40-нм техпроцессу, способен прожить и гораздо дольше. Однако срок гарантийного обслуживания у новой модели почему-то ограничен 5 годами. Не то чтобы это было мало, но на представителей серии 850 Pro в то же время даётся 10-летняя гарантия.

И последняя характеристика, на которую нужно обратить внимание при знакомстве с 950 Pro, – энергопотребление и тепловыделение. При максимальной нагрузке этот SSD способен выделять до 6-7 Вт, что на самом деле не так уж и мало для накопителя, выполненного в виде M.2-карты площадью 16 см². И это значит, что Samsung 950 Pro, лишённый какого-либо охлаждения, может заметно нагреваться во время работы. Однако серьёзно опасаться этого не следует, потому что в накопителе реализована специальная технология Dynamic Thermal Guard, защищающая его от перегрева. Если температура достигает 80-градусного предела, контроллер кратковременно снижает свою частоту. При этом такое динамическое изменение частоты – не крайняя защитная мера, а штатный механизм, который, если верить заявлениям инженеров Samsung, на итоговой производительности SSD сказывается не слишком заметно.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Модельный ряд Samsung 950 Pro состоит из двух модификаций ёмкостью 256 и 512 Гбайт. Поскольку в эти SSD устанавливается MLC NAND с 128-гигабитными ядрами, их производительность может существенно различаться. К счастью, нам для тестирования удалось заполучить оба варианта. Впрочем, по конструкции они оказались практически идентичными – разницу можно было заметить лишь в маркировке микросхем флеш-памяти, но не в дизайне печатной платы.

Samsung 950 Pro 256GB

Samsung 950 Pro 512GB

Любопытно, что плата Samsung 950 Pro обоих вариантов ёмкости при этом имеет точно такую же разводку, как у SM951 ёмкостью 256 Гбайт. Однако потребительский продукт выглядит всё же иначе за счёт того, что для него производитель выбрал покрытый матовым лаком чёрный текстолит, давно ставший визитной карточкой высокопроизводительных комплектующих для аудитории энтузиастов. Формат же платы привычен – это M.2 2280 с разъёмом, который имеет ключ типа M. Такой вид исполнения рекомендован для PCI Express x4-накопителей и совместим с большинством современных систем. Немаловажно, что платы у обеих версий новинки односторонние, то есть микросхемы расположены на них лишь с лицевой стороны. Это позволяет обеспечить для новинки более благоприятный температурный режим и облегчает задачу теплоотвода: при желании пользователь может без особого труда установить на SSD радиатор.

Всю лицевую поверхность накопителя закрывает наклейка. Под ней обнаруживается всего четыре микросхемы: контроллер UBX, чип DRAM и две микросхемы MLC V-NAND. Контроллер в обеих версиях 950 Pro, естественно, одинаковый, одна и та же в них и микросхема оперативной памяти – LPDDR3-1600 объёмом 512 Мбайт.

Samsung 950 Pro 256GB

Samsung 950 Pro 512GB

А вот чипы MLC V-NAND немного отличаются. Впрочем, принципиальная разница есть лишь в том, сколько полупроводниковых кристаллов штабелировано внутри чипа. В Samsung 950 Pro 256 Гбайт в каждой микросхеме находится по восемь 128-гигабитных устройств MLC V-NAND, а в Samsung 950 Pro 512 Гбайт – таких же устройств памяти вдвое больше. Следовательно, поскольку контроллер UBX имеет восьмиканальную архитектуру, для доступа к массиву флеш-памяти в младшей модификации SSD он пользуется двукратным чередованием, а в старшей – четырёхкратным. Именно поэтому Samsung 950 Pro 512 Гбайт предлагает более высокое быстродействие, чем вдвое меньшая версия.

Из полного объёма установленной в Samsung 950 Pro флеш-памяти пользователю доступно примерно 93 процента, остальное отводится на работу внутренних алгоритмов выравнивания износа и сборки мусора.

К сказанному остаётся лишь добавить, что в отличие от Samsung SM951 новые накопители 950 Pro – это полноценный потребительский продукт, предназначенный для распространения через розничную сеть. Поэтому поставляются они в фирменной упаковке. Она представляет собой небольшую, оформленную в чёрных тонах коробку, накопитель внутри которой уложен в прозрачный плексигласовый контейнер, предохраняющий его от повреждений при транспортировке.

Надо сказать, что никаких дополнительных принадлежностей в коробке нет, отсутствует даже диск с комплектным программным обеспечением, которое пользователю предлагается скачать с сайта производителя самостоятельно.

⇡#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 5.0.2
  • 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 драйверы Intel Rapid Storage Technology (RST) 14.6.0.1029, Intel Windows NVMe driver 1.3.0.1007 и Samsung NVM Express Driver 1.0 Beta.

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

⇡#Участники тестирования

Учитывая позиционирование и конструкцию Samsung 950 Pro, в качестве основных его соперников мы взяли другие присутствующие на рынке PCIe SSD потребительского уровня, коих на сегодняшний день набралось уже пять моделей. Однако сравнением одних только моделей накопителей с интерфейсом PCI Express мы не ограничились. Кроме того, мы добавили к ним в компанию и самый быстрый SATA SSD – Samsung 850 PRO.

Итого имеем следующий список протестированных моделей:

• Intel SSD 750 400 Гбайт (SSDPEDMW400G4, прошивка 8EV10171);
• Kingston HyperX Predator PCIe 480 Гбайт (SHPM2280P2H/480G, прошивка OC34L5TA);
• OCZ RevoDrive 350 480 Гбайт (RVD350-FHPX28-480G, прошивка 2.50);
• Plextor M6e Black Edition 256 Гбайт (PX-256M6e-BK, прошивка 1.05);
• Samsung 850 Pro 256 Гбайт (MZ-7KE256, прошивка EXM01B6Q);
• Samsung 950 Pro 256 Гбайт (MZVKV256, прошивка 1B0QBXX7);
• Samsung 950 Pro 512 Гбайт (MZVKV512, прошивка 1B0QBXX7);
• Samsung SM951 256 Гбайт (MZHPV256HDGL-00000, прошивка BXW2500Q).

⇡#Производительность

⇡#Последовательные операции чтения и записи

Скорости последовательных операций, которые выдаёт 512-гигабайтная версия Samsung 950 Pro, поражают. Столь высоких показателей мы до сих пор не видели даже несмотря на то, что в нашей лаборатории побывали все основные PCIe SSD лидеров рынка. Впрочем, обещанных 2,5 Гбайт/с при последовательном чтении мы всё-таки не увидели. Но это не связно с тем, что Samsung публикует в спецификациях завышенные показатели. Просто наш тест измеряет производительность при обычных однопоточных обращениях, а производитель указывает пиковые значения, которые можно получить при многопоточной работе.

Что же касается производительности Samsung 950 Pro объёмом 256 Гбайт, то в части записи она несколько отличается от показателей старшей модели в худшую сторону. Проблема заключается в том, что массив флеш-памяти 256-гигабайтной версии имеет недостаточный уровень параллелизма, поэтому она серьёзно уступает как более ёмкому собрату, так и, например, Samsung SM951, где применён массив MLC NAND с меньшими ядрами, но более высокой степенью параллелизма. Впрочем, даже несмотря на это, 950 Pro 256 Гбайт если и уступает конкурентам, то совсем незначительно.

⇡#Случайные операции чтения

Благодаря контроллеру UBX и MLC V-NAND, а также за счёт использования прогрессивного протокола NVMe, новому твердотельному накопителю Samsung 950 Pro при операциях случайного чтения с небольшой очередью запросов удаётся покорить недосягаемые ранее скоростные рубежи. Это значит, что при практическом использовании в роли системных дисков новинки смогут предложить заведомо лучшее быстродействие по сравнению со всеми остальными вариантами.

Несмотря на то, что операции с глубокой очередью запросов для персональных компьютеров не характерны, мы всё же посмотрим, как зависит производительность рассматриваемого SSD от глубины очереди запросов при чтении 4-килобайтных блоков.

Хотя Samsung 950 Pro – накопитель, ориентированный на использование в персональных системах, при увеличении глубины очереди запросов он продолжает демонстрировать непревзойдённую производительность. Даже Intel 750, который, в отличие от самсунговского решения, имеет серверные корни, оказывается медленнее во всех случаях, кроме максимальной в нашем тесте очереди с глубиной в 32 команды.

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

Глядя и на этот график, к новинке Samsung трудно предъявить какие-то претензии. При оптимизации прошивки инженеры компании явно держали в уме типичные сценарии нагрузки, свойственные персональным компьютерам, поэтому любые варианты операций чтения для 950 Pro оказываются весьма благоприятной нагрузкой. Отдельной строкой нужно отметить, что в этом случае хорошую скорость выдают обе версии 950 Pro: модификация на 256 Гбайт отстаёт от флагманской модели совсем незначительно.

⇡#Случайные операции записи

Любопытно, но при случайной записи Samsung 950 Pro лидирующим уровнем быстродействия похвастать уже не может. Более высокую скорость способен предложить полусерверный Intel 750, что совсем неудивительно, если учесть использование в нём 18-канального контроллера. Впрочем, мы бы не стали делать из такого положения дел какую-то трагедию. Случайная запись – крайне редкая для дисковых подсистем обычных персональных компьютеров нагрузка. А на использование в серверах Samsung 950 Pro и не рассчитан. К тому же данная новинка всё равно быстрее всех остальных PCIe SSD.

Более явно увидеть, 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:

Этот график интересен тем, что позволяет качественно оценить производительность массивов флеш-памяти различных PCIe SSD. Ведь именно она в большей степени ограничивает скорость работы накопителя при увеличении глубины очереди запросов. И этот график даёт ясно понять, что применение в основе Samsung 950 Pro памяти со 128-гигабитными ядрами несколько сдерживает его пиковую производительность на многопоточных случайных операциях. Убедительной иллюстрацией этого выступает тот факт, что 512-гигабайтная версия Samsung 950 Pro уступает по скорости Kingston HyperX Predator 480 Гбайт, который лучше лишь только тем, что базируется на 64-гигабитных флеш-ядрах.

Впрочем, как уже было сказано выше, Samsung 950 Pro под серверные нагрузки не оптимизировался, поэтому такое его поведение в данном случае вполне допустимо и вряд ли как-то скажется в реальной жизни.

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

Надо сказать, что по мере роста размеров блоков, которыми выполняются случайные операции, производительность Samsung 950 Pro относительно конкурирующих SSD становится всё лучше и лучше. А это значит, что чем больше операции записи похожи на последовательные, тем лучше новинка способна их обрабатывать.

⇡#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.

Контроллер UBX имеет достаточную мощность для того, чтобы справляться со сложным потоком одновременно поступающих на накопитель операций. Поэтому Samsung 950 Pro в тестах при смешанной нагрузке занимает лидирующие позиции.

Следующая пара графиков даёт более развёрнутую картину производительности при смешанной нагрузке, показывая зависимость скорости SSD от того, в каком соотношении приходят на него операции чтения и записи.

Покуда количество операций чтения в смешанном потоке запросов превосходит количество операций записи, Samsung 950 Pro демонстрирует своё преимущество перед прочими решениями. А большего от накопителя, ориентированного на персональные компьютеры, и не нужно – обратное соотношение между частотой операций чтения и записи в реальной жизни встречается крайне редко.

⇡#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 приведённых ниже графиках 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 950 Pro обеих версий выглядит одинаково необычно. Дело в том, что в обоих случаях с высокой скоростью удаётся заполнить лишь половину свободной ёмкости накопителя, а затем скорость записи заметно снижается. Это свидетельствует о том, что контроллер Samsung UBX при общении с флеш-памятью использует некие хитрые техники. Их суть заключается в том, что при записи MLC-память накопителя по возможности используется в более скоростном SLC-режиме. К такой хитрости приходится прибегать для того, чтобы производительности стандартного восьмиканального массива флеш-памяти хватало для насыщения пропускной способности шины PCI Express 3.0 x4.

Конечно, выбранное инженерами Samsung решение кажется не таким универсальным, ведь с высокой скоростью можно заполнить лишь половину пустого пространства, после чего контроллер вынужден возвращаться к MLC-режиму и уплотнять данные в ячейках. Однако в реальных условиях столкнуться со связанным с этим падением производительности вряд ли получится. Если накопитель забит данными не под завязку, то единовременные записи вряд ли смогут превысить по своему объёму половину всего доступного на SSD свободного места. Любую же паузу в работе контроллер мгновенно использует для того, чтобы уплотнить занятую данными часть памяти, целиком переведя её в MLC-режим, и подготовить оставшееся свободное место для новых записей в SLC-режиме. Иными словами, в Samsung 950 Pro работает динамическое SLC-кеширование операций записи, причём размер кеша зависит от наличия свободного пространства на накопителе и примерно равен его половине.

Вторая особенность поведения Samsung 950 Pro заключается в том, что даже при записи в абсолютно чистую флеш-память производительность постепенно снижается. С чем связан такой эффект, сказать трудно, и этот момент просто нужно иметь в виду. Впрочем, как видно по графикам, Samsung в спецификациях своих накопителей учла именно худший случай, так что реальная скорость записи на самом деле оказывается выше, чем было обещано изначально.

Постоянство же производительности, выдаваемой Samsung 950 Pro, находится на хорошем уровне – разброс моментальной скорости записи минимален. Однако в целом к концу нашего двухчасового теста производительность снижается до десятка тысяч IOPS, что скорее характерно для обычных потребительских накопителей среднего уровня, чем для высокопроизводительных SSD. Впрочем, эта характеристика имеет какой-то практический смысл лишь в серверных применениях, в которые 950 Pro не попадёт как минимум из-за M.2-исполнения.

Если же просуммировать все отмеченные нами в тесте деградации производительности свойства 950 Pro, то становится понятно, что претендовать на применение, например, в серверах этот SSD не может. Он явно оптимизирован под десктопные задачи — и справляется с ними на отлично. Высокие же длительные нагрузки в виде операций случайной записи будут переводить накопитель в неблагоприятные для него режимы, а в них он работает не лучше флагманских SATA SSD.

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 950 Pro работает без каких-либо затруднений, а вот сборка мусора без подачи этой команды со стороны операционной системы не реализована вообще. Собственно, ничего другого и не ожидалось: такой особенностью отличаются все без исключения твердотельные накопители Samsung. Таким образом, при обычном использовании в современных средах производительность 950 Pro деградировать не будет. Представить же себе окружение с поддержкой NVMe, но без TRIM очень тяжело, так что отсутствие полностью автономной сборки мусора недостатком Samsung 950 Pro можно не считать.

⇡#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.

Samsung 950 PRO 256 GB

Samsung 950 PRO 512 GB

Столь высоких показателей в производительности в популярном тесте CrystalDiskMark для твердотельных накопителей мы ещё не видели. По данным этого теста скорость последовательных чтений у Samsung 950 Pro 512 Гбайт переплёвывает обещанные в спецификации 2,5 Гбайт/с, а на случайных операциях чтения без очереди запросов этот накопитель оказывается способен развить производительность в 60 Мбайт/с, что тоже является рекордом. Не особенно отстаёт от старшей модели и версия объёмом 256 Гбайт. Фактически, значимые расхождения в быстродействии модификаций разного размера есть только на операциях записи.

⇡#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.

PCMark 8 2.0, который оценивает производительность SSD при работе с различными общеупотребительными приложениями, однозначно уверен, что Samsung 950 Pro – лучший накопитель современности. Но этого мало: результат Samsung 950 Pro 512 Гбайт более чем вдвое выше, чем у лучшего SATA SSD, Samsung 850 Pro. И это прекрасно иллюстрирует тот эффект, который можно получить при переходе от накопителей старого типа к прогрессивным моделям NVMe PCIe SSD. Думается, лучшей рекомендации для новинки и быть не может.

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-приводы зачастую ведут себя немного по-разному.

Как можно увидеть по более подробной диаграмме, в тестовом комплекте PCMark 2.0 нет ни одного приложения, где бы Samsung 950 Pro не обеспечивал превосходства над любым другим доступным на рынке высокопроизводительным SSD.

⇡#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 копировании файлов результаты несколько нетипичны, и в лидерах держится лишь 512-гигабайтная версия Samsung 950 Pro. Вдвое же меньшая по объёму версия новинки проигрывает Samsung SM951, который базируется на MLC NAND с 64-гигабитными ядрами и потому обладает большим уровнем параллелизма массива флеш-памяти.

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 расклад примерно такой же, как при простом файловом копировании. И это значит, что если вы подыскиваете себе 256-гигабайтный высокоскоростной накопитель, на который будет возложена роль обычного рабочего диска, то, возможно, лучше обратить внимание не на новинку, а на Samsung SM951, если, конечно, вы сможете найти его в продаже.

⇡#Проверка температурного режима

Раздел про температурный режим Samsung 950 Pro появился в нашем обзоре не просто так. Дело в том, что многие владельцы прошлого PCIe-накопителя компании, Samsung SM951, который основан на том же контроллере UBX, отмечали его высокий нагрев в процессе работы. Временами это даже приводило к включению температурного троттлинга и влекло за собой снижение производительности. По словам инженеров Samsung, новый 950 Pro должен нагреваться несколько меньше предшественника. Тем не менее в новинке появилась специальная защитная технология Dynamic Thermal Guard, управляющая частотой контроллера в зависимости от его температуры.

Как показало практическое тестирование, критической температуры в 80 градусов Samsung 950 Pro достигнуть всё-таки может. Но возникает такая ситуация не часто, и, для того чтобы Dynamic Thermal Guard посчитала нужным как-то вмешаться в процесс нормального функционирования, необходима высокая и продолжительная нагрузка. Например, мы заметили перегрев и снижение скорости 950 Pro во время прохождения теста на деградацию производительности, когда накопитель непрерывно бомбардируется случайными 4-килобайтными запросами на запись данных с глубокой очередью.

Проведя тестирование дважды — один раз с целенаправленным обдувом накопителя дополнительным вентилятором, а второй раз — без него, мы смогли обнаружить серьёзные расхождения в результатах, даже несмотря на то, что все тесты в нашей лаборатории проводятся на открытом стенде.

Когда накопитель работает в «застойной» воздушной среде, его производительность в какой-то момент снижается без всякой на то причины – это как раз включается защита от перегрева. Причём если у накопителя объёмом 256 Гбайт спад в скорости операций записи наблюдается лишь спустя две с половиной минуты непрерывной работы, то 512-гигабайтная модель достигает критических температур всего за минуту.

Иными словами, владельцы младшей версии 950 Pro с работой технологии Dynamic Thermal Guard, скорее всего не столкнутся: продолжительные непрерывные операции записи при обычном использовании SSD небольшого объёма – абсолютно невероятная нагрузка, а на операциях чтения накопитель демонстрирует вполне умеренное тепловыделение. Но у Samsung 950 Pro 512 Гбайт температурный троттлинг вполне может включаться не только в специально смоделированных условиях, но и в реальной жизни. Ведь у старшей модификации накопителя «насиловать» контроллер UBX для того, чтобы он разогрелся до критической температуры, нужно совсем недолго.

Поэтому применять самсунговские новинки правильнее всего в составе настольных ПК с нормально организованным охлаждением, иначе производительность Samsung 950 Pro может внезапно оказаться не соответствующей ожиданиям. Ведь, как показывает наш опыт, падение скорости из-за активации Dynamic Thermal Guard может достигать даже почти двукратного размера. Конечно, SSD от высоких температур не сломается, однако будет немного обидно, если его впечатляющий потенциал не раскроется из-за неблагоприятного температурного режима. И это значит, что иногда вместе с Samsung 950 Pro разумно установить в корпусе дополнительный вентилятор, который создаст поток воздуха в его окрестностях.

Проблему охлаждения SSD в настольной системе решить не так уж сложно. Но если в ваши планы входит установка Samsung 950 Pro в ноутбук, то это уже повод серьёзно задуматься. В этом случае посадочное место под твердотельный накопитель обязательно должно находиться на пути воздушного потока, иначе перегрев SSD станет действительно неприятной проблемой, из-за которой весь смысл в приобретении дорогого и скоростного Samsung 950 Pro может быть сведён на нет постоянной работой технологии Dynamic Thermal Guard.

В последний момент перед публикацией этой статьи нам удалось получить комментарий Samsung по проблеме температурного троттлинга. Официальная позиция компании такова:

• Технология Dynamic Thermal Throttling введена для защиты SSD от перегрева. Включение троттлинга – штатное поведение накопителя, и в нём нет ничего страшного.
• Температура 950 Pro возрастает до верхнего предела лишь в случае непрерывной, длительной и сложной нагрузки, которая для клиентских SSD не характерна. Cнижение производительности при последовательной однократной записи на накопитель около 100 Гбайт данных вряд ли может как-то затронуть обычных пользователей. То есть, в случае использования накопителя в составе обычного ПК проблема перегрева маловероятна.
• Если же вы хотите обслуживать нагрузки, связанные с последовательными записями больших массивов данных, то для этого следует выбирать не клиентский, а серверный SSD. В ассортименте Samsung есть прекрасная модель такого уровня – PM1725. Она тоже использует шину PCIe и снабжена необходимым охлаждением.
• В любом случае перегрева Samsung 950 Pro можно легко избежать, если добавить в систему вентилятор для обдува накопителя или применить иное средство теплоотвода. При этом стоит иметь в виду, что эффективное охлаждение проще построить, если накопитель установлен через переходник в полноразмерный слот PCIe, а не в слот M.2 на материнской плате.

⇡#Выводы

К сегодняшнему дню Samsung отвоевала почти 50-процентную долю рынка твердотельных накопителей. И это совсем не удивительно. Компания сделала ставку на закрытую бизнес-модель и все составляющие для собственных SSD проектирует и производит самостоятельно, не прибегая к помощи независимых разработчиков и сторонних поставщиков. Как показывает практика, такая стратегия оказалась явно выигрышной: в скорости внедрения в SSD новых технологий Samsung серьёзно опережает своих соперников, что в конечном итоге даёт продуктам этой компании вполне отчётливые конкурентные преимущества.

Новый твердотельный накопитель Samsung 950 Pro можно считать ещё одним доказательством превосходства самсунговского подхода к делу. У этого SSD на данный момент попросту нет никаких аналогов. Добившись немалых успехов со своими SATA-моделями SSD, Samsung решила расширить влияние на индустрию и стать законодательницей мод в сегменте клиентских твердотельных накопителей нового поколения, использующих интерфейс PCI Express. Для этого она сложила в одну кучу все свои самые современные наработки и создала принципиально новый SSD, учитывающий все перспективные стандарты и способный выдать лидирующую производительность. В результате получился Samsung 950 Pro – единственный на данный момент накопитель на трёхмерной флеш-памяти, работающий по прогрессивному протоколу NVMe, и один из первых SSD, способный выдавать быстродействие на уровне 2,5 Гбайт/с и 300000 IOPS.

Поэтому новинку просто приходится считать лучшим выбором для энтузиастов высокой производительности, располагающих платформами на процессорах последних поколений. Единственный альтернативный SSD, который может похвастать сравнимыми скоростями работы, Intel 750, интересен лишь в модификации с ёмкостью 1,2 Тбайт. В ходовых же объёмах 256 и 512 Гбайт Samsung 950 Pro не только быстрее, но и дешевле. При этом не вызывает никаких сомнений и надёжность новинки Samsung: V-NAND-память и контроллер UBX уже обкатаны в других продуктах, и никаких проблем с ними не возникало, а щедрые с точки зрения ресурса условия гарантии позволяют использовать 950 Pro в достаточно интенсивном режиме.

Конечно, даже у столь впечатляющего продукта, как Samsung 950 Pro, можно найти какие-то недостатки. Например, некоторое недовольство вызывает температурный режим накопителя и отсутствие штатных средств для решения этой проблемы. Однако придираться к таким вещам совершенно не хочется. Во-первых, даже несмотря на имеющиеся слабые места, ничего лучше, чем 950 Pro, вы всё равно не найдёте. Во-вторых, этот продукт рассчитан на авангард компьютерного сообщества, и в то, чтобы энтузиасты не смогли решить вопрос теплоотвода самостоятельно, мы поверить, уж извините, не можем.

Подводя окончательный итог, добавить остаётся лишь одно: если вы хотите получить максимальную производительность дисковой подсистемы, выбирать следует Samsung 950 Pro ёмкостью 512 Гбайт. Такой вариант быстрее младшей модели, хотя превосходит все конкурирующие модели SSD даже и она. Ну а купить новинку будет не так уж и сложно. В отличие от SM951, она будет свободно распространяться через розничную сеть, и уже через пару недель Samsung 950 Pro должен появиться на прилавках магазинов.