Обзор SSD-накопителя ADATA Ultimate SU800: 3D NAND пошла в тираж?

О том, что внедрение трёхмерной памяти в потребительские твердотельные накопители должно серьёзно изменить этот рынок, мы говорили не раз и не два. Масса слов была написана и по поводу того, как 3D NAND увеличивает плотность размещения ячеек памяти и тем самым снижает стоимость хранения данных. Однако, несмотря на всю кажущуюся перспективность, никаких явных признаков массового перехода производителей твердотельных накопителей на новую технологию памяти пока не наблюдается. Действительно, преимуществами 3D NAND в полной мере пользуется лишь одна компания – Samsung, а остальные присоединяться к числу активных приверженцев трёхмерной флеш-памяти почему-то не спешат.

Причина сложившегося положения дел кроется в производственных проблемах. Запуск массового производства трёхмерной памяти у Micron, Toshiba и SK Hynix идёт заметно медленнее изначально намеченного плана. Эти компании регулярно рапортуют о готовности очередных поколений 3D NAND, тем не менее, когда речь заходит о необходимости поставок больших объёмов такой памяти, сразу возникают те или иные трудности: неготовность производственных линий или низкий выход годных кристаллов. Впрочем, рано или поздно все препятствия такого рода должны быть преодолены, и уже сейчас ситуация выглядит так, как будто поток потребительских накопителей на базе 3D NAND вот-вот устремится на рынок.

И тому даже есть верные предвестники. Так, с середины лета компания Crucial успешно продаёт массовую модель SSD, основанную на трёхмерной флеш-памяти Micron. 3D NAND, выпускаемая SK Hynix, стала устанавливаться в собственный серверный накопитель этого производителя – PE3110, который хоть и ограниченно, но всё же доступен для корпоративных клиентов. А трёхмерная BiCS-память компании Toshiba в течение ближайших пары месяцев должна появиться в недавно объявленных накопителях серии Toshiba BG. Но ещё более убедительно о готовности трёхмерной памяти Toshiba говорит тот факт, что именно такую память можно обнаружить в составе 256-гигабайтной версии Apple iPhone 7, которая, как известно, вовсю массово поставляется.

Впрочем, если перевести разговор на потребительские накопители, то окажется, что из всего многообразия доступных в магазинах SSD используют 3D NAND лишь шесть моделей: NVMe-накопитель Samsung 950 PRO и его SATA-собрат Samsung 850 PRO на базе MLC 3D V-NAND, Samsung 850 EVO с TLC 3D V-NAND, уже упомянутый Crucial MX300 на трёхмерной TLC-памяти Micron, Intel SSD 600p на такой же памяти под маркой Intel и ещё одна новинка, о которой речь пойдёт в этой статье, – ADATA Ultimate SU800.

Наличие в приведённом списке продукта ADATA несколько удивляет. Ведь эта компания производителем полупроводников не является, а значит, ей каким-то образом удалось закупить трёхмерную память у одного из гигантов, что на фоне явного дефицита 3D NAND выглядит чуть ли не феноменально. Однако всё встаёт на свои места, если вспомнить, что между ADATA и Micron существуют давние и крепкие партнёрские связи, которые на этот раз позволили тайваньцам получить доступ к разработанной альянсом IMFT и производимой Micron TLC 3D NAND намного раньше других производителей SSD, у которых нет собственных фабрик памяти.

Действительно, в большинстве изделий ADATA используется память именно этого американского производителя полупроводников. А в прошлом у обеих компаний были и совместные проекты, например накопитель Premier Pro SP920, который для ADATA был спроектирован Micron и производился на тех же заводах, что и продукция Crucial. С новым Ultimate SU800 – примерно такая же история. Хоть он и совсем не похож по внутренней конструкции на Crucial MX300, без привлечения инженерных ресурсов Micron дело явно не обошлось. А значит, перед нами – весьма интересная модель, которая наряду с Crucial MX300 может принять участие в перекраивании всей структуры рынка потребительских накопителей.

⇡#Технические характеристики

Первый накопитель, в котором нашла своё место новая TLC 3D NAND компании Micron, Crucial MX300, базируется на платформе Marvell. В нём стоит чип 88SS1074, адаптированный для такой памяти через написанную инженерами Micron микропрограмму. Однако, приспосабливая для своих нужд контроллер Marvell, специалисты Micron параллельно принимали участие в создании ещё одного варианта платформы для потребительских SATA SSD на базе собственной трёхмерной памяти. Он проектировался вместе с Silicon Motion и должен был стать более простым и более выгодным по цене решением. И в результате совместной работы двух инженерных команд для накопителей с TLC 3D NAND действительно родилась альтернативная платформа на чипе SMI SM2258, которая, в отличие от платформы с контроллером Marvell 88SS1074, чётко ориентирована на распространение среди производителей второго-третьего эшелона. Именно она и обкатывается в ADATA Ultimate SU800 – пионерском накопителе с такой начинкой.

Изначально SMI SM2258 появился как контроллер для работы с обычной планарной TLC NAND, и в такой роли мы его встретили, например, в Intel 540s. Однако наличие в нём технологии NANDXtend, которая позволяет исправлять ошибки флеш-памяти при помощи LDPC-кодов, и усовершенствованных алгоритмов SLC-кеширования стало отличной стартовой площадкой для того, чтобы адаптировать его и для TLC 3D NAND разработки IMFT. Что и было сделано. А попутно Silicon Motion вновь решила воспользоваться испробованной моделью распространения собственных разработок: и в виде платформы для трёхмерной памяти контроллер SMI SM2258 предлагается клиентам «под ключ» – вместе с необходимым дизайном печатной платы и готовой микропрограммой.

Благодаря этому TLC 3D NAND компании Micron получила мощную поддержку ещё до того, как она стала активно распространяться. Любой из производителей, который сможет купить на открытом рынке такую память, не будет испытывать проблем с её внедрением – платформа Silicon Motion доступна для всех желающих. Конечно, SMI SM2258 – это не самое производительное решение. Данный контроллер, как и его предшественники, базируется на одноядерном 32-битном RISC-процессоре и имеет всего лишь четырёхканальную архитектуру. Однако трёхмерная трёхбитовая память IMFT не так уж плоха по скорости сама по себе, поэтому производительность платформы обещана на достаточно высоком уровне. Например, пиковая скорость при случайном чтении может доходить до 90 тысяч IOPS, что является хорошим показателем даже по меркам MLC SSD.

Не стоит забывать и о SLC-кешировании, серьёзно поднимающем производительность на операциях записи. Тем более что в SM2258 реализован не обычный алгоритм с SLC-буфером фиксированного размера, а более сложный метод, похожий на придуманную Micron технологию Dynamic Write Acceleration. Его суть состоит в том, что размер области памяти, которая функционирует в быстром SLC-режиме, постоянно меняется и зависит от наличия в массиве флеш-памяти свободного места. При записи свободные страницы флеш-памяти заполняются в первую очередь как SLC-память, и в каждую ячейку помещается по одному биту данных. Переход же в штатный трёхбитовый режим и уплотнение сохранённой в памяти информации происходит либо в моменты простоя накопителя, либо тогда, когда для записи в быстром SLC-режиме не остаётся доступных страниц. Это значит, что SM2258 может заполнить в скоростном режиме до трети свободного места на накопителе, что в большинстве случаев позволит пользователям вообще не сталкиваться с прямой записью в медленном TLC-режиме.

В итоге характеристики ADATA Ultimate SU800 получились следующими:

В сравнении с Crucial MX300, в котором используется такая же память, но контроллер Marvell, предложение ADATA не выглядит хуже. Но оно несколько другое. Например, платформа SMI позволяет сформировать иной набор объёмов, начиная с 128 Гбайт и до 1 Тбайт. Crucial же делает упор на более высокие ёмкости. Младший вариант MX300 имеет объём 275 Гбайт, а максимальная версия дотянулась до планки в 2 Тбайт. Кроме того, Crucial предлагает и интересную промежуточную версию на 750 Гбайт, аналогов которой в модельном ряду ADATA Ultimate SU800 попросту нет.

Любопытно обстоит дело и с производительностью. Урезанные из-за недостаточной степени параллелизма массива флеш-памяти скоростные показатели можно наблюдать лишь у Ultimate SU800 128 Гбайт. Версия же на 256 Гбайт уже предлагает почти максимальные для платформы SMI SM2258 скорости. У Crucial MX300 же урезанная производительность свойственна версии на 275 Гбайт, поэтому если сравнивать разные четвертьтерабайтные накопители на базе TLC 3D NAND разработки IMFT, то ADATA Ultimate SU800 явно лучше. Однако в модификациях SSD более высоких объёмов, где никаких проблем с недостаточным параллелизмом нет, Crucial MX300 обещает немного более высокие скоростные показатели. Впрочем, отличия отнюдь не кардинальные: они укладываются в 8-процентный коридор.

Но всё это не делает Ultimate SU800 привлекательным. Дело в том, что с закупками TLC 3D NAND у Micron проблемы есть даже у ADATA. Поэтому держать низкие цены на свою новинку ADATA пока не удаётся, причём она не только продаётся дороже Crucial MX300, но и доступна далеко не везде. А ведь накопитель Crucial, в отличие от Ultimate SU800, может предложить целый ряд преимуществ, например аппаратную защиту от сбоев питания и аппаратное же шифрование. Ничего этого у варианта ADATA нет. То есть всё, что будет говориться о новинке ADATA дальше, скорее относится к перспективе, когда выпуск TLC 3D NAND у Micron наконец будет поставлен на широкую ногу и цены придут в соответствие с потребительскими характеристиками.

Внимания заслуживает и ещё один момент – гарантия. ADATA даёт на Ultimate SU800 трёхлетнюю гарантию, но нигде не указывает максимальный разрешённый объём записи. Похоже, что ADATA, в отличие от Crucial, не ограничивает пользователей в сценариях использования своего SSD. В принципе, алгоритмы коррекции ошибок на основе LDPC-кодов, которые имеются в контроллере SM2258, способны продлить срок службы трёхбитовых ячеек примерно втрое, так что такой подход вполне правомерен. Тем более что в дополнение к стандартным алгоритмам в платформе SM2258 из NAND-устройств составлен RAID-массив уровня 5, что тоже положительно сказывается на надёжности. Тем не менее в Сети можно встретить утверждения о том, что ресурс, в рамках которого действует гарантия производителя, негласно установлен в 100, 200, 400 и 800 Тбайт для версий на 128, 256, 512 Гбайт и 1 Тбайт соответственно. Мы не можем ни подтвердить, ни опровергнуть данное утверждение, но в любом случае выносливость Ultimate SU800 – это явно не тот параметр, который вызывает беспокойство.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Для тестирования новинки компания ADATA прислала в нашу лабораторию два образца – ёмкостью 256 и 512 Гбайт. В результате мы можем получить подробную информацию о строении и уровне быстродействия наиболее востребованных версий, которые, как выяснилось в процессе подробного исследования, имеют достаточно весомые различия в архитектуре.

Однако по традиции начнём с внешнего вида. Корпус ADATA Ultimate SU800 сразу же наводит на мысли о том, что перед нами – бюджетный накопитель. Выглядит он вполне аккуратно, но верхняя половинка корпуса – пластиковая, а металл применён лишь в нижней части. Это создаёт далеко не самое положительное впечатление, поскольку такая конструкция не способствует теплоотводу, а кроме того, кажется не слишком надёжной – крышка накопителя легко прогибается под давлением. Впрочем, эти проблемы скорее надуманные: контроллер SMI SM2258 прост и экономичен, а подвергать SSD физическому воздействию как-то не принято.

На обеих сторонах SSD имеются наклейки. Сверху это маркетинговый ярлык, на котором указано лишь название модели. Снизу – наклейка с технической информацией, включающей артикул и серийный номер. Но её информативность тоже находится на невысоком уровне. Сведения об объёме SSD можно почерпнуть только из расшифровки модельного номера, а залитый в накопитель номер прошивки вообще нигде не указан.

Как показало вскрытие, внутри обеих версий Ultimate SU800 ёмкостью 256 и 512 Гбайт стоят совершенно одинаковые печатные платы, а различия есть лишь в числе микросхем флеш-памяти и в объёме чипа DDR3 SDRAM. Вот, например, как выглядит плата Ultimate SU800 256 Гбайт.

В первую очередь обратить внимание стоит на то, что установленный в рассматриваемом накопителе контроллер SMI SM2258 не отличается по маркировке от чипа, который мы уже видели в Intel 540s. А это значит, что поддержка TLC 3D NAND была заложена в нём изначально и она не потребовала никаких глубинных переделок на уровне архитектуры. В качестве оперативной памяти в Ultimate SU800 256 Гбайт используется DDR3L-1600 SDRAM производства Nanya, её объём стандартен – 256 Мбайт. Массив флеш-памяти набран тремя микросхемами Micron MT29F768G08EECBBJ4-37:B, которые действительно содержат внутри себя 32-слойные кристаллы TLC 3D NAND. Причём в каждой такой микросхеме упаковано по два NAND-устройства, что подводит нас к двум важным выводам.

Во-первых, массив флеш-памяти Ultimate SU800 256 Гбайт составлен всего из шести устройств TLC 3D NAND производства Micron, что не позволяет контроллеру SM2258 пользоваться полноценным четырёхканальным режимом. Поэтому в данной модификации используется трёхканальный доступ в массив флеш-памяти, что не лучшим образом сказывается на производительности. Однако при этом нужно помнить, что спроектированная IMFT трёхбитовая 3D NAND имеет не традиционную двухбанковую, а четырёхбанковую структуру, и это в определённой мере компенсирует и низкий уровень параллелизма её массива, и малое количество каналов.

Во-вторых, ёмкость микроновских устройств TLC 3D NAND составляет 384 Гбит, и это значит, что в 256-гигабайтном накопителе на самом деле установлено 288 Гбайт флеш-памяти. Иными словами, ADATA Ultimate SU800 наделён обширной, скрытой от пользователя резервной областью, занимающей примерно 17 процентов от полного объёма. «Лишнее» место используется не только под подменный фонд и технологии выравнивания износа и сборки мусора, но и на реализацию RAID 5-подобного хранения данных вместе с контрольными суммами, что позволяет устранять неисправимые через LDPC ECC ошибки. Это даёт дополнительную гарантию надёжности хранения данных.

Плата версии Ultimate SU800 ёмкостью 512 Гбайт идентичная, но несёт на себе уже шесть микросхем флеш-памяти.

Чипы TLC 3D NAND в полутерабайтном накопителе установлены абсолютно такие же, как и в менее ёмкой модификации, а значит, здесь в массиве флеш-памяти насчитывается 12 устройств. Таким образом, полный объём памяти достигает 576 Гбайт, но примерно 99 Гбайт от этого количества для пользователя недоступны по изложенным выше причинам. Второе отличие Ultimate SU800 512 Гбайт от младшей версии – в чипе DDR3L-памяти. Тут контроллеру аккомпанирует микросхема с ёмкостью 512 Мбайт, чего должно хватать для хранения более обширной таблицы трансляции адресов. Никаких других особенностей в дизайне Ultimate SU800 512 Гбайт нет.

Говоря об обеих версиях Ultimate SU800 сразу, нужно упомянуть тот факт, что компоновка печатной платы этого накопителя несколько отличается от эталонного дизайна, который несколько месяцев тому назад показывала Silicon Motion на выставке Computex. Видимо, работа над совершенствованием платформы SM2258 продолжается. К тому же определённое участие в доводке Ultimate SU800 приняли и специалисты Micron, в планах которых есть выпуск похожего накопителя Crucial BX300.

⇡#Программное обеспечение

ADATA уделяет достаточно большое внимание тому, чтобы её накопители получали достойную программную поддержку. Поэтому для них разработана специальная фирменная сервисная утилита SSD Toolbox, которая подходит в том числе и для нового Ultimate SU800.

Надо сказать, что утилита эта не предлагает столь разнообразных возможностей, как лучшие аналоги — программы компаний Samsung, SanDisk или Crucial. Тем не менее базовую функциональность она предоставить способна. Так, помимо выдачи полной диагностической информации о SSD, ADATA SSD Toolbox позволяет провести проверку флеш-памяти накопителя, отослать на него пакет команд TRIM или выполнить автоматическую настройку параметров операционной системы (отключение Superfetch, Prefetch и дефрагментации).

Также через ADATA SSD Toolbox можно произвести обновление микропрограммы и выполнить процедуру Secure Erase.

Кроме того, после регистрации приобретённого Ultimate SU800 на сайте производителя можно получить ключ к популярной программе для клонирования данных Acronis True image HD.