Обзор SSD-накопителя Plextor M8Se: совмещая несовместимое

Твердотельные накопители с интерфейсом NVMe очень быстро набирают популярность. Если в прошлом году этим интерфейсом обладал лишь один из десяти поставленных на рынок накопителей, то во второй половине текущего года ожидается перелом: структура поставок SSD должна измениться так, что интерфейс NVMe будет уже как минимум у каждого четвёртого проданного накопителя. Почему так происходит, понять совсем несложно. NVMe-накопители стали широко использоваться в производительных системах компактного форм-фактора, и в первую очередь в ноутбуках и ультрабуках. Немалый интерес к таким моделям проявляют и пользователи настольных систем: в них переход с SATA-накопителей на NVMe-устройства сулит заметное увеличение скорости дисковой подсистемы, а также дополнительное удобство в сборке ПК за счёт упрощения кабельного хозяйства и возможности полного отказа от громоздких корзин с накопителями.

Однако сказать, что производители твердотельных накопителей смогли своевременно подготовиться к смене тенденций, вряд ли возможно. Ассортимент NVMe SSD серьёзно ограничен, причём большинство имеющихся в продаже моделей относится к верхнему ценовому сегменту и не может заинтересовать широкие массы пользователей ПК. Фактически достойный спектр предложений такого рода имеется только у Samsung, представившей свой дуэт из 960 PRO и 960 EVO в конце прошлого года. Благодаря столь прозорливому решению компании теперь удаётся снимать сливки на бурно растущем рынке. Особенной популярностью пользуется основанная на 48-слойной TLC 3D V-NAND модель Samsung 960 EVO, которая оказалась весьма востребованной даже несмотря на то, что её розничная цена на 20-25 процентов выше, чем у не самого дешёвого SATA-накопителя 850 EVO.

Отсутствие достойных конкурирующих предложений до сих пор позволяло Samsung не беспокоиться о необходимости корректировки ценовой политики. Но задуматься об этом в скором времени южнокорейской компании всё-таки придётся. У Samsung 960 EVO появляются достойные соперники: быстрые и недорогие NVMe SSD, основанные на TLC NAND. И речь тут идёт не о накопителях на контроллерах Silicon Motion, которые не особенно радуют своим уровнем производительности (хороший пример – Intel SSD 600p), а о более продвинутых решениях на качественных платформах Marvell. Бросить вызов южнокорейской компании готова и Plextor, которая совсем недавно начала поставки NVMe-накопителя M8Se с планарной TLC-памятью, а в сравнительно недалёкой перспективе готовит ещё более интересную модель – M9Pe на базе 64-слойной TLC 3D BiSC NAND производства Toshiba.

Но в этом обзоре мы поговорим о первой новинке, Plextor M8Se – накопителе, который уже можно встретить на прилавках отечественных магазинов. Этот продукт интересен как минимум по двум причинам. Во-первых, он воплощает «в железе» видение Plextor того, что должен представлять собой массовый NVMe-накопитель. Во-вторых, данное решение, как это и бывает с SSD авторства этой фирмы, отличается уникальными техническими решениями. Сочетание производительной платформы Marvell и планарной TLC-памяти до сих пор можно было встретить лишь ещё в одном NVMe-накопителе: Western Digital Black. Однако по какой-то причине Western Digital решила не поставлять свой NVMe SSD на российский рынок. Поэтому Plextor M8Se имеет шанс стать самым выгодным вариантом по соотношению цены и производительности.

⇡#Технические характеристики

Контроллеров, позволяющих конструировать NVMe-накопители, не так много. Если не считать разработок Samsung, которые недоступны для других производителей, их фактически всего три: Phison PS5007-E7, SMI SM2280 и Marvell 88SS1093. На прошедшей выставке Computex 2017 можно было увидеть и какие-то другие чипы от тех же Phison и SMI или от новых игроков вроде Maxiotek и Realtek, но все они пока находятся в стадии разработки и тестирования, поэтому в серийных продуктах встречается лишь три перечисленных варианта. При этом Phison и SMI по традиции предлагают простые готовые платформы, которые не требуют от производителей SSD практически никаких дополнительных конструкторских работ. Решение же Marvell, напротив, представляет собой лишь «голый» контроллер, для которого производителям конечных продуктов требуется разрабатывать дизайн платы и прошивку.

В результате получается вполне ожидаемый расклад: в большинстве NVMe SSD производителей второго-третьего эшелона используются чипы Phison и SMI, но все такие продукты чрезвычайно похожи друг на друга по потребительским свойствам. Контроллер же Marvell применяется в единичных моделях, и каждая из них представляет собой отдельно спроектированное устройство. Кроме того, вариант Marvell лучше и по мощности. Он основывается на трёх ядрах c архитектурой ARM Cortex-R5, поддерживает восьмиканальный интерфейс с массивом флеш-памяти и осуществляет коррекцию ошибок по сильному алгоритму LDPC. Поэтому при условии должной оптимизации на его базе получается модели, которые превосходят по производительности и прочим характеристикам конкурирующие решения с начинкой Phison и SMI.

Plextor относится к числу тех немногих фирм, которые давно и успешно используют в своей продукции контроллеры Marvell. Платформы иных разработчиков в ассортименте Plextor встречаются лишь в наиболее бюджетных решениях. Поэтому нет ничего странного в том, что, когда компания приступила к созданию высокопроизводительных SSD c NVMe-интерфейсом, для всех них выбирались исключительно контроллеры Marvell, а именно наиболее продвинутый чип такого класса – 88SS1093. Он был положен в основу вышедшей в середине прошлого года популярной модели M8Pe, этот же контроллер производитель планирует использовать и в своём перспективном флагманском накопителе, M9Pe, выход которого запланирован под конец лета. Модель M8Se, с которой мы знакомимся сегодня, несмотря на то, что она относится к более низкому уровню, тоже базируется на контроллере Marvell 88SS1093. И это позволяет предположить, что от M8Se можно ждать приятных сюрпризов.

Впрочем, сразу же стоит предупредить, что M8Se прямым последователем M8Pe на самом деле не является. Скорее его следует считать удешевлённым вариантом флагманского накопителя компании. В то время как в M8Pe производитель использует планарную MLC-память, выпускаемую Toshiba по 15-нм технологии, в M8Se ставится планарная TLC-память, также изготавливаемая компанией Toshiba по 15-нм техпроцессу. И это не просто делает M8Se более дешёвым. TLC-память медленнее (в особенности на операциях записи) и имеет более низкий ресурс. В результате характеристики Plextor M8Se от характеристик M8Pe заметно отличаются.

Тем не менее если верить в паспортные спецификации, то главное отличие Plextor M8Se от модели на базе MLC-памяти заключается в более низком ресурсе и сокращённой до трёх лет гарантии. Декларируемая производителем выносливость по сравнению с M8Pe снижена более чем вдвое. Однако допустимые объёмы перезаписи всё равно остаются достаточно неплохими: на M8Se разрешается записывать более половины ёмкости ежедневно. Контроллер Marvell 88SS1093 обладает поддержкой LDPC-кодирования, благодаря чему даже TLC-память может показывать с ним беспроблемную работу в течение продолжительного времени. Например, при практическом испытании ресурса SATA-накопителя Plextor M7V, в котором применяется другой контроллер Marvell с аналогичной технологией коррекции ошибок на основе LDPC-кодов, 15-нм TLC-память Toshiba без особых проблем смогла выдержать более 4500 циклов перезаписи.

Что же касается производительности, то по заявленным характеристикам Plextor M8Se отличается от M8Pe не слишком сильно. Причём по скорости последовательного чтения новая модель на TLC-памяти якобы даже несколько быстрее. Отставание же новой и более дешёвой модели проявляется главным образом на случайных операциях, в первую очередь при записи.

Однако нужно понимать, что высокие скоростные показатели Plextor M8Se обеспечиваются в первую очередь за счёт SLC-кеширования. Но размер области флеш-памяти, которая переведена в SLC-режим, у этого накопители не слишком велик. Её объём составляет порядка 1,5 Гбайт на каждые 128 Гбайт. За пределами же этой области скорость записи M8Se падает относительно заявленных значений где-то вдвое.

Именно из-за этого соотносить Plextor M8Se с моделями, построенными на базе MLC-памяти, было бы не совсем верно. И даже TLC 3D V-NAND-накопитель Samsung 960 EVO, в котором тоже имеется технология SLC-кеширования, выглядит в этом плане заметно лучше: в нём к статическому SLC-кешу прибавляется динамическая часть, которая доводит объём области флеш-памяти, в которую возможна запись с высокой скоростью, до десятков гигабайт.

Впрочем, у Plextor M8Se есть другой плюс – цена. В будущем производитель намерен продавать этот накопитель дешевле Samsung 960 EVO, что, если учесть добротную аппаратную платформу новинки, может сделать её весьма привлекательным вариантом для покупки. К тому же у M8Se есть и другие привлекательные стороны, например, интересные варианты исполнения.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Компания Plextor предусматривает для своих накопителей различные форм-факторы, которые позволяют пользоваться ими в компьютерах различного класса без необходимости приобретать дополнительные переходники или системы охлаждения. Предыдущий NVMe SSD компании, M8Pe, был доступен и в виде карты расширения для слота PCI Express, и в виде «голого» M.2-модуля, и в виде M.2-модуля с предустановленным пассивным охлаждением. Эта стратегия хорошо сработала в прошлый раз, её Plextor решила придерживаться и в случае M8Se.

Для тестов мы получили полутерабайтную версию PX-512M8SeY в виде карты PCI Express 3.0 x4 половинной длины и половинной высоты (HHHL), а также самую простую M.2-версию PX-512M8SeGN. Однако на самом деле можно было бы обойтись и одной PCIe-платой. Она, как обычно и бывает в таких случаях, представляет собой переходник, переносящий четыре линии PCI Express 3.0 из стандартного слота на материнской плате в расположенный на нём разъём M.2, в который вставлена обычная M.2-модификация накопителя.

Однако не всё так просто. У PCIe-версии есть одно важное преимущество – массивный алюминиевый радиатор, который закрывает всю поверхность платы и эффективно рассеивает тепло, выделяемое накопителем. Как показало наше предшествующее знакомство с разными SSD на контроллере Marvell 88SS1093, греются они очень сильно. Поэтому качественное охлаждение – далеко не бесполезный элемент. И Plextor явно не пожалела на него металла: вес радиатора в PCIe-версии M8Se составляет 125 грамм.

Кроме того, за счёт дизайна закрывающей поверхность накопителя системы охлаждения инженеры Plextor попытались придать своему SSD агрессивную «геймерскую» внешность. Радиатор, как и сама PCIe-плата PX-512M8SeY, имеет чёрную окраску, а его рёбра плавно обтекают синюю вставку с эмблемой Plextor. Доминантой же в облике накопителя служит верхняя грань: на ней размещён небольшой, светящийся белым светом логотип, а также синяя светодиодная полоса. Во время обращений к накопителю она мигает, а если обращений к накопителю нет, размеренно пульсирует. Похожим образом работала подсветка и в Plextor M8Pe, но там она имела красный цвет, преобладающая же тема оформления M8Se – синяя.

Радиатор прижат к плате PX-512M8SeY четырьмя винтами, один из них изначально находится под пломбой, поэтому разобрать накопитель без потери гарантии не получится. Впрочем, ничего особенно интересного под ним нет: после разборки можно лишь убедиться в том, что в переходнике действительно установлена ординарная M.2-версия M8Se, PX-512M8SeGN, которая контактирует с радиатором через теплопроводящую прокладку. Кстати сказать, M.2-модуль PX-512M8SeGN, как и M.2-модификации объёмом 128 и 256 Гбайт, имеет одностороннее исполнение, так что с радиатором соприкасаются все использованные в конструкции накопителя чипы.

Давайте ознакомимся со строением базового элемента M8Se подробнее.

M.2-плата M8Se выполнена на текстолите зелёного цвета и несёт на себе четыре микросхемы. Самая главная – это контроллер Marvell 88SS1093, точно такой же, как использовался в M8Pe. Он соседствует с чипом DDR3L-памяти объёмом 1024 Мбайт, который предназначается для хранения копии таблицы трансляции адресов и буферизации мелкоблочных операций. Надо заметить, что в M8Se оперативной памяти стало вдвое больше обычного – это должно помогать контроллеру справляться с недостатками TLC NAND.

Оставшиеся же два чипа формируют массив флеш-памяти. Микросхемы произведены Toshiba и имеют маркировку TH58TFT1WHLBAEG. В каждой такой микросхеме упаковано по шестнадцать 128-гигабитных планарных кристаллов TLC NAND, выпущенных по 15-нм техпроцессу. Это значит, что контроллер в M8Se 512 Гбайт работает с четырёхкратным чередованием устройств в каждом канале, из-за чего производительность этой версии наряду с терабайтным вариантом оказывается максимальной.

Как это обычно и бывает, полный объём массива флеш-памяти пользователю недоступен. Примерно 7 процентов от его ёмкости отобрано на внутренние нужды. Причём на подменный фонд, технологию выравнивания износа и работу алгоритмов сборки мусора выделяется только половина от зарезервированного пространства. Остальная же его часть нужна для работы SLC-кеширования и технологии ускоренной записи.

Согласно позиционированию Plextor, наиболее габаритная модификация накопителя, PX-512M8SeY, рассчитана на энтузиастов. Простая версия PX-512M8SeGN должна приглянуться тем, кто захочет поставить такой SSD в ноутбук или использовать какую-то собственную систему охлаждения. Для большинства же пользователей настольных систем предназначена версия PX-512M8SeG – накопитель форм-фактора M.2 с небольшим радиатором. Однако она должна появиться в продаже несколько позднее, так что пока мы не имеем возможности сделать какие-либо выводы об эффективности её системы охлаждения.

Никакого сервисного программного обеспечения для Plextor M8Se производителем (пока) не предлагается, поэтому мы сразу переходим к тестированию скоростных характеристик.

⇡#Методика тестирования

Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 10 Enterprise x64 Build 10586, 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 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 5.1.2
  • 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.

⇡#Тестовый стенд

С выходом процессоров Kaby Lake и наборов логики двухсотой серии мы решили 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 было бы именно такую платформу использовать в тестовых испытаниях.

В итоге в качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Maximus IX Hero, процессором Core i5-7600K со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 630 и 8 Гбайт DDR4-2133 SDRAM. Приводы с SATA-интерфейсом подключаются к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI. Используется драйвер Intel Rapid Storage Technology (RST) 15.2.0.1020. Накопители с интерфейсом M.2 устанавливаются в соответствующий слот материнской платы, запитанный от чипсета. 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).

⇡#Список участников тестирования

Plextor M8Se позиционируется как недорогой SSD нового поколения, работающий по шине PCI Express и использующий протокол NVMe. Поэтому сравнивался он с другими распространёнными SSD того же класса. На сегодняшний день потребительских NVMe-накопителей выпущено уже немало, поэтому в итоге получился достаточно обширный перечень соперников:

• ADATA XPG SX8000 512 Гбайт (ASX8000NP-512GM-C, прошивка C2.2.1);
• Intel SSD 600p 512 Гбайт (SSDPEKKW512G7, прошивка PSF121C);
• Patriot Hellfire M.2 480 Гбайт (PH480GPM280SSDR, прошивка E7FM02.1);
• Plextor M8Pe 512 Гбайт (PX-512M8PeG, прошивка 1.06);
• Plextor M8Se 512 Гбайт (PX-512M8SeY, прошивка 1.00);
• Samsung 960 EVO 500 Гбайт (MZ-V6E500, прошивка 2B7QCXE7);
• Samsung 960 PRO 512 Гбайт (MZ-V6P512, прошивка 2B6QCXP7);
• Toshiba OCZ RD400 512 Гбайт (RVD400-M22280-512G-A, прошивка 57CZ4102).

Используемые версии NVMe-драйверов:

• Microsoft Windows NVMe Driver 10.0.10586.0;
• OCZ NVMe Driver 1.2.126.843;
• Plextor NVMe Driver 1.4.0.0;
• Samsung NVM Express Driver 2.2.0.1703

⇡#Операции последовательного чтения и записи

Первые же результаты тестов дают ясное понимание того, с чем мы имеем дело. Plextor M8Se – это бюджетный NVMe-накопитель, который не ставит никаких рекордов производительности. При последовательном чтении он может обеспечить производительность на уровне накопителей на платформе Phison E7, а при записи оказывается чуть ли не самым медленным NVMe SSD. И это вполне закономерно. Plextor M8Se – первый побывавший в нашей лаборатории накопитель, работающий через шину PCI Express и основанный на планарной TLC-памяти. И именно такая память не даёт «развернуться» контроллеру Marvell 88SS1093 в полную силу.

Впрочем, не стоит забывать о технологии SLC-кеширования, которая, как и в любом другом SSD на трёхбитовой памяти, имеется и в Plextor M8Se. Она должна частично скомпенсировать низкую скорость записи в TLC NAND, и увидеть её в действии нетрудно, если измерить производительность при заполнении всего объёма Plextor M8Se 512 Гбайт. Полученные результаты приводятся на следующем графике.

На левой части графика видна ступенька, получающаяся за счёт того, что на начальном этапе накопитель принимает данные не в TLC-память, а в SLC-кеш. В этом случае производительность последовательной записи составляет порядка 970 Мбайт/с, что вдвое лучше скорости при работе с памятью напрямую. Однако проблема в том, что SLC-кеш имеет весьма ограниченный объём. В частности, на Plextor M8Se 512 Гбайт в быстром режиме удаётся записать лишь 6,5 Гбайт данных, после чего накопитель должен провести некоторое время в состоянии простоя, чтобы освободить место в кеше под будущие операции. Если же передышки накопителю не предоставляется, то скорость падает до 470 Мбайт/c.

Итак, обещанные производителем 1 Гбайт/с при последовательной записи мы смогли обнаружить при работе кеширования. Осталось понять, что не так с чтением, ведь в спецификациях Plextor M8Se обещана скорость на уровне 2,45 Гбайт/с. Давайте проверим, как масштабируется производительность последовательных операций при изменении глубины очереди запросов.

На максимальную скорость Plextor M8Se выходит только при увеличении глубины очереди запросов до восьми команд. При типичной же для персональных компьютеров неглубокой очереди скорость новинки действительно оказывается в 4-5 раз ниже, что очень расстраивает. Иными словами, заявленную производительность M8Se может выдать лишь в специально созданных условиях, при отсутствии же очереди запросов и линейной нагрузкеэтот NVMe-накопитель показывает быстродействие, характерное скорее для SATA SSD.

⇡#Операции случайного чтения

По быстродействию при случайном чтении основанный на TLC-памяти Plextor M8Se показывает себя на одном уровне с недорогими NVMe-накопителями на базе MLC-памяти. По производительности новинка похожа на Patriot Hellfire M.2 и ADATA XPG SX8000, что для решения, построенного на заведомо более дешёвой памяти, очень даже неплохо. Однако до уровня Samsung 960 EVO, который собиралась брать штурмом Plextor, M8Se всё же не дотягивает.

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.

Масштабируемость скорости чтения Plextor M8Se при увеличении параллелизма находится на вполне достойном уровне. Контроллер Marvell 88SS1093 имеет достаточную вычислительную мощность и использует восьмиканальный доступ к массиву флеш-памяти. Это сказывается на результатах: несмотря на то, что в основе рассматриваемой новинки лежит TLC NAND, при глубокой конвейеризации нагрузки она оказывается заметно производительнее SSD с контроллером SMI SM2260 и MLC-памятью.

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

Plextor M8Se и здесь демонстрирует средние результаты, что вполне объяснимо, если учесть использование в его основе планарной TLC NAND. Однако стоит отметить, что на блоках большого размера ему удаётся обойти не только SSD на базе контроллера SMI SM2260, но и самый популярный на данный момент потребительский NVMe-накопитель Samsung 960 EVO.

⇡#Операции случайной записи

При случайной записи ждать от Plextor M8Se высоких скоростных показателей не приходится, ведь он базируется на TLC-памяти, которая программируется заведомо медленнее, нежели MLC NAND. Однако при отсутствии очереди запросов рассматриваемому накопителю всё же удаётся дотянуться до уровня платформы Phison E7. Но если дело доходит до параллельных операций записи, то M8Se оказывается самым медленным накопителем среди NVMe-вариантов, если, конечно, не вспоминать про злополучный Intel 600p.

Не радуют скоростные показатели Plextor M8Se и при увеличении очереди запросов. Об этом, например, говорит график, показывающий зависимость скорости произвольной записи 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов:

По характеру кривой производительности рассматриваемой новинки явно прослеживаются ограничения в пропускной способности массива TLC-памяти. На сегодняшний день большинство конкурентов M8Se используют более скоростную MLC-память, поэтому шансов у накопителя Plextor пробиться хотя бы в число решений среднего уровня немного.

Это подтверждается и тем, как скорость случайной записи зависит от размера блока данных:

Здесь всё вновь упирается в предельную скорость массива флеш-памяти, которая у Plextor M8Se составляет порядка 470 Мбайт/с. К сожалению, почти все современные NVMe SSD имеют более быструю флеш-память, и даже Samsung 960 EVO, основанный на TLC 3D V-NAND, способен принимать данные при записи со скоростью около 600 Мбайт/с. Всё это подводит нас к выводу о том, что использовать Plextor M8Se в средах с высокой интенсивностью операций записи явно не следует.

⇡#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 как последовательных, так и случайных операций, поступающих вперемежку. На следующей паре диаграмм мы приводим среднюю производительность, которая посчитана по данным шести измерений с разным соотношением количества операций чтения и записи.

К сожалению, Plextor M8Se не может похвастать высокими результатами и в тестах производительности при смешанной нагрузке. Его старший собрат, M8Pe, показывает здесь очень неплохое быстродействие, но контроллер Marvell 88SS1093 ограничен возможностями TLC-памяти, поэтому новинка оказывается в нижней части диаграммы, заметно проигрывая и Samsung 960 EVO, и MLC-накопителям на бюджетных контроллерах Phison и Silicon Motion.

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.

Любопытно, что при некоторых сочетаниях нагрузки Plextor M8Se всё-таки удаётся обойти Samsung 960 EVO. Такая картина наблюдается, если интенсивность операций записи и чтения примерно одинакова или же операции чтения несколько преобладают.

⇡#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 приведённом ниже графике в виде точек отмечены результаты измерений моментальной производительности, которые мы снимаем ежесекундно, а чёрная линия показывает среднюю скорость, наблюдаемую в течение 30-секундного интервала.

График постоянства производительности при длительных нагрузках имеет три характерные ступеньки. На первом этапе скорость записи находится на уровне 190 тыс. IOPS – такие показатели обеспечиваются SLC-кешем. После записи примерно 6 Гбайт данных объём кеша заканчивается и скорость падает до примерно 110 тыс. IOPS. С такой производительностью заполняется весь объём массива флеш-памяти, а затем наблюдается ещё одно падение скорости, связанное с необходимостью очищать блоки страниц флеш-памяти перед их повторной перезаписью.

Здесь Plextor M8Se ведёт себя как качественный накопитель, построенный на памяти с трёхбитовыми ячейками. Приятно, что значения моментальной скорости не имеют большого разброса, а значит рассматриваемый накопитель обладает хорошим постоянством производительности. Впрочем, для серьёзных профессиональных нагрузок он всё равно не подойдёт из-за ограничений, которые накладывает TLC-память.

Посмотрим теперь, как после деградации скорости происходит её восстановление до первоначальных величин за счёт работы технологии сборки мусора. Для исследования этого вопроса после завершения предыдущего теста, приводящего к снижению 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, что позволяет убедиться в способности SSD с помощью TRIM полностью восстанавливать свою паспортную производительность.

Ситуация абсолютно типична для SSD с интерфейсом NVMe. Команда TRIM обслуживается ими без каких-либо затруднений, и накопитель после её подачи запускает процесс сборки мусора и полностью восстанавливает первоначальный уровень производительности. В автономном же режиме, без участия в процессе операционной системы, сборка мусора не производится. Впрочем, представить себе использование NVMe SSD в какой-либо среде без поддержки TRIM очень тяжело, так что данная особенность Plextor M8Se вряд ли может быть приписана к числу его недостатков.

⇡#Результаты в CrystalDiskMark

CrystalDiskMark — это популярное и простое тестовое приложение, работающее «поверх» файловой системы, которое позволяет получать результаты, легко повторяемые обычными пользователями.

Любопытно, что результаты Plextor M8Se в CrystalDiskMark выглядят совсем неплохо. Более того, по некоторым показателям этот SSD обгоняет даже своего старшего собрата, M8Pe. Это идёт вразрез с теми выводами, которые были сделаны по итогам тестирования в IOmeter. Но прав в данном случае именно профессиональный пакет, а не CrystalDiskMark. Высокая производительность по данным этого простого бенчмарка является результатом некоего читерства в прошивке рассматриваемой новинки. Подобные специально оптимизированные под тесты алгоритмы мы впервые встретили в накопителе Plextor M7V, а теперь производитель, похоже, решил повторить прошлый опыт.

Суть состоит в том, что имеющаяся в Plextor M8Se технология SLC-кеширования ускоряет не только операции записи, но и в некоторых случаях чтение. Данные, которые остаются в SLC-кеше после последних операций записи и не успевают перенестись в основной массив TLC-памяти, читаются значительно быстрее, так как в этих операциях не принимают участия алгоритмы исправления ошибок. В реальных сценариях работы такое свойство практически бесполезно, но зато оно проявляет себя в полной мере в простых бенчмарках. Приложения вроде CrystalDiskMark занимаются измерениями скорости сразу же после создания тестового файла, поэтому в данном случае этот файл целиком остаётся в SLC-кеше, и на выходе мы получаем высокие, но малореалистичные показатели быстродействия.

К сожалению, на практике скорость чтения из SLC-кеша, который работает по простейшей схеме WriteBack и не предусматривает механизмов упреждающей выборки данных, не имеет никакого значения. В нашем тестировании IOMeter мы целенаправленно боремся с подобными уловками производителей и получаем показатели, имеющие прямое отношение к настоящим сценариям использования. Результат же CrystalDiskMark в данном случае в рассмотрение принимать попросту не следует.

⇡#Производительность в PCMark 8 Storage Benchmark 2.0

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.

В синтетических тестах Plextor M8Se отнюдь не блистал. Отставание от всех прочих накопителей, основанных на MLC NAND, и от Samsung 960 EVO на базе TLC 3D V-NAND мы констатировали в большинстве случаев – при последовательной записи, при случайных операциях с очередью запросов и при смешанной нагрузке. Поэтому нет ничего удивительного, что в комплексном бенчмарке PCMark 8 картина не изменилась — главный герой проиграл всем соперникам за исключением Intel 600p, в котором собраны вместе медленная TLC 3D NAND и слабый контроллер SM2260.

Интегральный результат PCMark 8 2.0 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.

Здесь требуется дать дополнительный комментарий. Как оказывается при подробном анализе результатов PCMark 8, невысокий суммарный рейтинг Plextor M8Se обусловлен его низкой производительностью лишь в отдельных приложениях: Excel, PowerPoint и Photoshop. На трассах, моделирующих другие приложения, M8Se показывает себя существенно лучше. Он почти всегда обходит ADATA XPG SX8000 и иногда оказывается даже производительнее Samsung 960 EVO (примеры такого положения дел – World of Warcraft, Battlefield 3 и Adobe Illustrator).

⇡#Реальные сценарии нагрузки

Тесты производительности при реальной нагрузке позволят нам делать выводы о том, насколько хорошо та или иная модель может справиться с ролью рабочего, системного или даже единственного диска в составе ПК, на котором устанавливаются рабочие программы.

С файловыми операциями у Plextor M8Se дело не ладится. Здесь он проигрывает даже аутсайдеру Intel 600p. Однако справедливости ради нужно отметить, что скорость M8Se всё равно заметно выше, чем у лучших SATA SSD.

Если же пользоваться Plextor M8Se исключительно как первичным накопителем и использовать его для хранения операционной системы и программ, то смотрится он для TLC-модели вполне достойно. А в случае с запуском с накопителя игрового приложения скоростные показатели M8Se оказываются даже выше, чем у Samsung 960 EVO.

⇡#Проверка температурного режима

Раньше, когда мы тестировали Plextor M8Pe, контроллер Marvell 88SS1093 был назван нами одной из самых горячих платформ для NVMe-накопителей. Новый Plextor M8Se основывается на том же чипе, однако сам по себе этот SSD существенно медленнее, а значит нагрузка, которая лежит на главной микросхеме, тут явно ниже. Поэтому ситуация с температурным режимом Plextor M8Se должна быть не столь напряжённой.

К тому же не стоит забывать про существование версии Plextor M8Se в виде PCIe-карты расширения (PX-512M8SeY), которая оснащена массивным радиатором, закрывающим всю лицевую поверхность платы. Кажется, что уж ей-то высокие температуры точно не грозят. Именно с тестирования её теплового режима мы и решили начать.

В рамках эксперимента накопители нагружались вызывающими наибольшие температурные проблемы последовательными операциями с глубиной очереди запросов в 32 команды. Испытания проводились на открытом стенде, какой-либо дополнительный обдув SSD воздушным потоком не производился.

Версия M8Se в виде HHHL-платы действительно смогла работать без каких бы то ни было намёков на перегрев.

При чтении температура контроллера сохраняется в пределах 40-45 градусов. При записи накопитель разогрелся за четыре минуты до 53 градусов, но очевидно, что никаких сюрпризов в температурном режиме версии PX-512M8SeY можно не ждать.

Если же говорить про версию M8Pe в виде M.2-модуля, то её температурный режим оказался далеко не таким благополучным. Мы тестировали модификацию PX-512M8SeGN (лишённую какого бы то ни было радиатора), и она продемонстрировала значительно более высокие по сравнению с PX-512M8SeY температуры.

Если при чтении температура выше 70 градусов не поднимается, что позволяет контроллеру накопителя обойтись без троттлинга, то в случае записи активация троттлинга наступает уже на 40-й секунде непрерывной работы. Хотя скорость записи у M8Se серьёзно сдерживается возможностями TLC NAND, температура контроллера быстро доходит до критической отметки в 75 градусов, что приводит к снижению его частоты вдвое и симметричному падению производительности. Однако при этом температура не спадает и SSD продолжает греться дальше, просто не столь интенсивно. Поэтому за пару минут непрерывных операций достигается и вторая критическая отметка — 80 градусов. При её пересечении производительность записи снижается вторично и падает до 65-70 Мбайт/с. И только после этого температуру контроллера удаётся удержать от дальнейшего роста.

Таким образом, Plextor M8Se, как и многим другим NVMe SSD в M.2-исполнении, может быть свойственен перегрев. Причём в случае операций записи он может наступать достаточно быстро – в этом плане M8Se, как и его старший собрат, M8Pe, относится к достаточно неудачным моделям. Однако у Plextor M8Se существует вариант исполнения в виде карты для слота PCIe (PX-512M8SeY), и такая версия способна работать в благоприятном температурном состоянии в замкнутом корпусе даже без какого-либо обдува. При использовании же в системе M.2-модификаций M8Se (PX-512M8SeGN или PX-512M8SeG) организация охлаждения накопителя должна стать одной из насущных задач.

⇡#Выводы

Время, когда все NVMe-накопители можно было валить в одну кучу, а потом выбирать из неё наиболее удачные модели, прошло. Сегментация коснулась и рынка потребительских решений с интерфейсом PCI Express, что в свете лавинообразного роста продаж продуктов данного класса совершенно неудивительно. И поэтому сегодня нужно разделять NVMe SSD, нацеленные на то, чтобы ставить рекорды производительности (Samsung 960 PRO), крепких NVMe-середнячков (Plextor M8Pe или Samsung 960 EVO) и многочисленные накопители с прогрессивным интерфейсом, в которых во главу угла поставлена цена. Продукт, с которым мы познакомились сегодня, Plextor M8Se, относится к последней категории. И в этом сегменте он может совершить маленькую революцию.

Дело в том, что до сих пор в NVMe-накопителях почти всегда использовалась производительная MLC NAND. Исключений было лишь три: Samsung 960 EVO, который способен соревноваться с MLC-моделями благодаря фирменной самсунговской магии; Western Digital Black, который недоступен в ряде регионов; и печальный Intel 600p с совершенно разочаровывающим уровнем производительности. Совершенно очевидно, что ни одно из этих предложений на роль доступного и массового NVMe-продукта с ценой, близкой к стоимости SATA SSD, но принципиально более высокой производительностью претендовать не может. А Plextor M8Se теоретически способен стать именно таким. Благодаря использованию планарной TLC NAND производства Toshiba он потенциально дёшев, а контроллер Marvell 88SS1093 обеспечивает вполне убедительное превосходство над традиционными SATA-накопителями. Впрочем, получится ли у Plextor воплотить этот план в жизнь, пока сказать тяжело.

Рассуждая об уровне производительности M8Se в сравнении с прочими представленными на рынке NVMe SSD, приходится признать, что новый накопитель Plextor, конечно, быстрее чем Intel 600p, но все остальные представленные на прилавках магазинов NVMe-предложения по скорости работы его превосходят. Большим сюрпризом это не является, всё-таки планарная TLC NAND должна была наложить свой отпечаток. Однако при таком положении дел Plextor M8Se может быть интересен, только если его стоимость будет ощутимо ниже, чем у более производительных NVMe-моделей, основанных на MLC-памяти. Но пока, к сожалению, ничего такого не наблюдается: в отечественной рознице новинка Plextor продаётся наравне с Patriot Hellfire M.2 или Samsung 960 EVO, что вряд ли можно назвать справедливым ценообразованием.

Впрочем, это, скорее всего, вызвано тем, что продажи новинки только-только начались. В перспективе, при условии заметного снижения цены (к которому существуют все предпосылки), новый продукт Plextor имеет шанс совершенно оправданно занять место популярного варианта в своей весовой категории. Ведь со старшей моделью, M8Pe, компания Plextor в конечном итоге смогла подобрать правильную ценовую политику. Надеемся, это будет сделано и в случае M8Se.