Обзор SSD-накопителя Intel SSD 545s: и снова Intel Inside

Трёхмерная 64-слойная флеш-память всё чаще используется в массовых твердотельных накопителях. Нам уже удалось подробно познакомиться с одним из продуктов, где недавно появилась такая память, – с обновлённым Samsung 850 EVO. Но данный SSD – далеко не единственный на сегодняшний день пример накопителя с 64-слойной TLC 3D NAND внутри. Серьёзным опережением конкурентов в деле разработки и внедрения многослойной флеш-памяти, которое доходило порой до 12-18 месяцев, компания Samsung могла похвастаться раньше, но сегодня от этого разрыва не осталось и следа. Более того, Samsung 850 EVO – это даже не первый на рынке массовый продукт, в котором нашла применение 64-слойная флеш-память.

Опередить бывшего технологического лидера внезапно удалось компании Intel, которая смогла наладить выпуск накопителей на базе собственной 64-слойной TLC 3D NAND в начале лета, когда в Samsung 850 EVO всё ещё использовалась память прошлого поколения с 48 слоями. Правда, пусть Samsung и запустила производство 64-слойной флеш-памяти парой месяцев позднее, зато сделала это с гораздо большим размахом. Тем не менее факт остаётся фактом: 64-слойная NAND сегодня – далеко не уникальное явление, доступное лишь избранным.

Потребительских накопителей, построенных на базе трёхмерной 64-слойной 3D NAND, на самом деле уже немало. Кроме Samsung и Intel освоила производство подобной памяти собственного дизайна (BiCS3) и Toshiba вместе с Western Digital. А совсем недавно они также запустили и серии продуктов на её основе: Toshiba TR200, SanDisk Ultra 3D и Western Digital Blue 3D. Но и этими моделями дело не ограничивается. Toshiba при посредничестве Phison начала поставлять собственную трёхмерную 64-слойную TLC 3D NAND на открытый рынок, поэтому в самое ближайшее время мы увидим массу достаточно неожиданных новинок от производителей второго-третьего эшелонов, где тоже будет использоваться 64-слойная память.

Столь большой и резко возникший интерес к трёхмерной памяти нового поколения совсем не случаен. 64-слойная память наконец-то смогла явно обозначить все плюсы многослойной компоновки ячеек. Современное поколение 3D NAND предлагает заметно более высокую плотность хранения данных и обладает более низкой по сравнению с планарной памятью себестоимостью, а благодаря увеличенному размеру ячеек она способна обеспечить неплохой уровень производительности и надёжности. Массовый переход индустрии на повсеместное применение 3D NAND сдерживается разве только производственными возможностями полупроводниковых предприятий. Тем не менее ожидается, что уже в следующем году объёмы поставок трёхмерной флеш-памяти окончательно превзойдут поставки планарной памяти, а это неминуемо отразится на структуре ассортимента доступных в продаже твердотельных накопителей.

Но прежде чем заводить речь о перспективах рынка потребительских SSD в свете повсеместного внедрения 3D NAND нового поколения, неплохо бы посмотреть, с чего всё началось. Поэтому Intel SSD 545s мы решили посвятить отдельный обзор. Ведь этим твердотельным накопителем, который стал пионерским решением на базе 64-слойной TLC 3D NAND, Intel хочет вернуть себе утраченные позиции в потребительском сегменте. То, что Intel в своё время отказалась внедрять на своём производстве флеш-памяти 16-нм техпроцесс, в конечном итоге привело её к большим трудностям с формированием модельного ряда. Компании даже приходилось закупать память на стороне, у SK Hynix, и это серьёзно ограничивало свободу творчества интеловских инженеров и отрицательно сказывалось на производительности разрабатываемых ими решений. Теперь же никаких проблем подобного рода нет, и Intel SSD 545s – это продукт совершенно нового уровня, который с точки зрения потребительских характеристик не имеет почти ничего общего с прошлым и достаточно спорным SATA SSD компании — 540s.

⇡#Технические характеристики

Название новинки Intel SSD 545s недвусмысленно намекает на то, что мы имеем дело с апгрейдом модели SSD 540s, и это в общем-то верно. Однако, честно говоря, модельный номер справедливо было бы нарастить гораздо заметнее, ведь SSD 545s и его предшественник различаются как небо и земля. Они не сходятся ни по контроллеру, ни по используемой памяти. Да и найти что-то общее в характеристиках быстродействия этих моделей очень непросто.

Тем не менее преемственность всё же прослеживается хотя бы потому, что, как и раньше, Intel продолжает своё сотрудничество с тайваньским производителем контроллеров Silicon Motion. Иными словами, SSD 545s – это ещё один, уже третий по счёту, потребительский накопитель Intel, в основе которого лежит контроллер SMI. Но в данном случае это – не знакомая нам микросхема SM2258, которая используется в SSD 540s, а более новый чип SM2259. По всей видимости, у Intel выстроены с Silicon Motion какие-то особые отношения, поскольку никаких других твердотельных накопителей, где бы использовался контроллер SMI SM2259, на рынке пока нет. Но данная разработка общедоступна, и со временем производители второго-третьего эшелона должны взять её на вооружение вслед за Intel.

Тем более что смысл перехода с SM2258 на SM2259 вполне очевиден. Хотя архитектура в новой модификации контроллера не изменилась — он по-прежнему основан на 32-битном RISC-процессоре и использует для общения с массивом флеш-памяти четыре канала, его тактовая частота увеличена. Благодаря этому SM2259 способен обеспечивать примерно на 10 процентов более высокую производительность при случайных операциях. Кроме того, в новом чипе добавлена коррекция ошибок при обработке данных внутри контроллера, что увеличивает надёжность построенных на нём платформ.

Как и в случае с SSD 540s, для нового SATA SSD разработчики Intel не стали брать у Silicon Motion платформу SM2259 в её эталонном виде, а написали для неё собственную микропрограмму. Здесь следует напомнить, что в прошлый раз подобный опыт обернулся серьёзными проблемами, и интеловская микропрограмма для SM2258 оказалась даже хуже стандартной. Например, в Intel SSD 540s не было поддержки режима записи Direct-to-TLC, и это приводило к драматическому падению производительности накопителя, когда при записи данных заканчивалось место в SLC-кеше. Кроме того, в первых версиях прошивок для SSD 540s присутствовали откровенные баги, из-за которых накопитель при интенсивной нагрузке попросту зависал.

Но на этот раз никаких подобных проблем с микропрограммой не наблюдается. Программная часть Intel SSD 545s хорошо отлажена и оптимизирована; функция «Direct-to-TLC» работает, как ей и положено; да и вообще, новинка с полным правом претендует на то, чтобы потягаться силами с лучшими продуктами на TLC-памяти, например с тем же Samsung 850 EVO.

Во многом способствует этому новая 64-слойная интеловская память с трёхбитовыми ячейками, которая в SSD 545s пришла на смену планарной трёхбитовой памяти SK Hynix. Надо сказать, что 16-нм TLC NAND производства SK Hynix, которая устанавливалась в SSD 540s, – один из самых медленных вариантов современной флеш-памяти для твердотельных накопителей. Но и первая версия интеловской TLC 3D NAND, имеющая 32-слойный дизайн, не намного лучше. Например, она применяется в NVMe-накопителе Intel SSD 600p, который без особого труда удерживает звание самого медленного устройства в своём классе, и такому положению вещей во многом способствует именно интеловская трёхмерная флеш-память первого поколения.

Основная проблема 32-слойной TLC 3D NAND производства Intel заключается в том, что она имеет крупные 384-гигабитные ядра, которые требуют использования страниц увеличенного размера. Это создаёт определённые неудобства при операциях с данными и порождает дополнительные задержки. К тому же не являющийся степенью двойки объём кристаллов 32-слойной TLC 3D NAND приводит к тому, что в SSD приходится использовать массивы флеш-памяти со странной несимметричной конфигурацией каналов либо же вообще полностью отключать у контроллеров часть каналов.

Работая над второй версией TLC 3D NAND, компания Intel учла предыдущие просчёты, и память с удвоенным числом слоёв получила не 768-гигабитные ядра, как предполагалось изначально, а гораздо более удобные для использования в составе SSD кристаллы объёмом 256 Гбит. Это, безусловно, повысило их себестоимость, но тем не менее интеловская 64-слойная TLC 3D NAND всё равно выгодна в производстве: не стоит забывать об уникальной технологии CuA (CMOS Under-the-Array), которая позволяет помещать управляющую логику под матрицей ячеек флеш-памяти, что дополнительно сокращает площадь кристаллов и увеличивает их плотность.

В результате Intel SSD 545s выглядит очень привлекательно. Суммируя всё вышесказанное, можно заключить, что в нём проведён в жизнь очень убедительный набор позитивных перемен, ставящих его на голову выше Intel SSD 540s. Вместо контроллера SM2258 используется более новый чип SM2259 с увеличенной производительностью; прошивка значительно оптимизирована и получила поддержку режима Direct-to-TLC; а вместо медленной планарной TLC NAND производства SK Hynix применяется собственная интеловская 64-слойная TLC 3D NAND с архитектурой, подогнанной под потребности SSD. Всё это, естественно, сказалось на характеристиках, которые у новинки выглядят следующим образом:

Прогресс по сравнению с Intel SSD 540s очевиден даже по паспортным показателям, которые учитывают технологию SLC-кеширования. Но лучше всего о том, насколько новая платформа с трёхмерной памятью Intel второго поколения может быть производительнее предшественницы с планарной памятью SK Hynix, может сказать практическое измерение скорости 512-гигабайтной версии Intel SSD 545s при непрерывной последовательной записи.

SLC-кеш, у Intel SSD 545s статический, а его объём составляет около 1,5 Гбайт на каждые 128 Гбайт ёмкости. Таким образом, 512-гигабайтная версия этого SSD может записывать на высокой скорости, ограничиваемой лишь пропускной способностью SATA-интерфейса, до 6 Гбайт данных. Затем производительность падает, но совсем незначительно. Массив памяти этого SSD может принимать данные со скоростью порядка 410 Мбайт/с и без всякого кеширования. Понятно, что у накопителей меньшей ёмкости эта величина будет ниже, но всё равно результат впечатляет, поскольку и трёхмерная интеловская флеш-память первого поколения, и планарная TLC NAND в Intel SSD 540s при прямой записи выдавали вчетверо более низкие показатели. Пожалуй, справедливо будет говорить, что из памяти с трёхбитовыми ячейками быстрее 64-слойной TLC 3D NAND компании Intel в составе потребительских SATA SSD работает лишь трёхмерная память компании Samsung, которую она ставит в накопители серии 850 EVO.

Справедливости ради стоит заметить, что в спецификациях Intel SSD 545s можно найти параметры, по которым этот накопитель уступает предшествующей модели, SSD 540s. Это – ширина модельного ряда. В то время как SSD 540s существует в версиях объёмом до 1 Тбайт, ёмкость самого вместительного Intel SSD 545s ограничивается величиной 512 Гбайт. Но так будет продолжаться недолго. На самом деле Intel планирует постепенно расширять ассортимент и добавить в серию 545s модификации объёмом 1 и 2 Тбайт. Препятствие лишь в том, что пока производство 64-слойной флеш-памяти у Intel носит несколько ограниченный характер, и на ёмкие модификации банально не хватает исходного материала.

К тому же и имеющиеся версии Intel SSD 545s пользуются немалой популярностью у пользователей. В кои-то веки у Intel получилась весьма достойная по характеристикам массовая модель SSD, цена которой представляется почти адекватной (с поправкой на торговую марку Intel). Конечно, тот же универсальный Samsung 850 EVO на базе 64-слойной TLC 3D NAND сейчас можно купить несколько дешевле, но следует учитывать, что у новинки Intel есть свои преимущества, например более либеральные условия гарантийного обслуживания. В частности, предельно допустимый объём записи превышает самсунговские рамки примерно вдвое, а срок гарантии составляет те же самые пять лет.

Intel, похоже, придерживается весьма высокого мнения о надёжности собственной 64-слойной TLC 3D NAND, использующей ячейки с плавающим затвором. Об этом говорит не только продолжительная гарантия, но и то, что в SSD 545s сильно урезан объём резервной области. Ёмкости накопителей, входящих в модельный ряд SSD 545s, кратны 128 Гбайт, а это значит, что пользователю недоступно лишь около 7 процентов от общего объёма флеш-памяти. Если из этого вычесть пространство, используемое для SLC-кеширования, то получится, что доля резервных ячеек составляет лишь чуть более 3 процентов — такой скромный запас можно встретить нечасто.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Итак, Intel SSD 545s – это типичный SATA SSD среднего уровня, имеющий в своей основе новую интеловскую 64-слойную TLC 3D NAND, которую на данный момент можно встретить исключительно в этом накопителе и нигде больше. Для тестирования этой многообещающей модели мы выбрали старшую на данный момент модификацию с объёмом 512 Гбайт. Она имеет достаточный уровень параллелизма для того, чтобы раскрыть весь потенциал спроектированной компанией Intel аппаратной платформы нового поколения.

Внешность Intel SSD 545s немного необычна. В нём используется новый тип корпуса, который до сих не встречался нам ни в продуктах Intel, ни среди решений других производителей. В отличие от SSD 540s верхняя поверхность корпуса накопителя получила углублённую каёмку по контуру, а его нижняя часть изготовлена из другого сплава. В то же время корпус остался полностью металлическим, что полезно для теплоотвода.

Необходимая маркировка и техническая информация о накопителе представлены на наклейке на нижней части SSD. Она имеет чуть лучшую, чем обычно, информативность. Помимо базовых данных здесь сообщается версия предустановленной на заводе прошивки. Если учесть, что Intel достаточно часто обновляет микропрограммы своих SSD, такая информация может иметь определённую ценность.

При вскрытии Intel SSD 545s обнаруживается весьма любопытная деталь: производитель не поскупился на теплопроводящие прокладки, которыми оказался снабжён не только контроллер, но и микросхемы флеш-памяти. Однако это совсем не значит, что компоненты сильно греются. В процессе практического тестирования температуры микросхем не выходили за 50 градусов даже при самой сильной нагрузке.

Массив флеш-памяти в Intel SSD 545s набран четырьмя микросхемами, каждая из которых содержит по четыре полупроводниковых кристалла 64-слойной TLC 3D NAND ёмкостью по 256 Гбит. Таким образом, четырёхканальный контроллер SMI SM2259 работает с массивом памяти с четырёхкратным чередованием.

Помогает контроллеру динамическая память DDR3L-1600 SDRAM, необходимая для буферизации обращений к таблице трансляции адресов и мелкоблочных операций. Её объём – абсолютно типичный. Так, в накопителе ёмкостью 512 Гбайт используется 512-мегабайтный DRAM-буфер, представленный одним чипом производства SK Hynix.

Все компоненты, составляющие конструкцию Intel SSD 545s, смогли уместиться на текстолите половинного размера. Мы видели платы 2,5-дюймовых SSD и поменьше, но Intel, судя по всему, не стремилась экономить на мелочах. И действительно, SSD 545s для накопителя среднего ценового диапазона действительно сделан нарочито добротно. Чего, например, стоят термопрокладки и собранный с помощью винтов полностью металлический корпус.

⇡#Программное обеспечение

Компания Intel традиционно снабжает свои накопители достаточно функциональной утилитой SSD Toolbox, которая в последних версиях совместима и с Intel SSD 545s. По возможностям она во многом похожа на другие подобные программы. Так, утилита не только позволяет получить подробную информацию о состоянии накопителя, но и имеет целый набор дополнительных инструментов для его настройки и оптимизации.

Например, с её помощью можно отослать на накопитель пакет команд TRIM – в интерфейсе SSD Toolbox эта функция называется SSD Optimizer. Причём это действие сервисная утилита может выполнять не только одноразово, но и в автономном режиме по расписанию.

В SSD Toolbox есть возможность диагностического сканирования, во время которого можно проверить состояние и работоспособность флеш-памяти. Сканирование выполняется как в быстром, так и в полном режиме – разница состоит в том, затронет ли проверка весь массив флеш-памяти или лишь какую-то его часть.

Также с помощью SSD Toolbox можно проверить актуальность используемой накопителем микропрограммы и инициировать операцию Secure Erase (только в Windows 7).

Фирменная особенность интеловской сервисной утилиты – средство System Tuner. С его помощью можно посмотреть, какие критичные настройки, касающиеся дисковой подсистемы, имеются в операционной системе, а также получить рекомендации по их изменению.