Обзор SSD-накопителя Toshiba TR200: первый с BiCS3

К числу производителей полупроводников, крупносерийно выпускающих чипы флеш-памяти с трёхмерной компоновкой, присоединилась компания Toshiba. Третье поколение её фирменной BiCS-памяти (Bit Cost Scalable) оказалось пригодно для массового употребления, и первые SSD, в которые устанавливается такая флеш-память, устремились на прилавки магазинов. Таким образом, Toshiba наконец-то смогла полноправно войти в клуб производителей 3D NAND, в котором до сих пор состояли Samsung, Micron и Intel, и теперь внедрение трёхмерной флеш-памяти в потребительские накопители пойдёт гораздо более быстрыми темпами.

Toshiba TR200 – это первый массовый SATA SSD, основанный на TLC 3D NAND производства Toshiba. Естественно, такую новинку мы не могли обойти вниманием. Свежие твердотельные накопители компаний Samsung и Intel, в которых используются наиболее современные модификации трёхмерной флеш-памяти этих производителей, производят очень хорошее впечатление. BiCS3-память Toshiba во многом похожа на актуальную версию TLC 3D V-NAND компании Samsung: она тоже имеет 64-слойный дизайн и использует трёхбитовые ячейки, основанные на ловушке заряда. Поэтому есть все основания надеяться, что трёхмерная память Toshiba окажется не хуже схожих полупроводниковых устройств южнокорейской компании. И наша заинтересованность в этом отнюдь не праздная. В последние несколько лет именно Toshiba выступала основным поставщиком флеш-памяти на открытый рынок. В результате большая часть SSD, которые выпускают производители второго-третьего эшелона, не обладающие собственными полупроводниковыми фабриками, сейчас базируется на планарной памяти японской компании. Теперь же в свете происходящих на рынке изменений одним из самых распространённых вариантов наполнения массовых накопителей ближайшего будущего имеет шанс стать именно тошибовская трёхмерная BiCS3.

Тем и интересен Toshiba TR200. Тестированием этого накопителя мы попробуем ответить на вопрос, насколько хорошо получилась у Toshiba её собственная TLC 3D NAND. Хотя, надо признать, TR200 – далеко не лучший вариант устройства для демонстрации преимуществ новой технологии. Дело в том, что, одновременно с началом поставок BiCS3-памяти с пространственной компоновкой, Toshiba решила: с SATA SSD пора закругляться. По мнению стратегов компании, данное направление – тупиковое и уже в самом ближайшем будущем накопители такого типа будут вытеснены решениями с NVMe-интерфейсом. Поэтому разрабатывать производительные SATA SSD, по мнению Toshiba, сегодня уже не имеет никакого смысла. В этом сегменте спрос может существовать лишь на бюджетные решения, и TR200 – это как раз такая модель. В ней с новой памятью сожительствует максимально упрощённый безбуферный контроллер, поэтому даже если новая TLC 3D NAND компании Toshiba и способна похвастать выдающимися характеристиками, маловероятно, что TR200 покажет при этом высокий уровень производительности.

Тем не менее какие-то предварительные прикидки о ещё одной разновидности TLC 3D NAND можно сделать, даже имея такой исходный материал. Расширить же первые выводы мы сможем уже в самое ближайшее время. На прошлой неделе в нашу лабораторию начали поступать SATA-накопители c BiCS3-памятью, сделанные не самой Toshiba, а её партнёрами, и в них используется куда более мощная начинка. Но давайте не будем забегать вперёд. Главная тема настоящего тестирования – изучение накопителя начального уровня Toshiba TR200, первого массового SATA SSD с 64-слойной трёхмерной флеш-памятью с трёхбитовыми ячейками, разработанной Toshiba.

⇡#Технические характеристики

Как можно заключить из названия, своим новым накопителем TR200 компания Toshiba продолжает модельный ряд Trion, который достался ей при поглощении фирмы OCZ вместе со всеми остальными активами. Собственно, последний представитель в этом модельном ряду, OCZ Trion 150, при переходе в ведение Toshiba получил альтернативное название TR150 и, по логике производителя, должен считаться предшественником TR200. Однако с выпуском нового SSD на базе трёхмерной флеш-памяти Toshiba несколько пересмотрела вопросы продвижения продукции, и если раньше розничные модели продавались под двойной торговой маркой «Toshiba OCZ», то в полном названии TR200 упоминание о компании OCZ пропало. Правда, на коробке новинки имя обанкротившегося американского производителя всё ещё указывается, но вот на самом накопителе – уже нет.

Впрочем, полноправным последователем OCZ Trion 150 новый TR200 мы бы всё-таки называть не стали. Дело в том, что, хотя Trion 150 и был бюджетным накопителем, основанным на планарной TLC-памяти, в нём производитель придерживался принципов разумной экономии. Поэтому массивом недорогой флеш-памяти в Trion 150 управлял полноценный восьмиканальный контроллер Phison S10, что в конечном итоге и наделяло этот накопитель неплохим сочетанием цены и производительности.

В новом TR200 массивом из устройств TLC 3D NAND управляет уже другой контроллер – Phison S11. И это – весьма прискорбное изменение. Контроллер Phison S11 был спроектирован как максимально удешевлённая платформа для накопителей самого нижнего уровня. Он основывается на одном 200-мегагерцевом ARM-ядре и использует для работы с массивом флеш-памяти всего два канала. Но что ещё хуже, в этом контроллере вообще нет DRAM-интерфейса, что лишает возможности использовать в конструкции накопителя внешний DRAM-буфер. Вместо этого в Phison S11 предлагается 32-мегабайтный внутренний кеш, но следует понимать, что для хранения полной копии таблицы трансляции адресов его объёма заведомо недостаточно. А это значит, что ожидать хороших скоростных показателей на мелкоблочных операциях от любых SSD на базе Phison S11 точно не стоит.

Таким образом, более правильно сопоставлять Toshiba TR200 не с OCZ Trion 150, а с Toshiba OCZ TL100 – таким же безбуферным накопителем на платформе Phison S11, который компания поставляет на развивающиеся рынки (в том числе и российский). Отсюда нетрудно догадаться, на какое качество новинки собирается особенно напирать производитель при её продвижении. В России продажи TR200 только начинаются, но на североамериканском рынке, где данная модель поступила в розницу несколько недель тому назад, сейчас это – один из самых дешёвых SSD.

Паспортные характеристики Toshiba TR200 выглядят так:

Самое главное, на что следует обратить внимание в этой таблице, – это показатели быстродействия. Они у новинки на 5-10 процентов лучше, чем у накопителя Toshiba OCZ TL100. А если учесть, что разница между TL100 и TR200 лишь в памяти (в TL100 применялась 15-нм планарная TLC NAND производства Toshiba), то нетрудно заключить, что вместе с переходом в третье измерение BiCS3-память получила и более высокую производительность.

Насколько серьёзно такое улучшение характеристик, можно представить себе по слайду из презентации Western Digital, компании, которая разрабатывает технологию BiCS3 совместно с Toshiba.

Судя по представленным данным, по сравнению с планарной 15-нм TLC NAND новая BiCS3-память может обеспечить примерно трёхкратное преимущество в скорости записи и значительно лучшую надёжность хранения данных. Но по поводу производительности всё же не стоит особенно обольщаться. Узким местом Toshiba TR200 является отнюдь не память, а двухканальный контроллер Phison PS3111-S11. Что же касается паспортных скоростей, то, как и во всех прочих накопителях, основанных на памяти с трёхбитовыми ячейками, указанные в спецификациях показатели обеспечиваются технологией SLC-кеширования.

Размер SLC-кеша у Toshiba TR200 достигает примерно 3,5 Гбайт на каждые 240 Гбайт ёмкости, а за пределами этой области производительность операций записи существенно снижается. Наглядно проиллюстрировать это можно результатами практического измерения скорости 480-гигабайтной версии Toshiba TR200 при непрерывной последовательной записи.

Средняя скорость массива памяти в TR200 за пределами SLC-кеша оказывается на уровне 110 Мбайт/с, что крайне мало и почти не отличается от скорости маccива памяти в накопителях на платформе Phison S11, где используется планарная TLC NAND. И это, по всей видимости, значит, что Toshiba попросту убила все преимущества своей BiSC3-памяти, поставив её под управление столь слабого с вычислительной точки зрения контроллера.

Не кажутся сколько-нибудь выдающимися и заложенные в TR200 характеристики выносливости. Срок гарантии на этот накопитель типичен для недорогого SSD и составляет три года. В течение этого временного интервала пользователям разрешается перезаписывать чуть менее четверти ёмкости накопителя ежедневно. Ровно такой же ресурс декларировался и для предыдущих SSD производства Toshiba на базе 15-нм планарной TLC NAND. Так что никаких дивидендов от того, что BiSC3 более надёжна, а контроллер Phison S11, в отличие от S10, поддерживает LDPC-кодирование, пользователи не получат.

Зато модельный ряд Toshiba TR200 немного необычен. Он включает в себя не только накопители ходовых ёмкостей 240 и 480 Гбайт, но и вместительную 960-гигабайтную версию, хотя для SSD объёмом под терабайт бюджетные контроллеры использовать обычно не принято.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Судя по названию, Toshiba TR200 развивает семейство накопителей, которое ранее продавалось под торговой маркой «Toshiba OCZ», но по внешнему виду о новинке такого и не скажешь. Её оформление выполнено в чёрно-зелёной цветовой гамме, в то время как традиционный для OCZ цвет – синий. Видимо, Toshiba считает, что магия бренда OCZ постепенно сошла на нет, и теперь уже нет смысла специально подчёркивать какую бы ни было преемственность.

Больше ничего необычного во внешнем виде Toshiba TR200 не заметно, корпус данного SSD конструктивно похож на то, как выглядели предшествующие модели накопителей Toshiba OCZ. Он состоит из двух алюминиевых половинок, скреплённых между собой защёлками. На лицевой поверхности накопителя наклеена маркетинговая этикетка с названием модели. Техническая информация сообщается на второй наклейке, размещённой «с тыла». Её информативность выше среднего: среди логотипов, артикулов и серийных номеров можно обнаружить сведения о ёмкости SSD и об установленной на заводе версии микропрограммы.

Вскрытие накопителя позволяет с высокой степенью достоверности убедиться в том, что его проектированием занималась не сама Toshiba, а разработчик контроллера, компания Phison. Серийный выпуск таких SSD обычно тоже происходит под контролем Phison на предприятиях PTI. Поэтому плата TR200 имеет полностью стандартный дизайн и новый накопитель Toshiba – отнюдь не уникальная модель. Никаких специальных оптимизаций нет у Toshiba TR200 и в базовой микропрограмме. А это может означать лишь одно: в обозримом будущем у рассматриваемой модели появятся близнецы, которые будут поставляться на рынок другими партнёрами разработчика контроллера.

Минимальную индивидуальность внутренней конструкции Toshiba TR200 придаёт лишь пара штрихов: контроллер накопителя имеет изменённую на Toshiba TC58NC1010 маркировку и снабжается термоинтерфейсной прокладкой, которая переносит выделяемое им тепло на корпус. Однако в действительности данная микросхема – самый обычный Phison PS3111-S11, а изменение маркировки – это эдакий реверанс Phison в адрес Toshiba, выступающей одним из основных акционеров тайваньского разработчика. Нет никакой реальной необходимости и в имеющемся теплоотводе. Чип Phison PS3111-S11 крайне прост и выпускается по 40-нм нормам, поэтому какого-то специального охлаждения он не требует.

Помимо базового контроллера начинка 480-гигабайтной версии Toshiba TR200, которая была получена нами для проведения тестов, включает восемь TSOP-микросхем флеш-памяти Toshiba. Внутри каждой из них заключено по два полупроводниковых кристалла трёхмерной 64-слойной трёхбитовой BiSC3-памяти с ёмкостью 256 Гбит. Это значит, что к каждому из двух каналов контроллера Phison PS3111-S11 подключено по восемь устройств NAND.

Таким образом, суммарный объём массива флеш-памяти 480-гигабайтного накопителя составляет 512 Гбайт, но для пользователя из этого объёма доступно лишь 447 «честных» гигабайт. Примерно 21 Гбайт флеш-памяти отдан на работу SLC-кеширования, остальные же 8 процентов от общей ёмкости задействуются технологиями выравнивания износа и сборки мусора.

⇡#Программное обеспечение

Раньше к накопителям OCZ традиционно предлагалось достаточно продвинутая фирменная утилита SSD Guru. Теперь же, когда торговая марка OCZ отошла во владение Toshiba, эта утилита переименовалась в SSD Utility, но её функциональные возможности хуже от этого не стали. Данная программа поддерживает и новый накопитель Toshiba TR200.

Помимо выдачи общей информации о состоянии SSD, утилита может сообщать расширенные сведения о накопителе и его показателях S.M.A.R.T. Причём все атрибуты снабжены описанием и интерпретацией, дающей общее понимание ситуации неподготовленным пользователям.

Кроме того, предусмотрен простой бенчмарк и возможность увеличения зарезервированного контроллером для внутренних нужд раздела.

Имеющиеся в SSD Utility сервисные средства включают функции для обновления прошивки через интернет и для выполнения уничтожения хранимых на SSD данных либо через стандартную команду Secure Erase, либо прямой перезаписью содержимого.

Не хватает в текущей версии SSD Utility разве только средств для настройки параметров операционной системы и для управления подачей команды TRIM.

⇡#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 256 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Оценка скоростей выполняется в течение минуты, после чего вычисляется средний показатель.
  • 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 тридцати секунд, после чего вычисляется средний показатель.
  • 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 тридцати секунд, после чего вычисляется средний показатель.
  • 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 тридцати секунд, после чего вычисляется средний показатель.
  • 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. Оценка скоростей выполняется в течение тридцати секунд, после чего вычисляется средний показатель.
  • 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 выдает 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, а 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

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Maximus VIII Ranger, процессором Core i5-6600K со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 530 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) 14.8.0.1042.

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

⇡#Список участников тестирования

С одной стороны, Toshiba TR200 – накопитель, который собирается выступать в нижнем ценовом сегменте. С другой — производитель не стал относить его к своей начальной серии TL, а поставил на ступеньку выше – рядом с TR150. Поэтому в тестовый набор соперников для новинки Toshiba мы включили несколько SATA SSD среднего уровня, которые благодаря сочетанию потребительских качеств привлекают наибольшее внимание пользователей. В этом наборе оказались в том числе и SSD на базе перспективной трёхмерной 64-слойной TLC 3D NAND компаний Intel и Samsung, сравнение с которыми новинки Toshiba представляет большой интерес. Все тестовые накопители были подобраны близкой ёмкости – 480-525 Гбайт.

В итоге получился следующий перечень соперников:

• Crucial MX300 525 Гбайт (CT525MX300SSD1, прошивка M0CR060);
• Intel SSD 540s 480 Гбайт (SSDSC2KW480H6, прошивка LSF041C);
• Intel SSD 545s 512 Гбайт (SSDSC2KW512G8, прошивка LHF002C);
• Toshiba OCZ TR150 480 Гбайт (TR150-25SAT3-480G, прошивка SAFZ12.3);
• Toshiba TR200 480 Гбайт (THN-TR20Z4800U8, прошивка SBFA12.2);
• Transcend SSD230 512 Гбайт (TS512GSSD230S, прошивка P1025F8);
• Samsung 850 EVO 500 Гбайт (MZ-75E500, прошивка EMT03B6Q);
• Western Digital Blue SSD 500 Гбайт (WDS500G1B0A, прошивка X41000WD).

Обратите внимание: все участвующие в испытаниях модели накопителей основываются на той или иной флеш-памяти с трёхбитовыми ячейками. Трёхмерная память используется в Crucial MX300, Intel 545s, Toshiba TR200, Transcend SSD230 и в Samsung 850 EVO. Но накопители Intel, Toshiba и Samsung — это модели, где применяется такая память, относящаяся к последнему, 64-слойному поколению.

⇡#Производительность последовательного чтения и записи

Измерение скорости последовательных операций даёт вполне ожидаемые результаты. При чтении Toshiba TR200, как и любой другой современный SATA SSD, показывает производительность, ограничиваемую лишь пропускной способностью интерфейса. При записи же, наоборот, всё получается очень печально. Бюджетный двухканальный контроллер Phison S11 не способен обеспечить высокую пропускную способность обмена данными с массивом памяти с трёхбитовыми ячейками, поэтому в этом случае TR200 оказывается медленнее других накопителей, в которых разработчики не экономят на аппаратной платформе столь явно.

⇡#Производительность произвольного чтения

Чтение, в отличие от записи, никаких особых проблем в производительности Toshiba TR200 не выявляет. Даже в том случае, когда речь идёт о случайных операциях. Если опираться на полученные в этом случае результаты, то TR200 вполне можно посчитать преемником OCZ TR150 – новый накопитель действительно стал побыстрее. Впрочем, с иными SATA SSD на 64-слойной TLC 3D NAND он всё равно конкурировать не в состоянии. Samsung 850 EVO и Intel SSD 545s – это представители другой весовой категории.

⇡#Производительность произвольной записи

Наибольшая проблема платформы Phison S11 заключается даже не в том, что данный контроллер имеет невысокую вычислительную мощность и общается с массивом флеш-памяти лишь при помощи двух каналов. Гораздо хуже отсутствие в этой платформе выделенного DRAM-буфера, что сразу же наносит удар по скорости обработки мелкоблочных операций. Именно по этой причине Toshiba TR200 «болтается» на всех представленных в этом разделе графиках в самом низу. Произвольная запись небольшими блоками требует активно перестраивать таблицу трансляции адресов, а она в случае использования контроллера Phison S11 хранится в быстрой динамической памяти лишь частично. Именно этим и обуславливается более чем двукратное отставание TR200 от OCZ TR150, базирующегося на более старой, но зато полноценной платформе Phison S10.

⇡#Производительность при смешанной нагрузке

Чтобы скорость накопителя при смешанных операциях была хорошей, он должен основываться на производительном контроллере. Стоящий же в основе Toshiba TR200 чип Phison S11 такой характеристики явно не заслуживает. Поэтому полученным в этом разделе тестирования результатам удивляться не приходится. До популярных современных SATA SSD новинка Toshiba серьёзно не дотягивает. Получается, что конкурентным уровнем производительности она может похвастать лишь при различных операциях чтения.

⇡#Производительность в CrystalDiskMark

Toshiba TR200 480GB

Toshiba OCZ TR150 480GB

А вот как выглядят показатели производительности Toshiba TR200 на фоне Toshiba OCZ TR150 в популярном бенчмарке CrystalDiskMark. В данном тесте для измерений используется сравнительно небольшой объём данных, который помещается в SLC-кеш накопителей, поэтому результаты TR200 и TR150 различаются не так сильно. Однако новинка всё же хуже предшественника: сильнее всего это проявляется на операциях произвольной записи без очереди запросов.

Кроме того, стоит напомнить, что хорошей для SATA SSD принято считать скорость случайного чтения на уровне 40 Мбайт/с. Toshiba TR200 же не дотягивает до этого уровня весьма заметно, и это может стать ещё одним неприятным моментом при его эксплуатации.

⇡#Производительность в PCMark 8 Storage Benchmark 2.0

Комплексный тест Futuremark PCMark 8 оценивает скорость работы накопителей при дисковой активности в типичных приложениях. И согласно проведённым измерениям Toshiba TR200 – небыстрый вариант. Он примерно в полтора раза медленнее лучших SATA SSD, например того же Samsung 850 EVO, который так же, как и TR200, базируется на 64-слойной TLC 3D NAND. Это, кстати, ещё раз говорит о том, что контроллер для своего нового накопителя Toshiba выбрала неудачно, если оценивать конечный результат по шкале производительности. TR200 даже медленнее, чем предшествующий SATA SSD компании Toshiba, который основывался на планарной TLC NAND, и это наводит на мысли о том, что разработчики старались оптимизировать отнюдь не производительность своего нового детища, а его себестоимость.

Однако знакомство с подробными результатами Toshiba TR200 в отдельных тестовых сценариях позволяет сделать вывод, что в том случае, когда в нагрузке преобладают операции чтения, новинка может выглядеть заметно лучше. В частности, такая картина наблюдается в Adobe Photoshop.

⇡#Производительность при реальной нагрузке

С реальными файловыми операциями Toshiba TR200 справляется неожиданно неплохо, демонстрируя скорость даже лучше, чем наблюдается у многих недорогих SATA SSD, построенных на планарной TLC-памяти. Помогает новинке как кеширование данных в достаточно ёмкий SLC-кеш, так и вполне нормальная скорость чтения, которую мы видели в синтетических тестах. Более того, здесь TR200 смотрится как достойный наследник старого OCZ TR150 – скорости при практической работе с файлами у новинки стали выше.

А вот в тех случаях, когда речь идёт об использовании SSD в качестве системного диска, Toshiba TR200 вряд ли сможет порадовать своих владельцев. Загрузка и запуск с него приложений происходит с более низкой скоростью, чем могут обеспечить другие современные продукты. Правда, результат OCZ TR150 новый TR200 всё-таки перекрывает. И это позволяет говорить, что замена в модельном ряду Toshiba старого накопителя на контроллере Phison S10 и планарной TLC-памяти новым SSD с контроллером Phison S11 и 3D TLC NAND имеет определённый смысл. Если рассуждать об эффективности накопителей с точки зрения обычного среднестатистического пользователя, то TR200 может быть не хуже своего предшественника, несмотря на заведомо более слабую начинку.

⇡#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.

Начать, пожалуй, следует с того, что на полное заполнение Toshiba TR200 данными в рамках этого исследования нам пришлось потратить вдвое больше времени, чем обычно. Это – результат крайне медленного обслуживания случайных записей за пределами SLC-кеша. Очевидно, что основная проблема заключается в безбуферном дизайне накопителя, что приводит к существенному росту нагрузки на флеш-память при произвольной записи. Эта же причина объясняет и гигантский разброс скоростных параметров: ни о каком постоянстве производительности при длительных однотипных операциях говорить не приходится. Скорость произвольной записи на Toshiba TR200 может «гулять» в пределах от сотен до десятков тысяч IOPS. Иными словами, ни для каких серьёзных применений новый накопитель Toshiba не подходит.

Посмотрим теперь, как происходит восстановление скоростных характеристик 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.

Если закрыть глаза на гребнеобразный профиль графиков, объясняющийся безбуферной конструкцией SSD, то в целом к обработке TRIM у нас претензий нет. После подачи этой команды Toshiba TR200 полностью восстанавливает производительность, что говорит о его способности упреждающе зачищать освобождающиеся в флеш-памяти блоки страниц. Автономно, в отрыве от TRIM, алгоритмы сборки мусора в памяти TR200 тоже работают. В этом случае под будущие операции высвобождается порядка 3,5 Гбайт пространства.

⇡#Особенности реализации TRIM

Выполнение команды TRIM современным накопителям даётся не столь просто, как можно было бы подумать. Когда операционная система передаёт накопителю информацию о том, что какие-то сектора выводятся файловой системой из обращения, контроллер SSD должен консолидировать эти сектора и очистить освобождающиеся страницы флеш-памяти для выполнения будущих операций. Такая перегруппировка требует перезаписи и очистки областей памяти, и это не только занимает заметное время, но и серьёзно нагружает контроллер работой. В результате после удаления с диска больших объёмов данных владельцы SSD могут столкнуться с эффектом временного замедления или даже с «фризами» накопителя.

Выглядит это следующим образом:

Провал в Disk transfer rate с одновременным ростом загрузки SSD – результат обработки TRIM

Проблему фиксирует даже стандартный диспетчер задач Windows 10. Спустя несколько секунд после удаления большого файла SSD на некоторое время оказывается полностью загружен внутренними процессами и отказывается реагировать на какие-либо поступающие извне запросы. В это время он «погружается в себя» и при самом плохом сценарии прекращает обслуживать даже элементарные запросы на чтение данных. На практике это может вызвать серьёзный дискомфорт, ведь никто не ожидает, что SSD, основным достоинством которого является моментальная реакция на внешние воздействия, будет замирать на несколько секунд.

Поэтому мы добавили в методику дополнительное исследование, которое позволяет отслеживать, насколько незаметно для пользователя тот или иной SSD обслуживает команды TRIM. Способ проверки очень прост: сразу после удаления крупного файла — объёмом 32 Гбайт — мы проверяем, как накопитель справляется с операциями произвольного чтения данных, контролируя как скорость чтения, так и время ожидания, которое проходит с момента каждого запроса данных до ответа накопителя.

У рассматриваемого в этом материале Toshiba TR200 ситуация со временем отклика после подачи TRIM выглядит следующим образом.

И это достаточно неплохой результат. Ни о каких явных «фризах» SSD речь здесь не идёт. Да, время реакции накопителя увеличивается, но всего лишь до нескольких десятков миллисекунд и всего лишь на промежутки времени продолжительностью в одну-две секунды.

В этом рассматриваемая модель превосходит многие популярные альтернативы. Например, на следующей диаграмме сравнивается увеличение времени отклика у разных моделей SSD на период выполнения ими реорганизации данных после получения команды TRIM.

Ситуация с изменением производительности операций чтения во время обработки TRIM обрисована на следующей диаграмме.

Всё это значит, что даже в то время, когда контроллер занят обработкой команды TRIM, Toshiba TR200 оказывается способен отвечать на входящие обращения и отдавать данные, запрашиваемые пользователем. Производительность SSD при этом падает примерно в два раза, но на фоне того, что многие SSD в таком режиме вообще впадают в полный ступор, результат TR200 следует считать скорее хорошим.

⇡#Выводы

Безбуферные SATA-накопители – тема далеко не новая. Но мы надеялись, что к сегодняшнему дню основные производители уже «наигрались» с попытками минимизировать себестоимость за счёт ликвидации в конструкции чипов SDRAM и постепенно такие предложения сойдут на нет. Ведь, как показывали все предыдущие тесты, выигрыш в цене в этом случае получается не слишком заметный, а вот производительности наносится очень ощутимый ущерб. Однако, как оказалось, соблазн дополнительной экономии на фоне продолжающегося удорожания микросхем DRAM слишком велик, чтобы о безбуферных SSD можно было бы полностью забыть. И даже более того, очередной новинкой, построенной по такой схеме, оказался накопитель одного из производителей первого эшелона – компании Toshiba.

Toshiba уже экспериментировала с бюджетными безбуферными моделями и, по всей видимости, результатами их продаж осталась довольна. Поэтому теперь она решила полностью перестроить свой модельный ряд и оставить в нём одну-единственную розничную SATA-модель, которая как раз и является воплощением усечённого дизайна. Но всё же главное в Toshiba TR200 – совсем не то, что этот накопитель построен на максимально удешевлённом контроллере Phison S11, и не то, что в нём нет внешней DRAM. Данная новинка очень интересна иным, а именно тем, что она стала пилотным продуктом, где нашла применение BiCS3-память (64-слойная TLC 3D NAND) разработки Toshiba, которая до сих пор нигде и никогда нам не встречалась.

Правда, полигон для демонстрации новой технологии трёхмерной памяти Toshiba из TR200 получился очень неудачный. Из-за ограничений бюджетного контроллера эта модель так и не смогла показать сколько-нибудь впечатляющих результатов хоть в чём-либо. Если бы заранее не было известно, что в TR200 установлена принципиально новая память, о том, что перед нами – особенный SSD, мы бы и не догадались.

А это значит, что в конечном итоге Toshiba TR200 – ординарный дешёвый SSD, который мы обычно относим к категории «замена HDD». По сравнению с механическим жёстким диском он, естественно, принципиально быстрее, но на фоне прочих современных SATA SSD ничего выдающегося он предъявить не может. Такой SSD можно рекомендовать для использования лишь в низкобюджетных конфигурациях, где накопителю не приходится сталкиваться с высокими нагрузками и где производительность SSD не слишком важна. Главная неприятная особенность этой модели – крайне низкая скорость за пределами SLC-кеша, поэтому для сценариев, где предполагаются записи заметных объёмов данных, она категорически не подходит.

Однако внедрение в TR200 новой BiCS3-памяти способно сделать его выдающимся предложением совсем в другом. Такая 64-слойная трёхмерная память с трёхбитовыми ячейками имеет более низкую себестоимость даже по сравнению с планарной TLC NAND, производимой по 15-нм технологии. И это даёт Toshiba возможность назначить своей новинке очень привлекательную цену. Иными словами, если намерения Toshiba по агрессивному ценообразованию воплотятся в жизнь, TR200 станет одним из самых дешёвых SSD на рынке. В этом случае мы легко сможем простить ему все недостатки: накопитель начального уровня от одного из ведущих производителей вполне имеет право на жизнь, ведь никаких альтернатив такого рода пока не существует.