Обзор SSD-накопителя Smartbuy Puls: BiCS3 в выгодном ключе

Несколько дней тому назад на нашем сайте вышел обзор твердотельного накопителя Toshiba TR200, примечательного тем, что это – первый потребительский SSD, в котором нашла применение собственная трёхмерная BiCS3-флеш-память Toshiba с вертикальной компоновкой. Появление такого накопителя ознаменовало полномасштабный запуск японской компанией серийного производства 64-слойной TLC 3D NAND. И это значит, что к Samsung и Intel, которые приступили к выпуску массовых SSD на базе подобной флеш-памяти ещё летом, после некоторой паузы присоединился и третий производитель полупроводников.

Мы специально акцентируем на этом внимание по той причине, что доступность трёхмерной флеш-памяти производства Toshiba имеет огромное значение для всего рынка SSD в целом. Дело в том, что эта компания, в отличие от тех же Samsung и Intel, снабжает флеш-памятью не только саму себя, но и многих сторонних производителей твердотельных накопителей. И раз она имеет теперь в своём ассортименте подходящие для применения в SSD чипы 64-слойной TLC 3D NAND, это открывает возможность скорого появления в продаже нового поколения SSD от различных поставщиков второго-третьего эшелона. В том же, что они не откажутся от перехода на использование Toshiba BiCS3, нет никаких сомнений. Полупроводниковые устройства трёхмерной флеш-памяти, построенные по технологии BiCS3, обладают повышенной производительностью, лучшей выносливостью и более низкой себестоимостью по сравнению с классической планарной TLC NAND. А это значит, что использование новой 64-слойной BiCS3 NAND с трёхбитовыми ячейками позволит партнёрам Toshiba в конечном итоге создавать более привлекательные для пользователей продукты.

Причём их появления ждать придётся совсем недолго. Рассмотренный нами ранее пилотный SSD с новой BiCS3-памятью, Toshiba TR200, основывается на платформе Phison S11. Значит, он был разработан не инженерами Toshiba, а независимым тайваньским производителем контроллеров, который не только получил ранний доступ к BiCS3 NAND, но и уже успел адаптировать под неё собственные решения. Поэтому те производители SSD, которые имеют партнёрские отношения с Phison, а их на самом деле немало, могут запустить в серию продукты на базе Toshiba BiCS3 без какого-либо промедления. Phison имеет очень близкие отношения с Toshiba и, судя по всему, готова отгружать своим партнёрам «полуфабрикаты», уже снабжённые необходимым контроллером, BiCS3-памятью и оптимизированной прошивкой, хоть сегодня.

Единственное но заключается в том, что контроллер Phison S11, который изначально предполагалось ориентировать на работу с новой трёхмерной памятью Toshiba, относится к числу функционально урезанных бюджетных решений и не может раскрыть всех её преимуществ. Это было хорошо заметно по Toshiba TR200: как показало тестирование, данный накопитель не слишком привлекателен с точки зрения производительности. Но к счастью, у Phison есть подходящее решение этой проблемы. Тем партнёрам, которые хотят получать производительные SATA SSD, основанные на Toshiba BiCS3, разработчик готов предложить иную платформу с гораздо лучшим потенциалом – основанную на чипе Phison S10. Данный контроллер далеко не нов, и раньше он широко использовался в накопителях среднего уровня вместе с планарной MLC- и TLC-памятью. Но инженеры Phison теперь смогли адаптировать его и для новой 64-слойной TLC 3D NAND.

Любопытно, что сама Toshiba в собственном накопителе с BiCS3-памятью контроллер Phison S10 использовать не решилась. Она сделала ставку на максимальное удешевление своего продукта и тем самым оставила огромную незанятую нишу для производителей второго-третьего эшелона. Поэтому совсем неудивительно, что в ближайшее время многие работающие с Phisоn компании начнут предлагать новинки на базе связки из Toshiba BiCS3 и контроллера S10. И такое сочетание нам представляется очень перспективным: судя по характеристикам контроллера и памяти, оно по уровню производительности должно оказаться между MLC- и TLC-накопителями на Phison S10, но цена таких решений будет стремиться в сторону бюджетных предложений.

Естественно, пример такого многообещающего накопителя мы постарались получить для исследования как можно скорее. И первым из партнёров Phison, который откликнулся на наш запрос, оказалась фирма Smartbuy, которая собирается начать продавать «полноценные» (по отношению к Toshiba TR200) решения на базе новой трёхмерной памяти Toshiba уже в самое ближайшее время. Такая любопытная новинка будет продаваться под названием Smartbuy Puls, и с её подробным тестом, который должен позволить понять, на что же в действительности способна Toshiba BiCS3-память, когда её возможности искусственно не сдерживаются контроллером, мы и предлагаем познакомиться сегодня.

⇡#Технические характеристики

Накопители, продающиеся под торговой маркой Smartbuy, наверняка хорошо известны нашим читателям. Их поставляет на российский рынок один из отечественных дистрибьюторов, сумевший выстроить прямые партнёрские отношения с тайваньскими разработчиками контроллеров и ODM-производителями SSD. А значит, накопители Smartbuy, основанные на контроллерах Phison, – это модели с эталонным дизайном, которые на самом деле изготавливаются под надзором самого разработчика контроллеров на заводах компании PTI (Powertech Technology Inc.).

Однако конкретная продуктовая линейка Smarbuy формируется с учётом специфики российского рынка, и именно это обуславливает её востребованность. Например, на сегодняшний день особой популярностью пользуются построенные на контроллерах Phison накопители Revival 2 и Ignition Plus – недорогие SSD на TLC и MLC-памяти соответственно. Новинка с именем Puls, о которой мы говорим в этом обзоре, должна будет занять между ними промежуточное положение, и такое её позиционирование во многом обуславливается использованием новейшей 64-слойной TLC 3D NAND (BiCS3-памяти) компании Tohsiba.

Самая главная особенность Smartbuy Puls, которая делает этот накопитель особенно интересным, заключается в использовании контроллера Phison PS3110-S10. Изначально этот чип позиционировался как хороший фундамент для производительных SATA SSD. Он построен вокруг четырёхъядерного ARM-процессора с частотой 300 МГц, использует восемь каналов для работы с массивом флеш-памяти и имеет DRAM-интерфейс для подключения быстрого буфера на основе DDR3-памяти. В Smartbuy Puls применена старшая версия этого контроллера без каких-либо упрощений, поэтому тошибовская BiCS3-память должна раскрывать себя в этом накопителе наиболее полно.

Правда, тут нужно упомянуть один нюанс: контроллер Phison PS3110-S10 под работу с трёхмерной памятью изначально не проектировался. Первая версия его спецификаций предполагала совместимость исключительно с планарной памятью с двухбитовыми или трёхбитовыми ячейками. Поддержку же BiCS3-памяти инженеры Phison добавили позднее – через микропрограмму. И сделано это было по той простой причине, что разработка специализированных контроллеров для работы с трёхмерной памятью забуксовала. Согласно текущей версии планов, специально оптимизированные под 3D NAND на аппаратном уровне контроллеры для SATA SSD (PS3112-S12 и PS3113-S13) появятся в ассортименте Phison не ранее середины 2018 года. И это значит, что платформа из чипа Phison S10 и BiCS3-памяти – всё-таки некое компромиссное и временное решение.

Впрочем, характеристики Smartbuy Puls, который использует такую «допиленную микропрограммой» платформу, выглядят весьма достойно. Показатели производительности, конечно, несколько ниже, чем у накопителей на Phison S10 с MLC-памятью, но по сравнению с моделями на базе планарной TLC NAND новый Smartbuy Puls должен быть определённо быстрее.

В том, что для нового накопителя с TLC 3D NAND обещается более высокая производительность, чем предлагают SATA SSD на том же контроллере Phison S10 и планарной 15-нм TLC NAND производства Toshiba, нет ничего удивительного. BiCS3-память с трёхмерной компоновкой должна быть быстрее.

Но пиковая пропускная способность памяти – это лишь одна из составляющих, влияющих на реальную производительность конечного продукта. Огромное влияние оказывает контроллер и оптимизация прошивки. Например, в рассмотренном нами ранее накопителе Toshiba TR200 480 Гбайт, который, как и Smartbuy Puls, использует BiCS3-память, из-за ограничений контроллера Phison S11 максимальная скорость прямой записи во флеш-память составляла всего лишь 110 Мбайт/с. В накопителе Smartbuу используется существенно более мощный контроллер Phison S10, однако определённые опасения вызывают «программные оптимизации», через которые была добавлена совместимость контроллера с трёхмерной BiCS3-памятью.

Чтобы развеять все сомнения, мы измерили скорость 512-гигабайтной версии Smartbuy Puls при непрерывной последовательной записи.

Приведённый график является отличным подтверждением высокой скорости записи новой 64-слойной TLC 3D NAND компании Toshiba. SLC-кеш у Smartbuy Puls сконфигурирован из расчёта 1,25 Гбайт на каждые 128 Гбайт ёмкости накопителя, и для 512-гигабайтной версии его размер составляет около 5 Гбайт. Однако запись напрямую в память без использования кеширования осуществляется почти с такой же скоростью. Восьмиканальный массив TLC 3D NAND этого накопителя способен обеспечивать скорость записи на уровне 450 Мбайт/с, что в разы лучше результата Toshiba TR200 и примерно соответствует скорости прямой записи в память у накопителей класса Samsung 850 EVO и Intel SSD 545s, то есть моделей, которые основываются на современной 64-слойной TLC 3D NAND разработки Samsung и Intel. А это значит, что решения, подобные Smartbuy Puls, вполне способны занять достойное место на будущем рынке, когда засилье планарной памяти сойдёт на нет.

Правда, у варианта с использованием контроллера Phison S10 вместе с BiCS3-памятью нашёлся обидный изъян. При переключении режима записи из SLC-кеша напрямую в массив TLC 3D-памяти на пару-тройку секунд происходит очень заметное падение производительности до уровня порядка 20-30 Мбайт/c. И это – не какой-то разовый выброс, а стабильно наблюдаемый негативный эффект, который может сильно испортить впечатление от практической эксплуатации таких SSD. Очевидно, программная адаптация Phison S10 под память с вертикальной компоновкой прошла не слишком гладко: при работе этого контроллера с обычной планарной TLC NAND подобных эксцессов не наблюдалось.

Объём же SLC-кеша у Smartbuy Puls оказался не слишком большим для того, чтобы при повседневном использовании не сталкиваться с описанным переключением режимов. Даже у накопителя объёмом 512 Гбайт SLC-кеш имеет размер 5 Гбайт, а, например, у 256-гигабайтной версии — всего лишь 2,5 Гбайт. К сожалению, увеличить его размер в текущей реализации разработчики Phison не смогли. Воспрепятствовал этому избранный ряд объёмов, представители которого кратны не 120, а 128 Гбайт. При таком подходе на внутренние нужды контроллера может быть выделено лишь 7 процентов от общего объёма флеш-памяти. Например, в 512-гигабайтной модели это около 35 Гбайт. 5-гигабайтный SLC-кеш отъедает от этого объёма сразу 15 Гбайт TLC 3D NAND, в результате чего на резерв, необходимый для подменного фонда, а также для работы технологий выравнивания износа и сборки мусора, остаётся всего лишь порядка 20 Гбайт, то есть около 4 процентов от всей ёмкости. Toshiba обещает для BiCS3-памяти повышенную выносливость, однако до столь незначительных размеров резервное пространство сокращать обычно не принято даже в случае MLC-памяти. Более того, до сих пор нам не встречалось ни одной модели накопителя на базе контроллера Phison S10 с объёмами, кратными степени двойки. Так что Smartbuy Puls оригинален не только типом памяти, но и отчасти внутренними алгоритмами.

Тем не менее, несмотря на заметно урезанный пул резервных ячеек, производителем для Smartbuy Puls гарантируется очень высокая по меркам потребительских SSD выносливость. Если опираться на заявленные показатели TBW, то Puls можно ежедневно перезаписывать почти три раза. Правда, срок гарантии при этом ограничен тремя, а не пятью годами. И в продолжительности гарантии эта модель всё же уступает многим другим решениям на трёхмерной памяти.

Но тому есть удовлетворительное оправдание. Smartbuy не планирует противопоставлять свою новинку на 64-слойной TLC 3D NAND таким накопителям среднего ценового диапазона, как Samsung 850 EVO или Intel SSD 545s. Puls должен быть гораздо более доступным вариантом, который будет продаваться лишь немного дороже одного из самых дешёвых SSD, Revival 2. Иными словами, Smartbuy Puls готовится изменить правила игры в нижнем ценовом сегменте, и для того у него есть масса средств и без пятилетней гарантии.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Для тестирования Smartbuy Puls мы получили предпродажный образец накопителя объёмом 512 Гбайт. Это – старшая модель в серии, и именно она представляет наибольший интерес, поскольку степень параллелизма её массива флеш-памяти позволяет развить производительность, близкую к производительности накопителей на базе MLC NAND.

Рассказ про внешний вид Smartbuy Puls будет коротким. В экстерьере накопителя нет ничего необычного. Для этой модели используется типовой для продуктов на контроллерах Phison 2,5-дюймовый алюминиевый корпус высотой 7 мм, половинки которого скреплены друг с другом защёлками. Любопытно, что по конфигурации этот корпус идентичен корпусу Toshiba TR200, что вполне логично – оба накопителя изготавливаются одним и тем же ODM-производителем. Правда, в отличие от Toshiba TR200 корпус Smartbuy Puls окрашен в матовый чёрный цвет.

На лицевой стороне Puls имеется наклейка, позволяющая идентифицировать продукт. Но никакой технической информации на ней нет.

Внутренности SSD, скорее всего, тоже покажутся знакомыми тем из наших читателей, которые видели, как выглядят изнутри другие накопители на платформе Phison S10. Здесь во всём угадывается эталонный дизайн, созданный разработчиками Phison. Впрочем, этого никто и не скрывает: Smartbuy Puls – это модель, которая построена на референсном дизайне без какой-либо самодеятельности. Но это совсем не значит, что в ней нет никаких любопытных особенностей.

Начать следует с того, что в качестве контроллера в Smartbuy Puls используется чип PS3110-S10-X. Это – старшая версия базовой микросхемы, которая обладает полноценными восемью каналами. Таким образом, Puls должен выдавать максимально возможную для платформы Phison S10 с BiCS3-памятью скорость. К каждому из восьми каналов контроллера с двукратным чередованием подключено по два 256-гигабитных BiCS3-устройства. Они попарно заключены в микросхемах, которые размещены на двух сторонах печатной платы – по четыре штуки на каждой стороне.

Отдельно следует отметить, что микросхемы флеш-памяти в Puls имеют не оригинальную маркировку Toshiba, а промаркированы как TA59G55AIV. Дело в том, что данные чипы собраны не японским производителем полупроводников, а фирмой PTI, которая приобретает у Toshiba цельные полупроводниковые пластины и выполняет их резку, тестирование и упаковку самостоятельно. Благодаря этому достигается некоторая дополнительная экономия и снижение себестоимости конечного продукта. Этим же объясняется и тот факт, что микросхема DDR3L-1600 ёмкостью 512 Мбайт, играющая роль DRAM-буфера, несёт на себе логотип Kingston. Сама Kingston память (в смысле чипы) не производит, поэтому очевидно, что изначально такая микросхема была выпущена по спецзаказу совсем для других целей, но производитель накопителя сумел перехватить партию, которая Kingston в конечном итоге не потребовалась.

⇡#Программное обеспечение

На данный момент для Smartbuy Puls нет никакой специальной программной поддержки. Однако для SATA-накопителей на различных платформах Phison существует стандартная сервисная утилита SATA Toolbox, и она с новым накопителем Smаrtbuy вполне совместима. Единственное, скачать её придётся не с официального сайта производителя, а с сайта какого-то другого партнёра Phison, например у Patriot.

Правда, возможности данной утилиты достаточно скудны. Помимо выдачи общей информации об SSD эта утилита может показывать расшифровку параметров SMART, отсылать на накопитель команду Secure Erase, а также выполнять «оптимизацию», которая заключается в отсылке на накопитель пакета команд 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 5.5.0
  • 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, 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

Несмотря на то, что производитель собирается выводить Smartbuy Puls на рынок в качестве недорогой модели, этот SSD имеет весьма многообещающие характеристики, ведь в нём используется полноценный контроллер и перспективная флеш-память с вертикальной компоновкой. Поэтому в набор соперников для тестируемой новинки мы включили несколько SATA SSD среднего уровня из числа моделей, которые привлекают наибольшее внимание пользователей.

Особое внимание следует обратить на участие в тесте двух ключевых соперников новинки: Toshiba OCZ TR150 и Kingston HyperX Savage. Эти два SSD основываются на таком же, как и Smartbuy Puls, контроллере Phison S10, но при этом используют иные разновидности памяти компании Toshiba: планарную TLC и MLC NAND. Иными словами, Smartbuy Puls – это своего рода идеологический последователь таких моделей.

Все тестовые накопители были подобраны близкой ёмкости – 480-525 Гбайт. И в итоге получился следующий перечень участников:

• Crucial MX300 525 Гбайт (CT525MX300SSD1, прошивка M0CR060);
• Intel SSD 545s 512 Гбайт (SSDSC2KW512G8, прошивка LHF002C);
• Kingston HyperX Savage 480 Гбайт (SHSS37A/480G, прошивка SAFM00.r);
• Smartbuy Puls 512 Гбайт (SB512GB-PLS-25SAT3, прошивка SAFM13.0);
• 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).

Все участвующие в испытаниях модели накопителей, за исключением Kingston HyperX Savage, основываются на той или иной разновидности флеш-памяти с трёхбитовыми ячейками. При этом трёхмерная память с планарной компоновкой используется лишь в Toshiba OCZ TR150 и Western Digital Blue, остальные же накопители уже перешли на TLC 3D NAND. Наиболее современные варианты трёхмерной памяти с 64 слоями встречаются в четырёх участниках теста: Intel SSD 545s, Smartbuy Puls, Toshiba TR200 и Samsung 850 EVO.

⇡#Производительность последовательного чтения и записи

Со скоростью обслуживания линейных операций у Smartbuy Puls всё очень неплохо. Несмотря на то, что в основе этого накопителя лежит память с трёхбитовыми ячейками, даже при операциях записи он демонстрирует производительность, близкую к пропускной способности SATA-интерфейса. Мы уже говорили, что одним из преимуществ BiCS3-памяти компании Toshiba выступает высокое быстродействие, и Smartbuy Puls это подтверждает. Фактически можно говорить о том, что по скорости новый накопитель Smartbuy гораздо ближе к SATA SSD, построенным по схеме «Phison S10 + MLC NAND», а не к накопителям с планарной TLC-памятью.

⇡#Производительность произвольного чтения

Для начала нужно напомнить, что операции случайного чтения – традиционное слабое место контроллеров Phison. Это, например, хорошо видно по сравнительно невысокому результату Kingston HyperX Savage, заподозрить который в неудачном подборе флеш-памяти невозможно. В Smartbuy Puls данный недостаток базового контроллера, естественно, исправить было нельзя, поэтому своими показателями производительности при операциях случайного чтения он не блещет. Однако по сравнению с основанным на аналогичном контроллере и планарной TLC NAND накопителем Toshiba OCZ TR150 новинка Smartbuy заметно лучше, что снова позволяет говорить о преимуществах трёхмерной BiCS3-памяти, которые в рассмотренном нами ранее Toshiba TR200 оказались спрятаны за слабым контроллером.

⇡#Производительность произвольной записи

Если говорить о скорости Smartbuy Puls при произвольной записи в целом, то в её характере вновь прослеживаются параллели с Kingston HyperX Savage. Получается, что новинка Smartbuy, основанная на 64-слойной TLC 3D NAND компании Toshiba, действительно похожа по быстродействию на накопители с контроллером Phison S10 и планарной МLC-памятью. И это – очень лестная оценка для рассматриваемой модели, поскольку продаваться она будет гораздо дешевле – по цене накопителей с TLC-памятью. Правда, следует иметь в виду, что из-за особенностей выбранного контроллера Smartbuy Puls, как и прочие накопители на платформе Phison S10, с небуферизируемыми случайными операциями справляются не слишком хорошо.

⇡#Производительность при смешанной нагрузке

Весьма любопытно, что при смешанных операциях скорость Smartbuy Puls оказывается выше, чем у Kingston HyperX Savage. Получается, что современные разновидности трёхбитовой памяти в SATA SSD вполне могут заменить собой MLC NAND, которая долгое время считалась обязательным атрибутом производительных накопителей. Раньше из этого правила было лишь одно исключение – Samsung 850 EVO. Но по мере распространения многослойной флеш-памяти с вертикальной компоновкой подобных SATA SSD становится больше. И пусть Smartbuy Puls не дотягивает по быстродействию до самсунговского решения, с массовыми MLC SSD среднего уровня, которые основываются на контроллерах компаний Phison и SMI, соперничать в быстродействии он вполне способен.

⇡#Производительность в CrystalDiskMark

CrystalDiskMark – сравнительно простой тест, который мы используем для того, чтобы оценить производительность SSD при работе с небольшими объёмами данных, которые помещаются в SLC-кеш. И при таком сценарии работы результат Smartbuy Puls оказывается очень достойным. От популярных решений класса Samsung 850 EVO он отстаёт лишь по показателям, измеренным в отсутствие очереди запросов. Но подобным недостатком страдают все решения на контроллере Phison S10. Если же сопоставлять Smartbuy Puls с Kingston HyperX Savage или с другими SSD на этом же контроллере, то новинка на базе BiCS3 NAND оказывается почти такой же по скорости, как и более дорогие накопители с MLC-памятью.

⇡#Производительность в PCMark 8 Storage Benchmark 2.0

К сожалению, выдающихся результатов во взятых из реальных приложений сценариях работы от решений на контроллере Phison S10 ожидать не приходится. Это касается и Smartbuy Puls. Например, его отставание от «эталонного» Samsung 850 EVO в PCMark 8 достигает 25 процентов. Но среди накопителей среднего уровня рассматриваемая новинка смотрится вполне уверенно. Платформа, составленная из Phison S10 и BiCS3-памяти, имеет все шансы стать отличным базисом для современных недорогих SATA SSD.

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.

⇡#Производительность при реальной нагрузке

Файловые операции трудно назвать коньком Smartbuy Puls. Проблема заключается в том самом падении производительности, которое происходит при переключении с записи в SLC-кеш на прямую запись в TLC-память. Наблюдаемое в этот момент впадение накопителя в глубокую задумчивость тянет все его показатели вниз. Остаётся только надеяться, что данный недостаток не связан с архитектурными особенностями BiCS3-памяти и может быть поправлен прошивками. Пока же Smartbuy Puls при копировании файлов оказывается даже хуже Toshiba TR200, где такая же память управляется двухканальным контроллером.

Проблему с падением производительности Smartbuy Puls при переключении режимов записи хорошо видно даже при простом копировании. Вот как, по мнению операционной системы, выглядит скорость копирования на этот накопитель крупного файла.

Провал в правой части графика как раз и соответствует моменту, когда SLC-кеш накопителя переполняется и запись начинает идти напрямую в основной массив флеш-памяти. И тот и другой процесс способен происходить с достаточной для SATA SSD производительностью, но с их стыкованием явно что-то не складывается.

Средние результаты выдаёт Smartbuy Puls и в том случае, когда с него запускаются различные приложения. В этой ситуации проблемы возникают из-за невысокой скорости произвольного чтения при низкой глубине очереди запросов. Но к сожалению, с имеющимися контроллерами, которые могут обеспечить поддержку BiCS3-памяти, данную проблему решить пока невозможно. Так что в сценариях такого типа показатели накопителей класса Puls смогут подтянуться до уровня Samsung 850 EVO и Intel SSD 545s лишь после появления контроллеров следующего поколения, имеющих врождённую оптимизацию для работы с BiCS-памятью.

⇡#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.

Контроллер Phison S10 никогда не был способен обеспечивать приемлемое постоянство производительности. С его адаптацией под BiCS3-память это свойство никуда не делось – показатели моментальной производительности при случайной записи могут скакать от 2,5 до 90 тысяч IOPS. И это значит, что Smartbuy Puls годится для использования лишь там, где предсказуемое время отклика SSD не имеет большого значения.

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.

Команда TRIM у Smartbuy Puls обрабатывается, как она и должна: после её передачи накопитель возвращает себе первоначальную производительность. Кроме того, у рассматриваемого накопителя реализованы и алгоритмы автономной сборки мусора, которые могут упреждающе готовить чистые страницы флеш-памяти даже без какого-либо взаимодействия с операционной системой. Как показывают результаты проверки, контроллер 512-гигабайтной версии Smartbuy Puls во время простоя может самостоятельно расчистить под будущие операции порядка 8 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 скачком в загрузке 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 Smartbuy Puls ситуация со временем отклика после подачи TRIM выглядит следующим образом.

Обработка команды TRIM у Smartbuy Puls происходит по самому плохому сценарию. Через несколько секунд после удаления файлов и передачи операционной системой на накопитель команды TRIM этот накопитель практически полностью уходит в себя и перестаёт как-то реагировать на внешние воздействия. Причём при существенном объёме удаляемой информации такое «торможение» может продолжаться несколько секунд.

Впрочем, конкретно Smartbuy Puls в этом не виноват. Причина таких «залипаний» кроется в контроллере Phison S10. Любые накопители, построенные на его основе, на TRIM реагируют подобным образом. Это хорошо видно по следующей диаграмме, на которой 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.

Таким образом, приобретая накопитель на базе платформы Phison S10, будь он на MLC-, TLC- или 3D TLC-памяти, нужно быть готовым к тому, что при его активной эксплуатации периодически придётся сталкиваться с различными неприятными сюрпризами, и временный провал производительности после передачи на накопитель команды TRIM – пожалуй, самый неприятный из них.

⇡#Тестирование ресурса

Результаты практической проверки надёжности рассматриваемого накопителя приведены в отдельном материале «Надёжность SSD: результаты ресурсных испытаний».

⇡#Выводы

Первое знакомство с 64-слойной TLC-памятью Toshiba, которое состоялось на примере накопителя Toshiba TR200, оставило после себя откровенно тягостное впечатление. И тем приятнее осознавать, что сегодняшний обзор практически полностью реабилитирует такую память. Как оказалось, для того, чтобы BiCS3 смогла проявить свои сильные стороны, ей требуется качественный, производительный контроллер. И на данный момент единственный подходящий вариант – это давно знакомый нам чип Phison S10, который тайваньские разработчики сумели адаптировать под многослойную память с помощью микропрограммы.

Первым попавшим в наши руки серийным продуктом, в котором оказалась воплощена «правильная» конфигурация из Phison S10 и BiCS3-памяти компании Toshiba, стал Smartbuy Puls. Данная модель базируется на референсном дизайне, и благодаря этому она ясно показывает, на что способна трёхмерная BiCS3-память, когда за её укрощение берутся опытные инженеры. А посмотреть здесь действительно есть на что, ведь благодаря Smartbuy Puls мы узнали, что фирменная 64-слойная TLC 3D NAND компании Toshiba работает заметно быстрее планарной 15-нм TLC-памяти этого же производителя не только в теории, но и на практике. И даже более того, быстродействие «правильных» SATA SSD с BiCS3-памятью, к числу которых вполне можно отнести и полутерабайтный Smartbuy Puls, может вплотную приближаться к скорости работы использующих тот же контроллер Phison S10 накопителей с MLC NAND.

Правда, новинку не обошли и обидные врождённые недостатки. Так, в Smartbuy Puls не совсем гладко работает технология SLC-кеширования. Выделенный во флеш-памяти этой модели SLC-кеш имеет сравнительно небольшой объём, а при переключении записи из кеша в основную память у накопителя наблюдается малообъяснимый двухсекундный период глубокой задумчивости, на протяжении которого скорость работы падает практически до нуля. Кроме того, как типичный обладатель контроллера Phison, Smartbuy Puls не блещет и постоянством производительности при длительных нагрузках.

Но всё сказанное выше означает лишь то, что Smartbuy Puls не стоит выбирать для производительных систем и высоконагруженных сценариев работы. В составе же дисковой подсистемы среднестатистического персонального компьютера он наверняка будет смотреться вполне уверенно. И даже больше того, мы практически убеждены, что Smartbuy Puls станет очень популярным решением, под стать легендарным моделям Ignition 2 и Ignition 4. Всё дело в цене: как ожидается, Puls будет продаваться лишь немного дороже совершенно бросового Revival 2 на двухканальном контроллере и с планарной TLC-памятью. А это значит, что выступать он будет в бюджетном секторе, где благодаря полноценной восьмиканальной платформе и BiCS3-памяти он сможет предложить нехарактерное для этого сегмента сочетание цены и производительности.