Обзор накопителя Intel Optane SSD 900P: сверхсила скорочтения

Прошедший год подарил энтузиастам компьютерной техники немало ярких новинок. Но что особенно приятно, среди них оказались и такие, которые серьёзно поменяли существующий уклад и подвели к революционным изменениям на рынке ПК. В первую очередь тут стоит вспомнить про процессоры Ryzen, которые вернули компанию AMD в высшую лигу производителей CPU. Но смогла отличиться и корпорация Intel, правда, не столько с процессорами (хотя и с ними тоже), сколько с системами хранения данных семейства Optane, построенными на принципиально новой технологии 3D XPoint.

Надо сказать, что у Intel неплохо получается выступать пионером на рынке твердотельных накопителей. Пусть такое случается и не столь часто, но компания порой выпускает такие продукты, которые выглядят «гостями из будущего» и наглядно демонстрируют преимущества тех или иных принципиально новых технологий. Так, например, в 2015 году Intel первой создала и ввела в обращение высокопроизводительный потребительский флеш-накопитель с NVMe-интерфейсом. Теперь же она выводит на рынок ещё более футуристичные решения на базе памяти 3D XPoint. И пусть такие SSD пока не претендуют на массовость, зато они вполне способны обозначить новые ориентиры в мире носителей информации.

На самом деле мы уже сталкивались с твердотельными накопителями на базе технологии 3D XPoint: на нашем сайте вы можете найти обзор первого потребительского продукта, созданного на базе этой технологии, — Intel Optane Memory. Однако то был небольшой по объёму носитель информации, предназначенный лишь для кеширования обращений к дисковой подсистеме, построенной на классических принципах. Составить полное представление о том, что может дать память 3D XPoint, по такому продукту было достаточно тяжело, хотя Optane Memory действительно неплохо справлялся с поставленной перед ним задачей по ускорению доступа к обычным HDD и SSD. Теперь же в модельном ряду у Intel появился более понятный и более харизматичный продукт – накопитель Optane SSD 900P, который тоже построен на памяти 3D XPoint, но позиционируется как полноценный функциональный аналог обычного SSD с небывало высоким уровнем производительности. Знакомству с ним и будет посвящён этот материал.

Начать же стоит с того, что Intel Optane SSD 900P — всё же не совсем привычный твердотельный накопитель. Поскольку это — дорогое решение со сравнительно небольшими ёмкостями, но высоким быстродействием, производитель ставит его на ступеньку выше SSD на базе флеш-памяти (причём даже тех, которые пользуются NVMe-интерфейсом). Поэтому, согласно видению Intel, Optane SSD 900P нужен лишь для самых высокопроизводительных компьютеров, и там он, подобно кеширующим накопителям Optane Memory, должен существовать не в одиночестве, а в компании с более ёмкими SSD или HDD. При этом на Optane SSD 900P, как полагает производитель, логично возложить роль загрузочного накопителя, а также доверить ему работу с наиболее сложными дисковыми сценариями. Насколько хорошо он способен справиться с этой ролью, мы и проверим.

⇡#Технические характеристики

О том, что представляет собой память 3D XPoint, на базе которой построен накопитель Intel Optane SSD 900P, мы подробно говорили в обзоре кеширующих накопителей Optane Memory. Если вкратце, то 3D XPoint — это принципиально новая разновидность энергонезависимой памяти, использующая эффект фазового перехода вещества (предположительно, сплава GeSbTe). Впрочем, авторы технологии, компании Intel и Micron, подробностей о строении 3D XPoint стараются не раскрывать и ограничиваются лишь общими словами. Поэтому достоверно известно лишь то, что новаторская энергонезависимая память производится по 20-нм технологии, а её устройства имеют двухслойное строение и обладают объёмом по 128 Гбит. Кроме того, утверждается, что в структуре 3D XPoint вообще не используются полупроводниковые транзисторы, а для адресации ячеек применяются некие селекторы.

Но для того чтобы понимать, чем так хорош и уникален Intel Optane SSD 900P, совсем не нужно досконально разбираться, как устроена 3D XPoint. С практической стороны значение имеет её общая архитектура, поскольку эта память – с прямым доступом. Каждая её ячейка может быть прочитана или записана независимо, то есть, грубо говоря, побитно. И это существенно отличается от страничного доступа, который используется при работе с NAND, где минимальный объем данных, к которому возможно обратиться за раз, – страница, размер которой в современных условиях составляет от 4 до 16 Кбайт. К тому же физические принципы устройства 3D XPoint таковы, что она не нуждается в процедуре предварительной подготовки (очистки), которую в случае NAND необходимо выполнять с блоками памяти перед записью туда какой-либо информации. Перепрограммирование ячеек 3D XPoint допустимо прямо поверх уже хранящихся в них данных.

Именно возможность прямого обращения к ячейкам 3D XPoint позволяет создавать на её основе производительные и надёжные накопители, которые по многим параметрам способны принципиально превзойти обычные SSD, где используется флеш-память. Другими словами, главное в Intel Optane SSD 900P – это уникальная память, и все его плюсы так или иначе следуют из гораздо более удобной в обращении архитектуры 3D XPoint. Если конкретнее, то получается следующее.

Во-первых, доступ к массиву 3D XPoint можно осуществлять в многоканальном режиме даже при мелкоблочных операциях. В классических SSD на базе флеш-памяти работа с небольшими блоками данных из-за страничного доступа проводится в одноканальном режиме, поскольку дробить блоки на составляющие объёмом меньше страницы нет никакого смысла. В случае же Optane SSD 900P порции размером даже менее 4 Кбайт могут быть разбиты на ещё более мелкие составные части и обслужены с высокой степенью параллелизма. Это обуславливает фантастические показатели производительности Optane SSD 900P при случайных операциях.

Во-вторых, накопители, построенные на 3D XPoint, не нуждаются в «сборке мусора», то есть в специальных алгоритмах, направленных на предварительную подготовку вышедших из использования ячеек памяти для последующих записей. Любая ячейка 3D XPoint может быть перезаписана в любой момент, поэтому для Intel Optane SSD 900P не требуется даже команда TRIM. А значит, производительность построенного на 3D XPoint накопителя постоянна и не будет падать даже тогда, когда контроллер по какой-то причине не сможет или не успеет заранее подготовить память для предстоящих операций. Таким образом, скорость Optane SSD 900P не проседает даже при непрерывных и длительных нагрузках.

Из «во-вторых» вытекает и «в-третьих »: накопителю на базе 3D XPoint не требуется сложная таблица трансляции логических адресов в физические (обычно она выполнена в виде двоичного дерева). Адресацию в массиве 3D XPoint можно строить заметно проще, а это, в свою очередь, позволяет отказаться от дополнительного DRAM-буфера, который в классических SSD задумывался прежде всего именно для ускорения работы с таблицей трансляции адресов. В конечном же итоге упрощение алгоритмов адресации положительно влияет на латентности, которые у Optane SSD 900P ещё ниже, чем у привычных твердотельных накопителей на базе NAND-памяти.

То, что у Optane SSD 900P нет DRAM-буфера, позволяет получить и ещё одно преимущество: такой накопитель устойчив к незапланированным отключениям питания. Отсутствие в нём какой-либо энергозависимой памяти, в которой хранится критически важная информация (а таблица трансляции адресов – это именно такая информация), даёт высокую вероятность сохранности данных даже тогда, когда перебой в электроснабжении пришёлся на момент активной работы. Это – в-четвертых.

И в-пятых, построенный на 3D XPoint накопитель в силу логики своей работы гораздо меньше изнашивает ячейки памяти. В случае классической флеш-памяти каждая запись требует выполнения двух этапов – стирания и собственно программирования, причём стирание происходит путём подачи на ячейку повышенного напряжения. Такие воздействия постепенно разрушают полупроводниковую структуру устройств NAND, обуславливая их конечный и сравнительно невысокий ресурс. Для работы с 3D XPoint никаких дополнительных процедур такого рода не требуется. Поэтому ячейки этой памяти «стареют» заметно медленнее, что в конечном итоге выливается в более высокую надёжность Optane SSD 900P по сравнению с привычными SSD.

Подытоживая преимущества 3D XPoint, компания Intel говорила о том, что её новая энергонезависимая память по своим свойствам находится между DRAM и NAND, и это в целом недалеко от истины. Что же касается ожидаемых характеристик продуктов на её основе, то для них назывался тысячекратный выигрыш по сравнению с NAND в латентности и как минимум десятикратный – в выносливости. Но это – теоретические выкладки. На практике всё оказалось не столь радужно, но тем не менее с точки зрения официальных спецификаций Intel Optane SSD 900P выглядит заметно лучше даже по сравнению с флагманскими NVMe SSD.

В приведённой таблице поражают две вещи: заявленная надёжность и скорости произвольного чтения и записи. Почему эти характеристики находятся на очень высоком уровне, мы развёрнуто прокомментировали по тексту выше: «спасибо» следует направлять в адрес технологии 3D XPoint. Однако на этом фоне несколько странно выглядят скорости последовательных операций, которые не только не дотягивают до пропускной способности интерфейса PCI Express 3.0 x4, но и оказываются заметно ниже показателей, обеспечиваемых флагманскими NVMe SSD на базе обычной NAND-памяти.

Объяснение здесь простое. Поскольку все операции с массивом 3D XPoint проводить заметно проще, чем с массивом NAND, в накопителе Optane SSD 900P применяется не слишком интеллектуальный контроллер. Для подключения устройств 3D XPoint он предлагает всего лишь семь каналов, плюс в нём не предусмотрено никакого уровня буферизации и вообще отсутствует DRAM-интерфейс. Конечно, этот контроллер получше, чем двухканальный чип Intel AHT40W14, который устанавливается в модули Optane Memory и поддерживает всего две, а не четыре линии PCI Express 3.0. Но для того чтобы выдать 3,5 Гбайт/с при последовательном чтении, как умеет Samsung 960 PRO, потенциала контроллера Optane SSD 900P уже не хватает.

Однако не стоит думать, что для потребительской версии своего накопителя компания Intel сделала какой-то специальный процессор с урезанными возможностями. Это не так: контроллер Intel SLL3D применяется не только в Optane SSD 900P, но и в серверных решениях на базе 3D XPoint, ориентированных на центры данных, например в накопителе Optane SSD DC P4800X. Потребительский Optane SSD 900P вообще является его очень близким родственником: разница между этими моделями есть лишь в объёмах и декларируемых показателях ресурса, а также в малозначительных мелочах вроде того, что у варианта для десктопов вырезана поддержка SMBus и отсутствуют диагностические светодиоды.

И это значит, что Intel не стала делать упор на скорости последовательных операций намеренно, а сосредоточилась на низких латентностях и быстродействии при произвольных операциях чтения и записи. Поэтому Optane SSD 900P – отнюдь не универсальный высокопроизводительный SSD, и у него есть своя чётко очерченная сфера применимости. В частности, этот накопитель не лучшим образом подойдёт для обработки видео и прочих последовательных данных. Зато с ролью системного накопителя, с которого предполагается выполнять загрузку операционной системы и ресурсоёмких приложений, Optane SSD 900P должен справляться очень неплохо. Кроме того, такой SSD может быть весьма полезен и в том случае, когда решаемые на компьютере задачи ворочают серьёзными объёмами памяти и без интенсивной работы с объёмным файлом подкачки попросту не обойтись.

Ограничивает спектр возможных применений Optane SSD 900P и состав модельного ряда, в котором на сегодняшний день есть лишь два варианта объёма – 280 и 480 Гбайт. Иными словами, в системе с таким накопителем обязательно должен быть предусмотрен ещё один какой-то носитель информации. Но это условие скорее временное, и в перспективе оно отпадёт. На сегодняшний день более вместительные версии Optane SSD 900P вряд ли бы имели шанс получить сколько-нибудь заметную популярность из-за высокой стоимости, ведь удельная цена накопителей на базе 3D XPoint за гигабайт составляет $1,25–1,38, что более чем вдвое больше удельной цены флагманских NVMe SSD на базе NAND-памяти. Но если посмотреть на серверных родственников Optane SSD 900P, то их объёмы уже готовятся взять полуторатерабайтный рубеж. Подобные версии, вероятно, станут доступны в среднесрочной перспективе и для пользователей настольных систем.

Ну и конечно, говоря о характеристиках Optane SSD 900P, нельзя не подчеркнуть его высочайшую выносливость. Ресурс этого накопителя определён из расчёта, что в течение пятилетнего гарантийного срока его можно десятикратно полностью перезаписывать хоть каждый день. Такие характеристики делают Optane SSD 900P если не вечным, то по крайней мере уж более надёжным хранилищем «горячих» данных по сравнению с любыми имеющимися на рынке SSD или HDD. Благодаря этому интеловская новинка наверняка может приглянуться тем пользователям, которые нарочито трепетно относятся к сохранности информации.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Intel Optane SSD 900P выпускается в двух исполнениях: либо в виде HHHL-карты расширения (половинной высоты), устанавливаемой в стандартный слот PCIe 3.0 x4, либо в 2,5-дюймовом форм-факторе U.2. В настоящий момент более удобным вариантом является первый: стандарт U.2 пока не слишком распространён, соответствующие разъёмы присутствуют лишь на одиночных материнских платах, а поиск необходимого для подключения U.2-накопителя SFF-8643/SFF-8639-кабеля – задачка не из простых. Именно поэтому для тестов мы выбрали накопитель в виде PCIe-платы.

По традиции исследование выполнялось на примере SSD с объёмом 480 Гбайт. Но в случае Intel Optane SSD 900P ёмкость на самом деле не оказывает на производительность никакого влияния. Ввиду того, что контроллер в таких накопителях обходится без буферизации, в нём нет и поддержки чередования устройств 3D XPoint в каналах – все операции проводятся синхронно. Это значит, что сколько бы кристаллов 3D XPoint ни было подключено в каждом канале контроллера, скорость работы от этого не зависит. И версии Optane SSD 900P ёмкостью 280 и 480 Гбайт выдают в тестах и в реальных приложениях практически одинаковые результаты.

Взятая нами для исследования версия Intel Optane SSD 900P 480 Гбайт в формате HHHL имеет стандартные для такого исполнения габариты и может устанавливаться как в полноразмерные, так и низкопрофильные корпуса. Высота платы – около 7 см, длина – порядка 17 см. Как и полагается в подобных случаях, в комплекте с накопителем поставляются две крепёжные планки различной высоты.

Обе стороны Optane SSD 900P оснащены пассивным теплоотводом: с лицевой стороны это массивный алюминиевый радиатор, с оборотной – теплорассеивающая пластина. Радиаторы – мера вынужденная. Накопитель на базе 3D XPoint достаточно горяч и под нагрузкой может выделять до 19 Вт тепла. Именно поэтому никаких аналогов Optane SSD 900P в M.2-форм-факторе нет и быть не может: имеющиеся и планируемые компактные решения на базе 3D XPoint опираются на другой, экономичный двухканальный контроллер.

Стоит напомнить, что изначально Intel планировала оснастить радиатор Optane SSD 900P светодиодной подсветкой. Но в конечном итоге этого не случилось, и система охлаждения на накопителе для энтузиастов оказалась такой же строгой, как и у серверных собратьев. Она полностью чёрная, на её лицевой стороне нанесен логотип Intel и название модели, на оборотной – имеется наклейка с номерами и артикулами. Кроме того, на этой этикетке размещена информация об объёме конкретного накопителя и версии микропрограммы, зашитой в накопитель на заводе.

«Раздеть» Optane SSD 900P не так просто. Помимо того, что плата накопителя зажата между частями системы охлаждения винтами со шлицами TORX, все микросхемы на ней снабжены клейкими термопрокладками, аккуратно отделить которые не представляется никакой возможности.

Под радиатором обнаруживается достаточно большое число однотипных микросхем 3D XPoint-памяти и чип контроллера Intel SLL3D. Всего на плате предусмотрено 28 посадочных мест под память, и все они у Optane SSD 900P 480 Гбайт заняты. Однако среди этих 28 чипов часть микросхем отличается: в то время как внутри 21 микросхемы находится по одному 128-гигабитному устройству 3D XPoint, семь микросхем из расположенных на лицевой стороне платы содержат сразу по два кристалла памяти. Таким образом, в массиве памяти Optane SSD 900P 480 Гбайт в общей сложности 35 устройств 3D XPoint, которые распределены по семи каналам – по пять устройств в каждом.

Получается, что полный массив памяти в 480-гигабайтной версии накопителя имеет объём 560 Гбайт, 21 процент ёмкости которого выведен из обращения и представляет собой некий резерв. Причём, поскольку никакая сборка мусора для Optane SSD 900P не требуется, весь этот запас может быть использован для хранения контрольных сумм и подмены выходящих из строя ячеек памяти. Вполне возможно, что высокая выносливость Optane SSD 900P во многом обусловлена именно этим, а вовсе не свойствами технологии 3D XPoint. Кстати говоря, с 280-гигабайтной версией ситуация такая же. Там массив памяти собран из 21 устройства и его реальная общая ёмкость достигает 336 Гбайт.

Помимо памяти и контроллера, на плате Optane SSD 900P нет ничего интересного. DRAM-буфер в конструкции накопителя не предусмотрен, нет в нём и никаких схем аварийного питания, несмотря на то, что он родственен серверной модели Optane SSD DC P4800X. Почему так, мы объясняли выше: всё это – абсолютно ненужные в случае 3D XPoint вещи.

⇡#Программное обеспечение

Компания Intel традиционно снабжает свои накопители достаточно функциональной утилитой SSD Toolbox, которая в последних версиях совместима и с Intel Optane SSD 900P. В целом она похожа на другие подобные программы, однако нужно понимать, что из-за особенностей 3D XPoint-памяти многие привычные функции обслуживания SSD в данном случае не нужны. В частности, для Optane SSD 900P нет необходимости в специальной настройке или передаче на накопитель команды TRIM, поэтому часть возможностей Intel SSD Toolbox в системе с этим накопителем будет недоступна.

Тем не менее утилита позволяет получить подробную информацию о состоянии накопителя и о значениях его параметров S.M.A.R.T.

Кроме этого, в SSD Toolbox есть возможность диагностического сканирования, во время которого можно проверить состояние и работоспособность массива памяти. Сканирование выполняется как в быстром, так и в полном режиме – разница состоит в том, затронет ли проверка весь массив 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.

⇡#Методика тестирования

Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 10 Enterprise x64 Build 16299, корректно распознающей и обслуживающей современные твердотельные накопители. Это значит, что в процессе прохождения тестов, как и при обычном повседневном использовании SSD, команда TRIM поддерживается и активно задействуется. Измерение производительности выполняется с накопителями, находящимися в «использованном» состоянии, которое достигается их предварительным заполнением данными. Перед каждым тестом накопители очищаются и обслуживаются с помощью команды TRIM. Между отдельными тестами выдерживается 15-минутная пауза, отведённая для корректной отработки технологии сборки мусора. Во всех тестах используются рандомизированные несжимаемые данные.

Раздел, в пределах которого тестируется скорость операций, имеет размер 32 Гбайт, а продолжительность каждого теста составляет сорок секунд. Такие параметры, в частности, позволят получать более релевантные результаты для тех SSD, которые используют различные технологии SLC-кеширования.

Используемые приложения и тесты:

• Iometer 1.1.0
  • Измерение скорости последовательного чтения и записи данных блоками по 128 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Тестирование проводится при различной глубине очереди запросов, что позволяет оценивать как реалистичные, так и пиковые параметры быстродействия.
  • Измерение скорости случайного чтения и записи блоками размером 4 Кбайт (такой размер блока используется в подавляющем большинстве реальных операций). Тест проводится дважды — без очереди запросов и с очередью запросов глубиной 4 команды (типичной для десктопных приложений, активно работающих с разветвлённой файловой системой). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей.
  • Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов (в пределах от одной до 32 команд). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей.
  • Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с блоками разного размера. Используются блоки объёмом от 512 байт до 256 Кбайт. Глубина очереди запросов в течение теста составляет 4 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей.
  • Измерение производительности при смешанной многопоточной нагрузке и установление её зависимости от соотношения между операциями чтения и записи. Тест проводится дважды: для последовательных операций чтения и записи блоками объёмом 128 Кбайт, выполняемых в два независимых потока, и для случайных операций с блоками объёмом 4 Кбайт, которые выполняются в четыре независимых потока. В обоих случаях соотношение между операциями чтения и записи варьируется с шагом 20 процентов.
  • Исследование падения производительности SSD при обработке непрерывного потока операций случайной записи. Используются блоки размером 4 Кбайт и глубина очереди 32 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Продолжительность теста составляет два часа, измерения моментальной скорости проводятся ежесекундно. По окончании теста дополнительно проверяется способность накопителя восстанавливать свою производительность до первоначальных величин за счёт работы технологии сборки мусора и после отработки команды TRIM.
• CrystalDiskMark 6.0.0
  • 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, в качестве тестового набора используется рабочая директория, включающая офисные документы, фотографии и иллюстрации, pdf-файлы и мультимедийный контент общим объёмом 8 Гбайт.
  • Измерение скорости архивации файлов. Тест проводится с той же рабочей директорией, что и копирование, а в качестве инструмента для компрессии файлов избран архиватор 7-zip версии 9.22 beta. Для уменьшения влияния производительности процессора используется метод Deflate.
  • Исследование скорости разворачивания архива. Тест проводится с архивом, полученным при измерении скорости архивации.
  • Оценка скорости запуска игрового приложения. Измеряется производительность дисковой подсистемы при выполнении сценария, захваченного при запуске игры Far Cry 4 и загрузке в ней уровня с пользовательским сохранением. Для минимизации влияния производительности процессора и памяти все задержки, возникающие по их вине, из тестового сценария убраны.
  • Оценка скорости старта приложений, формирующих типичную рабочую пользовательскую среду. Измеряется производительность дисковой подсистемы при выполнении сценария, захваченного при запуске пакета приложений, который состоит из браузера Google Chrome, текстового редактора Microsoft Word, графического редактора Adobe Photoshop и видеоредактора Adobe Premiere Pro с рабочими файлами. Для минимизации влияния производительности процессора и памяти все задержки, возникающие по их вине, из тестового сценария убраны.

⇡#Тестовый стенд

С выходом процессоров Coffee Lake и наборов логики трёхсотой серии мы решили обновить тестовую систему, которая используется для измерения производительности NVMe-моделей SSD. Всё-таки такие накопители в первую очередь покупают энтузиасты, переходящие на новые платформы, и поэтому логично было бы именно такую платформу использовать в тестовых испытаниях.

В итоге в качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Maximus X Hero, процессором Core i5-8600K со встроенным графическим ядром Intel UHD Graphics 630 и 8 Гбайт DDR4-2666 SDRAM. Приводы с SATA-интерфейсом подключаются к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI. Используется драйвер Intel Rapid Storage Technology (RST) 15.9.0.1015. Накопители с интерфейсом M.2 устанавливаются в соответствующий слот материнской платы, запитанный от чипсета. Накопители в виде карт PCI Express устанавливаются в слот PCI Express 3.0 x4, также работающий через чипсет.

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

Отдельное пояснение следует сделать относительно закрытия процессорных уязвимостей Meltdown (CVE-2017-5754) и Spectre (CVE-2017-5715). Дело в том, что разработанные патчи заметно снижают производительность твердотельных накопителей, но, учитывая важность тестирования SSD в реальных условиях, мы проводили измерения с установленными обновлениями микропрограммы процессора и операционной системы и с активированными «заплатками».

⇡#Список участников тестирования

Позиционирование и цена Intel Optane SSD 900P таковы, что этот накопитель находится выше привычных твердотельных накопителей, построенных на базе NAND-памяти, в том числе и тех из них, что работают через NVMe-интерфейс. Поэтому для сравнения с интеловской новинкой мы взяли несколько флагманских NVMe SSD, которые в предыдущих тестах демонстрировали наилучшие результаты. Большинство таких накопителей основывается на флеш-памяти с двухбитовыми ячейками.

Список протестированных моделей получился следующим:

• GOODRAM IRDM Ultimate 480 Гбайт (SSDPR-IRIDULT-480, прошивка E7FM04.5);
• Intel SSD 750 400 Гбайт (SSDPEDMW400G4X1, прошивка 8EV101H0);
• Intel Optane SSD 900P 480 Гбайт (SSDPED1D480GAX1, прошивка E2010325);
• Plextor M8Pe 512 Гбайт (PX-512M8PeG, прошивка 1.06);
• Samsung 960 PRO 512 Гбайт (MZ-V6P512, прошивка 2B6QCXP7);
• Samsung PM1725a (MZWLL800HEHP, прошивка GPNA5B3Q);
• Toshiba OCZ RD400 512 Гбайт (RVD400-M22280-512G-A, прошивка 57CZ4102).

Используемые версии NVMe-драйверов:

• Microsoft Windows NVMe Driver 10.0.16299.15;
• OCZ NVMe Driver 1.2.126.843;
• Samsung NVM Express Driver 2.3.0.1709.

⇡#Производительность последовательного чтения и записи

По скоростям последовательных операций Intel Optane SSD 900P выглядит как типичный твердотельный накопитель верхнего уровня. Причём далеко не самый быстрый. При чтении и при неконвейеризованной записи он проигрывает флагманскому решению на базе NAND-памяти, Samsung 960 PRO. Но ничего удивительного в том, что такая нагрузка не может раскрыть потенциал 3D XPoint, нет, ведь массив этой памяти в Optane SSD 900P имеет лишь семиканальную структуру. Впрочем, даже несмотря на это, пиковые скорости последовательной записи у интеловского накопителя на базе новаторской памяти превышают таковые у лучших моделей SSD на базе обычной NAND.

⇡#Производительность произвольного чтения

Преимущества технологии 3D XPoint начинают ярко проявляться, когда дело доходит до случайных операций. Intel Optane SSD 900P может обеспечивать чрезвычайно низкие латентности при мелкоблочном чтении, и это неминуемо сказывается на показателях производительности. Благодаря своей нетрадиционной архитектуре этот SSD при неглубокой очереди запросов способен выдавать скорость произвольного чтения в разы выше, чем предлагают привычные твердотельные накопители верхнего уровня. В этом и кроется главная суперспособность Optane SSD 900P, благодаря которой он при определённых нагрузках может вывести быстродействие дисковой подсистемы на принципиально новый уровень.

⇡#Производительность произвольной записи

После тестов случайного чтения производительность случайной записи, которую может предложить Optane SSD 900P, выглядит не столь впечатляюще. Здесь принципиально новый накопитель почти не отличается от традиционных SSD. Однако на самом деле это всё равно снова говорит о том, насколько отзывчива память 3D XPoint. В то время как в Optane SSD 900P не используется никакой буферизации и запись происходит сразу в ячейки памяти, обычные SSD при операциях мелкоблочной записи активно пользуются DRAM-буфером. Но несмотря на принципиально разный подход, скорость оказывается почти одинаковой. И даже более того: при увеличении размеров блоков, которыми происходит случайная запись, Optane SSD 900P выходит в лидеры.

⇡#Производительность при смешанной нагрузке

Дисковые сценарии с высокой нагрузкой – это как раз то, для чего Optane SSD 900P подходит идеально. Прямой доступ к ячейкам памяти, простая запись и синхронный режим – те составляющие, благодаря которым Optane SSD 900P может предложить в разы лучшую производительность при смешанных операциях. Как видите, этот накопитель прекрасно работает в дуплексном режиме: его быстродействие вообще не снижается в том случае, если одновременно с чтением нужно выполнять и записи. И совершенно очевидно, что здесь традиционные SSD на базе NAND-памяти не имеют никакого шанса догнать Optane SSD 900P: его превосходство зиждется на принципиально иной архитектуре 3D XPoint.

⇡#Производительность в CrystalDiskMark

Intel Optane SSD 960P 480GB

Samsung 960 PRO 512GB

Результаты CrystalDiskMark ещё раз подтверждают выводы, сделанные выше. Даже при сопоставлении результатов Optane SSD 900P и самого быстрого потребительского NVMe SSD, Samsung 960 PRO, интеловская новинка смотрится заметно лучше. Особенно хорошо это видно, если сравнить скорости произвольного чтения.

Правда, нужно оговориться, что преимущество Optane SSD 900P могло бы быть ещё выше, однако более чем некстати пришлись процессорные уязвимости Meltdown и Spectre. Заплатки, их устраняющие, сильно понизили пиковые скорости произвольных операций, причём ущерб для производительности оказался тем сильнее, чем быстрее был накопитель изначально.

⇡#Производительность в PCMark 8 Storage Benchmark 2.0

Если говорить о производительности Optane SSD 900P в реальных трассах дисковой нагрузки из приложений, то оказывается, что равных этому SSD попросту нет. Благодаря низким латентностям и высокой скорости мелкоблочного чтения интеловская новинка в типичных сценариях способна обеспечить двукратное преимущество по пропускной способности по сравнению с лучшими NVMe SSD. Иными словами, Intel Optane SSD 900P позволяет выйти на новый уровень: в качестве системного накопителя он принципиально быстрее любых SSD, построенных на базе традиционной флеш-памяти.

Однако приведённый выше усреднённый результат скрывает весьма любопытные детали. Если посмотреть на показатели в отдельных тестовых трассах, то окажется, что уровень преимущества Intel Optane SSD 900P может быть совсем разным.

Принцип простой. Чем сильнее потребность приложения в интенсивной работе с небольшими блоками данных, тем выше отрыв Intel Optane SSD 900P от всех конкурентов.

⇡#Производительность при реальной нагрузке

Понятно, что при копировании единичных файлов большого объёма Intel Optane SSD 900P проиграет наиболее быстрым NVMe SSD на NAND-памяти. Но в наших тестах используется некая «рабочая директория», в которой хранится большое количество файлов разного объема. И в этом случае расклад получается несколько иным: Optane SSD 900P оказывается впереди своих конкурентов. Впрочем, преимущество не всегда можно охарактеризовать как подавляющее: например, при разархивировании накопитель на технологии 3D XPoint почти не обгоняет Samsung 960 PRO. Иными словами, при файловых операциях из-за особенностей нагрузки Optane SSD 900P может не раскрывать весь свой потенциал. Правда, представить себе пользователя, который сделает из этого инновационного SSD банальную «файлопомойку», достаточно трудно.

Запуск игр и приложений – весьма благоприятная нагрузка для Optane SSD 900P. Если сравнивать с обычными NVMe SSDС, то его применением можно добиться увеличения скорости таких действий в полтора-два раза, что в конечном итоге выльется в заметное улучшение отзывчивости всей системы. Иными словами, роль загрузочного носителя информации Optane SSD 900P способен сыграть очень хорошо, и ощущения от перехода на него с типичного твердотельного накопителя могут оказаться даже сильнее, чем впечатления при смене SATA-накопителя на SSD с интерфейсом PCI Express 3.0 x4.

⇡#Постоянство 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.

На самом деле в данном обзоре вполне можно было бы обойтись и без этого теста. То, что при длительной непрерывной нагрузке в виде операций записи мы не увидим ничего интересного, было ясно из теоретических основ – из архитектуры памяти 3D XPoint. Эта память не требует никакой подготовки для перезаписи, и для неё не нужны никакие предварительные операции стирания. Поэтому производительность Optane SSD 900P не деградирует. Вообще. Сколь бы длительным нагрузкам ни подвергался этот SSD, его производительность в любой момент окажется такой же, как была в самом начале.

Никаких претензий нельзя предъявить и к постоянству быстродействия. Разброс в моментальной скорости обслуживания операций записи минимальный, что совсем неудивительно, если вспомнить о том, что Intel Optane SSD 900P – близкий родственник серверного накопителя Optane SSD DC P4800X.

⇡#Проверка температурного режима

Проверка температурного режима – одно из важных испытаний при тестировании накопителей с интерфейсом NVMe. Обычно быстродействующие накопители, особенно выполненные в M.2-форм-факторе, достаточно быстро перегреваются, и этот момент нужно учитывать, чтобы позаботиться об организации их охлаждения. Но с рассматриваемым в этом обзоре Intel Optane SSD 900P ситуация совсем иная. Во-первых, этот накопитель выполнен в виде PCIe-карты с большой площадью поверхности, во-вторых, он снабжается достаточно массивным радиатором, который способен эффективно отводить выделяемое контроллером и чипами памяти тепло. Поэтому, несмотря на то, что для Optane SSD 900P заявлен тепловой пакет на уровне 19 Вт, никаких проблем с перегревом возникать не должно.

Это подтвердили и проведённые тесты. В рамках эксперимента накопитель нагружался последовательными операциями с глубиной очереди запросов в 32 команды. Измерения температуры проводились на открытом стенде, какой-либо дополнительный обдув SSD воздушным потоком не производился.

При интенсивном чтении в течение почти пяти минут контроллер накопителя разогрелся лишь до 43 градусов, что по меркам современных SSD можно считать просто смешной температурой.

Не стала проблемой для температурного режима и интенсивная запись. В таком режиме Optane SSD 900P греется сильнее, чем при чтении, но очевидно, что даже в этом случае довести температуру до критических величин будет очень непросто.

Иными словами, ко всем отмеченным плюсам Intel Optane SSD 900P смело можно добавлять ещё один. Этот накопитель имеет эффективную систему охлаждения и благодаря ей не перегревается и не подвержен температурному троттлингу. Хотя тепловыделение и энергопотребление у Optane SSD 900P примерно втрое выше, чем у традиционных флагманских NVMe SSD, никакой проблемы в этом нет.

⇡#Тестирование ресурса

Новый накопитель на базе технологии 3D XPoint интересен не только из-за своей производительности. Новая память обещает в том числе и принципиально иной уровень выносливости.

Именно поэтому тестирование ресурса Optane SSD 900P представляет очень большой интерес. За течением практической проверки надёжности этого SSD можно проследить в нашем специальном материале «Надёжность SSD: результаты ресурсных испытаний».

⇡#Выводы

Не будет большим преувеличением сказать, что Intel Optane SSD 900P производит впечатление накопителя из будущего. Различные разработчики уже давно пытаются вывести на рынок принципиально новые технологии быстрой и надёжной энергонезависимой памяти, но Intel первой удалось предложить альтернативу NAND, которая не только красиво выглядит на бумаге, но и реально работает, причём делает это действительно здорово. Память 3D XPoint не просто быстра и надёжна. Помимо всего этого, она предлагает прямую, а не страничную адресацию, и благодаря этому Optane SSD 900P, который изначально задумывался производителем в качестве демонстрации возможностей новой технологии, превратился из выставочного экспоната в весьма лакомое для энтузиастов высокой производительности решение.

Крупных козырей у Optane SSD 900P два. В первую очередь этот накопитель способен предложить очень низкие задержки и высочайшую производительность при операциях случайного чтения с небольшой очередью запросов. Превосходство над привычными SSD, пусть даже и с современным интерфейсом NVMe, доходит до четырёх–пятикратного размера, и этого вполне хватает, чтобы Optane SSD 900P обеспечивал принципиально иные ощущения от взаимодействия с компьютером. При загрузке операционной системы и запуске «тяжёлых» приложений лучшая отзывчивость при переходе на Optane SSD 900P действительно заметна не только в тестах, но и, что называется, невооружённым глазом. Именно поэтому интеловская новинка может стать отличным системным накопителем для авангарда компьютерного сообщества, уже пресытившегося скоростью Samsung 960 PRO.

Второй принципиальный плюс Optane SSD 900P заключается в том, что массив его памяти не нуждается ни в каком обслуживании: производительность постоянна без всяких сборок мусора и TRIM. И это значит, что интеловская новинка отлично впишется в рабочие станции и небольшие серверы, где встречаются продолжительные и высокие дисковые нагрузки.

При этом, конечно же, не стоит считать Optane SSD 900P универсальным решением и равноценной заменой для SSD на базе NAND-памяти. В распространении накопителей на базе 3D XPoint есть много сдерживающих факторов, и главный из них – стоимость. Даже младшая, 280-гигабайтная версия новинки оценена производителем в $389, а за такую сумму сегодня можно купить качественный и быстрый NVMe SSD на базе NAND-памяти вчетверо большего объёма. Очевидно, что при таком ценообразовании на массовость Optane SSD 900P рассчитывать не приходится.

К тому же у новинки есть и другие проблемы. Линейка объёмов ограничена сверху достаточно небольшой величиной 480 Гбайт, что не позволяет сделать Optane SSD 900P единственным накопителем в системе. Его исполнение в виде U.2-устройств или PCIе-карт вкупе с заметным тепловыделением станет препятствием при попытках проникновения в компактные и мобильные системы. Кроме того, определённые претензии правомерно высказать и по адресу разработанного Intel контроллера, который на данном этапе становится узким местом при последовательных операциях.

Но даже несмотря на то, что Optane SSD 900P можно сделать значительно лучше, близких аналогов у него не существует и в его сегодняшнем виде. За тот уровень производительности дисковой подсистемы, который можно получить при помощи этого накопителя, ему можно простить и высокую цену, и другие недочёты или недостатки. Потому что Intel Optane SSD 900P в мире SSD – это уникально, радикально и бескомпромиссно или, иными словами, просто хардкорно.