Обзор NVMe-накопителя Samsung 970 PRO: MLC решает

Новый флагманский NVMe-накопитель компании Samsung, 970 PRO, попал в очень непростую историю. Если с его предшественником, 960 PRO, всё было кристально ясно, и это попросту был самый быстрый SSD на рынке, то теперь звание лидера среди потребительских накопителей безапелляционно отошло к Intel Optane SSD 900P/905P. Хотя 970 PRO и быстрее прошлой версии, соперничать с интеловским решением на базе революционной памяти 3D XPoint он заведомо не сможет. Главный козырь Optane SSD – очень высокая скорость произвольного чтения, и чтобы сделать что-то подобное, классические технологии NAND не годятся из-за страничной организации такой памяти. Это означает, что теперь Samsung придётся склонять покупателей на сторону 970 PRO не лозунгами про непревзойдённую производительность, а чем-то ещё.

Этим чем-то вполне могло бы стать соотношение быстродействия и цены, ведь чтобы купить какой-то из Optane SSD, нужно как минимум быть не стеснённым в денежных средствах. Стоимость же 960 PRO и 970 PRO аналогичной ёмкости в два с лишним раза ниже. Однако есть существенный нюанс: потребители, гоняющиеся за выгодными по сочетанию качеств устройствами хранения данных, PRO-серии Samsung скорее предпочтут ещё более дешёвые, но всё равно быстрые NVMe-накопители вроде Samsung 970 EVO, Intel SSD 760p или ADATA XPG SX8200.

Тем не менее, южнокорейский производитель, кажется, всё-таки смог придумать, каким образом преподнести новый 970 PRO, чтобы с одной стороны он выглядел органично на фоне других имеющихся предложений, а с другой – казался привлекательным для покупателей. Теперь как главное преимущество накопителя преподносится тот факт, что это – единственный (с небольшими оговорками) накопитель потребительского уровня, в котором используется полноценная и современная флеш-память с двухбитовыми ячейками. И это правда: в погоне за наращиванием плотности хранения информации в массиве NAND производители SSD практически повсеместно отказались от выпуска MLC-моделей и даже начинают засматриваться на QLC-память. Хотя сейчас в продаже всё ещё можно найти варианты накопителей на базе планарной 15-нм MLC-памяти компании Toshiba и на базе MLC 3D NAND первого поколения компании Micron, считать их идеологическими соперниками Samsung 970 PRO совершенно невозможно. Накопители c MLC-памятью Toshiba завершают свой жизненный цикл и в ближайшее время уйдут с рынка, а та память с двухбитовыми ячейками, которую предлагает Micron, большинства плюсов MLC NAND на самом деле лишена, поскольку для её производства используются отходы TLC-памяти – полупроводниковые кристаллы, не прошедшие валидацию в трёхбитовом режиме.

Иными словами, те пользователи, которые верят в преимущества MLC-памяти и готовы за них немного доплатить, в ближайшем будущем действительно останутся лишь с одним вариантом выбора – Samsung 970 PRO. Стоит ли при этом MLC NAND того, чтобы искусственно и серьёзно ограничивать себя при выборе – вопрос скорее философский. Да, такая память работает быстрее и в конечном итоге оказывается надёжнее. Но современные TLC-накопители успешно компенсируют более низкую скорость массива памяти технологиями кеширования, а их надёжность такова, что качественные модели спокойно переносят запись до петабайта данных. То есть, Samsung 970 PRO в любом случае – решение не для всех. Однако определённый смысл в покупке такого SSD действительно может существовать. Переплата по сравнению с тем же 970 EVO составит всего 20 процентов, а выигрыш в потребительских качествах незаметным отнюдь не назовёшь.

Но не будем забегать вперёд: подробному анализу того, в чём конкретно Samsung 970 PRO лучше конкурирующих вариантов, построенных на TLC 3D NAND последнего поколения, как раз и посвящена эта статья.

⇡#Технические характеристики

Рассказывать о том, как устроен Samsung 970 PRO, долго не придётся. Он собран по самой стандартной схеме из уже известных нам компонентов, что, собственно, и делает его быстрым и надёжным решением.

В качестве базового контроллера в 970 PRO используется чип Phoenix. Это – новый пятиядерный контроллер внутренней разработки Samsung, который она сейчас ставит во все свои актуальные NVMe SSD, в том числе и в рассмотренный нами ранее 970 EVO. Данный контроллер представляет собой дальнейшее развитие применявшегося ранее Polaris с увеличенной (в первую очередь за счёт роста тактовой частоты) производительностью и поддержкой новой версии протокола NVM Express 1.3. Стоит отметить, что по грубой вычислительной мощности Phoenix заведомо превосходит все аналогичные решения прочих разработчиков. Хорошей иллюстрацией заложенного в него потенциала может выступать тот факт, что перспективные накопители семейства Z-SSD, которые Samsung готовит для противопоставления Intel Optane SSD, тоже будут опираться на этот чип. Иными словами, даже будучи использованным во флагманском (на данный момент) Samsung 970 PRO, контроллер Phoenix узким местом архитектуры совершенно не является.

Таким образом, производительность рассматриваемого SSD определяется в первую очередь массивом памяти, который в 970 PRO составлен из фирменной 64-слойной MLC 3D V-NAND. Перейдя на новую технологию трёхмерной флеш-памяти, Samsung вопреки глобальным рыночным тенденциям решила сохранить производство кристаллов c двухбитовыми ячейками, и оно сейчас даёт исходный материал для накопителей 860 PRO и 970 PRO. Важно учитывать, что самсунговская 64-слойная MLC 3D V-NAND производится независимо от TLC 3D V-NAND, и получающиеся кристаллы имеют ёмкость 256 Гбит. Это позволяет производителю формировать массивы флеш-памяти с высокой степенью параллелизма и традиционной структурой – восемью каналами и двукратным или четырёхкратным чередованием.

Впрочем, так же обстояло дело и ранее – в 960 PRO, где применялась 48-слойная MLC 3D V-NAND. Тем не менее, новая модель флагманского накопителя обещает достаточно серьёзный прирост производительности. В частности, по официальным спецификациям скорость случайного чтения увеличилась на 15 процентов, а скорость записи – на величину от 30 до 40 процентов. И большую часть этого преимущества, особенно в части скорости записи, можно списать на примерно полуторакратное снижение латентностей самих устройств NAND, произошедшее при переходе на 64-слойный дизайн. Что же касается роста скорости случайного чтения, то тут положительную роль, несомненно, играет новый контроллер Phoenix. Заявленная же производительность линейного чтения у Samsung 970 PRO осталась на прежнем уровне – всю пропускную способность интерфейса PCI Express 3.0 x4 мог задействовать и прошлый накопитель, 960 PRO.

В результате, характеристики Samsung 970 PRO выглядят следующим образом:

Любопытно, что отличия Samsung 970 PRO в объявленной производительности от более доступного и основанного на TLC 3D V-NAND накопителя 970 EVO не так уж и заметны: они лежат в пределах 8-10 процентов. Однако нужно понимать, что старшая модель, о которой мы говорим сегодня, способна выдавать такие показатели без каких-либо ухищрений вроде технологии TurboWrite. Это значит, что скоростные параметры 970 PRO постоянны по всему объёму массива флеш-памяти, и никакого падения производительности при исчерпании объёма SLC-кеша здесь не будет.

Если продолжить сравнивать 970 PRO c 970 EVO, то самые серьёзные отличия обнаружатся, пожалуй, в условиях гарантийного обслуживания. На старшую модель потребительского NVMe SSD разрешается писать вдвое больше данных, что эквивалентно полной перезаписи двух третей полной ёмкости накопителя ежедневно в течение пятилетнего гарантийного срока. Более щедрые рамки разрешённого ресурса перезаписи обещаются разве только для Intel Optane SSD, в котором используется память, работающая на иных физических принципах.

Однако 970 PRO превосходит 970 EVO всё-таки не во всём: старший модельный ряд оказался лишён накопителей наименьшего и наибольшего объёмов. И если отсутствие среди модификаций 970 PRO версии на 256 Гбайт ещё можно как-то объяснить позиционированием, то понять, почему Samsung решила не выпускать 970 PRO объёмом 2 Тбайт, не так просто. Особенно если вспомнить, что модификация 960 PRO ёмкостью 2 Тбайт ранее существовала. Наиболее вероятной представляется версия о том, что Samsung по принципиальным соображениям не выпускает NVMe-накопители с двухсторонним дизайном, а 970 PRO 2 Тбайт в одностороннем исполнении оказался невозможен. Раньше компания, чтобы размещать четыре микросхемы NAND на одной стороне платы форм-фактора M.2 2280, встраивала DRAM в одну упаковку c контроллером, но сейчас от этой практики она отказалась. В двух же микросхемах более 1 Тбайт флеш-памяти с 256-гигабитными устройствами не помещается. Тем не менее, всё-таки хочется верить, что на двухтерабайтном накопителе крест поставлен не окончательно, и позднее модельный ряд 970 PRO всё-таки будет дополнен.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Как и в случае 970 EVO, накопители Samsung 970 PRO существуют в одном единственном варианте исполнения – в виде модулей M.2 форм-фактора 2280, которые устанавливаются в соответствующий слот на материнской плате и используют для своего подключения четыре линии PCI Express 3.0. Никаких версий в U.2- или HHHL-формате не предполагается. Впрочем, сколь-нибудь значимой проблемой это уже давно не является. Все современные системы, и уж тем более верхнего ценового диапазона для которых и предназначен Samsung 970 PRO, обладают как минимум одним слотом M.2.

Более интересно другое: печатная плата, на базе которой собираются накопители серии 970 PRO, имеет точно такой же схемотехнический дизайн, как и плата 970 EVO. Это значит, что после недавнего обновления NVMe-накопители компании Samsung на базе TLC и MLC 3D V-NAND стали унифицированы, и различия между ними определяются исключительно типом устанавливаемых микросхем. В результате, на плате 970 PRO размещено лишь четыре микросхемы: контроллер Polaris, DRAM-буфер и пара микросхем, внутри которых находится флеш-память. Весь этот набор установлен на лицевой стороне платы накопителя, оборотная же сторона 970 PRO от чипов свободна. В результате, 970 PRO, как и 970 EVO, соответствует стандарту 2280-S3-M, что означает возможность установки таких устройств в «тонкие» слоты, которые встречаются в ультрабуках.

На обеих сторонах платы 970 PRO размещены наклейки. На лицевой стороне – этикетка с названием продукта, маркировкой, артикулами и номерами, а на оборотной – с логотипами всевозможных сертификаций. При этом этикетка, приклеенная на обороте, не столь проста, как кажется на первый взгляд: помимо всего прочего она выступает своеобразным теплораспределителем, помогающим охлаждать устройство. Дело в том, что один из её слоёв — медная фольга, материал с высокой теплопроводностью.

Контроллер, установленный на плате Samsung 970 PRO, абсолютно точно такой же, как и в 970 EVO: это – Phoenix, легко узнаваемый по теплорассеивающей никелированной крышке. Аккомпанирует ему DRAM-буфер, представленный высокоскоростным чипом LPDDR4 с типичным объёмом из расчёта 1 Мбайт оперативной памяти на 1 Гбайт флеш-памяти. Напомним, в 960 PRO память помещалась в одну упаковку (MCM – Multi-chip package) с контроллером, сейчас же эти полупроводниковые устройства физически разделены на две микросхемы.

Чипы флеш-памяти, установленные на Samsung 970 PRO, вмещают в себя по 8 или 16 кристаллов (в зависимости от объёма накопителя) 64-слойной MLC 3D V-NAND. Следовательно, восьмиканальный контроллер Phoenix в 970 PRO пользуется либо двукратным, либо четырёхкратным чередованием устройств в каждом канале (в 512 и 1024 Гбайт версиях SSD соответственно). Это в частности объясняет тот факт, что терабайтный накопитель работает быстрее, чем полутерабайтный.

Декларируемые объёмы представителей серии 970 PRO кратны 512 Гбайт, а значит, пользователю доступно примерно 94 процента от общего объёма установленной флеш-памяти. Зарезервированное пространство используется контроллером под внутренние нужды – для сборки мусора, выравнивания износа и под резервный фонд.

Вдобавок стоит упомянуть, что Samsung 970 PRO, как и все остальные потребительские SSD южнокорейского производителя, поддерживает основные стандарты аппаратного шифрования (TCG Opal и Encrypted Drive-IEEE1667) и может использоваться для «прозрачной» защиты данных алгоритмом AES-256 без какого-либо влияния на дисковую производительность. Криптографический движок совместим в том числе и со стандартом Self-Encrypting Drive, что означает возможность удобного аппаратного шифрования при помощи утилиты BitLocker в операционной системе Windows.

⇡#Программное обеспечение

Накопители компании Samsung традиционно снабжаются фирменной сервисной утилитой Magician, которая, начиная с версии 5.2, знакома в том числе и с 970 PRO. Эту утилиту принято ставить примером того, каким ПО должны сопровождаться потребительские SSD, поэтому предъявить какие-либо претензии к её функциональности или интерфейсу не так-то просто.

Samsung Magician 5.2 позволяет получить общую информацию о накопителе, о режиме его работы, о версии прошивки и об объёме записанных данных. Также утилита даёт возможность ознакомиться с состоянием атрибутов, возвращаемых в S.M.A.R.T.

Утилита позволяет провести оценочные тесты производительности накопителя и убедиться в его полной совместимости с системой, в которой он установлен.

С помощью Magician можно вручную отправить на накопитель пакет команд TRIM, а также скорректировать размер неразмеченного файловой системой пространства, переводя часть ёмкости SSD в дополнительную резервную зону.

Также через Magician выполняется управление функциями аппаратного шифрования. А кроме того, утилита позволяет создать загрузочную «флешку» для полного физического стирания данных при помощи команды Secure Erase.