Обзор SSD-накопителя WD Black NVMe, версия 2018 года: забудьте о прошлом

Переход на повсеместное использование TLC 3D NAND – одна из основных тенденций этого года на рынке потребительских SSD, и мы к ней привыкли настолько, что нас уже почти не трогают известия о появлении каких-нибудь очередных моделей твердотельных накопителей на базе многослойной памяти. Тем не менее в сплошном потоке похожих анонсов всё же попадаются интересные и неожиданные новинки — проблема лишь в том, что порой их непросто распознать.

Именно так и случилось с новым NVMe-решением компании Western Digital, которое прошло мимо нас почти незамеченным. А ведь вместе с переводом старого NVMe-накопителя WD Black на использование собственной 64-слойной BiCS3-памяти (TLC 3D NAND) компания полностью переделала его аппаратную платформу. Поэтому появляющиеся на прилавках магазинов в настоящий момент продукты серии WD Black NVMe – совсем не чета тем WD Black, с которыми мы познакомились в конце прошлого года. Новые накопители флагманской серии Western Digital не просто переехали на более современную флеш-память, а стали намного лучше по производительности. И хотя Western Digital по какой-то причине решила не давать обновлённой версии новое имя, сегодняшний WD Black NVMe – это далеко не компромиссное решение, а по-настоящему передовой SSD, у которого должно получиться посоперничать с ADATA XPG SX8200, Intel SSD 760p и Samsung 970 EVO.

Произошедшие перемены поражают. Первоначальные твердотельные накопители WD Black в лучшем случае заслуживали снисходительной характеристики «потребительские NVMe SSD начального уровня». Они основывались на общедоступном контроллере Marvell Eldora и комплектовались планарной TLC NAND, производимой по 15-нм техпроцессу. Такая конфигурация выдавала сравнительно невысокую производительность, и, согласно нашим тестам, WD Black занимал позицию одного из самых медленных SSD с интерфейсом NVMe, соперничая в этой сфере разве только с ещё одним аутсайдером, Intel SSD 600p. Впрочем, «чёрная» модель всё равно пользовалась определённой популярностью у покупателей, так как Western Digital проявила очень здравый подход к ценообразованию.

Но теперь Western Digital может рассчитывать на успех своего флагманского накопителя совсем по другим причинам. Обобщённо все их можно подвести под одно определение: вертикальная интеграция. Дело в том, что в новом WD Black NVMe фирменной трёхмерной BiCS3-памятью управляет новаторский проприетарный контроллер собственной разработки. И это значит, что Western Digital больше не зависит ни от каких сторонних партнёров: все необходимые для выпуска WD Black NVMe компоненты она теперь разрабатывает и производит самостоятельно. Как следствие, в руках у компании оказались все средства как для глубокой технической оптимизации продукта, так и для предельно гибкого управления ценой. А по такому рецепту обычно и рождаются хиты вроде хрестоматийного Samsung 970 EVO.

Иными словами, «второе пришествие» WD Black NVMe обещает дать нам ещё одного фаворита среди потребительских NVMe SSD, поэтому обойти стороной произошедшее обновление мы попросту не могли. Свежие WD Black NVMe уже доехали до российских магазинов, и потому самое время разобраться, насколько новые накопители лучше своих одноимённых предшественников и действительно ли они способны утереть нос NVMe-предложениям Samsung, которые принято считать лучшим выбором априори. Кроме того, в процессе подробного знакомства мы ответим и ещё на один животрепещущий вопрос: как при покупке WD Black не попасть впросак и унести из магазина правильный накопитель – с новой начинкой и лучшими скоростями.

⇡#Технические характеристики

Ключевой компонент свежей версии WD Black NVMe образца 2018 года – это новый контроллер внутренней разработки. К его созданию причастна придворная команда инженеров SanDisk, доставшаяся Western Digital при поглощении этой фирмы в 2016 году. Любопытно, что ни до перехода под крыло Western Digital, ни после него никакими особыми достижениями на контроллерном поприще SanDisk не выделялась. На память приходят лишь сравнительно простые чипы, которые инженеры этой компании создавали для бюджетных (U110) и кеширующих (ReadyCache) моделей. Поэтому разработка высокопроизводительного контроллера для флагманского накопителя – это своего рода эксперимент.

Но эксперимент с далеко ведущими последствиями. Western Digital прямо говорит о том, что получившийся чип – это модульное решение, которое компания будет, с одной стороны, внедрять в собственные NVMe разных ценовых категорий, а с другой – развивать и модернизировать для возможности интеграции в перспективные продукты. Смысл такой инициативы хорошо понятен: продукты Western Digital сразу становятся уникальными и не имеющими аналогов. При этом компания уходит от какой-либо зависимости от сторонних разработчиков и получает возможность узконаправленной оптимизации аппаратной платформы под собственную память с BiCS-архитектурой, что в конечном итоге может дать преимущество и в производительности, и в себестоимости продукции.

С аппаратной точки зрения контроллер для нового WD Black NVMe похож на многие подобные решения других разработчиков. В его основе лежит трёхъядерный процессор (предположительно, построенный на ядрах ARM Cortex-R), выпускаемый по 28-нм техпроцессу. Это значит, что вычислительная мощность этого чипа явно выше, чем у двухъядерного Marvell Eldora, который использовался в прошлой версии WD Black. Однако лидерство самунговского контроллера Phoenix решение Western Digital оспорить вряд ли способно: южнокорейские разработчики отдают предпочтение пятиядерному дизайну.

Тем не менее, говоря о производительности, разработчики обращают внимание на то, что часть операций, которые в SSD традиционно решаются программными методами, в контроллере Western Digital переданы специализированным аппаратным блокам. В частности, чтение данных из флеш-памяти и обработка существенной части NVMe-команд вообще не создают нагрузку на ARM-ядра, и за счёт этого контроллер Western Digital вполне органично вписывается во флагманские накопители с NVMe-интерфейсом.

Полностью аппаратным блоком в этом контроллере поддерживается и коррекция ошибок на основе LDPC-кодирования. Причём её реализация имеет эшелонированный трёхуровневый характер. При обычной работе контроллер использует сравнительно простой алгоритм, который не слишком эффективен с точки зрения коррекции ошибок, но зато работает очень быстро и с минимальными затратами энергии. На более же сильные варианты алгоритма (а их предусмотрено два) чип переключается только при возникновении реальной необходимости – когда ресурс ячеек памяти начинает подходить к концу.

В контроллере Western Digital реализовано четыре линии PCI Express 3.0 для связи с системой, причём на уровне логического интерфейса поддерживается новейший протокол NVM Express 1.3. Общение контроллера с флеш-памятью происходит по восьми каналам, но при этом чип может быть легко переключён в более легковесные конфигурации. Производитель собирается использовать его как во флагманском WD Black NVMe, так и в более простых NVMe-продуктах вроде SN520, где и внешний интерфейс, и внутренний параллелизм урезаны вдвое.

Текущая версия контроллера ориентирована на работу исключительно с трёхмерной BiCS-памятью, которая выпускается на фабриках SanDisk и Toshiba. Поэтому все актуальные NVMe-продукты Western Digital будут в ближайшее время полностью переведены на 64-слойную BiCS3 c TLC-организацией. Старая же версия WD Black с планарной TLC-памятью после истощения складских запасов из продажи исчезнет. Не так давно Western Digital анонсировала старт массового производства следующего поколения своей трёхмерной такой памяти, BiCS4 с 96 слоями, однако в потребительские NVMe-накопители устанавливать такую память компания в ближайшее время (как минимум до конца года) не планирует.

Таким образом получается, что аппаратная составляющая современного варианта WD Black NVMe не имеет совершенно ничего общего с прошлой версией одноимённого продукта. То же самое можно сказать и про программную часть. Вполне очевидно, что работа с новым контроллером и BiCS3-памятью потребовала кардинальных переделок прошивки. Поэтому не стоит удивляться и тому, что заодно изменилась и вся логика работы накопителя, включая SLC-кеширование.

Работа с TLC-памятью через промежуточный SLC-буфер – стандартная практика, используемая во всех потребительских SSD. Но алгоритмизируются эти операции по-разному. В новом WD Black NVMe для работы с SLC‑буфером реализована фирменная технология nCache 3.0 взамен второй версии этой технологии, использовавшейся в WD Black первоначально. По сути, это означает, что, хотя SLС-кеш так и остался в накопителе статическим, в логику работы SSD добавился режим прямой записи в TLC-память (direct-to-TLC). И теперь переполнение SLC-кеша не влечёт за собой существенного падения показателей производительности.

Наглядно это можно представить следующим графиком, на котором показано, как выглядит производительность обновлённой полутерабайтной модели WD Black NVMe при непрерывной последовательной записи.

Размер SLC-кеша остался таким же, как и был раньше: с высокой скоростью на SSD объёмом 500 Гбайт можно записать лишь около 5 Гбайт данных. Соответственно, на каждые 250 Гбайт ёмкости WD Black NVMe отведено 2,5 Гбайт высокоскоростной памяти, переведённой в SLC-режим. Ей удаётся обеспечивать скорость линейной записи порядка 2,4 Гбайт/с.

При исчерпании объёма SLC-кеша линейная скорость записи снижается до 840 Мбайт/с, что на самом деле всё равно очень достойно. В качестве примера можно напомнить, что первая версия WD Black не могла развить такую производительность даже при записи данных в кеш. И даже больше того, по скорости записи в TLC-память рассматриваемый WD Black NVMe оказывается быстрее, чем Samsung 970 EVO. Вот уж действительно неожиданность.

Совершенно закономерно, что принципиальные различия первой и второй версий WD Black нашли отражение и в официальных спецификациях. Теперь на сайте Western Digital приводятся такие характеристики флагманского продукта:

Здесь изменилось практически всё. Даже модельный ряд: в него введена модификация на терабайт, а объёмы стали кратны 250 Гбайт, а не 256 Гбайт, как было ранее. Но наибольшие перемены затронули показатели производительности. Скорости случайных операций у свежего варианта «чёрного» SSD на собственном контроллере Western Digital увеличились втрое, скорость последовательной записи выросла вчетверо, а на линейном чтении новые версии достигли ограничений, установленных пропускной способностью шины PCI Express 3.0 x4! На этом фоне практически теряется произошедшее увеличение разрешённого ресурса перезаписи, а ведь он тоже вырос примерно в два раза, позволяя пользователю перезаписывать ежедневно более половины полной ёмкости накопителя.

В итоге по заявленным в спецификации характеристикам WD Black NVMe выглядит уже совсем не как проба пера на новом рынке, а как зрелый и абсолютно конкурентоспособный продукт, способный на полном серьёзе потягаться с наиболее интересными NVMe-накопителями других производителей, пришедших в SSD-бизнес значительно раньше Western Digital.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

К данному моменту повествования стало уже совершенно ясно, что после появления второй версии WD Black NVMe приобретать старые версии NVMe-накопителя Western Digital не то что нет никакого смысла, а просто глупо. Отличить же новый вариант от старого не так уж и сложно даже на этапе поверхностного знакомства с ассортиментом, предлагаемым конкретной торговой точкой.

WD Black SSD: сверху – новый, снизу – старый

Во-первых, модельный ряд «правильных» накопителей сформирован из объёмов 250, 500 и 1000 Гбайт, в то время как до смены платформы Western Digital предлагала NVMe SSD ёмкостью 256 и 512 Гбайт. Во-вторых, окончание артикулов новых моделей приобрело вид «2X0C», а раньше маркировки оканчивались на «1X0C». В-третьих, в нижней части лицевой поверхности коробок новых WD Black NVMe добавилась пиктограмма «3D NAND» и явное указание на повысившуюся производительность «Up to 3400 MB/s read».

Изменился и вид самого накопителя. Самая очевидная перемена: SSD, которые Western Digital называет чёрными, теперь действительно чёрные. Первая же версия WD Black, как это ни странно, имела печатную плату синего цвета.

SSD получил односторонний дизайн, подразумевающий установку в «низкопрофильные» слоты. Микросхемы расположены с лицевой стороны и закрыты этикеткой. Наклейка эта – самая обычная, внутри неё нет никаких слоёв фольги. Зато она очень информативна: тут можно найти не только артикул и серийный номер, но и дату производства. Кроме того, на наклейке указано и альтернативное название WD Black NVMe, которое используется производителем при поставках SSD по OEM-каналам, – SN700. Кстати сказать, у новой версии WD Black NVMe существует и третья ипостась – этот накопитель также доступен под торговой маркой SanDisk под именем Extreme Pro.

Этикетка скрывает под собой ещё одну характерную особенность WD Black NVMe – особый дизайн печатной платы. Фирменный контроллер SanDisk 20-82-007011 здесь располагается по центру, а две микросхемы флеш-памяти разведены по краям M.2-модуля. Сделано это специально — инженеры Western Digital посчитали, что при такой компоновке у печатной платы получается более простая топология, а также эффективнее решается вопрос с теплоотводом.

Что же касается собственно микросхем, то массив флеш-памяти WD Black NVMe 500 Гбайт набран двумя чипами, в каждом из которых заключено по восемь 64-слойных 256-Гбит 3D TLC NAND-кристаллов производства SanDisk. Следовательно, восьмиканальный контроллер в составе рассматриваемого накопителя пользуется двукратным чередованием устройств в каждом канале. Обычно этого бывает достаточно для того, чтобы аппаратная платформа SSD могла раскрыть весь свой потенциал.

Рядом с контроллером установлена микросхема DRAM-буфера, необходимого для быстрой работы с таблицей трансляции адресов. Это единственный компонент в составе WD Black NVMe, который закупается производителем на стороне. В данном случае использован чип Micron ёмкостью 512 Мбайт, причём ставка сделана на сравнительно скоростную память – DDR4-2400.

С учётом того, что заявленная ёмкость рассматриваемой модификации WD Black NVMe составляет 500 Гбайт, пользователю в операционной системе будет доступен объём 466 Гбайт. Оставшиеся 44 Гбайт используются контроллером для SLC-кеширования (15 Гбайт), подменного фонда, выравнивания износа и для сборки мусора.

⇡#Программное обеспечение

К накопителям Western Digital всегда прилагается фирменная сервисная утилита SSD Dashboard, в которой реализованы все основные функции для их обслуживания. Новая версия WD Black NVMe, несмотря на смену контроллера и памяти, с ней полностью совместима.

При этом возможности утилиты за последний год практически не изменились, и удивить кого-нибудь она вряд ли сможет. Тем не менее претензий к SSD Dashboard никаких нет: она остаётся одной из самых полнофункциональных сервисных утилит такого рода.

Основные возможности SSD Dashboard: получение информации об установленном в системе SSD, включая данные об оставшемся ресурсе и текущем температурном режиме; мониторинг производительности накопителя в реальном времени; обновление микропрограммы через Интернет или из файла; выполнение операции Secure Erase и удаление каких-либо данных из флеш-памяти путём её принудительного зануления; выполнение SMART-тестов и просмотр SMART-атрибутов.

Стоит отметить, что возможности интерпретации параметров SMART, заложенные в SSD Dashboard, несколько богаче, чем информация, которую можно получить из независимых программ сторонних разработчиков.

А вот фирменного NVMe-драйвера для WD Black NVMe не предусмотрено. Поэтому работать с ним придётся через стандартный драйвер операционной системы, в свойствах которого для увеличения производительности и показателей в распространённых бенчмарках рекомендуется поставить галочку напротив опции «Отключить очистку буфера кеша записей Windows для этого устройства».

⇡#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 же 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, измерения мы проводили с установленными обновлениями микропрограммы процессора и операционной системы и с активированными «заплатками».

⇡#Список участников тестирования

Новая версия WD Black NVMe – многообещающий SSD, который претендует на то, чтобы попасть в пока сравнительно малочисленную группу накопителей с NVMe-интерфейсом, которые мы считаем действительно привлекательными по сочетанию цены и производительности вариантами. Поэтому в тестирование, помимо главного героя обзора, в первую очередь были вовлечены уже завоевавшие высокие оценки модели Samsung 970 EVO, Intel SSD 760p и ADATA XPG SX8200.

Кроме того, в тесте приняли участие первая версия WD Black и накопитель Plextor M9Pe, который можно условно считать гибридом старого и нового WD Black: в нём используется контроллер Marvell 88SS1093 и BiCS3-память.

К этому перечню в качестве ориентира мы добавили самый быстрый потребительский NVMe-накопитель Samsung 970 PRO, и в результате список протестированных моделей приобрёл следующий вид:

• ADATA XPG SX8200 480 Гбайт (ASX8200NP-480GT, прошивка SVN105);
• Intel SSD 760p 512 Гбайт (SSDPEKKW512G8, прошивка 001C);
• Plextor M9Pe 512 Гбайт (PX-512M9PeG, прошивка 1.05);
• Samsung 960 EVO 500 Гбайт (MZ-V6E500BW, прошивка 3B7QCXE7);
• Samsung 970 EVO 500 Гбайт (MZ-V7E500BW, прошивка 1B2QEXE7);
• Samsung 970 PRO 512 Гбайт (MZ-V7P512BW, прошивка 1B2QEXP7);
• Western Digital Black PCIe 512 Гбайт (WDS512G1X0C, прошивка B35900WD);
• Western Digital Black NVMe 500 Гбайт (WDS500G2X0C, прошивка 101020WD).

Используемые версии NVMe-драйверов:

• Intel Client NVMe Driver 4.0.0.1007;
• Microsoft Windows NVMe Driver 10.0.16299.371;
• Samsung NVM Express Driver 3.0.0.1802.

Стоит обратить внимание на то, что современные накопители весьма сильно расходятся по цене. Новый WD Black NVMe – это достаточно недорогая модель в своём классе, и прямыми конкурентами для неё являются не все SSD из списка участников тестирования. Для того чтобы дать полную картину, приведём средние цены по "Яндекс.Маркету" (для Москвы) на 26.07.2018:

⇡#Производительность последовательного чтения и записи

Первое впечатление о новой версии WD Black NVMe оказывается не слишком положительным. При тестировании линейных скоростей выясняется, что те показатели, которые были записаны в спецификации, достигаются исключительно на длинных и нереалистичных очередях запросов. Такая особенность была свойственна NVMe-накопителям прошлого поколения, но к настоящему моменту большинство разработчиков SSD смогли добиться того, чтобы высокие результаты можно было увидеть и при небольших очередях. Однако у инженеров Western Digital так не получилось, и по скорости последовательного чтения с обычными для десктопной нагрузки очередями запросов новый NVMe-накопитель Western Digital выигрывает лишь у своего предшественника, уступая всем остальным конкурентам.

Впрочем, результат WD Black NVMe образца 2018 года при записи не так уж и плох. Тут роль играет тот факт, что благодаря эффективному взаимодействию контроллера с BiCS3-памятью этот накопитель предлагает лучшую на сегодняшний день скорость прямой записи в TLC-память.

⇡#Производительность произвольного чтения

Скорость случайного чтения тоже трудно назвать сильной стороной нового WD Black NVMe. При типичной для персональных компьютеров невысокой глубине очереди запросов этот накопитель в лучшем случае может выдать лишь средние по современным меркам результаты. Любопытно, что при длинных очередях запросов относительная производительность WD Black NVMe выглядит значительно убедительнее, и это косвенно указывает на неплохой потенциал применённой в накопителе платформы. Однако это лишь теоретическое преимущество, реализовать которое на практике у разработчиков Western Digital пока не получилось. Тем не менее некоторая надежда, что это будет сделано позднее, с выходом последующих версий микропрограммы, всё-таки есть.

При этом нельзя не отметить, что прогресс, который демонстрирует свежая версия WD Black NVMe по сравнению с предшественницей, всё равно гигантский. Старый и новый SSD различаются принципиально, поэтому сейчас, когда на прилавках можно встретить одновременно оба варианта, трудно представить себе того, кто захочет осознанно отдать предпочтение прошлогодней версии.

⇡#Производительность произвольной записи

Хотя производительность WD Black NVMe при операциях чтения трудно было назвать впечатляющей, при случайной записи этот накопитель ставит настоящие рекорды, опережая не только все конкурирующие решения на базе TLC 3D NAND, но и даже флагманский Samsung 970 PRO с трёхмерной MLC-памятью. Это весьма интересный результат, который был бы очень значим, если бы речь шла о серверном SSD для хранения и обработки баз данных. Для большинства же потребительских сценариев скорость случайной записи – к сожалению, достаточно второстепенный показатель.

⇡#Производительность при смешанной нагрузке

А вот тут вот становится по-настоящему интересно. Вместе с самой высокой скоростью при операциях случайной записи обновлённому WD Black NVMe удаётся выдавать весьма впечатляющие результаты и при смешанных операциях, которые в типичных настольных системах встречаются повсеместно. Если речь идёт о смешанных линейных обращениях, то WD Black NVMe уступает лишь ADATA XPG SX8200 и Samsung 970 PRO, а при произвольных операциях он демонстрирует практически идентичные результаты с этими накопителями.

При этом нужно подчеркнуть, что хорошие скоростные характеристики WD Black NVMe демонстрирует почти на всём спектре распределения операций чтения и записи. Даже в том случае, когда на большинство операция чтения приходится незначительная доля операций записи, рассматриваемый накопитель остаётся в числе лидеров. А это значит, что высокой производительности от него вполне можно ожидать во многих реальных пользовательских сценариях.

⇡#Производительность в CrystalDiskMark

WD Black NVMe (2018) 500GB

Samsung 970 EVO 500GB

Несмотря на то, что CrystalDiskMark – простой бенчмарк, который не создаёт комплексных нагрузок и работает лишь с SLC-кешем накопителей, его результаты тоже весьма показательны. Куда ни посмотри – новый WD Black NVMe почти везде оказывается способен предложить лучшую производительность, чем текущий бестселлер Samsung 970 EVO. Получается, что Western Digital действительно удалось спроектировать удачный дизайн, недостатки которого такой тест, как CrystalDiskMark, выявить попросту не может.

⇡#Производительность в PCMark 8 Storage Benchmark 2.0

Совершенно закономерно, что новый WD Black NVMe, поразивший нас хорошей производительностью при смешанных операциях, находится на высокой позиции и на диаграмме PCMark 2.0. По производительности в реальных пользовательских задачах, которая как раз и измеряется в этом бенчмарке, новый накопитель Western Digital – очень интересное решение. Более высокими результатами, чем у главного героя, могут похвастать лишь Samsung 970 PRO и (внезапно) Plextor M9Pe, который после выхода новой прошивки 1.05 получил существенный прирост производительности в смешанных сценариях.

Одновременно заслуживает внимания и разрыв между первой и второй версиями WD Black. Смена аппаратной платформы, которую провернула Western Digital, позволила нарастить показатели производительности в приложениях более чем на 40 процентов. И если раньше NVMe-накопитель WD можно было охарактеризовать лишь как решение начального уровня, то теперь перед нами SSD, который вполне можно рекомендовать для высокопроизводительных систем.

Интегральный результат PCMark 8 нужно дополнить и показателями производительности, выдаваемыми накопителями при прохождении отдельных тестовых трасс, которые моделируют различные варианты реальной нагрузки. Дело в том, что при разноплановой нагрузке флеш-накопители могут вести себя каким-либо особым образом.

⇡#Производительность при реальной нагрузке

Хорошая производительность новой версии WD Black NVMe при смешанных операциях выступает залогом того, что этот накопитель не ударяет лицом в грязь и при работе с файлами. Фактически в лице новинки Western Digital мы получили самое производительное на данный момент решение, ориентированное на интенсивные файловые операции. Хотя это и кажется удивительным, «чёрная» новинка превосходит здесь в том числе и «исключительный» Samsung 970 PRO.

Но в роли первичного SSD новый WD Black NVMe всё-таки не так хорош. Недостаточно высокая производительность при операциях случайного чтения даёт о себе знать, и при запуске игр и приложений лучшую производительность показывают такие модели на базе TLC 3D NAND, как ADATA XPG SX8200 или Plextor M9Pe (с новой прошивкой). Впрочем, мы совсем не хотим записать WD Black NVMe в число аутсайдеров. Более того, этот накопитель быстрее, чем Samsung 970 EVO и 960 EVO. И одно только это – прекрасный аргумент в пользу того, что вторая версия WD Black NVMe – очень достойный продукт.

⇡#Деградация и восстановление производительности

Наблюдение за изменением скорости записи в зависимости от объёма записанной на диск информации — 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.

Поведение WD Black NVMe абсолютно типично для накопителя, построенного на базе памяти с трёхбитовыми ячейками. На графике чётко прослеживается три варианта производительности. При записи в сравнительно небольшой SLC-кеш, которым располагает этот накопитель, производительность составляет порядка 120 тысяч IOPS. Затем, при переходе к прямой работе с памятью в TLC-режиме, скорость записи падает до 60 тысяч IOPS. И в конце концов, когда в массиве флеш-памяти исчерпываются свободные страницы, быстродействие снижается до менее чем 30 тысяч IOPS.

Это не такие уж высокие результаты, зато на всём протяжении тестирования обновлённый WD Black NVMe демонстрирует отменную стабильность моментальной производительности, что говорит о хорошей оптимизации контроллера и микропрограммы. Честно говоря, постоянство моментальных показателей скорости у нового WD Black NVMe SSD может быть достойно даже серверных решений. И это косвенно указывает на то, что трёхъядерный контроллер у инженеров Western Digital получился очень удачным. Ведь среди потребительских решений столь же «ровными» результатами при длительных нагрузках до сих пор могли похвастать разве только накопители Samsung, основанные на мощном пятиядерном контроллере.

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.

Обработка команды TRIM никаких вопросов не вызывает — после её подачи производительность возвращается к первоначальному уровню. Это значит, что в современных операционных системах новый WD Black NVMe сможет жить без каких-либо признаков «старения» или «деградации».

Что же касается автономной работы технологии сборки мусора, то без конкретных указаний со стороны операционной системы она может высвободить под будущие операции лишь SLC-кеш. Подготовка же чистых страниц в основном массиве TLC-памяти при этом не ведётся. Тем не менее использовать WD Black NVMe в средах без поддержки TRIM вполне допустимо — это ещё одно положительное отличие данного накопителя от большинства конкурирующих решений.

Ещё один важный момент, связанный с TRIM, касается того, насколько большую нагрузку на контроллер вызывает обработка этой команды. Дело в том, что происходит это не так уже и незаметно для пользователя. 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 часто сталкиваются с эффектом временного замедления или даже с «фризами» накопителя. 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.

После удаления файла объёмом 32 Гбайт накопителю нужно около трёх секунд, чтобы привести себя в порядок. В течение этого срока он отвечает на внешние воздействия с заметной задержкой. Время отклика вырастает в 20-25 раз, а на одну секунду производительность падает до нуля даже при чтении. Поведение не из приятных, но справедливости ради стоит заметить, что у WD Black NVMe обработка TRIM происходит всё-таки быстрее, чем у конкурентов. Например, тот же Samsung 970 EVO 500 Гбайт после удаления аналогичного объёма информации тратил на приведение себя в порядок более 15 секунд, правда при этом он ни секунды не демонстрировал полного отказа от обработки поступающих на него команд.

⇡#Проверка температурного режима

Мы очень давно ждём, когда на рынке наконец появятся NVMe-накопители, которые не будут перегреваться без дополнительного охлаждения. Безусловно, сейчас найти подходящий радиатор для SSD совсем несложно, да и отводом тепла от слотов M.2 озаботились производители материнских плат. Тем не менее разработчики накопителей тоже не сидят сложа руки. Контроллеры переходят на более современные техпроцессы, а новый WD Black NVMe, согласно заверениям его создателей, в дополнение к этому получил термически оптимизированный дизайн печатной платы.

Для проверки того, как греется WD Black NVMe образца 2018 года на практике, мы последили за температурным режимом при его нагрузке последовательными операциями с глубиной очереди запросов в 32 команды. Измерения проводились на открытом стенде, какой-либо дополнительный обдув SSD воздушным потоком не производился.

При операциях интенсивного чтения ситуация выглядит достаточно позитивно. В простое температура накопителя составляет порядка 50 градусов, но включение нагрузки к существенному росту температуры не приводит. Иными словами, разогреть WD Black NVMe до троттлинга одним только чтением данных невозможно.

При записи рабочие температуры заметно повышаются, но до троттлинга дело вновь не доходит. Согласно спецификации, критическая температура для контроллера нового WD Black NVMe – 85 градусов. Но за пять минут интенсивной записи на SSD нам удалось разогреть тестовый накопитель лишь до 81 градуса, что не привело к вызванному срабатывающей термозащитой заметному снижению производительности.

Таким образом, WD Black NVMe можно смело отнести к числу NVMe-накопителей M.2-формата, практически не подверженных перегреву и троттлингу. В этом отношении его можно поставить на одну ступень с Samsung 970 EVO, тепловой режим которых тоже позволяет обходиться без применения каких-то специальных систем охлаждения.

⇡#Выводы

На рынок потребительских SSD с интерфейсом NVMe приходит настоящая конкуренция. Негласное правило о том, что лучшие накопители такого рода стоит искать среди предложений Samsung, окончательно утратило силу: рассмотренная сегодня новая версия WD Black NVMe – это уже третий продукт, который по сумме потребительских характеристик как минимум не хуже «эталонного» Samsung 970 EVO. Причём по ряду показателей быстродействия новому флагману Western Digital удаётся превзойти решение южнокорейского гиганта вообще без особого труда.

Секрет успеха переосмысленного WD Black NVMe во многом обусловлен появлением у этого производителя мощного контроллера, созданного для внутреннего использования инженерами SanDisk. Скомбинировав этот контроллер с 64-слойной TLC 3D NAND собственного производства, Western Digital получила отлично скроенную вертикально интегрированную платформу SSD, демонстрирующую блестящие показатели производительности на операциях записи и при смешанной нагрузке. И этого вполне хватило, чтобы первая же построенная на этой платформе модель предложила лидирующую производительность при двунаправленных файловых операциях или при работе в приложениях, обрабатывающих цифровой контент.

Вместе с тем новый WD Black NVMe оказался неплох и в других отношениях. Например, этот накопитель отличается достаточно умеренным тепловыделением. Условия гарантии выглядят как минимум не хуже, чем у того же Samsung 970 EVO. Для WD Black NVMe есть удобная и функциональная сервисная утилита. А кроме того, Western Digital, как и в случае с первой версией своего NVMe-накопителя, продолжает придерживаться достаточно демократичной ценовой политики. В этом списке преимуществ не хватает разве только поддержки аппаратного шифрования данных, но такая функция интересует лишь отдельных пользователей.

Правда, на данный момент наилучшее соотношение цены и быстродействия среди NVMe SSD потребительского класса предлагает всё-таки не новинка Western Digital, а протестированный нами пару месяцев назад ADATA XPG SX8200. Но у решения ADATA профиль производительности несколько смещён в сторону чтения и смешанных операций. А WD Black NVMe – вариант иного рода. Он будет явно выигрышнее при записи данных и в случае интенсивной работы с файлами. И нет ничего страшного в том, что SLC-кеш у накопителя Western Digital не столь объёмен, – WD Black NVMe может похвастать очень хорошей скоростью прямой записи непосредственно в TLC-память. Поэтому его можно смело выбирать для роли эдакого «рабочего диска»: с ней он справится заведомо успешнее любых других альтернатив.