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».