Обзор NVMe-накопителей Toshiba: XG5-P, XG5 и BG3

Внешний вид. Технические характеристики

Говоря о рынке твердотельных накопителей, компанию Toshiba можно смело отнести к числу ведущих игроков как минимум потому, что она располагает не только производством флеш-памяти, но и собственным отделом разработки, занятым созданием контроллеров и оригинальных дизайнов SSD. Подобную вертикальную интеграцию на сегодняшний день освоили лишь единицы. Но в дополнение к этому Toshiba смогла отвоевать и достаточно заметную рыночную долю, которая в прошлом квартале неожиданно превысила 10 процентов и благодаря которой Toshiba вышла на третье место по поставкам SSD после Samsung и Western Digital. Надо сказать, что для обывателя такая статистика звучит неожиданно, поскольку накопители Toshiba попадают в самосборные компьютеры крайне редко, да и просто мало распространены в розничной продаже. Однако факт остаётся фактом: сила Tohisba заключается в умении работать с OEM-производителями, и в готовых компьютерах или ноутбуках таких производителей как, например, Dell или MSI твердотельные накопители этой компании действительно встречаются сплошь и рядом.

Вместе с тем время от времени Toshiba предпринимает попытки расширить своё присутствие и на розничном рынке. Так, именно с этой целью ею в 2013 году был куплен американский бренд OCZ, под которым компания стала продавать свои избранные продукты. Но параллельно отдельные модели накопителей Toshiba пытается продвигать и под собственной торговой маркой, причём, что интересно, взаимно-однозначного соответствия между предложениями OCZ и Toshiba нет. Более того, с ростом популярности NVMe-интерфейса как средства подключения SSD-накопителей, Toshiba стала чаще использовать свою традиционную японскую торговую марку. В результате, текущий модельный ряд NVMe-накопителей Toshiba действительно заслуживает подробного знакомства: с одной стороны, он включает интересные по потребительским характеристикам продукты, а с другой, пусть и ограниченно, но его представители всё же встречаются на прилавках отечественных магазинов.

Сегодня мы познакомимся сразу с тремя NVMe SSD компании Toshiba: XG5-P, XG5 и BG3. Всех их объединяет то, что они основываются на фирменной 64-слойной TLC 3D NAND, которую компания выпускает под маркетинговым именем BiCS3 (Bit Cost Scalable). Мы уже неоднократно встречались с накопителями других поставщиков, построенными на базе такой памяти, и имеющийся опыт говорит о том, что трёхмерная память Toshiba имеет всё необходимое, чтобы быть хорошим фундаментом для создания SSD с удачным сочетанием производительности и цены. Особенно показателен в этой связи пример недавно побывавшего в нашей лаборатории WD Black NVMe. Этот накопитель показал, что BiCS3-память как минимум не уступает по характеристикам с 64-слойной флеш-памяти конкурентов, и при правильном подходе и должной оптимизации алгоритмов она может стать отличной основой для высокопроизводительных решений.

Правда, смущает одно «но». Все мы помним, что из всех вариантов 64-слойной TLC 3D NAND память Toshiba демонстрирует в тестах не слишком оптимистичную выносливость. Однако собственных накопителей японского производителя это вполне может и не касаться: существует высокая вероятность того, что для продуктов, выпускаемых под собственным именем, Toshiba выбирает лучшие полупроводниковые кристаллы, продавая на сторону менее удачный кремний.

В результате, сегодняшнее тестирование может стать источником новых откровений: в нём мы познакомимся с актуальными быстрыми NVMe-накопителями Toshiba, которые претендуют на то, чтобы потягаться с признанными флагманами. По крайней мере, об этом говорит их цена: стоят SSD компании Toshiba недёшево, а насколько это оправдано, мы узнаем ниже.

⇡#Toshiba XG5

XG5 на данный момент выступает базовым NVMe-предложением компании Toshiba. Сейчас у компании появилась более передовая модель XG6, в которой используется свежеиспечённая 96-слойная память BiCS4, но пока поставки этой новинки носят только пробный характер, поскольку производство трёхмерной памяти четвёртого поколения запущено у Toshiba лишь в пилотном режиме.

Что же касается Toshiba XG5, — это полностью отлаженный и обкатанный дизайн, в котором применяются компоненты, производимые серийно и большими тиражами. В основе накопителя лежит собственный контроллер Toshiba TC58NCP090GSD, разработанный силами инженеров японской компании. Известно про него немногое, но, если исходить из маркировки, то можно предположить, что этот контроллер является дальнейшим развитием чипа TC58NCP070GSB, применявшегося в OCZ RD400. Это может значить, что определённая поддержка в разработке новой платформы была оказана компанией Marvell, но никаких официальных подтверждений этому нет.

Массив флеш-памяти в Toshiba XG5 собран по восьмиканальной схеме, он составлен из устройств TLC 3D NAND третьего поколения ( Toshiba BiCS3). Архитектура BiCS3 определяет два размера кристаллов – 256 и 512 Гбит, и обе разновидности этой памяти используются в XG5. Память с меньшими ядрами ставится в версии накопителя объёмом 256 и 512 Гбайт, а память с ядрами ёмкостью 512 Гбит попадает в терабайтные модификации. Таким образом Toshiba добивается увеличения уровня параллелизма массива флеш-памяти, и даже младшие версии XG5 могут предложить достаточно высокие показатели производительности.

Спецификации Toshiba XG5 выглядят следующим образом:

Любопытно, что Toshiba решила не указывать для XG5 показатели производительности при случайной мелкоблочной нагрузке. Обычно так поступают для безбуферных дизайнов SSD, чтобы раньше времени не шокировать потенциальных покупателей, но в XG5 тактика «частичного умалчивания» скорее связана с чем-то другим. DRAM-буфер в этом накопителе предусмотрен, правда, он имеет несколько меньший, чем обычно, объём, и на каждый гигабайт ёмкости накопителя приходится по 512 Кбайт оперативной памяти.

Ещё одна любопытная деталь спецификаций – двойственность характеристик производительности: помимо базового уровня Toshiba приводит и другие, чуть более низкие показатели. Дело в том, что XG5 выпускается с двумя вариантами прошивки и те производители ноутбуков, для которых важнее время работы от батареи, могут заказать более медленную версию со сниженными энергетическими аппетитами.

Как и в любом другом потребительском накопителе на базе памяти с трёхбитовыми ячейками, высокие скорости при записи данных обеспечиваются алгоритмами SLC-кеширования. Кеш в XG5 реализован по статической схеме, причём его размер очень мал. Например, в версии SSD объёмом 1 Тбайт, размер кеша оказался порядка 3 Гбайт. И это значит, что при записи существенных объёмов данных пользователям этого SSD придётся столкнуться с падением производительности. Это хорошо видно на графике, показывающем скорость непрерывной линейной записи на XG5 объёмом 1 Тбайт большого файла.

При этом массив памяти, собранный из 16 устройств BiCS3 (как в XG5 объёмом 512 Гбайт или 1 Тбайт), может обеспечить достаточно неплохую скорость и при прямой записи в TLC-режиме – порядка 900 Мбайт/с. Но это ниже скорости прямой записи в память у лучших моделей конкурирующих NVMe SSD, например у WD Black NVMe или того же Samsung 970 EVO.

Внешне накопитель Toshiba XG5 выглядит достаточно непритязательно. Никаких радиаторов, и теплорассеивающих наклеек в стандартной комплектации не предусмотрено. Более того, очень хорошо видно, что это OEM-продукт: на той этикетке, что имеется на накопителе, приведён только артикул, и нигде нет маркетингового названия продукта.

Отдельного упоминания заслуживает тот факт, что все чипы на XG5 расположены на одной стороне M.2-платы форм-фактора 2280. Такая конструкция удобна для использования в тонких ноутбуках, где частенько применяются «заниженные» слоты. Добиться же компактности инженерам Toshiba удалось благодаря размещению всех полупроводниковых кристаллов BiCS3, составляющих массив флеш-памяти, всего в двух микросхемах. Например, в побывавшей в нашей лаборатории версии SSD объёмом 1 Тбайт каждая микросхема флеш-памяти содержала внутри себя по 8 кристаллов.

Согласно требованиям корпоративных заказчиков, XG5 поддерживает и шифрование. Именно для этого на этикетке приводится PSID-ключ. Однако реализованный в микропрограмме криптографический движок отвечает лишь стандарту TCG OPAL, то есть, работа с Windows BitLocker не поддерживается.

⇡#Toshiba XG5-P

XG5-P – это усовершенствованная версия предыдущего накопителя, которую компания Toshiba выпустила чуть позже изначальной версии. При анонсе этой модели говорилось об улучшенных скоростях при мелкоблочных операциях и о расширении модельного ряда в сторону увеличения предельных объёмов. Так, с выходом XG5-P стал доступен накопитель ёмкостью 2 Тбайт, правда при этом в обновлённую серию не вошли младшие версии.

В итоге, спецификации XG5-P приобрели следующий вид.

Здесь Toshiba уже не постеснялась сообщить показатели производительности при случайных операциях чтения и записи, однако высокими их не назовёшь: они примерно в полтора раза ниже, чем обещает Samsung 970 EVO или WD Black NVMe. Что же касается скоростей линейных операций, то по сравнению с XG5 они почти не изменились.

Улучшение характеристик в XG5-P прошло со сравнительно небольшими переделками на аппаратном уровне. Не изменился ни базовый контроллер, ни дизайн печатной платы. Рост же показателей производительности обусловлен тремя достаточно простыми шагами. Во-первых, внесением в микропрограмму оптимизацией. Во-вторых, увеличением степени параллелизма массива флеш-памяти. И в-третьих, увеличением ёмкости DRAM‑буфера.

Если в старших модификациях XG5 в микросхемы упаковывалось по 8 устройств BiCS3, то в XG5-P их уже по 16. Благодаря этому контроллер накопителя получил возможность пользоваться более эффективным четырёхкратным чередованием устройств в своих каналах. Кроме того, DRAM-буфер увеличился в объёме вдвое и приобрёл стандартный размер, посчитанный по формуле «1 Мбайт на 1 Гбайт».

При этом инженеры не стали трогать алгоритмы SLC-кеширования, которые в прошлой версии вызывали определённые нарекания из-за маленького объёма кеша. Но даже на 2-терабайтную версию XG5-P с высокой скоростью можно записать лишь всё те же 3 Гбайт данных. Вот как это выглядит на графике производительности линейной непрерывной записи:

Скорость прямой последовательной записи во флеш-память XG5-P выросла по сравнению с XG5 примерно на 10 процентов, но это вряд ли можно считать серьёзным достижением.

Внешне XG5-P почти не отличается от XG5. Выдаёт новую модификацию только использование микросхемы DDR3 производства Samsung, а не Nanya. Но это – малозначительное изменение.

Самое главное, что даже 2-терабайтная версия XG5-P сохранила односторонний дизайн. А значит, выпустив такой накопитель, Toshiba удовлетворила запросы производителей тонких ноутбуков, которые хотят устанавливать в свои системы SSD повышенной ёмкости. Тем более, что согласно спецификациям, XG5-P не стал ни более прожорливым, ни более горячим.

⇡#Toshiba BG3

BG3 – это совершенно особый и во многом уникальный NVMe-продукт компании Toshiba. Изначально он представляет собой одночиповый накопитель BGA (Ball Grid Array), ориентированный на OEM-рынок. Основная идея такого SSD заключается в том, что контроллер и кристаллы NAND-памяти помещены в единую BGA-упаковку размером 16×20 мм, которую можно монтировать непосредственно на печатные платы в миниатюрных устройствах вместо обычно применяющихся в таких случаях eMMC-устройств. Однако помимо BGA-версии, компания Toshiba решила предложить и «пользовательский» вариант BG3, выполненный в виде стандартного M.2-модуля, но с очень небольшими размерами, отвечающими форм-фактору 2230 (22×30 мм).

Вообще говоря, форм-фактор M.2 2230 поддерживается в компьютерном оборудовании достаточно редко. Поэтому Toshiba BG3 – это специфичный продукт. У BG3 есть более удобная для использования в массовых системах версия с размером 2242, она продаётся под именем Toshiba RC100. Однако для этого обзора мы получили от производителя именно BG3, и поэтому убедились воочию: накопители M.2 2230 поддерживает далеко не каждая материнская плата.

Toshiba развивает модельный ряд накопителей в BGA-исполнении с 2015 года. BG3 – это наиболее актуальный SSD такого рода, который, как и описанные выше XG5 и XG5-P, использует в своей конструкции флеш-память Toshiba BiCS3 – TLC 3D NAND третьего поколения с 64 вертикально расположенными слоями. Для таких накопителей разработчики Toshiba используют какие-то особенные контроллеры, про устройство которых нет вообще никаких подробностей. Однако, судя по всему, это – достаточно интеллектуальные по своим свойствам решения.

Хотя одночиповый дизайн SSD и кажется достаточно интересной находкой, нужно понимать, что такая миниатюризация не обходится бесплатно. Подобные накопители имеют ограниченную ёмкость, а кроме того, они не могут пользоваться широкими интерфейсными шинами. Так, Toshiba BG3 подключается к системе всего по двум линиям PCI Express 3.0. Максимальный же объём такого устройства составляет 512 Гбайт. Ещё одно ограничение – отсутствие в конструкции накопителя DRAM-буфера. Поэтому BG3 – это некий компромисс между размером и производительностью. Но зато явный выигрыш достигается в тепловыделении и энергопотреблении. Тот же BG3 где-то в полтора-два раза экономичнее любого другого NVMe SSD.

При этом не стоит думать, что Toshiba BG3 – это совсем плохой по производительности накопитель. Его спецификации приведены ниже, и по ним видно, что он будет побыстрее некоторых полноценных десктопных решений, например, того же Kingston A1000.

Секретный ингредиент безбуферного Toshiba BG3 кроется в поддержке технологии NVMe Host Memory Buffer (HMB), о которой мы подробно говорили в обзоре Transcend SSD 110S. Суть заключается в том, что в совместимых операционных системах (например, в актуальных сборках Windows 10) BG3 может использовать для своих нужд основную оперативную память, обращаясь к ней напрямую через шину PCI Express в DMA-режиме. Это позволяет накопителю не терять в производительности при мелкоблочных операциях, как происходит с прочими моделями SSD, лишёнными собственной DRAM. При этом по поводу расхода основной системной памяти переживать не стоит: накопитель резервирует для своих нужд лишь порядка 10 Мбайт.

Помогает поднять производительность и технология SLC-кеширования. В BG3, как и в других накопителях Toshiba, она реализована по статической схеме, но объём кеша увеличен: запись в ускоренном режиме возможна для достаточно больших объёмов информации. Так, при последовательной записи данных на свободный BG3 ёмкостью 512 Гбайт можно наблюдать следующую картину производительности.

Запись в SLC-режиме осуществляется со скоростью порядка 900 Мбайт/с, и на чистый накопитель в таком темпе можно записать примерно 16 Гбайт информации. В TLC-режиме скорость линейной записи падает до больше характерных для SATA SSD 400 Мбайт/с, но справедливости ради нужно отметить, что обычные пользователи с ней вряд ли столкнутся.

Получается, что несмотря на однокристальное исполнение, BG3 – это вполне нормальный бюджетный NVMe-накопитель, использующий для подключения шину PCI Express 3.0 x2. Главная его особенность – отнюдь не какая-то нехарактерная производительность, а внешний вид. И посмотреть на него определённо стоит: столь маленьких по размеру SSD в нашей лаборатории ещё не бывало.

Действительно: на печатной плате смонтирована всего одна микросхема, в которой уместилось всё. Помимо контроллера в микросхеме приведённого на фотографии накопителя объёмом 512 Гбайт находится восемь кристаллов BiCS3-памяти объёмом по 512 Гбит. Правда, справедливости ради стоит отметить, что вокруг неё на BG3 всё же присутствует некоторое количество дополнительных электронных компонентов, которые реализуют схему питания. Но всё равно, размер накопителя сопоставим с габаритами SD-карты, и это впечатляет. Такие миниатюрные SSD наверняка подойдут не только для компактных мобильных компьютеров, но и, например, для устройств IoT.

Тестирование. Выводы

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

⇡#Список участников тестирования

В сегодняшнем обзоре тестируется сразу три накопителя компании Toshiba, и для сравнения с ними мы выбрали наиболее популярные потребительские NVMe SSD из разных ценовых категорий. Список протестированных моделей получил следующий вид:

• ADATA XPG SX8200 480 Гбайт (ASX8200NP-480GT, прошивка SVN105);
• Kingston A1000 480 Гбайт (SA1000M8/480G, прошивка E8FK11.G);
• Samsung 970 EVO 1 Тбайт (MZ-V7E1T0BW, прошивка 1B2QEXE7);
• Samsung 970 PRO 1 Тбайт (MZ-V7P1T0BW, прошивка 1B2QEXP7);
• Toshiba XG5-P 2 Тбайт (KXG5APNV2T04, прошивка AFGA4102);
• Toshiba XG5 1 Тбайт (KXG5AZNV1T02, прошивка AAGA4102);
• Toshiba BG3 512 Гбайт (KBG3AZMS512G, прошивка ADGA0101)
• Transcend SSD 110S 512 Гбайт (TS512GMTE110S, прошивка R0213A3);
• 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.

⇡#Производительность последовательного чтения и записи

При линейных операциях накопители Toshiba никаких особо выдающихся результатов не показывают. Если говорить про XG5 и XG5-P, то они быстрее NVMe SSD младшего уровня, но проигрывают Samsung 970 EVO и близким к нему по производительности решениям. А безбуферный BG3 оказывается похож на Kingston A1000 – один из самых слабых накопителей с NVMe-интерфейсом.

Также нужно отметить, что объявленная в спецификациях накопителей Toshiba скорость чтения достигается лишь при увеличении глубины очереди запросов до 8 команд, что является совершенно нереалистичным сценарием.

⇡#Производительность произвольного чтения

Результаты Toshiba XG5-P, XG5 и BG3 находятся в нижней части диаграммы и при тестах скорости случайного чтения. Накопители японского производителя проигрывают не только предложениям класса Samsung 970 PRO, но и более простым решениям уровня Samsung 970 EVO или ADATA XPG SX8200.

Любопытно, что при мелкоблочной нагрузке XG5 оказывается заметно быстрее, чем формально более скоростной XG5-P. Кроме того, несколько удивляет невысокий результат BG3. Да, это безбуферная модель, но как показывает пример Transcend SSD 110S, технология HMB может почти полностью компенсировать этот изъян в конструкции. Однако в случае с Toshiba BG3 так почему-то не получается.

⇡#Производительность произвольной записи

При произвольной записи результаты рассматриваемых накопителей Toshiba выглядят несколько лучше, чем при других вариантах нагрузки. И в случае конвейеризации запросов флагманские предложения компании, XG5 и XG5-P, даже оказываются в группе лидеров вместе с WD Black NVMe и Samsung 970 PRO. Но BG3, в отличие от своих собратьев, при этом демонстрирует категорически низкие скорости, что вновь вызывает сомнения в корректности работы в этом накопителе технологии HMB.

⇡#Производительность при смешанной нагрузке

Смешанные сценарии нагрузки – один из наиболее интересных тестов, лучше всего отражающих то, как накопители ведут себя в реальных условиях. И здесь Toshiba XG5 и XG5-P занимают место между NVMe SSD среднего и младшего уровня, а BG3 играет в «низшей лиге», где показывает достойную производительность лишь при последовательных операциях.

⇡#Производительность в CrystalDiskMark

Toshiba BG3 512GB

Toshiba XG5 1TB

Toshiba XG5-P 2TB

Любопытно, что результаты тестирования в любительском тесте CrystalDiskMark рисуют несколько иную картину по сравнению с тем, что мы видели в профессиональном бенчмарке IOMeter. Очевидно, что связано это с крайне небольшим размером тестового файла, который использует CrystalDiskMark. В результате, приведённые скорости – это та производительность, которая достигается, когда все данные попадают исключительно в SLC-кеш накопителя, а в случае BG3 – когда размера HMB-буфера хватает для обслуживания мелкоблочных обращений.

Удивительно, но по этим результатам производительность предложений Toshiba оказывается сопоставима со скоростью Samsung 970 EVO во всём, что касается однопоточных случайных операций. Проигрывают XG5, XG5-P и BG3 массовому накопителю южнокорейской компании лишь при линейной или многопоточной нагрузке.

⇡#Производительность в PCMark 8 Storage Benchmark 2.0

В тесте PCMark8, который моделирует работу накопителей в различных приложениях, результаты Toshiba XG5 и XG5-P оказываются неожиданно высоки. Эти накопители уступают лишь только Samsung 970 PRO, превосходя всех конкурентов, использующих TLC 3D NAND разных типов.

Toshiba BG3, напротив, выдаёт очень низкий результат, похожий больше на показатель SATA-накопителя, и совсем нехарактерный для NVMe-модели, пусть и использующей лишь две линии PCI Express 3.0.

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

Обычная файловая нагрузка ставит накопители Toshiba в положение середнячков. XG5-P и XG5 проигрывают WD Black NVMe и выдают производительность на уровне ADATA XPG SX8200. Младшему BG3 при этом удаётся обойти Kingston A1000, что для безбуферной модели – весьма неплохое достижение.

В сценариях, связанных с запуском игр и программ результаты модели XG5-P вновь оказываются хуже, чем у «простого» XG5. Впрочем, оба эти накопителя предлагают вполне достойный уровень производительности и определённо могут использоваться в качестве системных. Более того, радует своими результатами и BG3. Это значит, что эта миниатюрная модель тоже может стать отличным системным диском – главное, не накладывать на неё слишком высокие нагрузки и не возлагать работу с большими объёмами данных.

В итоге, получается достаточно любопытная картина. В синтетических тестах IOMeter, в которых мы выполняем интенсивные обращения к большим объёмам данных, накопители Toshiba показывают достаточно блеклую производительность. Однако в реальных пользовательских сценариях, которые обращаются к накопителям в менее концентрированном режиме, предложения Toshiba сразу начинают смотреться значительно лучше. И это значит, что рассмотренные сегодня SSD – типично потребительские решения, которые можно применять в среднестатистических десктопах и ноутбуках, но не стоит ставить в рабочие станции или какие-то системы, где от дисковой подсистемы может требоваться высокая скорость в тяжёлых режимах.

⇡#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 Toshiba XG5 и XG5-P абсолютно типично для накопителей, построенных на базе памяти с трёхбитовыми ячейками. На графике чётко прослеживается три варианта производительности: при записи в сравнительно небольшой SLC-кеш, при работе с памятью в TLC-режиме, и, в конце концов, после однократного заполнения массива флеш-памяти, когда пул свободных страниц полностью исчерпан. При этом на всём протяжении тестирования оба накопителя демонстрируют отменную стабильность моментальной производительности, что говорит о хорошей оптимизации контроллера и микропрограммы.

Подобный график для Toshiba BG3 мы строить не стали. Производительность этого безбуферного накопителя при работе с мелкоблочными операциями записи настолько низка, что он бы получился совершенно непоказательным. Кроме того, для полного заполнения BG3 данными при случайных операциях записи требуется почти шесть часов.

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 Toshiba XG5 и XG5-P смогут 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 не ведётся. Но это в целом – типичное положение дел для потребительских накопителей с интерфейсом NVMe.

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 Toshiba XG5 и XG5-P тратят на обработку TRIM в районе 7-8 секунд. Это не самый лучший показатель, но справедливости ради стоит отметить, что во время инициируемых командой TRIM операций с флеш-памятью производительность накопителей Toshiba не падает до нуля, и «в ступор» они не впадают. Если судить по скорости случайного чтения, быстродействие снижается всего лишь где-то на треть.

Обработка TRIM у Toshiba BG3 проходит с большим трудом. Здесь через некоторое время после удаления большого файла производительность падает на несколько секунд до нуля, а задержки вырастают до долей секунды. Иными словами, пользователям Toshiba BG3 придётся столкнуться с той самой неприятной ситуацией, когда после удаления крупных файлов обращения к накопителю будут приводить к «подвисаниям» всей системы на несколько секунд.

⇡#Проверка температурного режима

Проектируя свои накопители с прицелом на интересы OEM-клиентов, Toshiba просто обязана была уделить особое внимание оптимизации тепловыделения. Потребители SSD японской компании в большинстве своём – это производители ноутбуков, а в мобильных системах организовать хорошее охлаждение для накопителя в форм-факторе M.2 не так-то просто.

И как показала практическая проверка, XG5 и XG5-P, действительно, перегреваются достаточно редко. Температурный лимит для всех накопителей Toshiba установлен в 80 градусов, и на графиках далее показано, как выглядит тепловой режим XG5 и XG5-P при интенсивной нагрузке. Для практической проверки мы нагружали тестовые накопители последовательными операциями с глубиной очереди запросов в 32 команды. Измерения проводились на открытом стенде, какой-либо дополнительный обдув SSD воздушным потоком не производился.

Наилучшим образом проявляет себя XG5: до того, как его температура достигает критической отметки, проходит почти три минуты. Столь продолжительные операции записи с максимальной скоростью в типичном персональном компьютере вряд ли возможны, поэтому этот накопитель можно считать условно не подверженным троттлингу. Тем более, что снижение скорости при достижении критической температуры у него практически незаметно.

XG5-P в этом плане похуже. До 80-градусной границы он разогревается где-то за минуту, а потом включается троттлинг, который срезает производительность примерно на четверть.

Но самый горячий SSD из участников сегодняшних тестов – Toshiba BG3. Даже при бездействии его температуры находятся в интервале от 70 до 75 градусов, и поэтому неудивительно, что перегрев возникает при любых сколь-нибудь серьёзных операциях почти сразу.

Троттлинг у BG3 в нашем эксперименте включился уже через 20 секунд после начала записи. Производительность при этом упала примерно вдвое и потеряла какую-либо стабильнось. И это значит, что несмотря на компактность данного устройства, полноценно использовать его в небольших корпусах без хорошего охлаждения будет проблематично. Более того, проблема с перегревом BG3 возникает не только при записи. Аналогичным образом этот накопитель ведёт себя и при чтении данных.

⇡#Выводы

Накопители компании Toshiba нельзя отнести к числу абсолютных лидеров в своих классах, однако в целом они показывают себя достаточно неплохо. Японскому производителю удалось создать сразу несколько вертикально интегрированных платформ SSD, которые имеют неплохие шансы вписаться в имеющийся ландшафт на рынке потребительских твердотельных накопителей с интерфейсом NVMe. И пусть Samsung 970 EVO или WD Black NVMe кажутся более интересными и производительными решениями, у тех накопителей, что предлагает Toshiba, есть свои козыри.

Toshiba XG5 показал себя как неплохой NVMe-накопитель среднего уровня, который способен раскрывать свой потенциал при не слишком тяжёлых пользовательских нагрузках. Представляется, что такой SSD может стать достойным вариантом для ноутбуков, ведь XG5 имеет «тонкий» односторонний дизайн и отличается не слишком сильным нагревом.

Toshiba XG5-P похож по своим свойствам на ординарный XG5, но интересен существованием версии объёмом 2 Тбайт. Если брать в рассмотрение именно такой объём, то выбор M.2 NVMe-накопителей оказывается совсем невелик, и при такой постановке вопроса XG5-P может оказаться наиболее приемлемым вариантом.

Что же касается Toshiba BG3, то это – вообще единственный доступный на рынке M.2-накопитель форм-фактора 2230 и уже одно только это делает его имеющим право на жизнь.

Впрочем, с рассмотренными накопителями Toshiba есть одна серьёзная проблема: они редко встречаются в продаже и при этом отнюдь не дёшевы.