Обзор SATA SSD-накопителя Samsung 860 QVO: 10 тысяч за терабайт

Ни для кого не является секретом, что подавляющее лидерство на рынке твердотельных накопителей удерживает Samsung. Южнокорейская компания смогла построить чрезвычайно эффективный вертикально интегрированный бизнес. Она производит для своих SSD флеш-память, а также сама разрабатывает для них контроллеры и платформы. Причём и то и другое делает настолько старательно, что в результате и память, и контроллеры могут похвастать передовыми характеристиками. Поэтому совсем неудивительно, что получающиеся из таких компонентов накопители становятся лидерами в своих нишах и пользуются громадной популярностью. И массовый NVMе-накопитель 970 EVO, и крепкий середнячок 860 EVO, и даже флагманский 970 PRO продаются у Samsung в огромных количествах: все эти три продукта находятся в числе бестселлеров как на американском рынке (по данным Amazon), так и в России (по данным «Яндекс.Маркета»).

Поэтому доля Samsung на глобальном рынке SSD, которая в прошлом квартале зафиксирована на уровне в 38,7 %, кажется вполне обоснованным достижением. Удивление же вызывает совсем другое. Столь впечатляющих успехов и как минимум троекратного превосходства по объёмам поставок над любым другим производителем Samsung смогла добиться, фактически ничего не предлагая в бюджетном сегменте. Любой из популярных SSD южнокорейской компании стоит заметно дороже накопителей начального уровня, но тем не менее потребители всё равно предпочитают именно Samsung.

Время от времени Samsung решается на эксперименты и выдаёт небольшие партии дешёвого ширпотреба вроде SSD серий 650, 750 EVO или 850. Однако поставки таких накопителей никогда не носили действительно массового характера и, вероятно, должны классифицироваться как неудачные вылазки в нижнюю часть рынка. В результате к сегодняшнему дню Samsung, похоже, достигла своего потолка на потребительском рынке: для расширения экспансии она остро нуждается в полноценном расширении модельного ряда в сторону недорогих устройств. Понимают это и в самой Samsung, поэтому появление новинки, о которой мы будем говорить сегодня, — твердотельного накопителя 860 QVO — было лишь делом времени. Samsung нуждалась в стабильном продукте для бюджетного сегмента, она его и сконструировала. Причём для него была выбрана технологически новая начинка, позволяющая действительно радикально снизить себестоимость и перевести накопитель на иной с точки зрения позиционирования уровень. Эта начинка – трёхмерная флеш-память с четырёхбитовыми ячейками, QLC 3D V-NAND.

Если обратиться к истории, то можно вспомнить, что изначально SSD зашли на рынок как профессиональные решения для специалистов и энтузиастов. И это во многом было связано с их ценой: ещё в 2012 году удельная стоимость «твердотельного гигабайта» составляла примерно $1,1. Однако затем произошли заметные изменения, которые были спровоцированы приходом на рынок накопителей, построенных с применением памяти с трёхбитовыми ячейками – TLC NAND. В период с 2012 по 2016 год цена на SSD падала примерно на 28 % в год, снизившись в конце концов до уровня $0,3 за гигабайт. В этот же период производители памяти смогли разрешить и главную проблему TLC NAND – невысокую надёжность. Здесь помог переход в третье измерение и начало выпуска в 2014 году многослойной TLC 3D NAND.

Однако с 2016 года цена флеш-памяти и твердотельных накопителей почти перестала снижаться. Дело в том, что к этому моменту основная масса производителей NAND уже перешла на производство трёхмерной трёхбитовой памяти, и дальнейшее движение цен вниз могло быть инициировано только за счёт каких-то новых технологий или подходов. Память с четырёхбитовыми ячейками как раз и должна стать таким новым подходом и, как следствие, катализировать расширение ареала обитания твердотельных накопителей. Как прогнозируют аналитики, благодаря появлению QLC-памяти удешевление SSD в ближайшее время возобновится, и падение цены на 30 % в год вновь станет привычной ситуацией.

Стоимость механических HDD сейчас находится на уровне $0,03 за гигабайт, и считается, что возможностей для её заметного изменения в ближайшие несколько лет не предвидится. А это значит, что примерно к концу 2021 года мы придём к менее чем троекратному разрыву в стоимости хранения информации на HDD и SSD. В эту сторону и должен потянуть рынок новый Samsung 860 QVO, став не только привлекательным предложением для покупателей с ограниченным бюджетом, но и ценовым ориентиром для других производителей SSD. Попутно внедрение QLC 3D V-NAND решает и ещё одну задачу: оно открывает и возможности для роста предельных ёмкостей твердотельных накопителей.

Иными словами, Samsung 860 QVO – это не только интересный накопитель с привлекательной стоимостью, но и революционный SATA SSD, закладывающий фундамент дальнейших рыночных изменений. Есть лишь только одно но: переход на повсеместное использование QLC-памяти может отрицательно повлиять на базовые характеристики — надёжность и производительность. Не значит ли это, что прогресс толкает нас в сторону менее качественных изделий? Давайте посмотрим, как QLC-накопитель Samsung 860 QVO выглядит на фоне TLC-предшественников. Наша лаборатория как раз получила для тестов экземпляр новинки.

⇡#Технические характеристики

Сколь бы ни казался Samsung 860 QVO новаторским и непривычным, этот накопитель на логическом уровне очень похож на 860 EVO. Естественно, в нём используется немного другая память, но в целом все принципы конструкции остались ровно теми же, что и в TLC-модели с SATA-интерфейсом. Вплоть до того, что новый SSD основывается на всё том же восьмиканальном контроллере Samsung MJX, поддержка четырёхбитовой памяти к которому «прикручена» программным путём – микропрограммой. То есть, несмотря на то, что 860 QVO – это новинка с принципиально новой четырёхбитовой памятью внутри, никакой коренной переделки привычной самсунговской SATA-платформы при этом не произошло.

И это – достаточно неплохая новость, особенно если вспомнить о том, что Samsung MJX – контроллер, который в обязательном порядке нуждается в дополнительном DRAM-буфере. Ведь это значит, что, хоть Samsung 860 QVO и позиционируется в качестве решения начального уровня, он – не безбуферное решение, визитной карточкой которых выступает удручающе низкая производительность при мелкоблочных операциях. Иными словами, целью южнокорейских разработчиков при создании 860 QVO тотальная экономия всё-таки не была, и по возможности они старались добиться от QLC-новинки более высокой производительности.

Тем не менее нужно понимать, что скоростные параметры Samsung 860 QVO в любом случае будут хуже, чем у 860 EVO. Работа четырёхбитовой флеш-памяти построена на использовании не восьми, как в TLC-памяти, а шестнадцати различных уровней заряда в ячейках, правильно программировать и распознавать которые заведомо сложнее. По этой причине работа с массивом QLC 3D V-NAND в 860 QVO порождает более высокие задержки, которые в конечном итоге выливаются в более низкую производительность.

Кроме того, есть и ещё одно обстоятельство. Память, которую Samsung производит для 860 QVO, – это 64-слойная QLC 3D V-NAND четвёртого поколения с полупроводниковыми кристаллами ёмкостью в 1 Тбит (128 Гбайт). Следовательно, массив флеш-памяти, составленный из таких компонентов, в любом случае будет иметь вдвое меньшую степень параллелизма по сравнению с массивом аналогичной ёмкости, но на базе современной 64-слойной TLC 3D V-NAND, где ёмкость кристаллов составляет 512 Гбит. Что тоже отрицательным образом сказывается на производительности.

Впрочем, если обратиться к официальным спецификациям Samsung 860 QVO, то никакого особого беспокойства за скоростные параметры не возникает.

Однако нужно понимать, что заявленные паспортные скорости учитывают технологию SLC-кеширования, которая у 860 QVO, естественно, есть. Более того, новый накопитель унаследовал от 860 EVO фирменный самсунговский алгоритм Intelligent TurboWrite. Его суть заключается в том, что в дополнение к стандартной статической части памяти, работающей в быстром SLC-режиме, он динамически выделяет под SLC-кеш добавочное место из массива основной QLC-флеш-памяти (при условии наличия на накопителе незанятого пользовательскими данными пространства). В результате объёмы информации, которые можно писать на Samsung 860 QVO с высокой скоростью, оказываются вполне достаточны для подавляющего большинства пользовательских сценариев.

Высокие объёмы быстрого кеша должны «спасать» Samsung 860 QVO от попыток работать с памятью напрямую, что, как показывает практика, оборачивается катастрофическим падением скорости.

Для примера мы построили графики производительности линейной записи на Samsung 860 EVO и 860 QVO объёмом 1 Тбайт. И как следует из полученных данных, объём SLC-кеша у этих накопителей одинаков, а вот производительность при записи напрямую в массив памяти в TLC- или QLC-режиме принципиально различается.

В то время как скорость прямой записи в массив TLC 3D V-NAND у Samsung 860 EVO 1 Тбайт составляет порядка 420 Мбайт/с, Samsung 860 QVO 1 Тбайт пишет данные в свой массив QLC 3D V-NAND почти в шесть раз медленнее – со скоростью лишь около 75 Мбайт/с. Расплата за 33-процентное увеличение плотности хранения информации в QLC-ячейках и за двукратный рост объёма кристаллов оказывается жестокой.

Но надо иметь в виду, что Samsung 860 QVO 1 Тбайт – это самый медленный вариант самсунговского QLC-накопителя, который построен всего на восьми устройствах QLC 3D V-NAND. Версии же ёмкостью 2 и 4 Тбайт, исходя из их архитектуры, должны обеспечивать вдвое более высокую производительность прямой записи в четырёхбитовом режиме. К тому же они обладают и существенно большим объёмом SLC-буфера, а значит, вероятность столкнуться с падением производительности при взаимодействии с ними гораздо меньше.

Производительность прямой записи в QLC-память у Samsung 860 QVO 1 Тбайт даёт однозначный ответ на вопрос, почему модельный ряд начинается именно с терабайта. В накопителе такой ёмкости контроллер MJX пользуется для взаимодействия с флеш-памятью всеми своими восемью каналами, но скорость записи всё равно получается, мягко говоря, низкой. Поэтому если бы Samsung решила выпустить 860 QVO вдвое меньшего размера с четырёхканальным массивом флеш-памяти, это был бы эпически медленный накопитель. Так что расширения модельного ряда вниз ждать не следует.

А вот выход Samsung 860 QVO объёмом 8 Тбайт – вполне реальная перспектива, которая, вероятно, будет реализована. Контроллер MJX поддерживает до 64 устройств NAND, поэтому собрать на его основе накопитель такой ёмкости инженеры Samsung смогут в любой момент. Другое дело, что стоить он будет более $1 000, и в сегодняшних реалиях спрос на такой продукт вряд ли возникнет.

Не стоит думать, будто переход на QLC 3D V-NAND позволяет кратно снизить стоимость SSD. Увеличение битности ячейки с трёх до четырёх – это всего лишь 33-процентный прирост плотности хранения информации, поэтому в лучшем случае (даже без учёта неизменности стоимости остальной аппаратной платформы – контроллера и DRAM) себестоимость Samsung 860 QVO может быть меньше, чем у Samsung 860 EVO, всего на четверть. Именно так и рассчитаны официальные цены на новинку: накопители на QLC 3D V-NAND дешевле симметричных собратьев на базе TLC 3D V-NAND на 25 %.

Но справедливости ради нужно упомянуть, что официальная цена была скорректирована в последний момент перед анонсом. Изначально Samsung предлагала продавать 860 QVO ещё дешевле, что ясно даёт понять, что существует задел для уценки QLC-новинок в обозримом будущем.

Ещё один больной вопрос касается надёжности. Работа QLC 3D V-NAND построена на двукратном увеличении числа сигнальных состояний каждой ячейки по сравнению с TLC 3D V-NAND, и это означает, что такие ячейки могут быть более капризны – быстрее изнашиваться и сильнее подвергаться эффекту взаимного влияния. Очевидно, что всё это должно отражаться на времени жизни накопителя, поэтому совсем неудивительно, что Samsung сократила срок гарантии на 860 QVO до трёх лет. Кроме того, для этого SSD заданы более жёсткие, чем для 860 EVO, рамки по разрешённым объёмам перезаписи. Так, производитель готов нести ответственность за свой продукт только в том случае, если он за время жизни будет перезаписан не более 360 раз.

Впрочем, вполне возможно, что с ресурсом 860 QVO всё вовсе не так страшно. Применённая в этом накопителе QLC 3D V-NAND производится ровно по тому же технологическому процессу, что и самсунговская TLC 3D NAND четвёртого поколения с 64 слоями. Как показывают наши тесты, экземпляры накопителей, построенные на такой трёхбитовой памяти, оказываются весьма и весьма выносливы и сравнимы по времени жизни с SSD других производителей на базе MLC NAND. Поэтому можно предположить, что от Samsung 860 QVO можно ожидать как минимум не худшей надёжности, чем от обычных TLC-накопителей. Следовательно, сторониться новинки причин нет. Тем более что это – далеко не первый SSD на базе QLC 3D NAND, а пользователи построенных на четырёхбитной памяти Intel SSD 660p и Crucial P1 ни о каких случаях преждевременного массового падежа накопителей не сообщают.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Знакомство с конструкцией Samsung 860 QVO мы проводили на примере накопителей двух версий – объёмом 1 и 2 Тбайт. Однако различия между ними небольшие: разница лишь в конструкции используемых микросхем памяти – они собраны с применением различного числа штабелированных внутри полупроводниковых кристаллов. В остальном же накопители очень похожи.

Внешнее исполнение представителей серии Samsung 860 QVO осталось ровно тем же, что и у 860 EVO. Новые SSD помещены в традиционный 2,5-дюймовый алюминиевый корпус, на лицевой стороне которого краской нанесён логотип Samsung и чёрный квадрат – своего рода мнемоническая отсылка принадлежности продукта к бюджетному сегменту. Оборотная сторона корпуса несёт на себе наклейку с названием модели, ёмкостью, артикулом, серийным номером, датой выпуска, ключом PSIM (для сброса пароля шифрования) и прочими вспомогательными сведениями. Фактически в оформлении нового продукта изменился лишь цвет. Раньше Samsung красила свои 2,5-дюймовые SSD чёрной краской, накопители же на базе QLC 3D V-NAND стали графитово-серыми.

Внутренности 860 QVO вряд ли удивят того, кто хоть раз заглядывал под крышку Samsung 860 EVO или хотя бы видел фотографии «потрохов» этого SSD. Дело в том, что размеры и компоновка печатной платы практически не изменились: это всё такой же небольшой кусочек текстолита, на котором ютятся контроллер, две микросхемы флеш-памяти и DRAM-буфер.

Но всё же печатная плата, используемая в Samsung 860 QVO, немного отличается от платы 860 EVO. Иными словами, дизайн моделей на базе TLC- и QLC-памяти не унифицирован, хотя совместимость контроллера MJX с четырёхбитовой памятью решается исключительно программным путём.

Samsung 860 QVO 1 Тбайт

Samsung 860 QVO 1 Тбайт

Помимо двухъядерного контроллера Samsung MJX (кодовое имя MARU) с частотой 1 ГГц, который применяется сейчас во всех SATA-накопителях Samsung, включая и флагманский 860 PRO, на плате 860 QVO установлена микросхема LPDDR4-1866 SDRAM, которая нужна для хранения копии таблицы трансляции адресов и буферизации мелкоблочных операций. Размер чипа динамической памяти зависит от ёмкости накопителя и определяется из расчёта 1 Гбайт DRAM на 1 Тбайт флеш-памяти.

Собственно флеш-память в Samsung 860 QVO набрана одной или двумя микросхемами, каждая из которых может иметь внутри 8 или 16 уложенных стопкой 64-слойных терабитных кристаллов QLC 3D V-NAND в зависимости от того, о накопителе какого объёма идёт речь. Таким образом, в младшей, терабайтной версии массив флеш-памяти имеет восьмиканальную структуру без чередования устройств, а в версиях 860 QVO ёмкостью 2 и 4 Тбайт используется двукратное либо четырёхкратное чередование, что и определяет различия между ними в производительности.

Samsung 860 QVO 2 Тбайт

Samsung 860 QVO 2 Тбайт

Говоря о том, как сделан Samsung 860 QVO, нельзя не подчеркнуть, что удешевление этого накопителя проведено совсем по иному пути относительно того, как к этому вопросу подходит большинство прочих фирм. Стратегия Samsung заключается в использовании новой для рынка четырёхбитовой памяти с более низкой себестоимостью, но в остальном никаких признаков погони за дешевизной нет. Особенно важно, что южнокорейский производитель не стал отказываться от DRAM-буфера, упразднение которого привело бы к серьёзному падению производительности при мелкоблочных операциях.

Нет в 860 QVO и никаких признаков «экономии на спичках». Samsung сохранила для своего бюджетного SSD добротный металлический корпус, собранный на винтах, и даже не стала переходить на удешевлённую розничную упаковку SSD в блистере вместо картонной коробки. Иными словами, до момента включения Samsung 860 QVO выглядит совсем не хуже, чем тот же 860 EVO.

⇡#Программное обеспечение

Массовые накопители компании Samsung традиционно снабжаются фирменной сервисной утилитой Magician, которая, начиная с версии 5.3, поддерживает в том числе и 860 QVO. Эту утилиту принято ставить примером того, каким ПО должны сопровождаться потребительские SSD, поэтому предъявить какие-либо претензии к её функциональности или интерфейсу не так-то просто. Впрочем, набор возможностей нельзя назвать неожиданным.

Samsung Magician 5.3 позволяет получить общую информацию о накопителе, о режиме его работы, о версии прошивки и об объёме записанных данных. Также утилита даёт возможность ознакомиться с состоянием атрибутов, возвращаемых в S.M.A.R.T.

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

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

Также через Magician выполняется управление встроенными в Samsung 860 QVO функциями аппаратного шифрования (они поддерживаются в полном объёме даже в этой модели начального уровня). Плюс к сказанному, утилита позволяет создать загрузочную «флешку» для полного стирания данных при помощи команды Secure Erase.

Отдельно стоит упомянуть о том, что посредством Samsung Magician может быть активирован фирменный режим Rapid – программное кеширование запросов к накопителю в оперативной памяти компьютера, работающее на уровне операционной системы.

⇡#Методика тестирования

Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 10 Enterprise (v1803) Build 17137.1, 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 256 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Оценка скоростей выполняется в течение минуты, после чего вычисляется средний показатель.
  • 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. Оценка скоростей выполняется в течение тридцати секунд, после чего вычисляется средний показатель.
  • 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. Оценка скоростей выполняется в течение тридцати секунд, после чего вычисляется средний показатель.
  • 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. Оценка скоростей выполняется в течение тридцати секунд, после чего вычисляется средний показатель.
  • 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. Оценка скоростей выполняется в течение тридцати секунд, после чего вычисляется средний показатель.
  • 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 5.5.0
  • 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, а 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

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASRock Z390 Taichi, процессором Core i7-9700K 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) 16.7.0.1009.

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

⇡#Предварительные замечания и участники тестирования

Samsung 860 QVO – де-факто первый массовый SATA-накопитель с QLC-памятью. Да, мы знаем о существовании ADATA Ultimate SU630, но 860 QVO можно будет купить уже завтра (на американском и европейском рынках), а вариант ADATA пока существует лишь в теории. Все же остальные имеющиеся накопители, в которых применяется четырёхбитовая память, – решения с интерфейсом NVMe, играющие на несколько другом поле.

Таким образом, главные соперники для Samsung 860 QVO – это бюджетные SSD ёмкостью от терабайта, построенные на трёхмерной TLC-памяти. Но при этом получается так, что 860 QVO, хоть он и использует разновидность флеш-памяти с более низкой себестоимостью, не всегда дешевле любых альтернатив. Рекомендованная российская цена Samsung 860 QVO 1 Тбайт составляет 11 тысяч рублей, и если обратиться к магазину нашего партнёра, компании «Регард», то примерно за такую сумму или чуть дороже можно выбрать сразу несколько альтернатив. Что мы и сделали.

Кроме недорогих терабайтников на базе TLC-памяти в число соперников для Samsung 860 QVO был включён и его старший собрат, 860 EVO. В результате полный список протестированных моделей принял следующий вид:

* Рекомендованная розничная цена по данным производителя

⇡#Производительность последовательного чтения и записи

К линейным скоростям Samsung 860 QVO какие-то претензии предъявить сложно. При чтении производительность находится на уровне, свойственном SATA SSD, а при записи положение спасает реализованный в рамках технологии Intelligent TurboWrite вместительный SLC-кеш, скорость которого позволяет 860 QVO находиться в числе лидеров.

⇡#Производительность произвольного чтения

Скорость случайного чтения небольшими блоками, которая наблюдается у Samsung 860 QVO, – это провал. Из-за того, что QLC 3D V-NAND имеет существенно более высокие латентности по сравнению с TLC 3D NAND, 860 QVO проигрывает даже безбуферным накопителям. Именно в проблемной скорости случайного чтения и заключается главное слабое место новинки. Насколько оно серьёзно, показывает простой факт: Samsung 860 EVO, построенный на том же контроллере MJX, но использующий TLC-память, обеспечивает вдвое более высокие скоростные показатели.

⇡#Производительность произвольной записи

В отличие от чтения, со случайной записью у Samsung 860 QVO всё отлично. Ещё бы: здесь как раз есть пространство, где может развернуться технология Intelligent TurboWrite. Размер SLC-кеша у 860 QVO более чем достаточен, и благодаря этому при мелкоблочной записи новый QLC-накопитель практически не отличается от «эталонного» 860 EVO.

⇡#Производительность при смешанной нагрузке

Неплохо проявляет себя Samsung 860 QVO и при смешанной нагрузке. Отчасти это объясняется высокой скоростью записи в SLC-кеш, а отчасти особенностями реализации Intelligent TurboWrite. Дело в том, что свежезаписанные данные вытесняются из быстрой области памяти, работающей в однобитовом режиме, не сразу. Поэтому при чтении только что записанной информации производительность Samsung 860 QVO гораздо выше, чем при обращениях к файлам, которые появились на SSD некоторое время тому назад.

⇡#Производительность в CrystalDiskMark

Скриншоты CrystalDiskMark мы приводим по той причине, что это – очень популярный бенчмарк, которым пользуются многие. Однако в случае с Samsung 860 QVO его результаты нерелевантны, особенно в части скоростей чтения. Дело в том, что этот тест, как и большинство других подобных утилит, делает замеры на одном файле небольшого размера, который создаётся на накопителе непосредственно перед началом измерений. Поэтому в случае с 860 QVO, где SLC-кеш имеет большую вместимость и отложенное вытеснение данных, в CrystalDiskMark как при записи, так и при чтении мы видим скоростные показатели SLC-кеша, а не основного массива флеш-памяти. И если скорость записи в SLC-кеш действительно может иллюстрировать производительность накопителя, то чтение из кеша, нужные данные в котором могут оказаться лишь только тогда, когда такое чтение выполняется сразу же после записи этих данных, – абсолютно нереалистичный сценарий.

Иными словами, вот показатели в CrystalDiskMark, но производительность накопителя они бессовестно приукрашивают.

Samsung 860 QVO 1 Тбайт

Samsung 860 QVO 2 Тбайт

⇡#Производительность в PCMark 8 Storage Benchmark 2.0

Производительность Samsung 860 QVO в PCMаrk 2.0, где оценивается скорость работы накопителя в различных приложениях, прямо скажем, совсем не впечатляет. Если говорить о быстродействии, которое предлагает терабайтная версия, то оно меньше, чем у «эталонного» 860 EVO, чуть ли не вдвое. Фактически Samsung 860 QVO можно поставить на одну ступень лишь с безбуферными накопителями вроде ADATA Ultimate SU650. Иными словами, бюджетность Samsung 860 QVO в его реальной производительности проявляется в полной мере.

Интегральный результат PCMark 8 нужно дополнить и показателями производительности, выдаваемыми флеш-приводами при прохождении отдельных тестовых трасс, которые моделируют различные варианты взаимодействия пользователя с реальными программными средами. При разной нагрузке они зачастую ведут себя немного по-разному.

⇡#Производительность при реальной нагрузке

При файловых операциях внутри накопителя Samsung 860 QVO чувствует себя явно не в своей тарелке. Всё-таки QLC 3D V-NAND на поверку оказывается заметно медленней TLC-памяти, и никакими программными хитростями на уровне прошивки этого не скрыть. Не помогает даже то, что в 860 QVO есть полноценный DRAM-буфер. При работе с файлами, расположенными на SSD, новый Samsung 860 QVO оказывается примерно вдвое хуже привычных моделей с трёхбитовой памятью. Даже удешевлённый до предела ADATA Ultimate SU650, не имеющий динамической оперативной памяти, и тот в большинстве случаев позволяет копировать и архивировать-разархивировать файлы быстрее новинки Samsung.

Зато для сценариев, названных красивым термином WORM (write-once read many), где на первом месте стоят операции чтения, Samsung 860 QVO подойдёт гораздо лучше. Пусть загрузка игр и программ с такого накопителя выполняется и не с лидирующей скоростью и новый QLC-накопитель несколько уступает середнячкам на базе TLC-памяти, с точки зрения соотношения цены и производительности он может стать достаточно оправданным выбором. Иными словами, Samsung 860 QVO вполне можно рассматривать как замену HDD для использования в качестве файлохранилища или для размещения «увесистых» игровых проектов.

⇡#Проверка работы TRIM

К сожалению, нам пришлось отказаться от традиционной проверки поведения Samsung 860 QVO во время непрерывного заполнения всей ёмкости флеш-памяти с помощью случайных мелкоблочных операций. Дело в том, что за пределами SLC-кеша скорость записи на QLC-накопитель снижается до 70 Мбайт/с, и это значит, что для перезаписи всей ёмкости SSD объёмом в терабайт придётся затратить более четырёх часов. В связи со сжатыми сроками подготовки этого обзора провести такое тестирование было попросту невозможно.

Зато эффективность TRIM и сборки мусора проверена была. Для исследования этого вопроса мы воспользовались стандартной процедурой: проверили, насколько эффективно SSD может восстанавливать свою производительность за счёт внутренних алгоритмов при отключении подачи команды TRIM и при её активации. Продолжительность паузы перед каждым замером составляла 15 минут.

Обработка команды TRIM у Samsung 860 QVO происходит, как и должна. После её подачи контроллер SSD полностью очищает SLC-кеш и оказывается готов к принятию очередной порции пользовательских данных. Если же команду TRIM не подавать, то под будущие операции высвобождается лишь статическая часть SLC-кеша, то есть 6 Гбайт.

Такой подход контроллера к подготовке массива флеш-памяти под будущие операции можно назвать вполне приемлемым. Вне зависимости от того, в какой среде и в каких условиях будет эксплуатироваться рассматриваемый SSD, он всегда окажется готов к приёму некоторого количества данных с высокой скоростью. А в данном случае это имеет большое значение, поскольку прямая запись в QLC-память – это очень сложный и медлительный процесс.

В этой связи небезынтересно посмотреть, насколько безболезненно для быстродействия накопителя проходит процесс обслуживания TRIM. 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 обычно серьёзно нагружает контроллер. В результате после удаления с диска больших объёмов данных владельцы SSD могут столкнуться 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 отвечает на команду TRIM. Способ проверки 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.

Обработка TRIM у Samsung 860 QVO существенных затруднений не вызывает. Дело в скорости QLC 3D V-NAND. Любая операция с ней имеет большую латентность, поэтому поток фоновых команд для обслуживания массива такой памяти имеет небольшую интенсивность и не сильно загружает контроллер. В итоге во время процесса сборки мусора и обнуления ячеек по команде TRIM производительность случайного чтения у 860 QVO 1 Тбайт падает лишь на 8-10 %, правда, при достаточно ощутимом трёхкратном росте времени отклика. Но зато сам процесс приведения в порядок флеш-памяти после удаления 32-гигабайтного файла может занимать до трёх минут. Для сравнения: Samsung 860 EVO 1 Тбайт справляется с той же самой задачей примерно вдвое быстрее.

⇡#Выводы

До сих пор среди твердотельных накопителей Samsung не существовало постоянного бюджетного предложения. Но теперь южнокорейская компания решила закрыть очевидную нишу в своём ассортименте и представила новое семейство SATA-накопителей 860 QVO, имеющее чёткую ориентацию на начальный ценовой сегмент. Появлением данной серии мы обязаны началу массового производства QLC 3D V-NAND – новой разновидности трёхмерной памяти с четырёхбитовыми ячейками, позволяющей увеличить плотность хранения информации на дополнительные 33 %.

И с этим связаны коренные отличия 860 QVO от всех тех накопителей Samsung, с которыми мы встречались до этого. Если вы по привычке рассчитываете, что новинки, подобно всем другим SSD этого производителя, будут бороться за внимание потребителей быстродействием и надёжностью, то мы вынуждены вас разочаровать. Здесь расставлены совсем иные приоритеты, и краеугольной характеристикой выступает цена, которая, по правде сказать, действительно опущена до очень привлекательного уровня. Samsung 860 QVO имеет шанс стать чуть ли не самым дешёвым твердотельным накопителем на рынке, но его прочие потребительские качества по сравнению с «эталонным» Samsung 860 EVO явным образом ухудшились.

Впрочем, имеет право на жизнь и такой подход. Несмотря на то, что мы остались не слишком довольны скоростными показателями представителей серии Samsung 860 QVO, нельзя отрицать, что такие SSD могут стать хорошей заменой для механических HDD. Например, в сценариях типа WORM (однократная запись – многократное чтение) новые накопители проявляют себя вполне уверенно, и этого более чем достаточно, чтобы их можно было применять в роли как простых файловых хранилищ, так и вторичных накопителей для установки тяжеловесных современных игр.

Но вот рекомендовать 860 QVO в качестве универсального рабочего носителя информации для персонального компьютера мы бы не стали. Хотя в основе этого SSD лежит такой же восьмиканальный контроллер MJX, как в SATA SSD более высоких классов, QLC 3D V-NAND сильно подкашивает один из основополагающих параметров – производительность при случайном чтении. К сожалению, компенсировать этот фактор ни мощностью контроллера, ни технологией SLC-кеширования не удаётся, поэтому во многих сценариях из реальной жизни производительность Samsung 860 QVO выглядит откровенно слабо.

Однако правда заключается в том, что прочие накопители, схожие с 860 QVO по стоимости, ещё хуже. Samsung имеет вертикально интегрированное производство, и поэтому её накопители имеют гарантированно стабильную конструкцию и предсказуемые характеристики. Дешёвые же SSD производителей второго-третьего эшелонов обычно собираются из «отходов» – аппаратных компонентов, которые удалось купить по наиболее выгодной цене в конкретный момент времени. И при таком подходе в итоге могут получаться диковатые дизайны с ужасающе плохими спецификациями. Далеко ходить за примерами не придётся: тот же ADATA Ultimate SU650/SU655, который продаётся примерно по той же цене, что обещана для Samsung 860 QVO, с начала лета сменил уже как минимум четыре варианта внутреннего устройства. Причём в один из моментов в основе таких SSD использовался даже двухканальный безбуферный контроллер Marvell 88NV1120. Поэтому подобные предложения – это лотерея, беспроигрышной которую точно не назовёшь.

В заключение стоит подчеркнуть, что, несмотря на все проблемы, которые существуют с QLC-памятью, её широкое распространение – относительно недалёкая перспектива, и число разнообразных предложений на её основе будет только увеличиваться. Со временем именно QLC 3D NAND станет наиболее массовым типом флеш-памяти для потребительских SSD, а TLC 3D NAND займёт место элитного варианта, коим сегодня выступает MLC 3D NAND. Конечно, до того, как это произойдёт, QLC 3D NAND должна будет «подтянуть» свои характеристики, но не стоит думать, что это займёт слишком много времени. И в этом смысле Samsung 860 QVO – не только причина, которая может подтолкнуть рынок SSD к очередному этапу ценовой войны, но и предвестник предстоящих глубоких перемен.