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

⇡#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.