Обзор NVMe SSD-накопителя Crucial P1: NVMe по цене SATA

Путь Crucial на рынок твердотельных накопителей с интерфейсом NVMe оказался на редкость извилистым и долгим. Несмотря на то, что этот бренд принадлежит Micron, имеющей и собственное производство флеш-памяти, и гигантские инженерные ресурсы, в модельном ряду Crucial до недавних пор вообще не было ни одного накопителя с прогрессивным интерфейсом. Компания предпочитала заниматься выпуском SATA SSD, которые у неё неплохо получались, а перспективный сегмент высокопроизводительных накопителей для энтузиастов по какой-то причине обходила стороной.

Хотя на самом деле это не совсем так. Попытку начать поставки NVMe SSD для массового рынка Micron предпринимала в 2016 году, когда в её стенах был разработан продукт с названием Crucial Ballistix TX3, объединяющий контроллер SM2260 с MLC 3D NAND-памятью. Однако в конечном итоге свет он так и не увидел. Буквально за несколько дней до официального анонса компания внезапно отказалась от его выпуска и полностью свернула всю программу разработок SSD с интерфейсом NVMe. Причиной столь кардинального разворота, по слухам, стала неудовлетворительная производительность получившегося решения, во что нетрудно поверить, памятуя о том, насколько неудачным был контроллер SM2260.

Очень похоже, что по итогам этой истории у Micron развился самый настоящий посттравматический синдром, и в течение последующих двух лет компания так ни разу и не попыталась снова выйти на рынок SSD с NVMe-интерфейсом. Надо сказать, совершенно напрасно. За это время конкуренты Micron не просто успели переделить между собой весь рынок прогрессивных накопителей, а прочно закрепились на нём, заставив энтузиастов высокой производительности забыть о существовании популярной в прошлом марки Crucial. Особенно сильно от отсутствия NVMe-накопителей Crucial выиграла фирма ADATA, которая принялась штамповать NVMe SSD, опираясь на платформы разработки Silicon Motion и начиняя их закупаемой у Micron флеш-памятью. А ведь именно такие SSD вполне могли бы предлагаться и под маркой Crucial, с учётом того, что Micron и Silicon Motion связывают близкие партнёрские отношения. Нет никаких сомнений в том, что тот же ADATA XPG SX8200 был бы вполне достоин носить бренд Crucial, но не сложилось.

Тем не менее в конце концов к Micron всё же пришло понимание, что медлить больше нельзя, и осенью прошлого года компания наконец-то представила свой первый потребительский накопитель с интерфейсом NVMe, Crucial P1. Однако с учётом сложившейся конъюнктуры, компания решила зайти на рынок NVMe-накопителей не совсем стандартным путём – снизу. То есть выпустить максимально дешёвый NVMe SSD, который может оказаться интересным для потребителей за счёт того, что в нижнем ценовом сегменте изделия производителей первого эшелона практически не представлены.

Для этого компания разработала оригинальное решение, которое объединило скоростную шину PCI Express 3.0 x4 c бюджетной QLC 3D NAND-памятью, что действительно позволило получившемуся накопителю стать одним из самых доступных вариантов среди представленных на прилавках NVMe SSD. Беда лишь в том, что QLC 3D NAND на данный момент принято считать синонимом невысокой производительности и сомнительной надёжности. Впрочем, такие выводы были сделаны ещё до того, как на рынке появился Crucial P1. Возможно этот SSD, построенный на памяти Micron, отличается от прочих QLC-накопителей в лучшую сторону. Поэтому, когда у нас появилась возможность познакомиться с этой новинкой поближе, отказываться мы не стали.

⇡#Технические характеристики

Компания Micron не занимается разработкой контроллеров для SSD, поэтому Crucial P1 основывается на чипе сторонней фирмы – Silicon Motion. Выбор в партнёры именно этой инженерной команды достаточно очевиден. Во-первых, Micron уже давно и успешно использует контроллеры SMI в своей SATA-продукции, а во-вторых, на данный момент только эта фирма может предложить готовую к интеграции серийно поставляемую платформу для NVMe-накопителей с поддержкой QLC 3D NAND. Базируется эта платформа на чипе SM2263EN, представляющем собой урезанную версию популярного SM2262 – нашего фаворита среди контроллеров независимых разработчиков.

С контроллером SM2263EN мы тоже уже встречались ранее: именно он используется в накопителе Intel SSD 660p, который, как и Crucial P1, тоже построен на QLC 3D NAND. Однако решение, реализованное Micron, несколько отличается от интеловского, и не только тем, что оно опирается на собственную флеш-память этого производителя. Различия есть и в микропрограмме, которую Micron и Intel разрабатывали и оптимизировали независимо друг от друга, и в том, что Micron, в отличие от Intel, не стала экономить на DRAM-буфере и урезать его ёмкость. Иными словами, несмотря на то, что Crucial P1 и Intel SSD 660p вполне правомерно считать родственниками, родство между ними не такое уж и близкое. Но всё равно избежать постоянных сопоставлений этих моделей нам не удастся при всём желании.

В частности, эти два SSD схожи в главном – оба они относятся к категории бюджетных NVMe-накопителей, которые борются за внимание потребителей в первую очередь при помощи цены. И это закономерно, потому что производительность таких решений серьёзно ограничивается как минимум двумя факторами: архитектурой четырёхбитовой флеш-памяти и параметрами контроллера.

QLC 3D NAND построена на ячейках с шестнадцатью значимыми уровнями напряжения, программирование и распознавание которых представляет собой достаточно сложную задачу для контроллера. Поэтому QLC 3D NAND в любом случае работает существенно медленнее, чем привычная TLC 3D NAND. Кроме того, и сам контроллер SM2263EN предлагает для обслуживания массива флеш-памяти лишь четыре канала, что тоже сказывается на производительности.

Также стоит иметь в виду, что степень параллелизма массива, собранного из кристаллов QLC 3D NAND авторства Micron, будет в любом случае ниже, чем у накопителей с TLC-памятью, и ещё по одной причине. Четырёхбитовая флеш-память этого производителя имеет 64-слойный дизайн и ёмкость кристаллов 1 Тбит, что вдвое или даже вчетверо больше ёмкости типичных устройств TLC 3D NAND. Таким образом, при прочих равных контроллер Crucial P1 не сможет так же эффективно распараллеливать запросы, как это делают контроллеры в накопителях на базе TLC 3D NAND.

Всё перечисленное закономерно приводит к тому, что Crucial P1 принципиально не может сравниться с качественными NVMe-накопителями на базе TLC-памяти. И данный тезис находит самое прямое отражение в заявляемых характеристиках.

В целом для Crucial P1 декларируется немного более высокая производительность, чем для Intel SSD 660p. Но до передовых накопителей ему далеко, хотя, обладая полноценным интерфейсом PCI Express 3.0 x4, по линейным скоростям он всё же превосходит те NVMe SSD, которые работают через шину PCI Express 3.0 x2.

Но здесь нужно напомнить, что обычно декларируемые производителем характеристики относятся к SLC-кешу, который должен замаскировать реальную скорость медленного массива флеш-памяти. И в случае Crucial P1 это ему достаточно неплохо удаётся. Кеширование здесь работает по динамическому принципу, то есть при записи QLC-память используется в быстром SLC-режиме. Переключение ячеек в штатный режим происходит по возможности незаметно для пользователя в моменты простоя накопителя. Таким образом, реальную скорость массива QLC 3D NAND можно увидеть только в том случае, если объём одномоментной записи на SSD превысит размер кеша.

Чтобы проиллюстрировать, как это выглядит на практике, предлагаем посмотреть на быстродействие при непрерывной линейной записи на чистый Crucial P1 ёмкостью 500 Гбайт.

Первое, что бросается в глаза, — это крайне низкая скорость линейной записи за пределами SLC-кеша. Она составляет порядка 55 Мбайт/с, что намного хуже даже по сравнению с показателями механических жёстких дисков, не говоря уже о современных SSD на TLС-памяти. К счастью, при реальном использовании столкнуться с таким падением производительности будет непросто, так как SLC-кеш у Crucial P1 способен распространяться на половину всей свободной флеш-памяти накопителя, и это позволяет записать с «хорошей» скоростью порядка одной восьмой от общего свободного объёма SSD. Правда, прилагательное «хорошей» нам пришлось взять в кавычки, так как даже в SLC-режиме скорость линейной записи у полутерабайтного накопителя достигает лишь 900 Мбайт/с. А это, например, сравнимо с производительностью массива TLC-памяти у того же Samsung 970 EVO Plus безо всякого кеширования.

Учитывая плачевную скорость QLC-памяти, разработчики Micron позаботились и о том, чтобы пользователи по возможности не сталкивались с ней даже тогда, когда свободного места на накопителе остаётся немного. Для этого у размера SLC-кеша есть неснижаемый нижний порог: 6 Гбайт для полутерабайтного накопителя и 12 Гбайт – у терабайтного. Память, необходимая для обеспечения работы SLC кеша при заполненном SSD, берётся из недоступного для пользователя резерва.

Помимо быстродействия, SSD на базе QLC 3D NAND выделяются не в лучшую сторону на фоне TLC-накопителей и условиями гарантии. Формально для своей 64-слойной QLC 3D NAND компания Micron обещает способность переносить не менее 1000 циклов стирания-программирования. Однако заявленный предельный объём разрешённой записи на Crucial P1 предполагает возможность перезаписать этот накопитель за время службы лишь 200 раз, а затем гарантия аннулируется. При этом гарантийный срок установлен в 5 лет, что как бы намекает, какая роль должна отводиться этому накопителю. Хорошо подойдёт он лишь для долговременного хранения пользовательских данных и для использования в сценариях, где на однократную запись приходятся множественные операции чтения. В этом отношении Crucial P1 не отличается от Intel SSD 660p.

Зато разница есть в другом – инженеры Micron решили подстраховаться за счёт увеличения объёма резервных ячеек. Пользователям Crucial P1 доступно лишь 91 % от общей ёмкости массива флеш-памяти, остальное пространство отводится на подменный фонд. Кроме того, в модельном ряду Crucial P1 максимальная ёмкость ограничивается терабайтом, в то время как Intel SSD 660P бывают и вдвое большего размера.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Для тестирования мы получили экземпляр Crucial P1 ёмкостью 500 Гбайт. Это – младшая модель, которая имеет наименьшую степень параллелизма массива флеш-памяти, а потому её показатели производительности ниже, чем у терабайтного накопителя. Но зато и стоимость такого SSD очень привлекательна — даже несмотря на то, что речь идёт о решении с шиной PCI Express 3.0 x4, работающем по протоколу NVM Express 1.3.

Внешний вид Crucial P1 достаточно типичен: это M.2-накопитель формата 2280, выполненный на печатной плате с текстолитом чёрного цвета. Все компоненты на SSD с ёмкостью 500 и 1000 Гбайт размещаются на одной стороне платы, что делает возможным установку таких моделей в «низкопрофильные» M.2-слоты. Однако дизайн печатной платы предполагает возможности размещения компонентов и на обороте. Очевидно, что это – задел под предстоящий выпуск Crucial P1 объёмом 2 Тбайт.

На лицевой стороне накопителя наклеена этикетка, которая в данном случае информативнее, чем на большинстве продуктов конкурентов. Помимо названия, ёмкости, артикулов, серийных номеров и прочей служебной информации, производитель не постеснялся указать установленную на заводе версию прошивки, а также тот факт, что накопитель собран в Мексике.

Если отклеить ярлык, то можно рассмотреть весь набор элементов, из которых состоит Crucial P1.

Но мы бы в первую очередь хотели обратить внимание не на микросхемы, а на несколько другие вещи. Почти все SSD под маркой Crucial оснащались раньше батареей конденсаторов, которая обеспечивала целостность данных в случае внезапных отключений питания, и это было уникальной «фишкой» потребительских предложений компании. Не имели её лишь бюджетные модели серии BX, и похоже, что новый P1, хотя и получил прогрессивный интерфейс, на самом деле отнесён производителем примерно к тому же «низшему» классу. Никакой защиты в схеме питания здесь не предусмотрено. Но вместе с тем изюминка в схемотехнике этого накопителя всё же есть: он оборудован индикатором активности – зелёным светодиодом, который загорается при обращении к флеш-памяти.

Из чипов, используемых в конструкции Crucial P1, сразу обращает на себя внимание базовый контроллер SM2263EN. Он закрыт никелированной крышкой, которая помогает в отводе тепла. Несмотря на то, что этот контроллер относится к удешевлённым решениям, в нём используется двухъядерный процессор ARM Cortex-R, а потому заметный нагрев во время работы как минимум не исключён.

Помогает контроллеру в работе оперативная память, представленная полугигабайтной микросхемой DDR3-1866 производства самой Micron. Она используется для хранения копии таблицы трансляции адресов и имеет типичный размер из расчёта 1 Мбайт на каждый гигабайт ёмкости накопителя. Это значит, что инженеры Micron не стали пытаться дополнительно сэкономить за счёт перехода на безбуферный дизайн, и Crucial P1 должен быть способен достаточно эффективно обслуживать мелкоблочные операции.

Массив флеш-памяти состоит из двух микросхем Micron MT29F2T08GEHAFJ4:A, в каждой из которых заключено по паре терабитных кристаллов 64-слойной QLC 3D NAND второго поколения. Таким образом, четырёхканальный контроллер в Crucial P1 ёмкостью 500 Гбайт работает без чередования оконечных устройств в каналах.

⇡#Программное обеспечение

Компания Crucial развивает специализированную сервисную утилиту Crucial Storage Executive, которая в своих последних версиях полностью совместима и с новым Crucial P1. Однако, во-первых, утилита эта несколько громоздка, поскольку написана на JAVA и работает через браузер, а во-вторых, большинство её возможностей NVMe-накопителям недоступно.

Впрочем, базовую функциональность она обеспечивает. В первую очередь Crucial Storage Executive позволяет следить за общим состоянием накопителя и его SMART-параметрами.

Во-вторых, в Crucial Storage Executive предусмотрены более интересные функции для глубокого обслуживания накопителя. Но обладателям Crucial P1 из них будет доступно лишь обновление прошивок (новые версии которых для этого накопителя пока не выходили) и возможность зарезервировать на SSD дополнительное пространство для повышения выносливости.

Кроме того, в Crucial Storage Executive реализована функция кеширования дисковых операций в оперативной памяти компьютера – Momentum Cache. Это некий аналог технологий Samsung Rapid. Используя до четверти доступной в системе оперативной памяти, Momentum Cache может существенно повысить скорость выполнения любых дисковых операций.

Уникальность реализованной разработчиками Crucial функции Momentum Cache состоит в том, что задействованная под неё оперативная память может динамически высвобождаться для работы других приложений. Впрочем, обычно мы не рекомендуем полагаться на какие бы то ни было технологии RAM-кеширования, так как они по понятным причинам не слишком надёжны и не гарантируют сохранность информации при аппаратных или программных сбоях.