Обзор и тестирование SSD-накопителя PCIe 4.0 NVMe Patriot Viper VP4100 500 ГБ (VP4100-500GM28H)24.09.2020 09:05

Оглавление

Вступление

Сегодня у нас необычный гость — SSD NVMe бренда Patriot Memory под названием Viper VP4100 емкостью 500 Гбайт. Его необычность заключается в поддержке нового высокоскоростного интерфейса PCIe 4.0. Кратко: интерфейс таких SSD можно обозначать 4×4 (подобно тому, как обозначаются внедорожные автомобили), что в данном случае расшифровывается как передача данных по 4-м линиям в интерфейсе PCIe Gen 4.

Нельзя сказать, что этот интерфейс совсем новый и родился только вчера. Но он поддерживается пока что только небольшим числом процессоров и чипсетов материнских плат, можно сказать, меньшинством. Поэтому статус «нового» он не потерял и, видимо, еще долго будет находиться в этом статусе.

На радость поклонникам AMD, эта компания первой освоила выпуск процессоров и чипсетов с поддержкой PCIe 4.0. Соответственно, и тестироваться накопитель будет на системной плате с процессором AMD.

В серию накопителей Patriot Viper VP4100 входят три модели с емкостью от 500 Гбайт до 2 Тбайт. К нам на обзор попала «младшенькая» модель на 500 Гбайт. Официальная страница накопителей SSD серии Viper VP4100 — здесь.

Технические характеристики серии Patriot Viper VP4100

*Заявлено в российских магазинах / ограниченная гарантия самого производителя.

Бренд флеш-памяти KIOXIA — новое имя доброго старого Toshiba Memory. Что касается цены, то на тестируемый накопитель (500 ГБ) она, на момент составления обзора, в среднем была около 9 500 российских рублей;, но в дальнейшем может меняться в любую сторону в зависимости от политики производителя, курса доллара и прочего.

Упаковка, комплектация и дизайн SSD-накопителя

Накопитель Patriot Viper VP4100 пришел к нам в упаковке, которая достойна того, чтобы о ней рассказать. С виду это просто коробочка, изготовленная из толстого и прочного картона:

Но на самом деле ее передняя сторона застегнута на магнитную защелку, можно открыть и посмотреть на новую модель:

Причем внутри упаковки накопитель дополнительно упакован еще и в пластиковую коробочку, так что транспортную безопасность можно оценить крайне позитивно. И, к тому же, внешний вид упаковки-«книжки» подтверждает солидность содержимого.

И вот, наконец, перед нами герой обзора, как он есть:

Сверху на накопителе закреплен его радиатор. Он закреплен надежно, в связи с чем было решено не пытаться его оторвать, чтобы не оторвать вместе с ним случайно и чипы.

Так выглядит теплорассеиватель с торца:

Форма радиатора довольно необычна: производитель явно пытался сочетать две функции: теплоотвод и эстетику.

На обратной стороне находится этикетка с реквизитами изделия:

Взгляд в профиль показал, что микросхемы расположены с обеих сторон печатной платы:

Такое расположение вместе с наличием радиатора сводит к нулю возможности применения накопителя в ноутбуках, а также и в некоторых других устройствах с «тесной» конструкцией.

Дабы не испортить накопитель неаккуратной попыткой съема радиатора для выяснения «начинки» устройства, вместо осмотра микросхем была использована утилита от постоянного участника нашего форума Вадима Очкина aka VLO.

Вот основные сведения, которые она показала:
Model: Viper M.2 VP4100
Fw: EGFM11.3
Size: 476940 MB
LBA Size: 512
Bank00: 0×98,0×3c,0×98,0xb3,0×76,0xe3,0×8,0×1e — Toshiba 96L BiCS TLC 16k 256Gb/CE 256Gb/die 2Plane/die
Bank01: 0×98,0×3c,0×98,0xb3,0×76,0xe3,0×8,0×1e — Toshiba 96L BiCS TLC 16k 256Gb/CE 256Gb/die 2Plane/die
Bank02: 0×98,0×3c,0×98,0xb3,0×76,0xe3,0×8,0×1e — Toshiba 96L BiCS TLC 16k 256Gb/CE 256Gb/die 2Plane/die
Bank03: 0×98,0×3c,0×98,0xb3,0×76,0xe3,0×8,0×1e — Toshiba 96L BiCS TLC 16k 256Gb/CE 256Gb/die 2Plane/die
Bank04: 0×98,0×3c,0×98,0xb3,0×76,0xe3,0×8,0×1e — Toshiba 96L BiCS TLC 16k 256Gb/CE 256Gb/die 2Plane/die
Bank05: 0×98,0×3c,0×98,0xb3,0×76,0xe3,0×8,0×1e — Toshiba 96L BiCS TLC 16k 256Gb/CE 256Gb/die 2Plane/die
Bank06: 0×98,0×3c,0×98,0xb3,0×76,0xe3,0×8,0×1e — Toshiba 96L BiCS TLC 16k 256Gb/CE 256Gb/die 2Plane/die
Bank07: 0×98,0×3c,0×98,0xb3,0×76,0xe3,0×8,0×1e — Toshiba 96L BiCS TLC 16k 256Gb/CE 256Gb/die 2Plane/die
Bank08: 0×98,0×3c,0×98,0xb3,0×76,0xe3,0×8,0×1e — Toshiba 96L BiCS TLC 16k 256Gb/CE 256Gb/die 2Plane/die
Bank09: 0×98,0×3c,0×98,0xb3,0×76,0xe3,0×8,0×1e — Toshiba 96L BiCS TLC 16k 256Gb/CE 256Gb/die 2Plane/die
Bank10: 0×98,0×3c,0×98,0xb3,0×76,0xe3,0×8,0×1e — Toshiba 96L BiCS TLC 16k 256Gb/CE 256Gb/die 2Plane/die
Bank11: 0×98,0×3c,0×98,0xb3,0×76,0xe3,0×8,0×1e — Toshiba 96L BiCS TLC 16k 256Gb/CE 256Gb/die 2Plane/die
Bank12: 0×98,0×3c,0×98,0xb3,0×76,0xe3,0×8,0×1e — Toshiba 96L BiCS TLC 16k 256Gb/CE 256Gb/die 2Plane/die
Bank13: 0×98,0×3c,0×98,0xb3,0×76,0xe3,0×8,0×1e — Toshiba 96L BiCS TLC 16k 256Gb/CE 256Gb/die 2Plane/die
Bank14: 0×98,0×3c,0×98,0xb3,0×76,0xe3,0×8,0×1e — Toshiba 96L BiCS TLC 16k 256Gb/CE 256Gb/die 2Plane/die
Bank15: 0×98,0×3c,0×98,0xb3,0×76,0xe3,0×8,0×1e — Toshiba 96L BiCS TLC 16k 256Gb/CE 256Gb/die 2Plane/die
Controller: PS5016-E16
CPU Clk: 733
Flash CE: 16
Flash Channel: 8
Interleave: 2
Flash CE Mask: [++++++++ ++++++++ -------- --------]
Block per CE: 1980
Page per Blo

ck: 1152
Bit Per Cell: 3(TLC)
DRAM Size, MB: 512
DRAM Clock, MHz: 1600
DRAM Type: DDR4
PMIC Type: PS6102/PS6106

Суть всей перечисленной информации в том, что она полностью подтверждает данные, заявленные производителем.

Тестовый стенд и дополнительное программное обеспечение

Используемый тестовый стенд основан на следующих комплектующих:

• Процессор AMD Ryzen 3 3100, 4 ядра, 3.6 / 3.8 ГГц (Turbo);
• Материнская плата: Gigabyte B550M S2H;
• Оперативная память: 2×4 Гбайт DDR4 Crucial CT4G4DFS8266;
• Видеокарта: Gigabyte GeForce GT 1030 GV-N1030D5–2GL;
• Блок питания: Cooler Master MasterWatt Lite 500 MPX-5001-ACABW-ES, 500 Ватт;
• Корпус: открытый стенд (для исключения влияния качества корпуса на результаты термоизмерений);
• Операционная система: Windows 10×64 со всеми текущими обновлениями с Windows Update.

Перед проведением тестов производилась перезагрузка системы и выполнялась команда Trim для тестируемого SSD (об исключениях будет упомянуто в тексте). Кроме того, физически отключался интернет.

Если коротко охарактеризовать тестовый стенд, то его производительность достаточна, чтобы не стать «узким горлом» и, по возможности, не влиять на результаты замеров производительности SSD. Но главное — такая конфигурация поддерживает работу интерфейса PCIe 4.0.

При тестировании SSD на систему было установлено дополнительное программное обеспечение: утилита Patriot PCIe ToolBox v1.3. Она обладает некоторой полезностью, ее функциональность представлена на этом скриншоте:

Для тестирования производительности устройства использовались «старые» версии тестовых утилит с целью обеспечения сравнимости с данными предыдущих тестов SSD.

Для проверки копирования и обработки реальных файлов использовались следующие операции:

• Копирование папки с фотографиями в формате jpeg, размер 1.52 Гбайт (1 634 471 499 байт), 410 файлов;
• Копирование папки с HD-видео (AVC), размер папки 10.4 Гбайт (11 147 297 564 байт), 7 файлов;
• Копирование папки с музыкальными аудиозаписями в формате mp3, размер папки 1.52 Гбайт (1 634 133 002 байт), 481 файл;
• Копирование папки с документами в формате doc, размер папки 1.50 Гбайт (1 612 546 048 байт), 566 файлов;
• Обработка контейнера mkv при помощи программы MKVToolnix 18.0.0 с удалением всех звуковых дорожек и субтитров (в качестве образца использовался короткометражный анимационный фильм Sintel в виде файла размером 5.11 Гбайт);
• Архивация вышеуказанных папок с фотографиями и с документами в один архив (архиватор 7Zip версии 19.00×64, тип архива — 7z, без сжатия).

Для проверки копирования больших объемов данных использовались папки с фильмами (так как они представляют собой плохо сжимаемые данные, что позволяет уменьшить влияние алгоритмов сжатия данных).

Тестирование температурных режимов и стабильности

Утилита Crystal Disk Info (8.4.0) показывает, что в установившемся режиме без проведения каких-либо операций температура SSD составляет 43 градуса:

Теперь сделаем пару элементарных тестов, которые значительно проливают свет на свойства накопителя. Это тесты на линейное чтение и линейную запись.

Для теста линейного чтения на накопитель предварительно был записан массив плохо сжимаемой информации (примерно на 15% объема). Это необходимо для определения реакции системы на чтение памяти с данными и без данных (ячейки в этом случае в SSD помечаются как «пустые»).

Вот что получилось в тесте линейного чтения:

Тут видно, что на той области, где содержались реальные данные, скорость чтения колебалась около 2100 МБ/с;, а на «пустом» участке повысилась до 4400 МБ/с.

Это вполне объяснимо: если контроллер видит, что чтение осуществляется из «пустых» ячеек, то собственно чтения он не осуществляет, а посылает в систему непрерывный поток нулевых данных. Это не есть плохо, поскольку является одним из алгоритмов ускорения работы SSD, но говорит о том, что поведение SSD может быть разнообразным в зависимости от вида данных (сжимаемые / несжимаемые) и их наличия как такового.

И, конечно, надо помнить о том, что производители в технических данных указывают максимальное значение из всех возможных. Условно можно считать, что «дно» графика соответствует работе с абсолютно несжимаемыми данными, а верхняя часть — с абсолютно сжимаемыми.

Нагрев в ходе теста на линейное чтение был умеренным, температура повысилась до 57 градусов. Теперь переходим к тесту на линейную запись:

Картинка с линейной записью оказалась типичной для современных SSD-накопителей, использующих для своей работы так называемый SLC-кэш.

SLC-кэш представляет собой часть флеш-памяти, временно переведенную из TLC в «быстрый» режим SLC (может также существовать и некоторая небольшая часть постоянного SLC-кэша). Пока он не закончится, запись идет быстро, а когда закончится, то идет на уровне «обычной» скорости флеш-памяти (которая далеко не столь велика).

В данном случае SLC-кэш оказался большим, его хватило примерно на 38% записи от всего объема накопителя — это много. В гигабайтах это будет примерно 175 Гбайт. Такого объема хватит на установку многих современных 3D-игр. Скорость записи на этой части графика составила около 2400 МБ/с.

Но такой большой объем можно записать с высокой скоростью, только если накопитель — совсем пустой. А чем больше он занят, тем меньше останется кэша, и тем меньший объем будет записываться с высокой скоростью. Мы еще увидим этот эффект в тесте на копирование больших файловых объемов.

В ходе теста на линейную запись был выполнен и тест для проверки наличия или отсутствия троттлинга с целью выявления того, не является ли падение скорости следствием перегрева. На середине «низкого» участка графика на несколько минут был включен вентилятор, направленный на накопитель для его охлаждения.

При этом ход графика не изменился: причиной падения производительности были естественные процессы в накопителе (исчерпание SLC-кэша), а не троттлинг. Температура устройства к концу теста линейной записи повысилась намного больше, чем в тесте на чтение, и достигла 64 градусов, даже несмотря на радиатор:

При этом следует помнить, что тест проводился в «идеальном корпусе» — вовсе без корпуса. Ситуация в системном блоке может быть хуже из-за близости источников тепла в закрытом пространстве (и будет зависеть от качества вентиляции). Иными словами, в реальных условиях троттлинг все-таки не исключен.

Теперь проверим стабильность скоростных характеристик накопителей в различных ситуациях его использования. Тестирование проводилось утилитой CrystalDiskMark 3.0.3 для четырех вариантов: «спокойное» состояние (диск записан на 21%); состояние сразу после записи (копирования) высокого объема данных (98 Гбайт записи без команды Trim); через час после записи высокого объема данных (снова без принудительной подачи команды Trim); и, наконец, после подачи команды Trim.

Эти тесты позволяют определить, насколько внутренние процессы после записи данных «мешают» работе с новыми данными; происходит ли автоматическая «расчистка» накопителя и насколько успешно она работает.

Тесты показали высокую стабильность работы. Быстродействие колебалось лишь в пределах естественных случайных отклонений от измерения к измерению; никаких провалов не наблюдалось.

Это не значит, что копирование большого объема файлов никак не «напрягло» SSD. А лишь означает, что восстановление скоростных характеристик накопитель произвел быстро и незаметно для пользователя.

Тестирование производительности

Итак, как мы видели в предыдущей главе, тестируемый накопитель в режиме записи имеет два режима работы: «быстрый» (без переполнения кэша) и «медленный» — когда кэш переполняется.

Тестирование производительности стандартными утилитами проводилось полностью в «быстром» режиме. Будем считать, что потребитель в курсе особенностей накопителей и не будет их «насиловать», доводя до переполнения кэша. Да и трудно будет в естественных условиях создать для тестируемого SSD такую ситуацию :)

Для имитации работы в условиях, «максимально приближенных к боевым», накопитель тестировался не пустым, а заполненным на 20–40% плохо сжимаемыми данными. А для гарантированного обеспечения «быстрого» режима перед каждым тестом производилась перезагрузка, подача команды оптимизации, после чего — еще несколько минут «покоя».

Anvil’s Storage Utilities 1.1.0

Для «разминки» — результаты теста в Anvil’s Storage Utilities 1.1.0.

Atto

Еще один популярный тест — Atto:

CrystalDiskMark

И не менее популярный CrystalDiskMark:

CrystalDiskMark (64bit) 3.0.3

Этот тест делает проверку скорости записи/чтения в нескольких режимах с потоком случайных плохосжимаемых данных. Это позволяет уменьшить влияние на результат внутренних алгоритмов сжатия в накопителях;, но надо иметь в виду, что «ускоряющие» алгоритмы в современных накопителях настолько хитры и изворотливы, что полностью исключить их влияние вряд ли получится.

Операции с различными типами файлов внутри накопителей

В данном подразделе, кроме собственно копирования типовых наборов файлов, будут проверены операции редактирования видеофайла и архивирования двух папок с разнотипным содержимым (в одной — аудиофайлы, в другой — документы doc).

Время доступа при операциях случайного чтения и записи

Время доступа накопителей SSD настолько короче по сравнению с «традиционными» HDD, что им, как правило, можно пренебречь. Но раз такой параметр существует, то он будет проверен. Среднее время доступа при операциях чтения и записи было получено в результате тестирования AS SSD Benchmark версии 1.7.4739.38088.

Копирование файлов большого объема

В предыдущих тестах мы проверяли работу накопителя в «быстром» режиме (когда объема SLC-кэша хватает для выполнения тестовых операций). И, как уже говорилось, в большинстве случаев именно такой и будет работа SSD. Но случаи бывают разные, поэтому проверим работу SSD при выходе за пределы этого режима, для чего будем использовать копирование файлов в большом объеме.

Под «большим объемом» копируемых файлов в данном случае понимаем такой объем, который гарантированно «забьет» кэш накопителя. И соответственно в данном случае интересно будет понаблюдать за поведением накопителя в этом процессе. Для этого проведем копирование 140 Гбайт плохо сжимаемых файлов (фильмов) в пределах накопителя.

Полностью время копирования составило 4 минуты 50 секунд, при этом вершина скорости копирования в начале процесса колебалась около 1.1 — 1.2 ГБ/с. На графике заметен участок быстрого копирования в начале графика, когда работает кэш разных уровней — как собственный кэш накопителя, так и внешний.

Здесь вспомним, что ранее тест линейной записи показывал на пустом диске, что SLC-кэш составлял около 175 Гбайт. Когда диск не пустой (в данном тесте), то ситуация меняется: контроллер вынужден сокращать размер SLC-кэша, чтобы и «нормальная» флеш-память у него тоже оставалась, куда данные скидывать.

При копировании 140 Гбайт файлов SLC-кэша хватило для «быстрого» копирования только на первые 70 Гбайт: когда диск не пустой, то объем SLC-кэша уменьшается, и все получается уже не так радужно, как на пустом диске. Хотя и нельзя сказать, чтоб ситуация была плохой: для большинства обычных нужд, включая геймерские потребности и работу с массивными медиа-файлами, этого будет вполне достаточно.

Чтение файлов с одновременным удалением

Такая нагрузка (чтение и/или запись одной информации с одновременным удалением другой) — характерна для серверных применений, когда разные процессы (или разные пользователи) могут одновременно выполнять операции записи, чтения и удаления.

Причем операция удаления для накопителей SSD, в отличие от традиционных HDD, очень непроста. В добрых старых HDD саму информацию удалять не надо — достаточно пометить, что она удалена. А магнитный слой потом, при поступлении новой информации, можно перезаписать как угодно: вместо нулей записать единицы, или наоборот. В SSD так сделать нельзя, там запись «однонаправленная». Перед записью новой информации ячейки надо обязательно очистить от старой. А это — дополнительная нагрузка на накопитель.

Для проверки поведения накопителя было осуществлено удаление большого объема данных (98 ГБ) во время прохождения теста линейного чтения накопителя. Перед этим диск был заполнен данными общим объемом 196 ГБ, т.е. после удаления должно остаться еще 98 ГБ данных (удалялась ровно половина того, что было на диске).

Удаление делаем «по-честному», а не перемещением файлов в «Корзину» (что удалением в физическом смысле не является). Затем делаем скриншот графика чтения, вот он:

Удаление было произведено, когда было прочитано 10% диска. В результате удаления файлов с некоторой задержкой возник пик, направленный вниз. Это — задержанная реакция накопителя на удаление, связанная с проведением большого объема «внутренних работ» после удаления (очистка и т.п.). Провал в скорости чтения оказался коротким по длительности и умеренным по величине: в нижней точке скорость чтения составляла около 1040 МБ/с. Явление устойчиво, повтор эксперимента показал близкий результат.

В целом в данных тестах с длительными операциями накопитель показал себя с положительной стороны в том смысле, что существенное «торможение» возможно только при операциях с крайне высокими файловыми объемами, которые довольно редко будут встречаться по жизни.

Заключение

Протестированный накопитель показал высокую производительность среди моделей SSD объемом 480/500/512 Гбайт. Тут к нему никаких претензий нет: все работает так, как должно быть — никаких провалов и прочих нештатных ситуаций. Разве что при его применении есть смысл задуматься о качестве корпуса компьютера и его вентиляции: в плохом корпусе возможен перегрев устройства и его троттлинг.

Но главный вопрос состоит в том, есть положительное влияние на производительность от перехода на новую версию стандарта PCIe 4.0? Здесь накопитель оставил противоречивые чувства. С одной стороны, прирост производительности действительно наблюдается; и тесты это подтверждают. Она будет гарантировано выше, чем у аналогичных решений на основе контроллера Phison E12 (подобного E16, примененному в герое обзора, но без поддержки PCIe 4.0). А с другой стороны, остается другое «узкое горло», ограничивающее его производительность — скорость работы флеш-памяти.

Причем в данном случае флеш-памяти просто физически не хватает, чтобы распараллелить потоки данных в такой степени, чтобы скоростные возможности нового интерфейса использовались по максимуму. Особенно это касается скорости записи, которая осталась на уровне, вполне достижимом для накопителей с интерфейсом PCIe Gen 3. В аналогичных накопителях емкостью 1–2 Тбайт производительность по записи должна быть заметно выше, что полностью оправдает применение интерфейса PCIe Gen 4.

Теперь немножко пофилософствуем. В Сети можно встретить утверждения, что SSD с интерфейсом PCIe Gen 4 — это всего лишь маркетинговая уловка, и пользы от этого интерфейса нет. Позволю себе категорически не согласиться с таким утверждением: польза есть. Другой вопрос — насколько она соответствует более высокой цене за такие SSD? Этот вопрос можно решать только в индивидуальном порядке в зависимости от области применения. К примеру, вряд ли есть смысл применять такое решение для простеньких офисных компьютеров. Разве только для престижа :)

И, наконец, о самом важном. У подавляющего большинства потребителей пока что на руках компьютеры с интерфейсом PCIe Gen 3, и для них приобретение накопителей с интерфейсом PCIe Gen 4 вообще не даст никакого улучшения быстродействия. А вот владельцам систем с PCIe 4.0 (или «примеривающимся» к покупке таковых) можно заодно и задуматься о приобретении SSD с интерфейсом »4×4», при этом реально оценивая свои потребности, чтобы не выбрасывать деньги просто ради «престижа».

Выражаем благодарность:

• Компании Patriot Memory за предоставленный на тестирование накопитель Patriot Viper VP4100 500 ГБ (VP4100–500GM28H).
• Участнику нашего форума Вадиму aka vlo Очкину за разработанный комплекс утилит для анализа SSD-накопителей.

Полный текст статьи читайте на overclockers.ru