Обзор NVMe-накопителя Kingston KC2000: известные слагаемые и неожиданная сумма21.04.2020 00:01

Позиции компании Kingston традиционно очень сильны на российском рынке твердотельных накопителей. Даже сейчас, когда тяжеловесы — производители первого эшелона — добились явного доминирования, Kingston, которая не обладает собственным производством флеш-памяти и не разрабатывает контроллеров, уверенно удерживает по объёмам продаж третье место, с долей 15–20% в штучном и 10–15% в денежном выражении (по данным GfK Russia). Поэтому всё, что делает эта компания, вызывает огромный интерес, ведь очевидно, что добиться такого признания среди покупателей можно было, лишь обладая каким-то особым рецептом успеха.

И как следует из статистики продаж, по этому рецепту сделана модель Kingston A400 — SATA-накопитель начального уровня, который пользуется огромной популярностью благодаря низкой цене при неплохих для своего класса характеристиках. Однако не стоит думать, что стратегия Kingston заключается в ориентации только на нижний ценовой сегмент. В модельном ряду компании есть и SSD, которые привлекают к себе внимание отнюдь не ценой, а уровнем производительности и использованием перспективных аппаратных платформ. И с наилучшим примером такого накопителя мы познакомимся сегодня: это Kingston KC2000 — флагманская потребительская модель M.2 SSD с интерфейсом NVMe.

Справедливости ради стоит сказать, что KC2000 — не совсем новинка. Данный накопитель был анонсирован в середине прошлого года, а в России появился в январе 2020-го. Но никаких обновлений ассортимента у Kingston с тех пор не происходило. Впрочем, в этом не было и нет никакой необходимости: для KC2000 изначально была выбрана удачная платформа, которая смотрится вполне актуально и сегодня. И хотя в нём нет поддержки новейшей версии протокола PCI Express 4.0, это нельзя назвать критичным недостатком. Во-первых, число систем, способных принимать PCIe 4.0-накопители, не слишком велико и ограничено лишь конфигурациями, построенными на процессорах Ryzen 3000 и платах с чипсетом X570. Во-вторых, как показало тестирование, даже в таких сборках имеющиеся на рынке PCIe 4.0-накопители проигрывают по реальной производительности правильно спроектированным SSD с шиной PCI Express 3.0.

На первый взгляд, KC2000 как раз и относится к таким добротным решениям. Во многом это обуславливается тесными отношениям компании Kingston с Kioxia (бывшей Toshiba Memory), благодаря которым она получает доступ к наиболее современной и лучшей по качеству флеш-памяти японского производителя. В частности, в KC2000 применяется BiCS4-память — 96-слойная TLC 3D NAND, которая встречается в прочих NVMe-накопителях не так уж и часто. А в том окружении, в котором она работает в KC2000, найти её где-то ещё, кроме накопителя Kingston, вообще невозможно.

Дело тут в том, что Kingston KC2000 — это уникальный накопитель, в котором память Kioxia управляется контроллером Silicon Motion SM2262EN. Обычно производители второго-третьего эшелона спаривают этот контроллер с 64-слойной флеш-памятью Micron или Intel, а память Kioxia встречается главным образом в накопителях, построенных на контроллерах Phison. Но в том-то и заключается необычность подхода Kingston: инженеры компании скрестили лучший NVMe-контроллер независимого разработчика с более прогрессивной 96-слойной памятью своего давнего партнёра. И в итоге от Kingston KC2000 можно ожидать даже большего, чем от прочих популярных моделей на базе SM2262EN, таких как, например, ADATA XPG SX8200 Pro.

Именно по этой причине мы решили сделать подробный обзор Kingston KC2000. Стоимость этого накопителя выше, чем у ADATA SX8200 Pro, но нельзя исключать, что специально подобранное сочетание компонентов делает предложение Kingston гораздо интереснее в плане производительности. Вот и проверим.

⇡#Внешний вид и устройство

KC2000 поставляется в простейшей упаковке — блистере. В комплекте с накопителем пользователь получает ключ для установки популярной программы для резервного копирования и клонирования разделов Acronis True Image HD. 

Для изучения старшего представителя своего модельного рада компания Kingston представила нам версию KC2000 ёмкостью 1 Тбайт. Накопитель выполнен в форм-факторе M.2 2280, но микросхемы флеш-памяти располагаются на обеих его сторонах, что иногда создаёт проблемы с монтажом в системах с низкопрофильным слотом M.2. Штатных средств теплоотвода в конструкции не предусматривается, даже этикетка не имеет фольгированного слоя. Так что KC2000 лучше всего ставить в материнские платы с собственными системами охлаждения слотов M.2.

На этикетке накопителя указаны дата производства (цифры 1951 указывают на 51-ю неделю 2019 года) и версия прошивки (S78283). Кроме того, приведен идентификатор PSID, что указывает на поддержку аппаратного AES-шифрования и соответствие Kingston KC2000 стандартам TCG Opal 2.0 и Microsoft eDrive.

Как и было сказано выше, управляется накопитель чипом SM2262EN. Хотя в нём и не реализована поддержка PCI Express 4.0, это наиболее производительная на данный момент версия NVMe-контроллера Silicon Motion для потребительских решений, поддерживающая и DRAM-буфер, и восемь каналов для подключения флеш-памяти.

Массив флеш-памяти в Kingston KC2000 сформирован из 256-гигабитных кристаллов 96-слойной BiCS4 памяти (TLC 3D NAND). Всего их для терабайтного накопителя требуется 32 штуки, то есть контроллер в данном случае может пользоваться четырёхкратным чередованием. Все кристаллы распределены по восьми микросхемам, каждая из которых, очевидно, содержит внутри сразу по четыре кремниевых кристалла.

Микросхемы промаркированы самой Kingston, и это закономерно, поскольку компания закупает у Kioxia флеш-память в виде «полуфабрикатов» — полупроводниковых пластин, а их резкой, тестированием и финальным корпусированием занимается уже самостоятельно. Таким путём Kingston добивается снижения себестоимости, плюс это даёт компании определённый контроль над качеством памяти.

Последний важный элемент конструкции KC2000 — это DRAM-буфер, представленный двумя чипами DDR3–1600. Их суммарная ёмкость составляет 512 Гбайт, и они играют роль своего рода оперативной памяти — в них контроллер хранит копию таблицы трансляции адресов и буферизирует мелкоблочные записи.

⇡#Технические характеристики и особенности работы

Стоит напомнить, что KC2000 — это накопитель, с которым  Kingston выходит в сегмент производительных NVMe-решений. Для этого компания совершила неожиданный разворот: после многолетнего сотрудничества с Phison она отказалась от применения в своей флагманской модели очередного контроллера этого разработчика в пользу решения Silicon Motion. Но самое интересное в Kingston KC2000 даже не это, а то, что в нём вместе с контроллером Silicon Motion используется память Kioxia. Такая комбинация идёт вразрез с эталонным дизайном и любыми традициями: все заметные производители, выпускающие SSD на контроллере SM2262EN, ставят в них память Micron или Intel. Поэтому KC2000 очень любопытен для исследования.

Технические характеристики Kingston KC2000 выглядят следующим образом:

Как показывает опыт, паспортные спецификации не всегда отражают действительность — реальную производительность устройства мы изучим во время тестирования. Что касается ресурсных характеристик и условий гарантии Kingston KC2000, то они находятся на абсолютно типичном уровне. Продолжительность гарантии составляет пять лет, и в течение этого срока допускается ежедневно обновлять на SSD примерно треть полной ёмкости.

Так как рассматриваемый накопитель отличается по своему дизайну от прочих SSD на контроллере SM2262EN, инженерам Kingston пришлось поработать над собственной микропрограммой. Это могло сильно поменять какие-то привычные алгоритмы работы, однако удалось установить, что по факту все привычные технологии в KC2000 на месте. В первую очередь речь идёт про динамическое SLC-кеширование — оно сохранилось в полной мере. Под запись в быстром однобитовом режиме контроллер отдаёт примерно половину свободного места. Это значит, что на чистый терабайтный накопитель можно на высокой скорости записать порядка 150 Гбайт.

Из графика видно, что если говорить о записи, то KC2000 присущи три принципиально разных режима быстродействия. SLC-режим, в котором пиковая скорость линейной записи составляет около 2,7 Гбайт/с. TLC-режим с пиковой скоростью в районе 1,2 Гбайт/с. И третий, самый медленный режим, в котором вместе с записью в TLC-режиме контроллеру приходится уплотнять данные, изначально записанные в однобитовом режиме. В этом случае линейная скорость падает до примерно 700 Мбайт/с.

SLC-кеширование в Kingston KC2000 распространяется и на операции чтения. Суть заключается в том, что после записи свежей информации в динамический SLC-кеш, она не переводится в TLC-вид при первой же возможности, а на некоторое время сохраняется в однобитовом варианте. Это даёт выигрыш в производительности операций мелкоблочного чтения в том случае, если обращения происходят к данным, которые были записаны на SSD непосредственно перед этим. Но в реальности такой сценарий встречается крайне редко.

График, приведённый выше показывает, как меняется скорость мелкоблочного чтения по мере того, как информация «устаревает». В данном случае видно, что если после записи тестового файла на чистый терабайтный накопитель записать ещё около 100 Гбайт данных, то скорость чтения из первоначального файла упадёт примерно на 20%. И «честная» скорость случайного чтения блоками по 4 Кбайт для Kingston KC2000 составляет не выдающиеся 62 Мбайт/с, а довольно обычные 44 Мбайт/с.

Отметить нужно и ещё одну особенность Kingston KC2000, касающуюся обработки команды TRIM. Микропрограмма этого SSD устроена таким образом, что удаление больших объёмов файлов приводит к временной «заморозке» его работы. Как показано на диаграмме, после удаления файла объёмом 64 Гбайт в течение примерно четырёх секунд происходит глубокое падение производительности и рост времени отклика накопителя, в это время накопитель практически не реагирует на внешние запросы.

Этот эффект связан с необходимостью провести «сборку мусора» в массиве флеш-памяти и обнулить высвободившиеся блоки страниц, и в той или иной степени он присущ всем современным SSD. Однако в случае KC2000 данный эффект проявляется несколько сильнее, чем обычно.

⇡#Программное обеспечение

Компания Kingston снабжает свои накопители специальной сервисной утилитой SSD Manager. Её возможности нельзя назвать исчерпывающими, но базовую функциональность эта программа обеспечивает.

Так, она позволяет посмотреть служебную информацию о SSD и отображает данные о его текущем состоянии, включая показатели здоровья и температурный режим. Заодно посредством SSD Manager можно обновить прошивку, однако новые микропрограммы не скачиваются из сети, а поставляются внутри дистрибутива утилиты.

Также утилита даёт доступ к полной телеметрии S.M. A.R.T., расшифровывая все значимые величины.

Отдельно стоит отметить вкладку Security, на которой активируется движок аппаратного шифрования SSD. Как было указано выше, Kingston KC2000 поддерживает алгоритм AES256, который можно задействовать, например, в Windows BitLocker, либо в каком-то другом совместимом со стандартами IEEE 1667 или TCG Opal 2.0 ПО.

Напомним, при включении аппаратного шифрования может потребоваться не только активировать стандарты IEEE 1667 либо TCG Opal 2.0 в самом SSD (что делается через утилиту), но и также отключить CFM в BIOS и переустановить операционную систему. Также программа SSD Manager будет нужна в случае необходимости отключить шифрование или изменить его ключ.

⇡#Описание тестовой системы и методики тестирования

С недавних пор тестирование SSD-накопителей с интерфейсом NVMe мы стали выполнять на платформе AMD. Решение перейти на систему с процессором Ryzen третьего поколения было принято не только в связи с её высокой популярностью, но и потому, что в таких системах высокопроизводительные SSD показывают более высокие результаты. Причин две. Во-первых, материнские платы с набором системной логики AMD X570 имеют поддержку PCI Express 4.0, которую не могут предложить никакие материнские платы под процессоры Intel. Во-вторых, после выхода многочисленных патчей безопасности, закрывающих разнообразные уязвимости в архитектуре процессоров Intel, они сильно сдали именно в части скорости отклика при операциях с файловой системой. В результате полигоном для тестирования SSD в нашей лаборатории теперь выступает система на процессоре Ryzen 7 3800X и материнской плате с чипсетом X570.

Исследуемый в этом обзоре Kingston KC2000 не обладает поддержкой PCI Express 4.0, тем не менее в качестве конкурентов для него мы взяли не только типовые накопители с конфигурациями «SMI SM2262EN плюс память Micron» (ADATA XPG Gammix S11 Pro) и «Phison E12 плюс память Toshiba» (Silicon Power P34A80), но и более новый вариант «Phison E16 плюс память Toshiba» (Corsair MP600), работающий именно через PCIe 4.0. Кроме того, в тестах принял участие и эталонный Samsung 970 EVO Plus, который уже более года остаётся самым быстрым потребительским NVMe SSD.

В конечном итоге список участников тестирования получился следующим:

• ADATA XPG Gammix S11 Pro 1024GB (AGAMMIXS11P-1TT-C, прошивка S0118C);
• Corsair Force MP600 1000GB (CSSD-F1000GBMP600, прошивка EGFM11.3);
• Silicon Power P34A80 1024GB (SP001TBP34A80M28, прошивка ECFM12.2);
• Kingston KC2000 1000GB (SKC2000M8/1000G, прошивка S2783101);
• Samsung 970 EVO Plus 1000GB (MZ-V7S1T0BW, прошивка 1B2QEXM7).

А конфигурация тестовой системы была такой:

• Процессор: AMD Ryzen 7 3800X (Matisse, 8 ядер + SMT, 3,9–4,5 ГГц, 32 Мбайт L3);
• Процессорный кулер: Noctua NH-D15;
• Материнская плата: ASRock X570 Taichi (Socket AM4, AMD X570);
• Память: 2 × 8 Гбайт DDR4–3600 SDRAM, 16–16–16–36;
• Видеокарта: NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti (TU102, 1350/14000 МГц, 11 Гбайт GDDR6 352-бит);
• Блок питания: Thermaltake Toughpower DPS G RGB 1000W Titanium (80 Plus Titanium, 1000 Вт).

Отдельно стоит уточнить, что накопители для тестов устанавливаются в слот M.2, к которому подведены линии PCI Express непосредственно от процессора.

Для измерения производительности SSD в лаборатории 3DNews применяются следующие тесты:

• CrystalDiskMark 7.0.0. Данный бенчмарк включён в методику благодаря тому, что он смог стать отраслевым стандартом при определении характеристик SSD. В нашем же случае он используется для определения пиковых показателей производительности накопителей в различных режимах.
• Iometer 1.1.0. Профессиональный тестовый пакет, с помощью которого мы измеряем реалистичные значения показателей производительности SSD при распространённых рафинированных нагрузках.
• PCMark 10 Storage Benchmark. Тестовое приложение, измеряющее производительность дисковой подсистемы во время моделирования типичной работы пользователя. Используются три сценария — базовый (работа в приложениях и обычное взаимодействие с файловой системой), облегчённый (моделирование системного диска) и файловая помойка (моделирование файлового хранилища).
• Собственные тесты 3DNews. Измерение скорости копирования файлов утилитой Robocopy, скорости архивирования и разархивирования файлов архиватором 7-zip и производительности дисковых операций при запуске игры Far Cry 4, либо при старте серии крупных приложений, включающей Microsoft Word, Adobe Photoshop и Premiere Pro.

⇡#Производительность в CrystalDiskMark

Бенчмарк CrystalDiskMark никак нельзя обойти стороной, так как на его показатели обычно ориентируются сами производители. С его помощью мы можем легко проверить, насколько честно обозначаются в спецификациях характеристики быстродействия. С Kingston KC2000 в этом плане всё не совсем хорошо. С одной стороны, пиковые линейные скорости выше обещанных, но с другой — по производительности мелкоблочных операций накопитель оказывается немного хуже, чем ожидалось: при чтении он выдаёт около 320 тысяч IOPS, а при записи — 250 тысяч IOPS.

Для наглядности результат Kingston KC2000 мы сопоставили с производительностью основанного на том же контроллере SM2262EN накопителя ADATA XPG Gammix S11 Pro. Сравнение показывает, что KC2000 немного уступает конкуренту в при чтении и записи, зато превосходит его на смешанных операциях.

Kingston KC2000 1000 Гбайт

ADATA XPG Gammix S11 Pro 1024 Гбайт

⇡#Производительность линейных операций

Для этого раздела мы с помощью профессионального бенчмарка IOMeter измерили те варианты скоростей линейных операций, которые в первую очередь важны для пользователей, работающих с обычными приложениями для ПК. Иными словами, речь идёт об операциях с неглубокими очередями запросов — одна, две или четыре команды.

Стоит отметить, что линейные операции выполняются Kingston KC2000 довольно бодро. Этот SSD оказывается не только заметно лучше вариантов, построенных на контроллере Phison E12, но и не проигрывает решению ADATA, которое основано на платформе «SM2262EN плюс память Micron». Уступает же наш главный герой либо накопителю Samsung 970 EVO Plus, который пока не удавалось превзойти никому, либо Corsair Force MP600, который пользуется преимуществами высокой пропускной способности шины PCI Express 4.0.

⇡#Производительность мелкоблочных операций

Тесты производительности мелкоблочных операций в IOMeter также приближены к реальной нагрузке. Хотя они и имеют синтетическую природу, в них используются профили нагрузки с низкой глубиной очередей запросов. Причём, как показывают различные независимые исследования, в обычной пользовательской среде до 80% команд имеет неконвейеризируемую природу, и поэтому в используемых тестовых сценариях такая же доля отведена на чтение и запись 4-килобайтных блоков при очереди в одну команду. Остальные же 20% нагрузки отдаются под очередь в две или четыре команды.

К сожалению, массив флеш-памяти Kingston KC2000 отличается достаточно высокими задержками. Поэтому этот SSD может похвастать превосходством только при сравнении с накопителями на платформе Phison E12, которые, кстати говоря, используют 64-слойную память Kioxia (Toshiba). Все же остальные соперники оставляют Kingston KC2000 позади.

⇡#Производительность в PCMark 10

Недавно компания UL обновила свой системный тест PCMark 10, добавив туда трассы для тестирования SSD. Они моделируют эксплуатацию накопителей в трёх сценариях: при обычном многоцелевом использовании (Full System Drive Test), при работе SSD в качестве системного диска (Quick System Drive Test) и в том случае, если флеш-накопитель применяется для хранения файлов (Data Dtive Test).

В двух последних сценариях Kingston KC2000 показывает далеко не выдающиеся результаты, но зато в «обобщённом» сценарии этот накопитель занял второе место, уступив лишь ADATA XPG Gammix S11 Pro.

⇡#Производительность в реальных задачах

При копировании файлов внутри накопителя Kingston KC2000 хорошо помогает эффективная система SLC-кеширования, но при работе с архиватором его результаты уже не так высоки, поскольку баланс между операциями чтения и записи получается не 50 на 50, а несколько иным.

Что касается скорости запуска с Kingston KC2000 программ и игр, то в таких сценариях его производительность оказывается на весьма достойном уровне.

⇡#Температурный режим

Kingston не стала добавлять своему флагманскому накопителю никаких средств охлаждения, однако это вовсе не значит, что он слабо греется. Практическая проверка показывает, что эксплуатировать KC2000 нужно всё-таки с дополнительным теплоотводом.

Мы обычно тестируем нагрев NVMe SSD под нагрузкой из смешанных линейных операций, которые на 70% состоят из чтения. Никаких дополнительных приспособлений для отвода тепла в этом случае не используется, а тест выполняется на открытом стенде. Проведённый с KC2000 в таких условиях эксперимент показал, что температура его контроллера, согласно показаниям S.M. A.R.T., за пять минут непрерывной активности не выходит за пределы 70 градусов при том, что критическая температура, при которой включается троттлинг, установлена для этого SSD в 75 градусов.

Тут, правда, необходимо отметить, что данные микропрограммы с единственным значением температуры разумеется не отражают полностью режим, в котором работает устройство. Как выглядит тепловая картина в реальной жизни нам поможет оценить термоснимок.

По нему хорошо видно, что наиболее горячая часть накопителя — это не модули памяти, а контроллер: за 5 минут интенсивной работы он нагрелся до 85 градусов. И хотя за это время заметного падения производительности вследствие троттлинга не было отмечено, мы все-таки рекомендуем позаботиться об охлаждении Kingston KC2000 — как минимум обеспечить хорошую циркуляцию воздуха вокруг него. Кстати, производитель позиционирует эту модель как SSD для настольных компьютеров — в компактных системах и ноутбуках ему явно будет жарковато.  

⇡#Выводы

Хотя компанию Kingston можно отнести к числу довольно крупных производителей SSD, до недавних пор она не ввязывалась в гонку за рекордами производительности, а её продукция привлекала к себе внимание пользователей в первую очередь доступной ценой. Но в любом правиле бывают исключения, и время от времени в недрах этой компании рождаются проекты в духе KC2000. Этот накопитель действительно заметно отличается от всех тех NVMe SSD, которые компания предлагала до этого, ведь он претендует на то, чтобы заинтересовать энтузиастов.

Дорогу в верхние ценовые сегменты разработчики Kingston решили проложить достаточно оригинальным путём. Их идея заключалась в том, чтобы из общедоступных компонентов собрать уникальный и интересный накопитель, который будет отличаться от всех прочих вариантов, представленных на прилавках магазинов. Именно так и родился KC2000, в котором хорошо зарекомендовавший себя контроллер SM2262EN совмещён с современной 96-слойной TLC 3D NAND (BiSC4) производства Kioxia.

Оригинальная архитектура  KC2000 не обеспечила этому накопителю однозначной победы в быстродействии — альтернативные накопители на базе того же контроллера SM2262EN, комплектующиеся 64-слойной флеш-памятью Micron, работают в целом побыстрее, хотя разница в производительности не столь существенна. Зато KC2000 не только заметно лучше многочисленных SSD на базе вездесущего контроллера Phison E12, но и не проигрывает накопителям на базе Phison E16 с поддержкой PCI Express 4.0.

Из  результатов тестирования следует, что эта модель вполне достойна попадания и в игровые, и в рабочие конфигурации. Она показала хорошие результаты в таких практических задачах как запуск игр и других приложений, копировании файлов, да и комплексный тест PCMark 10 высоко оценил скорость этого накопителя. Но здесь нам приходится отметить, что в данный момент стоимость KC2000 несколько выше, чем у сравнимых по уровню производительности накопителей. Если со временем она скорректируется, то у KC2000 есть хороший шанс занять достойное место в средней ценовой категории.