Обзор SATA SSD-накопителя Samsung 860 QVO: 10 тысяч за терабайт27.11.2018 18:00

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 ореола 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 просто 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. Поэтому 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 $1000, 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 о существовании задела 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 отличия 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 неразмеченного 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.