Обзор SSD-накопителей Plextor M9Pe объемом 256 Гбайт и 1 Тбайт: достойное решение27.08.2018 11:05

Оглавление

Вступление

Один представитель семейства SSD-накопителей Plextor M9Pe уже оказывался в фокусе нашего внимания. Это была модификация объемом 512 Гбайт с платой-адаптером для установки в слот расширения PCI-Express 3.0×4. Но семейство Plextor M9Pe богато не только на объемы (от 256 Гбайт до 1 Тбайт), но и на физическое исполнение: пользователям предлагается и HHHL-адаптер, и два варианта M.2 — простая печатная плата и печатная плата с небольшим радиатором. И каждое из них получило свое наименование: M9PeY, M9PeG и M9PeGN.

Обзор и тест демонстрационных SSD на контроллере Silicon Motion SM2262G объемом 480 и 960 Гбайт: небольшая революция в сегменте среднебюджетных PCIe NVMe SSD Некоторое время назад Silicon Motion выпустила новое поколение контроллеров для SSD. Для PCI-E-решений это SM2263XT и SM2262, нацеленные на ультрабюджетный и средний сегменты. С обоими мы уже познакомились ранее, но в малообъемных вариантах, что дает слабое представление о возможностях контроллеров. Сегодня мы устраним этот недосмотр в отношении SM2262, благо на тестирование попала пара образцов.

С точки зрения потребительских характеристик Plextor (или стоящая за этой торговой маркой LiteON) их никак не разделяет: одинаковые скорости, одинаковая производительность, одинаковые показатели ресурса на записи. В принципе, все логично, ведь в них используется одно и то же сочетание Marvell 88SS1093 и 64-слойной TLC 3D V-NAND производства Toshiba (Toshiba BiCS3).

Однако наличие или отсутствие теплоотвода, габариты радиатора — все это может привести к некоторым «заточкам» как минимум на уровне прошивки и обеспечить различное поведение и уровень производительности.

Обзор Plextor M9Pe объемом 256 Гбайт и 1 Тбайт

Упаковка и комплектация

Модели Plextor поставляются в небольших картонных коробках, внутрь которых они помещены в пластиковые блистеры с защелками. Упаковка версии с радиатором (M9PeG) снабжена прозрачным окошком, через которое видно сам накопитель, и это единственный яркий визуальный признак-отличие версий.

В остальном коробки не отличаются ни стилистически, ни надписями. Есть еще дополнительная маркировка, но сделана она мелким шрифтом на наклейке.

Наклейки традиционно для компании-производителя несут максимум информации о конкретном устройстве: тут и заводская версия микрокода, и номер партии, и дата производства.

Комплектация представлена лишь винтиком для установки накопителя в посадочное место M.2 на материнской плате. И с этим связан один нюанс: даже в рамках продукции одного производителя такие винты зачастую не совпадают и не являются взаимозаменяемыми между разными моделями системных плат, не говоря уже о рынке в целом.

Как следствие, материнские платы в своем комплекте поставки имеют собственные крепежные винты, а винт из комплекта Plextor M9Pe может оказаться непригоден.

Внешний осмотр

Авторы Plextor M9PeG не стали рисковать с габаритами: его радиатор по сути является металлической пластиной с невысоким оребрением. С одной стороны, это избавит от проблем с совместимостью пользователей тех материнских плат, где слот M.2 расположен под разъемом для видеокарты и массивный радиатор SSD может препятствовать установке последней. А можно вспомнить модели Mini-ITX, где M.2 часто размещен с тыльной стороны платы, и массивный радиатор будет упираться в поддон корпуса.

Но то, что в одной ситуации будет плюсом, в другой может оказаться минусом: простая металлическая пластина банально не может похвастать эффективностью, особенно при отсутствии должной циркуляции воздуха или направленного обдува.

Сопоставляя с рассмотренным ранее M9Pe объемом 512 Гбайт, мы можем сделать вывод, что в модификациях 256 и 512 Гбайт используется односторонняя печатная плата с дизайном на две микросхемы флеш-памяти, а вот терабайтная базируется на печатной плате с двусторонним дизайном.

Основой накопителя, как уже сказано выше, стал Marvell 88SS1093 — тот же контроллер, что использовался и в предшествовавшем Plextor M8Se, отличий тут два. Во-первых, объем буферной памяти в случае M9P уменьшен до типичных »1 Мбайт DRAM на 1 Гбайт NAND», исключение сделано лишь для младшей версии на 256 Гбайт, что оправдывается используемой памятью, и это — второе.

Во-вторых, массив флеш-памяти набран новой TLC 3D V-NAND Toshiba (Toshiba BiCS3) с вертикальной компоновкой ячеек. Данная память быстрее планарной TLC NAND Toshiba, использовавшейся в Plextor M8Se, но отчасти это преимущество нивелируется большей емкостью кристаллов NAND (256 Гбит против 128 Гбит). Поэтому в одинаковых объемах массив памяти в основе Plextor M9Pe обладает вдвое меньшим параллелизмом, нежели в Plextor M8Se. И именно поэтому мы вряд ли увидим Plextor M9Pe объемом 128 Гбайт — его возможные показатели не выдержат никакой критики.

Программная часть

Несмотря на то, что накопители на контроллере Marvell 88SS1093 присутствуют в свободной продаже давно, каких-то специальных драйверов для них не выпускается, пользователям предлагается пользоваться универсальными драйверами NVMe, входящими в состав операционных систем.

Наиболее распространенными в потребительских ПК на сегодняшний день операционными системами являются различные версии MS Windows, однако входящий в их состав драйвер stornvme по умолчанию обладает не предельными показателями быстродействия на операциях записи. Чтобы изменить это, пользователю необходимо вручную отключить очистку буфера записи, поставив соответствующую галочку в свойствах накопителя («Панель управления» >> «Диспетчер оборудования»).

Однако нужно понимать, что данная настройка повышает риск потери данных при неожиданном отключении питания. Именно поэтому она отключена — логичным образом Microsoft перестраховывается.

В прошлый раз мы отметили отсутствие вменяемой программной поддержки для Plextor M9Pe — на тот момент сайт был практически заброшен и новые версии приложений не публиковались. С тех пор в Plextor/LiteON учли эту недоработку: теперь публикуются и новые прошивки (в частности, для тестируемых образцов обнаружились версии 1.05), и новая версия Plextool, получившая в имени приставку «NVMe Edition».

Возможности приложения практически только информационные — посмотреть объем занятого пространства устройства, состояние здоровья, тип подключения, температуру и SMART. Есть возможность очистки накопителя (Secure Erase), но работоспособности добиться от нее не удалось.

Чтобы произвести обновление микрокода, необходимо обращаться не к Plextool, она здесь бесполезна. И, к сожалению, в системе обновления Plextor M9Pe по-прежнему действует схема «для каждого объема свой отдельный прошивальщик», определенную долю неудобств это все же привносит. Но надо отдать должное: под Windows процесс обновления прост, занимает всего несколько секунд и не требует от пользователя никаких особых знаний и усилий.

В процессе обновления данные на накопителях (а они оба прибыли на тестирование со старыми версиями микрокода и обновлялись перед тестами) сохранились, но все же лучше перестраховываться.

Набор параметров SMART совершенно типичен:

• 01 — Critical Warning — критические ошибки в работе накопителя (в зависимости от значения определяется характер сбоя);
• 02 — Composite Temperature — критическая температура накопителя;
• 03 — Available Spare — текущий незадействованный объем резервной области, используемой для подмены вышедших из строя ячеек памяти;
• 04 — Available Spare Threshold — значение параметра Available Spare, по достижении которого состояние накопителя считается критическим;
• 05 — Percentage Used — уровень износа накопителя в процентах (от нуля);
• 06 — Data Units Read — количество прочитанных с массива флеш-памяти блоков данных (один блок соответствует 512 Кбайт данных);
• 07 — Data Units Written — количество записанных на массив флеш-памяти блоков данных (один блок соответствует 512 Кбайт данных);
• 08 — Host Read Commands — количество выполненных по интерфейсу PCI-E операций чтения данных (изменение на единицу соответствует 128 Кбайт данных);
• 09 — Host Write Commands — количество выполненных по интерфейсу PCI-E операций записи данных (изменение на единицу соответствует 128 Кбайт данных);
• 0A — Controller Busy Time — время в минутах, в течение которого контроллер был занят обслуживанием запросов со стороны системы;
• 0B — Power Cycles — количество включений;
• 0С — Power On Hours — количество часов, в течение которых накопитель находился под питанием;
• 0D — Unsafe Shutdowns — количество неожиданных отключений питания;
• OE и 0F — количество ошибок целостности данных.

Тестовый стенд и ПО

Конфигурация: тестирование производительности:

• Материнская плата: ASRock Z270M-ITX/ac (BIOS L2.21);
• Процессор: Intel Core i5–7600K «Kaby Lake», работающий на частоте 4500 МГц;
• Система охлаждения: Arctic Freezer 11 LP;
• Термоинтерфейс: Arctic Cooling MX-2;
• Оперативная память: 2×4 Гбайт DDR4 (инженерные образцы) на частоте 2533 МГц с таймингами 16–16–16–39;
• Видеокарта: интегрированное в центральный процессор видеоядро Intel HD Graphics 630;
• Блок питания: Corsair HX750W мощностью 750 Ватт (незначительно доработан по элементной базе);
• Системный накопитель: Samsung 950 Pro 512 Гбайт (Samsung UBX + MLC 3D V-NAND Samsung + 1B0QBXX7).

Программное обеспечение:

• Microsoft Windows 10×64 April 2018 Update «Домашняя» (10.0.17134.288) со всеми текущими обновлениями с Windows Update.

Глобальные настройки операционной системы:

• Отключена служба System Restore;
• Отключен спящий режим, профиль электропитания — «высокая производительность», «отключать диски — никогда»;
• Отключен файл подкачки;
• Отключена раздача обновлений Windows 10 на другие ПК в сети;
• Создание файловой системы стандартными средствами ОС Windows одним разделом на весь объем носителя, файловая система NTFS, размер кластера — «стандартный», «сжатие файлов» отключено.

В качестве тестового программного обеспечения используются:

• IOMeter версии 1.1.0;
• Futuremark PCMark 7 (режим «Secondary Storage», стандартные настройки);
• AS SSD Benchmark версии 1.7.4739.38088;
• CrystalDiskMark (64bit) версии 3.0.3 (стандартные настройки, тестирование случайными данными).

Операции с реальными файлами (все операции — в пределах тестируемого носителя):

• Копирование папки с фотографиями в формате jpeg, размер 1.52 Гбайт (1 634 455 894 байт), 423 файла;
• Копирование папки с HD-видео (AVC), размер папки 10.3 Гбайт (11 085 980 739 байт), 7 файлов;
• Копирование папки с музыкальными аудиозаписями в формате mp3, размер папки 1.51 Гбайт (1 631 352 647 байт), 479 файлов;
• Копирование папки с документами в формате doc, размер папки 1.50 Гбайт (1 614 504 324 байт), 555 файлов;
• Обработка контейнера mkv при помощи программы MKVToolnix 18.0.0 с удалением всех звуковых дорожек и субтитров (в качестве файла использовался доступный в сети короткометражный анимационный фильм Sintel, в виде файла размером 5.11 Гбайт);
• Архивация папки с фотографиями и папки с документами в один архив (архиватор 7Zip версии 16.04×64, тип архива — 7z, без сжатия).

Тестируемый накопитель устанавливается в слот PCI-Express 3.0 через «пассивную» (не вмешивающуюся в интерфейс) плату-адаптер.

Стабильность скоростных характеристик

Равно как и у классических накопителей на магнитных пластинах (HDD), у накопителей на флеш-памяти есть свои нюансы, связанные с постоянством показателей быстродействия в различных ситуациях.

Во-первых, далеко не все накопители могут обеспечивать стабильную скорость записи при сколь-либо продолжительной нагрузке, причем может сказываться как быстродействие контроллера, так и наличие специальных алгоритмов «ускоренной записи» («SLC-режим»), и их нюансы. Во-вторых, далеко не все модели сохраняют свои показатели после того, как будет переписан весь объем массива флеш-памяти, имеющийся в распоряжении контроллера (особенно снижение скорости записи было свойственно контроллерам SandForce SF-1***/SF-2*** из-за особенностей алгоритмов их работы).

В-третьих, бывают ситуации, когда накопитель оказывается без поступления на него команды TRIM (например, старый ПК, подключение через USB 3.0 на старых контроллерах, RAID-массивы, работа с базами данных) и тогда важно умение его микропрограммы задействовать часть резерва под оперативную запись. В-четвертых, отличается реакция устройств на поступление команды TRIM: одни приступают к «сборке мусора» немедленно, другие откладывают это на периоды простоя.

Причем первые тоже делятся на две подгруппы: на выполняющие операции «сборки мусора» монопольно с прерыванием всякой иной работы (просто перестающие откликаться на какие-либо обращения извне) и осуществляющие очистку ячеек памяти от ставших неактуальными данных в фоновом режиме, лишь несколько снижая быстродействие.

Все эти моменты мы и рассмотрим в порядке перечисления.

Случайная мелкоблочная запись по всему объему, «сборка мусора»

Имитируется работа накопителя в условиях нагрузки, близкой к серверной (непрерывная случайная запись блоками 4 Кбайт по всему объему с глубиной очереди запросов 32) при отсутствии TRIM. Именно так, к примеру, работают базы данных: создается один или энное число больших файлов, внутри которых выполняются операции чтения/записи, генерации команды TRIM при этом не происходит.

Тест проводится непрерывно в течение нескольких часов до исчерпания свободного места на накопителе, при этом снимаются показатели быстродействия: синие отметки — ежесекундно, черная линия — усредненное значение с интервалом в 30 секунд. Непрерывная мелкоблочная запись с большой глубиной очереди запросов, да еще при отсутствии TRIM — тип нагрузки, нехарактерный для домашних ПК, но он иллюстрирует то, насколько производительна и стабильна в показателях использованная в тестируемых накопителях аппаратная платформа в целом.

В характеристиках Plextor M9Pe 1 Тбайт обещается достижение отметки в 300 000 IOPS на случайной мелкоблочной записи. Этот результат, как мы видим, совершенно реален. Но только на «короткой дистанции». Слишком невелик SLC-режим. Продолжительная запись держится на более скромной (но тоже хорошей) отметке ~230 тысяч IOPS. Присутствует некоторое незначительное непостоянство, которого нет у менее емких модификаций Plextor M9Pe, что может говорить о проявлении недостаточности быстродействия уже у самого контроллера Marvell для работы с таким большим объемом флеш-памяти. Однако назвать его критичным, мягко говоря, сложно.

Теперь посмотрим на то, как работают алгоритмы «сборки мусора» (Garbage Collection). На итоговом графике присутствуют скоростные показатели накопителя в четырех ситуациях: состояние «чистого» массива ячеек, после непрерывной нагрузки в течение двух часов в условиях отсутствия команды TRIM, после простоя 30 минут, которых должно хватить накопителю для отработки внутренних алгоритмов «сборки мусора», после выполнения команды TRIM на весь объем накопителя.

В условиях наличия TRIM у Plextor M9Pe нет никаких проблем: команда отрабатывается и накопители поддерживают исходный («заводской») уровень быстродействия. Разработчики аппаратной платформы не стали осложнять себе жизнь лишь реализацией алгоритмов, позволяющих накопителю выдавать высокие скорости в условиях отсутствия TRIM при записи хотя бы небольшого объема данных. Но для домашних ПК, на которые и ориентируются Plextor M9Pe, подобные ситуации редки, поэтому проблемой это не является.

Линейная запись

На крупноблочной записи поведение накопителей иногда может отличаться от мелкоблочной записи со случайным доступом, а оно тоже может служить критерием выбора. Наглядный пример нагрузки такого рода — копирование крупных файлов силами Проводника Windows. Для большей наглядности инициируем линейную запись на весь объем, доступный пользователю, посредством AIDA64.

Встроенный в Windows диалог копирования файлов (процесс копирования крупных файлов) выглядит аналогично:

Хотя с момента дебюта Plextor M9Pe прошел год (до полноценного появления в продаже — около восьми-девяти месяцев), а нумерация версий микрокода дошла до 1.05, каких-либо изменений не наблюдается. В SLC-режиме по-прежнему принимается объем данных, равный примерно 4.5% пользовательского пространства (в глазах пользователя — 1.5% объема, иначе говоря, около 3.6 и 14.3 Гбайт для тестируемых устройств).

И если в SLC-режиме скорость приема данных может достигать 900–1000 и 1700–2000 Мбайт/с, то затем она значительно снижается. Фактически, глядя на показатели Plextor M9Pe объемом 256 Гбайт, никакого ощущения, что перед нами именно PCIe SSD, не возникает: всего лишь 270 Мбайт/с. Зато 1 Тбайт — вполне: 860–890 Мбайт/с.

Для сравнения, у Phison E7 в связке с планарной 15 нм MLC NAND Toshiba под SLC-режим выделяется все свободное пространство (в объеме 480 Гбайт скорости составляют примерно 1.1 Гбайт/с в SLC-режиме и 730 Мбайт/с в режиме «прямой записи»), у Samsung 960 Evo 512 Гбайт — 15% и 1.9 Гбайт и 660 Мбайт/с, у Silicon Motion SM2260G в сочетании с MLC 3D 32L Micron — до 25% свободного места (512 Гбайт — 1.1 Гбайт/с и 400 Мбайт/с), с TLC 3D 32L Micron — до 3.5%, SM2262 в паре с TLC 3D 64L Micron в объемах 240 Гбайт и выше — все свободное пространство, SM2263XT в связке с TLC 3D 64L Micron — 14%.

Задержки при отработке TRIM

Происходит удаление данных. Каков процесс? Операционная система ничего не затирает, она просто помечает в файловой таблице, что данные стали неактуальны. Если с HDD такой прием вполне адекватен, поскольку магнитная поверхность просто перезаписывается, то SSD необходимо «знать» об удалении данных — ячейки флеш-памяти нельзя переписать, их сначала нужно очистить.

Именно с этой целью в стандарт ATA была включена новая команда, больше известная как TRIM. Подача данной команды сигнализирует микропрограмме накопителя, что размещающиеся по определенным LBA-адресам данные более неактуальны и соответствующие им ячейки памяти можно стереть. Сама по себе команда выполняется монопольно, но различается реакция самих устройств на ее подачу.

Три основных варианта: полный уход накопителя «в себя», снижение быстродействия, отсутствие видимой реакции вообще (накопитель «откладывает» выполнение расчистки «на потом», либо его аппаратное быстродействие настолько велико, что хватает и на фоновую расчистку, и на полноценное обслуживание запросов извне).

Спокойно копируем файлы, попутно удаляем ненужные, и тут накопитель «зависает» на некоторое время.

Первый из перечисленных вариантов наиболее неприятен: если накопитель является системным, то пользователь не просто случайно увидит резкое падение индикатора процесса копирования до нуля (а если никакого копирования не запускалось, то не заметит и вовсе). Тут могут возникать рывки («фризы») в работе интерфейса операционной системы и приложений.

Тестирование ориентируется на реализацию SLC-кэширования (подавляющее большинство современных SSD оснащены этим алгоритмом) и проводится следующим образом:

1. Создается несколько файлов объемом 8 Гбайт каждый (4 на накопителях объемом 120–256 Гбайт, 8 — 480–512 Гбайт, 16 — 960–1024 Гбайт) и один тестовый файл объемом 32 Гбайт;
2. Делается пауза в несколько минут для отработки накопителем встроенных алгоритмов «сборки мусора» и консолидации данных из SLC-кэша;
3. Осуществляется запись на накопитель файла из расчета 16 Гбайт записи для накопителей объемом 120–256 Гбайт и далее по 8 Гбайт на каждые 128 Гбайт объема накопителя;
4. Пауза в несколько минут для отработки алгоритмов «сборки мусора» и консолидации данных из SLC-кэша;
5. Удаляется файл, записанный в третьем пункте;
6. Делается пауза в несколько минут для отработки накопителем встроенных алгоритмов «сборки мусора»;
7. Запускается линейное чтение из созданного в пункте тестового файла, возникающие задержки выражаются в падении скорости чтения, что фиксируется с интервалом 0.5 секунд в специальном лог-файле, и производится удаление файлов объемом 8 Гбайт, созданных в первом пункте.

Зачем такие сложности? Пустой накопитель и накопитель с данными — не одно и то же. Если по таблице ретранслятора запрашиваемые ячейки пусты, то микропрограмма, как правило, не тратит время на считывание ячеек памяти, а просто отдает нули на такие запросы. Поток нулей с точки зрения системы — тоже данные, но за счет указанного приема быстродействие здесь выше (именно так получались высокие скорости у накопителей на контроллерах SandForce), а к практической эксплуатации такие результаты не относятся.

Почему сначала временные файлы и только затем — тестовый? А затем еще запись и удаление? Чтобы точно «вытеснить» тестовый файл из SLC-буфера — часто данные, записанные в SLC-режиме, читаются быстрее, нежели хранящиеся уже в «уплотненном» состоянии. Иногда, судя по поведению некоторых накопителей, в микропрограммах специально закладывается отложенная очистка SLC-кэша — как своеобразная «заточка» под популярные бенчмарки, которые записывают данные, тут же их считывают и на основании этого выдают результаты.

Сами по себе размеры удаляемых файлов сделаны такими большими для улучшения точности замеров (продолжительность выполнения операции отработки TRIM интерполируется по объему удаляемого и может быть просчитана).

Отработка команды TRIM при удалении большого объема данных в довольно идеальных условиях (крупные файлы) приводит к прекращению обработки накопителем любых команд извне, но делается это быстро. Стирание 32 Гбайт у Plextor M9Pe 256 Гбайт занимает примерно полторы секунды, а Plextor M9Pe 1 Тбайт справляется со стиранием тестовых 128 Гбайт за примерно 2.5 секунды.

Если сравнивать с конкурентами, то протестированный недавно ADATA Gammix S11 480 Гбайт удалял 64 Гбайт данных пять секунд. Ну, а инженерный образец на этом же контроллере Silicon Motion и памяти объемом 960 Гбайт — 12 секунд. С другой стороны, накопители на контроллере Phison E7 лишь снижают скорость, а на новом Phison E8 аналогично Plextor M9Pe приостанавливают обмен на очень непродолжительный отрезок времени.

Температурный режим

Посмотрев на поведение накопителей под интенсивными нагрузками при направленном обдуве, сравним его с поведением при отсутствии обдува — исключительно собственная конвекция в условиях открытого тестового стенда.

Plextor M9PeG 256 Гбайт работает без обдува: на непрерывной записи температура слегка превышает отметку в 60°C, температурная защита не включается. В отличие от него, Plextor M9PeG 1 Тбайт после непрерывной записи примерно 165 Гбайт данных начинает «сваливаться в троттлинг».

В целом результаты вполне достойные.

Полный текст статьи читайте на overclockers.ru