Обзор твердотельного накопителя Plextor M6e для шины PCI Express
Введение В прошлом году мы в очередной раз стали невольными свидетелями того, с какой лёгкостью крупные корпорации могут выжимать с рынка мелких игроков. Подобные явления уже давно не воспринимаются как нечто необычное, такое происходит всякий раз, когда та или иная отрасль начинает демонстрировать рост и обещает неплохую прибыль. Поэтому похожими сетованиями можно начинать практически любую статью, но в данном случае речь пойдёт о твердотельных накопителях. Прошлый год ознаменовался тем, что на рынок потребительских SSD обратили пристальное внимание полупроводниковые гиганты, занимающееся производством флеш-памяти, и в первую очередь Samsung и Micron. Начав проводить очень агрессивную политику, эти две компании добились серьёзного роста своей доли, который обуславливается как массовым переходом пользователей на новую технологию хранения информации, так и постепенным уменьшением объёмов поставок SSD прочих компаний. Используя недорогую флеш-память собственного производства, Micron и Samsung смогли наводнить рынок действительно привлекательными твердотельными накопителями, которые зачастую стоят дешевле предложений конкурентов, но при этом предлагают весьма достойный уровень быстродействия.Соперничать с такими тяжеловесами, способными продавать флеш-память по себестоимости, и к тому же не экономящими на разработках и действительно двигающими прогресс, очень тяжело. Поскольку перебить предложения Samsung и Micron более выгодной ценой могут лишь компании, имеющие собственное полупроводниковое производство флеш-памяти, а это троица Intel, Toshiba и SanDisk, всем остальным производителям SSD остаётся надеяться только на собственный инженерный потенциал и возможность конкуренции с лидерами за счёт каких-то нишевых решений. Иными словами, удивляться тому, что пёстрый зоопарк SSD на прилавках магазинов демонстрирует тенденцию к сокращению своего разнообразия, явно не стоит. Но зато на этом фоне хорошо выделяются нестандартные решения амбициозных игроков второго эшелона, пытающихся несмотря ни на что закрепиться на рынке твердотельных накопителей. Один из ярчайших примером такого подхода демонстрирует Plextor, которую ещё совсем недавно мы считали одним из основных поставщиков потребительских SSD.
Со временем старые предложения Plextor, M5S и M5P, которые долгое время оставались одними из лучших SSD для персональных компьютеров, перестали быть современными или выгодными. В результате, перед компанией встала острая необходимость обновления модельного ряда, которое должно было быть проведено так, чтобы новые флеш-диски могли заинтересовать покупателей какими-то уникальными возможностями. И Plextor смогла решить поставленную задачу, выпустив не имеющую пока аналогов новинку — M6e — твердотельный накопитель с врождённым интерфейсом PCI Express.
Надо сказать, появление потребительских SSD для PCI Express скоро перестанет быть чем-то из ряда вон выходящим. Современные тенденции таковы, что шина PCI Express должна вскоре прийти на смену интерфейсу SATA 6 Гбит/с повсеместно — это заложено в наиболее свежей версии спецификации SATA 3.2. Скорости твердотельных накопителей для персональных компьютеров вплотную подобрались к пропускной способности SATA 6 Гбит/с, и поэтому этот интерфейс остро нуждается в более скоростной замене. Простой же разгон SATA без внесения серьёзных изменений в конструкцию разъёмов и кабелей, а также без удорожания контроллеров уже не проходит, поэтому индустрия нацеливается на перевод всего парка твердотельных накопителей на работу через более скоростную и универсальную шину, коей и выступает PCI Express.
В этом плане Plextor M6e — это своего рода первый эксперимент по использованию новой шины в общеупотребительных SSD. И вслед за этим предложением должны появиться и другие похожие варианты. Однако заслуга Plextor состоит в том, что компания решила перейти на новую шину ещё до того, как в современных компьютерах появится необходимая инфраструктура в виде предназначенных для SSD портов и слотов нового поколения. Вместо этого производитель реализовал свой флеш-диск в виде обычной PCI Express карты. Что из этого получилось, мы и посмотрим в этом обзоре.
M.2 и Serial Express: какими должны быть SSD для PCI Express Для того чтобы обогнать всех остальных разработчиков SSD потребительского класса с переходом на шину PCI Express, компания Plextor пустилась на хитрость. Она не стала ждать массового распространения в современных компьютерах опирающихся на PCI Express специализированных слотов и разъёмов для подключения SSD нового поколения — M.2 и SATA Express, которые описываются в спецификации SATA 3.2. Вместо этого она пошла своим путём — сделала SSD в виде обычной PCI Express карты. Однако с точки зрения спецификации это не совсем правильно. Во-первых, что вся инфраструктура выстроена под твердотельные накопители, выполненные либо в 2,5-дюймовых корпусах, либо в виде компактных плат расширения. Во-вторых, флеш-диски в виде обычных плат PCI Express считаются не слишком удобными: далеко не все персональные компьютеры располагают необходимыми дополнительными слотами, а установка нескольких таких карт возможна в крайне незначительном числе настольных платформ.Поэтому дальнейшее развитие SATA предполагает, что SSD для настольных систем сохранят своё привычное исполнение, но будут подключаться по специальному интерфейсу SATA Express, который введёт в обращение новый тип разъёмов и кабелей. При этом SATA Express объединяет два интерфейса SATA 6 Гбит/с (они нужны для обратной совместимости со старыми накопителями) и несколько линий PCI Express. Порты SATA Express первого поколения, которые могут присутствовать в настоящее время на материнских платах на базе набора логики Intel Z97, предполагают использование двух линий PCI Express второго поколения, что означает рост пиковой пропускной способности современной реализации SATA Express до 1 Гбайт/с.
Второй, предусмотренный спецификацией вариант подключения накопителей по шине PCI Express — это специализированные слоты M.2 (также известные как MGFF), ориентированные в первую очередь на мобильные применения. Такие слоты, имеющие сравнительно небольшой размер, и потому идеально подходящие для тонких и ультратонких ноутбуков, объединяют один интерфейс SATA 6 Гбит/с и несколько линий PCI Express. В первом варианте, который находит сейчас массовое распространение на материнках, основанных на интеловских наборах логики девятого поколения, опять-таки, используется две линии PCI Express 2.0. Иными словами, слоты M.2 можно рассматривать как простое мобильное переложение интерфейса SATA Express.
Следует заметить, что реализованные в современных материнских платах M.2 и SATA Express пока очень далеки от идеала, заложенного в спецификации SATA 3.2. Использование в этих слотах и разъёмах большего, чем два, числа скоростных линий PCI Express могло бы заметно поднять скорость передачи данных. А производители SSD теоретически готовы выпустить продукты, способные задействовать полосу пропускания и четырёх линий PCI Express. Однако Intel пока искусственно ограничила скорость M.2 и SATA Express реализаций в своих наборах логики Z97 и H97 именно вариантом PCI Express 2.0×2 с пропускной способностью не более 1 Гбайт/с.Помимо внедрения для передачи данных более скоростной физической шины PCI Express спецификация SATA 3.2 предлагает и ещё одно важное усовершенствование — введение нового логического протокола NVMe вместо устаревшего AHCI. Старый протокол изначально был разработан для механических жёстких дисков и потому не предполагает возможность параллельной обработки запросов доступа к данным. Новый же механизм NVMe предназначается специально для шины PCI Express и накопителей, построенных на базе энергонезависимой памяти. В отличие от AHCI, он учитывает все особенности SSD: их низкую латентность и параллелизм архитектуры. Более того, в нём также принята во внимание и многопоточность современных платформ. Поэтому NVMe поддерживает множественные очереди команд с практически неограниченной глубиной, новые способы обработки прерываний и прочие техники, которые ощутимо увеличивают эффективность задействования физической шины в современных системах при подключении к ней именно твердотельных накопителей.
Таким образом, у производителя, желающего выпустить перспективный SSD с интерфейсом PCI Express открывается масса вариантов. Накопитель можно сделать в виде простой PCI Express платы, в виде карты M.2 или в виде модуля, подключаемого через интерфейс SATA Express. При этом логически SSD может работать как по традиционному протоколу AHCI, так и по новомодному NVMe. Каждый вариант имеет свои плюсы и минусы, но компания Plextor решила выбрать тот вариант, который обеспечивает максимальную совместимость с существующими системами.
Как это сделано в Plextor M6e Формально поддержка слотов M.2 и портов SATA Express на сегодняшний день существует только лишь в интеловских наборах логики девятого поколения — Z97 и H97. Конкретнее, в них предусмотрено два высокоскоростных канала, которые могут работать либо в режиме двух портов SATA, либо двух линий PCI Express 2.0, и благодаря этому после мультиплексирования в единый интерфейс хорошо подходят для реализации одного порта SATA Express, либо слота M.2. Это, естественно, не означает, что никакие другие наборы системной логики M.2 или SATA Express реализовать не позволяют, но в прочих платформах их добавление отнимет слишком много аппаратных ресурсов. Потому увидеть M.2 или SATA Express на старых материнских платах можно только в каких-то особо исключительных случаях. Иными словами, слоты M.2 и интерфейс SATA Express только-только начинают свой путь на рынок, и распространёнными вариантами их пока признать тяжело.Точно также и с протоколом NVMe — на данный момент его трудно назвать обладающим широкой программной поддержкой. Если AHCI поддерживается всеми актуальными на данный момент операционными системами, то врождённый драйвер NVMe есть лишь в Windows 8.1 и Windows Server 2012 R2, в остальных же случаях потребуется внедрение в ядро ОС дополнительных компонентов. На уровне же UEFI материнских плат в большинстве случаев поддержки NVMe нет вообще, поэтому с накопителей, использующих этот протокол загрузка ОС невозможна. Иными словами, к переходу на NVMe экосистема персональных компьютеров подготовлена плохо.
Учитывая сказанное, инженерам Plextor оказалось не слишком сложно выбрать вариант реализации своего твердотельного накопителя с интерфейсом PCI Express. Чтобы минимизировать количество потенциальных проблем, он был выпущен в виде обычной устанавливаемой в слоты PCI Express платы и использует наследственный протокол AHCI. Это не самое удобное и не самое прогрессивное решение, зато гарантированно работающее практически в любой настольной системе, где есть свободный слот для установки плат расширения.
Однако не всё так просто. Желая убить одним выстрелом сразу двух зайцев, Plextor унифицировала свой M6e с аналогичным PCI Express-накопителем, предназначенным для установки в слоты M.2. Поэтому флеш-диск M6e в десктопном варианте представляет собой карту M.2 форм-фактора 2280 (80 × 22 мм), которая для удобства конечных пользователей настольных персональных компьютеров смонтирована на универсальный переходник с PCI Express на M.2. В результате, получилось сразу два варианта M6e: для слотов PCI Express и для M.2. В ассортименте Plextor представлены обе версии, но фактически это одно и то же.
Таким образом, «ядро» M6e — это SSD в форм-факторе M.2, рассчитанный на работу через шину PCI Express 2.0×2. То есть, именно на той скорости, которую могут обеспечить в слотах M.2 существующие на сегодняшний день платы на базе интеловских наборов логики девятой серии. В качестве же «обвязки» десктопной версии M6e производителем предлагается универсальный адаптер с интерфейсом PCI Express x4, но, учитывая, что «ядро» затребует лишь две линии стандарта 2.0, в реальности для PCI Express-платы M6e вполне хватает слота PCI Express 2.0×2.Несмотря на то, что твердотельный накопитель Plextor M6e выполнен не совсем в привычном виде, его работа через протокол AHCI решает множество проблем с удобством применения. Для него не нужно никаких специальных драйверов — он видится любой сколь-нибудь современной операционной системой и так. Более того, все встроенные алгоритмы ОС, рассчитанные на обслуживание SSD, остаются полностью функциональными. Например, с M6e прекрасно работает команда TRIM. Нет никаких препятствий и на пути использования этого твердотельного накопителя в роли загрузочного диска: UEFI материнских плат определяет наличие PCI Express SSD в системе и добавляет его в список доступных дисковых устройств для запуска операционной системы. Более того, при установке Plextor M6e в слот M.2 на материнских платах, основанных на наборах логики Intel Z97 и H97, этот SSD распознаётся и драйвером Intel Rapid Storage Technology (начиная с 13 версии). Это позволяет вовлекать M6e, например, в работу технологии Intel Rapid Start. Единственное существующее ограничение — это невозможность создания с участием Plextor M6e RAID-массивов.
Впрочем, в столь широкой совместимости M6e никакой особой заслуги Plextor нет, ведь это — вполне обычный AHCI-флеш-диск для разъёма M.2, но при этом в части комплектаций снабжённый дополнительным переходником на PCI Express. Для тестирования этой новинки мы получили 256-гигабайтную версию для обычной шины PCI Express. Давайте познакомимся с ней подробнее.
Plextor M6e 256 Гбайт: подробное знакомство Итак, Plextor M6e — это старший на сегодняшний день накопитель в новом семействе M6. Однако модель эта стоит несколько особняком. Компания планирует выпустить ещё одного флагмана — M6 Pro, который будет представлять собой традиционный SATA-накопитель в 2,5-дюймовом исполнении. M6e же это своего рода экспериментальная модель, нацеленная как на энтузиастов (в PCI Express варианте), так и на пользователей мобильных систем (в варианте M.2).Учитывая, что ядро Plextor M6e в любом виде — это по сути мобильный SSD, его характеристики нельзя назвать исключительными. Превосходство этого флеш-диска над предшественниками, фактически, обуславливается лишь использованием шины PCI Express 2.0×2 с более высокой пропускной способностью, а не какими-то особенностями внутренней архитектуры. Пиковая скорость интерфейса Plextor M6e составляет не более 1 Гбайт/с, но на практике накладные расходы съедают часть этой полосы пропускания, и максимальная скорость последовательных операций достигает лишь порядка 770 Мбайт/с. То есть, она всего на 40 процентов выше, чем у флеш-дисков с интерфейсом SATA 6 Гбит/с.
Базовая же архитектура Plextor M6e, если не считать его подключение к шине PCI Express, традиционна. В основе рассматриваемого SSD лежит контроллер Marvell 88SS9183, который с одной своей стороны поддерживает те самые две линии PCI Express 2.0, а с другой — имеет типичные восемь каналов для флеш-памяти. Её в Plextor M6e представляет 19-нм MLC NAND производства Toshiba, аналогичная памяти, применявшейся, например, в Plextor M5 Pro. Сам же базовый контроллер обладает фирменным марвелловским строением. Он базируется на паре ARM-ядер и в реализации внутренних алгоритмов во многом опирается на микропрограмму, которую для M6e писали инженеры Lite-On, имеющие давний и богатый опыт общения с разработками Marvell.
Поставляется десктопная PCI Express-версия Plextor M6e в красочной ярко-красной коробке, которая с одной стороны оформлена всевозможными логотипами и пиктограммами поддерживаемых технологий, а с другой — содержит перечень технических характеристик.
Комплект поставки включает собранную в единое целое из PCI Express переходника и М.2 SSD плату флеш-диска, крепёжный винт, руководство по инсталляции и проспект, рассказывающий о работе службы технической поддержки.Сама плата Plextor M6e в сборе, то есть в том виде, в котором она попадает к пользователям, выглядит следующим образом:
Обратите внимание, сам M.2 накопитель не просто зафиксирован в переходнике при помощи винта, но ещё и прихвачен гарантийной наклейкой. То есть, покупателям PCI Express версии M6e разбирать конструкцию и устанавливать SSD в слоты M.2 не разрешается, по крайней мере, без потери гарантии. Для этих случаев в ассортименте Plextor есть специализированные M.2-варианты поставки.Основная часть Plextor M6e, выполненная в виде M.2-карты имеет очень небольшую площадь, а потому все компоненты расположены на ней очень плотно, практически впритирку. Микросхемы флеш-памяти установлены по четыре штуки с каждой стороны. Если исходить из маркировки (TH58TEG8DDJBA8C), то каждая из них собрана из четырёх 64-гигабитных кристаллов MLC NAND, производимых компанией Toshiba по 19-нм техпроцессу первого поколения. Такая память с продвигаемым Toshiba вместе с Samsung, Hynix и SanDisk интерфейсом Toggle Mode широко применяется в современных SSD. Сегодня её можно встретить во многих актуальных флагманских твердотельных накопителях.
Управляет флеш-памятью процессор Marvell 88SS9183-BNP2, который, видимо, является первым общедоступным контроллером SSD потребительского уровня, поддерживающим шину PCI Express. По крайней мере, большинство выпущенных на данный момент несерверных флеш-дисков, имеющих врождённую поддержку PCI Express, использует именно его. Учитывая восьмиканальную архитектуру контроллера, память в Plextor M6e 256 Гбайт работает с оптимальным четырёхкратным чередованием устройств в каждом канале.Ещё одна микросхема на плате Plextor M6e — чип DDR3 SDRAM, используемый в буферных целях при кешировании, работе алгоритмов выравнивания износа и сборке мусора. У рассматриваемого SSD размер этого буфера составляет 512 Мбайт, а выполнен он в виде DDR3–1333 SDRAM, произведённой компанией Nanya.
Что касается PCI Express-переходника, то он крайне прост, его роль заключается в простом переносе линий PCI Express из слота на материнской плате к имеющемуся на нём разъёму M.2. В этот разъём и устанавливается M.2-карта флеш-диска. Надо заметить, что переходник не является специально ориентированным для M6e, он универсален.
На нём к слоту M.2 на самом деле подводится четыре линии PCI Express, но установленный в него SSD M6e использует только две из них. На переходнике имеется три светодиода: красный и зелёный показывают наличие питания, а жёлтый индицирует процесс передачи данных. Следует заметить, что стандартный, реализованный на материнской плате системный индикатор активности диска с M6e не работает, так что об обращениях к SSD приходится судить по миганию этого жёлтого светодиода.Паспортные характеристики Plextor M6e 256 Гбайт выглядят так:
Контроллер: Marvell 88SS9183; Интерфейс: PCI Express 2.0×2; Форм-фактор: плата расширения HHHL PCI Express x4 либо M.2 2280; Флэш-память: Синхронная Toshiba 64 Гбит 19-нм MLC NAND с интерфейсом Toggle Mode; Ёмкость: 256 Гбайт / 238 ГиБ; Кэш-память: 512 Мбайт DDR3–1333 SDRAM; Скорость последовательного чтения: 770 Мбайт/сек; Скорость последовательной записи: 580 Мбайт/сек; Скорость случайного чтения (блоки 4 Кбайта): 105000 IOPS; Скорость случайной записи (блоки 4 Кбайта): 100000 IOPS.
Показатели производительности при последовательном чтении и записи действительно выглядят впечатляюще. Такую пропускную способность SATA-приводы обеспечить не в состоянии. Однако скорости произвольного доступа отличаются от показателей лучших накопителей с интерфейсом SATA 6 Гбит/с не намного. Характеристики M6e явно показывают, что простой перевод SSD на шину PCI Express 2.0×2 с более высокой, чем у SATA, пропускной способностью без внедрения контроллеров с принципиально новой архитектурой даёт не слишком многое. Используемый в M6e чип Marvell 88SS9183 по своей сути — далеко не самый лучший вариант для PCI Express накопителей. У того же Marvell в ассортименте есть более быстродействующие платформы, например 88SS9293, однако Plextor явно не ставила своей целью установить рекорды производительности.Ещё одна странность в спецификациях M6e — отсутствие данных о расчётном ресурсе записи. На рассматриваемый SSD производителем даётся пятилетняя гарантия, однако оценить, какой объём информации можно записать на этот флеш-диск, невозможно. Впрочем, память в рассматриваемом SSD используется такая же, как в M5 Pro, а на низкую надёжность предыдущего флагманского накопителя Plextor жалоб не поступало. Поэтому хочется верить, что и владельцы рассматриваемого SSD с интерфейсом PCI Express с его преждевременным выходом из строя не столкнутся.
Как и предыдущие флеш-диски компании, M6e имеет поддержку аппаратного шифрования по алгоритму AES с 256-битным ключом. Однако технологии TCG Opal 2.0 и IEEE-1667 всё ещё не поддерживаются, следовательно, удобное управление шифрованием из среды Windows остаётся невозможным.
Тестовая система Для тестирования Plextor M6e 256 Гбайт мы собрали специализированную тестовую систему, построенную на материнской плате ASUS Z97-Deluxe, базирующейся на новом чипсете Intel Z97. Смысл в отказе от нашей обычной тестовой конфигурации заключался в том, что новые материнские платы с чипсетами Z97 и H97 обладают слотами M.2, что позволило нам протестировать Plextor M6e сразу в трёх вариантах: При установке в штатный для систем на базе интеловских наборов логики девятого поколения слот M.2, который подключен к шине PCI Express 2.0×2, реализованной средствами чипсета.При установке в слот PCI Express 2.0×2/x4, реализованный средствами чипсета. Следует заметить, что такие слоты из-за нехватки линий PCI Express в современных системах представлены далеко не на всех платах, а там, где они есть, они, скорее всего, работают через дополнительные свитчи. Именно такая схема реализована на выбранной нами для тестов ASUS Z97-Deluxe. Это, конечно, далеко не самый эффективный вариант, но наиболее распространённый.При установке в слот PCI Express 3.0×16, реализованный средствами процессора. Такой вариант, естественно, производительнее, так как на магистрали SSD-процессор отсутствуют какие бы то ни было промежуточные пункты (свитч, чипсет). Но задействование процессорных линий PCI Express 3.0 для SSD в LGA 1150/1155 системах (если оно вообще возможно благодаря наличию незанятых слотов) неминуемо переведёт графическую карту в режим PCI Express 3.0×8, что устроит далеко не каждого энтузиаста.
Учитывая, что этот материал посвящён изучению накопителя премиального класса, имеющего достаточно высокую стоимость для потребительских моделей, для сравнения с ним мы выбрали самые быстрые SSD с интерфейсом SATA, а также RAID 0 массив, который подобно PCI Express накопителю не имеет искусственных ограничений в максимальной скорости прокачки данных.Таким образом, на приведённых далее диаграммах, помимо Plextor M6e, вы найдёте результаты Samsung 840 Pro, основанного на фирменном контроллере Samsung MDX и 21-нм MLC NAND; Samsung 840 EVO, базирующегося на фирменном контроллере Samsung MEX и 19-нм TLC NAND; и RAID 0-массива из пары флеш-дисков Samsung 840 EVO. Все протестированные твердотельные конфигурации накопителей, по возможности, подбирались близкой к М6e ёмкости –240/250/256 Гбайт.
В итоге, в тестовой платформе задействовался следующий набор оборудования:
Процессор: Intel Core i5–4690 (Haswell, 4 ядра, 3,5–3,9 ГГц, 4×256 Кбайт L2, 6 Мбайт L3); Процессорный кулер: Noctua NH-U14S.Материнская плата: ASUS Z97-Deluxe (LGA1150, Intel Z97 Express).Память: 2×8 Гбайт DDR3–2133 SDRAM, 9–11–11–31 (G.Skill [TridentX] F3–2133C9D-16GTX).Видеокарта: NVIDIA GeForce GTX 780 Ti (3 Гбайт/384-бит GDDR5, 876–928/7000 МГц).Системный накопитель — Crucial m4 256 Гбайт (CT256M4SSD2); Тестовые накопители:
Блок питания: Corsair AX760i (80 Plus Platinum, 760 Вт).Plextor M6e 256 Гбайт (PX-AG256M6e, прошивка 1.02); Samsung 840 Pro 256 Гбайт (MZ-7PD256, прошивка DXM06B0Q); Samsung 840 EVO 250 Гбайт (MZ-7TE250, прошивка EXT0BB6Q); Массив RAID 0 из двух Samsung 840 EVO 120 Гбайт (MZ-7TE120, прошивка EXT0BB6Q).
Тестирование выполнялось в операционной системе Microsoft Windows 7 SP1 Ultimate x64 с использованием следующего комплекта драйверов: Intel Chipset Driver 10.0.13; Intel Management Engine Driver 10.0.0.1204; Intel Rapid Storage Technology 13.0.3.1001; NVIDIA GeForce Driver 335.23.
Производительность Скорость случайного и последовательного чтения/записи
Для измерения скорости случайного и последовательного чтения и записи мы вновь решили обратиться к Anvil’s Storage Utilities 1.1.0.337. Встроенный в этот программный пакет синтетический бенчмарк очень удобен для предварительного знакомства с накопителями, так как позволяет экспериментально оценить широкий набор ключевых скоростных характеристик SSD. Приведенные в этом разделе результаты тестов производительности относятся к «свежему» (FOB — Fresh Out-of-Box) недеградировашему состоянию накопителей. Отметим также, что измерение скоростей мы проводим с некомпрессируемым потоком данных.
Анализ полученных результатов начать следует, пожалуй, с констатации того факта, что скорость тестируемого PCI Express накопителя Plextor M6e существенно меняется в зависимости от того, в какой из слотов на материнской плате он установлен. Если при последовательных операциях чипсетная и процессорная шины PCI Express обеспечивают примерно одинаковую скорость прокачки, то латентность при разных вариантах подключения сильно расходится. Это серьёзно сказывается на быстродействии при случайных операциях. Наилучший результат Plextor M6e показывает при установке в слот PCI Express 3.0×16, предназначенный для графических ускорителей и работающий с процессором напрямую. Если же твердотельный накопитель использует подключение через чипсетную шину PCI Express, то его показатели производительности снижаются. Причём, в самом худшем случае — при случайных записях 4-килобайтных блоков — разница может достигать даже полуторакратного размера. Надо заметить, что слот M.2 при этом оказывается даже худшим выбором, чем простой слот PCI Express x2, что, вероятно, обуславливается участием в этом варианте подключения дополнительного мультиплексора, переключающего линии PCI Express и порты SATA внутри интеловского чипсета.Тем не менее, в любом случае Plextor M6e выдаёт более высокую, чем SATA-конкуренты, скорость при последовательных операциях. Особенно преимущество использования шины с увеличенной пропускной способностью прослеживается при чтении. Тут Plextor M6e обгоняет SATA-лидера, Samsung 840 Pro, более чем на 30 процентов. Однако догнать по производительности последовательных операций массив RAID 0 ему всё же оказывается не под силу ввиду ограничений, накладываемых на этот раз пропускной способностью реализованных в марвелловском контроллере двух линий PCI Express 2.0.
При случайных же операциях результаты Plextor M6e на фоне SATA-флагмана Samsung 840 Pro и вовсе выглядят совершенно заурядно. Даже при самом быстром варианте — установке в слот PCI Express 3.0×16 — рассматриваемый накопитель отстаёт от лучшего SATA 6 Гбит/с SSD, что однозначно указывает на недостаточную по современным меркам мощность контроллера Marvell 88SS9183.
Иными словами, шина PCI Express сама по себе увеличивает только скорость последовательных операций, но SSD, ориентированные на её использование, в реальной жизни могут быть совсем не быстрее моделей, работающих через SATA. И такая ситуация, очевидно, будет продолжаться до тех пор, пока на рынке не появятся контроллеры с более высоким уровнем внутренней производительности. Сегодня же даже в том случае, если вы заинтересованы именно в высоком быстродействии последовательных чтений и записей, привлекательнее, чем твердотельный накопитель с интерфейсом PCI Express 2.0×2, выглядит простой RAID 0 массив из SATA SSD. То есть, на данном этапе у Plextor M6e вообще нет никаких непререкаемых преимуществ.
Деградация производительности, сборка мусора и TRIM
Характерной особенностью твердотельных накопителей является то, что их производительность не постоянна, а зависит от многих факторов. В первую очередь от того, в каком состоянии — чистом или заполненном — находится их флеш память. Кроме того, влияние на скорость записи могут оказывать различные технологии кэширования, которые в последнее время стали широко использовать многие производители. В связи с этим мы решили уделять отдельное внимание исследованию изменения производительности SSD при обработке непрерывного потока операций случайной записи. Такой эксперимент позволяет получить достаточно интересную информацию о работе внутренних алгоритмов накопителя.
В данном тесте мы загружаем SSD непрерывным потоком обращений на случайную запись 4-килобайтных блоков с очередью глубиной 32 запроса и попутно следим за той производительностью, которая при этом наблюдается. На приведённом ниже графике показана зависимость измеряемой ежесекундно моментальной производительности от объёма записанной на SSD информации. Тест проводится в течение двухчасового интервала, что позволяет оценить производительность, которую показывает чистый накопитель в состоянии «из коробки», его быстродействие в использованном состоянии, а также все переходные процессы. Важно, что тестирование проводится непрерывно, что не оставляет накопителю возможности воспользоваться алгоритмами сборки мусора, которые активируются в простое.
Рассматриваемый накопитель Plextor M6e 256 Гбайт не преподносит здесь никаких сюрпризов. Зависимость его производительности от объёма непрерывно записываемой информации совершенно типична для любых современных SSD. Будучи в состоянии «из коробки», он заполняет свой объём с почти постоянной и высокой скоростью, но после записи примерно 240 Гбайт данных быстродействие резко снижается. В этом нет ничего странного: падение производительности, как обычно, связано с исчерпанием пула свободных страниц флеш-памяти, после чего контроллер сталкивается с необходимостью опустошать блоки страниц памяти перед их повторным использованием. Поэтому далее на графике находит отражение постепенное снижение скорости записи до примерно 50 Мбайт/с — это такая производительность, которая была бы у Plextor M6e, если бы этот накопитель не поддерживал бы команду TRIM и не обладал бы технологиями сборки мусора.Но на практике в арсенале у любого накопителя есть внутренние продвинутые технологии, позволяющие сохранять высокую скорость работы. В моменты простоя современные SSD упреждающе освобождают выведенные из использования для хранения данных страницы флеш-памяти, что позволяет им поддерживать свою скорость на высоких значениях, свойственных новому SSD. Для того, чтобы проверить работу этих весьма важных алгоритмов, мы проводим отдельное тестирование. После завершения двухчасового теста непрерывной случайной записи, приводящего к деградации скорости, мы отключаем TRIM и выжидаем 15 минут, в течение которых SSD может попытаться самостоятельно восстановиться за счёт сборки мусора, но без помощи со стороны операционной системы, и вновь замеряем быстродействие. Затем поддержка TRIM в операционной системе включается, делается новая 15-минутная пауза, и скорость измеряется ещё раз. Так мы можем оценить, насколько хорошо накопителю удаётся осуществлять сборку мусора при участии TRIM.
Команда TRIM обрабатывается твердотельным накопителем Plextor M6e как и должна — производительность полностью возвращается к первоначальному уровню. Это значит, что в средах с поддержкой этой инструкции (то есть, при обычном использовании в обычных операционных системах) падения производительности обладатели M6e не увидят.Что же касается восстановления скорости работы за счёт фоновой сборки мусора без участия команды TRIM, то тут есть свои особенности. Как вы наверняка помните, накопители Plextor прошлого поколения обладали возможностью возвращать скорость своей работы без участия TRIM. В Plextor M6e эта технология сохранилась, но работает она не совсем полноценно. Во-первых, скорость в результате сборки мусора возвращается не до первоначальных величин, она оказывается немного ниже, чем у свежего SSD. Во-вторых, накопитель предварительно освобождает для последующих операций лишь порядка 9,5 Гбайт. То есть, с высокой скоростью после сборки мусора удаётся записать только такой объём данных, потом же производительность снова упадёт до следующего простоя. И это — не слишком впечатляющий результат, так как размер зарезервированного и недоступного для пользователя пространства у Plextor M6e 256 Гбайт превышает 17 Гбайт. Иными словами, в процессе фоновой сборки мусора вполне мог бы участвовать и более заметный объём флеш-памяти.
Тесты в Futuremark PCMark 8
С выходом новой версии тестового пакета Futuremark PCMark 8 мы перешли на использование встроенного в него бенчмарка дисковой подсистемы. Как и раньше, он имеет не синтетическую природу, а, напротив, основывается на том, как работают реальные приложения. В процессе его прохождения воспроизводятся настоящие сценарии-трассы задействования диска в распространённых задачах, и замеряется скорость их выполнения. Новая версия по сравнению с PCMark 7 привнесла новый расширенный набор трасс, которые взяты из реальных игровых приложений и программных пакетов компаний Abobe и Microsoft. Итоговый же результат исчисляется не в виде рейтинга, который не слишком наглядно иллюстрирует различия в скорости разных SSD, а в виде усреднённой скорости, которые показывают накопители.
Тестирование в PCMark 8 выполнялось с накопителями, находящимися в «использованном» состоянии, в котором они работает в реальных системах большинство времени. Влияние на результаты в этом случае оказывает не только скорость контроллера и установленной в накопителе флеш-памяти, но и эффективность работы внутренних алгоритмов SSD, направленных на регенерацию производительности.
В отличие от синтетических тестов, PCMark 8 моделирует реальную пользовательскую нагрузку, воспроизводя заранее записанные «трассы» дисковой активности. Этот тест интересен тем, что он иллюстрирует, какое впечатление о том или ином SSD получат пользователи во время его практического использования. И в результате получается, что новый SSD компании Plextor с шиной PCI Express при реальном использовании практически не отличается от обычных SSD, работающих через порты SATA 6 Гбит/с. Скорость Plextor M6e лучше, чем у Samsung 840 Pro, лишь в единственном случае — если SSD с интерфейсом PCI Express установлен в слот, использующий процессорную шину. Если же его подключение происходит через чипсетный PCI Express,
Полный текст статьи читайте на F-Center
