Обзор NVMe-накопителя Samsung 980 — дешевле и без лишних букв

Все мы давно усвоили ту номенклатуру твердотельных накопителей, которую использует Samsung для потребительских SSD. Окончание PRO в названии накопителя однозначно говорит, что перед нами флагманский продукт, EVO – что массовое решение, а QVO – твердотельный накопитель начального уровня. Но на прошлой неделе компания сломала привычную иерархию – она представила Samsung 980, в названии которого нет никакого трёхбуквенного хвоста. И очень похоже, что так получилось потому, что маркетинговый отдел южнокорейского производителя просто не смог определиться, к какому классу отнести новинку, – ничего похожего компания до сих пор не выпускала.

Пожалуй, логичнее всего для Samsung 980 подошло бы окончание QVO, ведь по сути это NVMe-накопитель начального уровня, главное в котором — невысокая стоимость. Но оно у компании используется для SSD, основанных на четырёхбитовой памяти QLC 3D V-NAND, а Samsung 980 – это решение на базе более традиционной TLC 3D V-NAND. В то же время окончания EVO он тоже недостоин, хотя имя 980 EVO ещё не занято. Во-первых, Samsung 980 поддерживает лишь интерфейс PCIe 3.0, а не более прогрессивный PCIe 4.0, а во-вторых, в данном случае речь идёт о накопителе, характеристики которого не позволяют отнести его к среднему уровню. Дело в том, что Samsung 980 – это безбуферный накопитель, то есть первый NVMe SSD южнокорейского производителя, из конструкции которого изъята оперативная память типа DRAM.

Если углубиться в прошлое, то вспомнить периоды, когда Samsung выпускала SSD с численным наименованием без какого-либо буквенного окончания, всё-таки можно. Например, в 2015-2017 годах на рынке эпизодически появлялись представители серий Samsung 650 и Samsung 850. В состав первой входили похожие по конструкции на Samsung 980 безбуферные накопители с интерфейсом SATA, но во второй при этом продавались полноценные аналоги Samsung 850 EVO урезанной ёмкости. Иными словами, вариант «число без окончания» у южнокорейского производителя использовался без какой-то чётко выраженной идеи. Но что было свойственно и для Samsung 650, и для Samsung 850, – и та и другая серия просуществовала очень недолго. Это были временные предложения, которые выпускались для решения каких-то конкретных рыночных задач, после чего они быстро отправлялись на покой.

Новому же Samsung 980, похоже, уготована совсем другая судьба. Этот продукт, судя по всему, пришёл к нам надолго, ведь на него Samsung возлагает специальную миссию. Это не просто самый доступный SSD компании с интерфейсом NVMe, который выпущен для конкуренции с недорогими PCIe-накопителями вроде WD Blue SN550 или Intel SSD 660p/665p/670p. Главная его цель состоит в том, что он должен сдвинуть внимание покупателей, которые до сих пор предпочитают SATA-накопители, в сторону решений с интерфейсом NVMe. Ведь Samsung 980 стирает ценовой разрыв между решениями с различными интерфейсами, предлагая при этом принципиально более высокое быстродействие.

⇡#Внешний вид и устройство

Если вы уже видели, как выглядят NVMe-накопители Samsung, то Samsung 980 вряд ли поразит вас своим обликом. Это – привычная печатная плата форм-фактора M.2 2280 чёрного цвета, с микросхемами на одной стороне и наклейками – на обеих. На этикетке с лицевой стороны сообщается название и ёмкость накопителя, а также размещены технические данные: артикул, серийный номер, дата производства и PSID-идентификатор для сброса пароля шифрования.

Наклейка на оборотной стороне несёт на себе логотипы всевозможных сертификаций, но главное, она играет роль своеобразного радиатора. Внутри неё проложена толстая медная фольга, которая помогает распределять тепло по поверхности и эффективнее его отводить.

Стоит заметить, что теплораспределительная наклейка на Samsung 980 абсолютно такая же, как и на Samsung 980 PRO, то есть она немного меньше по размеру, чем у 970 EVO Plus и 970 PRO. Наверное, Samsung считает, что новые накопители греются меньше предшественников (на самом деле нет).

Благодаря тому, что на Samsung 980 нет никаких выпирающих радиаторов, его можно без проблем использовать в материнских платах с собственными системами охлаждения SSD, а также в ноутбуках, где под установку накопителей отводится ограниченное пространство. Более того, односторонний дизайн платы накопителя позволяет устанавливать его в «тонкие» M.2-слоты, которые встречаются в ультрабуках.

Если удалить с Samsung 980 этикетку, перед нами предстаёт всё устройство этого накопителя, и оно очень простое. В рамках настоящего обзора мы познакомились с версией объёмом 1 Тбайт, и это старший вариант в модельном ряду, но даже в таком SSD элементная база – всего две микросхемы.

Первая из микросхем – контроллер Pablo. Это – самый простой из имеющихся у Samsung в настоящее время контроллеров для NVMe-накопителей. Для связи с системой он использует интерфейс PCI Express 3.0 x4, а для формирования массива флеш-памяти предлагает четыре канала. Кроме того, в этом контроллере не предусмотрен DRAM-интерфейс для оперативной памяти, которая в производительных моделях SSD применяется для кеширования таблицы трансляции адресов. Таким образом, Pablo можно рассматривать как сильно урезанную версию контроллера Phoenix из накопителей 970 EVO и 970 EVO Plus. Кстати говоря, с Pablo мы уже встречались – он применяется во внешнем USB-накопителе Samsung T7.

Вторая микросхема в составе Samsung 980 – флеш-память. В данном случае почти такая же 128-слойная TLC 3D V-NAND шестого поколения, как и в Samsung 980 PRO. Однако в новом и более дешёвом SSD размер отдельных кристаллов NAND составляет 512, а не 256 Гбит, что снижает степень параллелизма флеш-памяти. Например, в накопителе ёмкостью 1 Тбайт массив составлен из 16 устройств, которые распределены по четырём каналам контроллера с четырёхкратным чередованием. При этом все эти 16 полупроводниковых кристаллов упакованы в одной-единственной микросхеме методом штабелирования.

В версиях Samsung 980 меньших ёмкостей параллелизм массива флеш-памяти, естественно, будет ниже, поэтому наилучшей производительности следует ожидать именно от терабайтной версии накопителя.

⇡#Технические характеристики и особенности работы

Несмотря на то, что Samsung 980 – это безбуферный и недорогой по меркам NVMe-накопителей продукт, его паспортные характеристики выглядят вполне по-взрослому. Особенно это касается старшей и полноценной в смысле конфигурации массива флеш-памяти версии объёмом 1 Тбайт – она способна полностью задействовать пропускную способность интерфейса PCIe 3.0 x4 и при чтении, и при записи.

Версии Samsung 980 объёмом 250 и 500 Гбайт заметно медленнее терабайтной модификации, и это побочный эффект использования в массиве флеш-памяти крупных 512-Гбит устройств NAND. Раньше в NVMe-накопителях небольшой ёмкости Samsung всегда использовала 256-гигабитные чипы, поэтому падение скоростных характеристик серьёзно затрагивало только младшую в модельном ряду версию. Но у Samsung 980 это не так – здесь характеристики равномерно ухудшаются от старшей версии к младшей.

Но зато если сопоставить между собой скоростные характеристики терабайтных NVMe-накопителей Samsung, то получится, что заявленная производительность Samsung 980 попадает в промежуток между 970 EVO и 970 EVO Plus. То есть если говорить про наиболее «правильную» терабайтную модель, то Samsung 980 вполне подходит на роль замены для 970 EVO (но не 970 EVO Plus), поставки которого как раз недавно прекратились.

Да и в целом производительность Samsung 980 трудно назвать компромиссной. Его характеристики выглядят значительно лучше спецификаций любых других безбуферных накопителей. Он даже полностью задействует пропускную способность шины PCIe 3.0 x4, что совсем нетипично для доступных NVMe SSD. Но при этом рекомендованные цены на новинку совсем не кусаются, Samsung 980 – это действительно NVMe-накопитель начального уровня, который заметно дешевле по сравнению как с 980 PRO, так и с 970 EVO Plus.

Впрочем, заявленное быстродействие Samsung 980 невольно порождает вопрос другого рода: каким образом накопитель, не имеющий собственного DRAM-буфера, может столь успешно соперничать с моделями прошлых поколений, которые такой буфер имели? И ответ на него – три буквы: HMB. Именно до такой аббревиатуры сокращается название технологии Host Memory Buffer – одной из важных возможностей, которые принесла с собой спецификация NVMe 1.2. Её суть заключается в том, что благодаря DMA-функциональности шины PCIe контроллер накопителя имеет возможность организовать себе прямой доступ в оперативную память компьютера, чем он и пользуется вместо обращений к локальному DRAM-буферу. Иными словами, кеш таблицы трансляции адресов у накопителей с поддержкой HMB (а Samsung 980 относится к их числу) всё-таки существует, но располагается он не локально, а в оперативной памяти ПК.

Такое кеширование работает немного медленнее, поскольку шина PCIe 3.0 имеет более низкую пропускную способность, нежели 32-битный интерфейс DRAM, но тем не менее накопители с поддержкой HMB от этого страдают не так сильно. Гораздо более серьёзный удар по производительности может нанести ограниченность объёма, который контроллер SSD может захватить себе в оперативной памяти компьютера. Например, в случае Samsung 980 предельный размер этой области ограничен величиной в 64 Мбайт. А это, в свою очередь, означает, что в быстром доступе у контроллера Pablo в накопителе Samsung 980 может находиться лишь 64 Гбайт флеш-памяти. Обращения же к остальному объёму будут выполняться с использованием медленной схемы через таблицу трансляции, расположенную во флеш-памяти, но в реальном использовании почувствовать это не так-то просто – сценарии, когда требуется одновременная работа более чем с 64 Гбайт дисковых данных, достаточно редки и скорее характерны для рабочих станций, нежели для массовых персональных систем.

Тем не менее при непрерывном чтении больших объёмов данных можно наблюдать и двукратное, и даже трёхкратное снижение производительности. Именно это иллюстрирует следующий график, на котором показана зависимость скорости мелкоблочного чтения от того объёма данных, на котором это чтение производится.

Помимо HMB в Samsung 980 есть и ещё одна технология для увеличения производительности – Intelligent Turbo Write 2.0. Это фирменная технология SLC-кеширования операций записи, которая уже давно есть во всех накопителях Samsung, но в рассматриваемой новинке она «подросла» до второй версии и заметно переменилась. Если раньше для выделения SLC-кеша использовалась комбинированная схема, когда часть кеша была статической, а другая определялась динамически в зависимости от наличия на SSD свободного места, то теперь весь объём кеша выделяется исключительно динамически. В результате предельный объём флеш-памяти, работающей в SLC-режиме и допускающей быструю запись, заметно вырос. Максимальный размер кеша у терабайтной версии Samsung 980 достигает 160 Гбайт, у 500-Гбайт накопителя – 122 Гбайт, а у SSD на 250 Гбайт – 45 Гбайт.

Мы по традиции измерили скорость линейной записи на старшую версию Samsung 980 объёмом 1 Тбайт и выяснили довольно неприятную подробность. Скорость записи на накопитель за пределами SLC-кеша составляет всего 400 Мбайт/с – ниже, чем у добротных SATA-накопителей, например у того же 870 EVO.

Таким образом, массив флеш-памяти у Samsung 980 в чистокровном TLC-режиме работает на запись примерно вчетверо медленнее, чем у 980 PRO и 970 EVO Plus, и втрое медленнее, чем у 970 EVO. Но с учётом достаточно большого объёма SLC-кеша можно надеяться, что пользователям не придётся столкнуться с прямой записью в TLC-память. Правда, владельцам Samsung 980 нужно посоветовать не забивать накопитель под завязку, иначе падение производительности может оказаться очень чувствительным. Например, при заполнении 80 % ёмкости терабайтного SSD объём доступного кеша сжимается до 40 Гбайт.

На этом компромиссы не заканчиваются. Ещё один нюанс в работе Samsung 980 касается того, как он обрабатывает команду TRIM. Контроллер Pablo имеет не столь высокую вычислительную мощность, как Phoenix или Elpis, четырёхканальный массив флеш-памяти, собранный из 512-Гбит чипов, отличается не слишком высокой скоростью доступа, а отсутствие быстрого буфера достаточного размера не позволяет оперативно находить необходимые страницы флеш-памяти. В сумме это приводит к тому, что после удаления больших файлов или директорий накопитель входит в ступор на несколько секунд. На следующем графике показана производительность мелкоблочного чтения сразу же после стирания на SSD файлов суммарным объёмом 64 Гбайт.

Необходимая после удаления файлов операция сборки мусора в нашем примере занимает до 6 секунд. В течение этого времени производительность SSD падает на порядок, в подобном масштабе возрастают и задержки при обращении к данным. Это в корне расходится с тем, как обрабатывается TRIM в том же 980 PRO – там никакого замедления не наблюдается вообще.

Впрочем, есть у Samsung 980 и явные козыри. В частности, его невысокая цена никак не повлияла на условия гарантии: её срок составляет те же 5 лет, что и у флагманского 980 PRO. И более того, использование в основе Samsung 980 аналогичной TLC 3D V-NAND шестого поколения позволяет производителю заявить точно такой же, как и у старших моделей, ресурс: новинку в течение жизни допускается перезаписать до 600 раз.

⇡#Программное обеспечение

Компания Samsung для своих твердотельных накопителей предлагает специальную сервисную утилиту Magician, которая непрерывно развивается и уже доросла до версии 6.3. Мы неоднократно писали о её возможностях, и поэтому расписывать все функции в подробностях смысла нет. Главное: эта утилита предоставляет пользователю полный набор диагностической информации, а также позволяет проверять производительность и состояние флеш-памяти накопителя.

Кроме того, Magician позволяет обслуживать накопитель: увеличивать размер резервной области, включать и выключать поддержку TRIM, выполнять операцию Secure Erase, включать на SSD аппаратное шифрование информации по алгоритму AES-256 и при необходимости обновлять микропрограмму.

В последних версиях Magician появился удобный виджет для рабочего стола, который позволяет отслеживать состояние и активность накопителя в реальном времени.

Но самое интересное – новая функция Full Power Mode, которая введена в новой версии Magician 6.3. Она позволяет немного увеличить производительность SSD за счёт отключения всех определённых для PCIe-устройств энергосберегающих режимов. С одной стороны, это приводит к росту энергопотребления и температур, поскольку контроллер SSD всегда находится в активном состоянии. Но с другой – снижает латентности, и при мелкоблочных операциях действительно можно получить несколько процентов дополнительного быстродействия.

Подобный по своему действию режим Game Mode давно реализован в накопителях Western Digital. По всей видимости, возможность блокировать управление питанием понравилась и инженерам Samsung. И кстати, данная функция доступна не только для Samsung 980, её можно активировать и для Samsung 980 PRO. Однако более старые накопители 970 EVO и 970 EVO Plus режим Full Power Mode не поддерживают.