Обзор NVMe-накопителя Smartbuy Stream E19T: первый безбуферный SSD для PCIe 4.0 x4

Характеристики. Внешний вид и внутреннее устройство

Нет никаких сомнений в том, что современные NVMe-накопители рано или поздно переберутся на интерфейс PCIe 4.0, а накопители под PCIe 3.0 уйдут с рынка. И по мере того, как поддержка PCIe 4.0 в имеющихся массовых платформах будет расширяться, SSD с PCIe 3.0 будут становиться всё менее и менее востребованными и популярными. Причём дело тут не столько в более высоких скоростях, которые способен обеспечить современный интерфейс, сколько в простом маркетинге: через какое-то время накопители, не имеющие в списке спецификаций отметки про поддержку PCIe 4.0, неминуемо начнут казаться покупателям устаревшими и не заслуживающими внимания.

Собственно, такой переходный процесс уже запустился на наших глазах: ассортимент SSD под PCIe 4.0 активно расширяется, причём сейчас на прилавках магазинов появляются не столько флагманские решения с заметно более высокой по сравнению с накопителями прошлого поколения производительностью, сколько предложения, для которых поддержка PCIe 4.0 – простая формальность. Например, совсем недавно через наши руки прошёл ADATA XPG Gammix S50 Lite – накопитель, который позиционируется производителем как самый доступный SSD для PCIe 4.0-систем, но при этом работающий медленнее популярных моделей SSD с интерфейсом PCIe 3.0 практически при любых нагрузках. И совершенно очевидно, что XPG Gammix S50 Lite будет далеко не единственным решением такого рода.

Сегодня мы познакомимся ещё c одной моделью SSD, которая получила поддержку PCIe 4.0 не ради высокой пропускной способности, а под влиянием современных тенденций и, если угодно, моды, – Smartbuy Stream E19T. Этот накопитель не обещает рекордов скорости, но зато он интересен по многим другим причинам. Во-первых, это «классический Smartbuy», каким мы его любим, – производимая под контролем Phison референсная модель, которая продаётся под локальной российской торговой маркой по довольно привлекательной цене. Во-вторых, Smartbuy Stream E19T основывается на новом многообещающем контроллере Phison PS5019-E19T, который используется и в весьма именитых продуктах. Так, на нём основывается недавно анонсированный WD Black SN750 SE и фирменная карта расширения памяти для игровых приставок Xbox Series X|S. И в-третьих, Stream E19T – накопитель с 176-слойной флеш-памятью Micron, которая до сих пор нам не встречалась ни в каких иных продуктах.

Однако ещё до начала подробного рассказа о Smartbuy Stream E19T нужно предостеречь от завышенных ожиданий: он вообще не собирается бороться с производительными конкурентами, несмотря на поддержку PCIe 4.0. Эта модель – доступный безбуферный SSD, перед которым стоят весьма скромные цели – показать лучшее соотношение цены и производительности по сравнению с популярными безбуферными конкурентами, такими как Samsung 980 или WD Blue SN550. Насколько у него это получилось, мы и расскажем в этом материале.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Накопители, продающиеся под маркой Smartbuy, своим внешним видом воображение никогда не поражали. Этот бренд занимается поставкой на российский рынок SSD эталонного дизайна в их каноническом исполнении. Неудивительно, что такие предложения выглядят максимально просто — это относится и к новому Smartbuy Stream E19T.

Мы получили на тестирование образец объёмом 1 Тбайт – на данный момент это старшая модификация из двух представленных на рынке вариантов. Накопитель выполнен в форм-факторе M.2 2280 и построен на печатной плате фирменного для накопителей на платформах Phison синего цвета. Скорее всего, этот SSD производится на заводах бессменного производственного подрядчика Phison, компании PTI (Powertech Technology), а название Smartbuy он обретает только на территории Российской Федерации. Принадлежность накопителя к этой марке выдаёт лишь наклейка на его лицевой стороне.

Под наклейкой прячутся две микросхемы флеш-памяти, которые вместе с контроллером формируют всю аппаратную начинку. Набор из этих трёх микросхем легко помещается на одной стороне печатной платы, поэтому Stream E19T отличается малой толщиной, что позволяет применять его в том числе и в ультрабуках.

Микросхема контроллера Phison PS5019-E19T сразу привлекает внимание небольшими габаритами — 7 × 11 мм. И это – отражение её внутренней простоты. Например, корпус хорошо знакомой нам микросхемы Phison PS5016-E16 примерно втрое больше, хотя при производстве обоих контроллеров используется один и тот же 28-нм техпроцесс TSMC. Объяснение здесь простое: Phison PS5019-E19T основывается на одноядерном, а не двухъядерном процессоре ARM Cortex R5; для работы с флеш-памятью он использует четыре, а не восемь каналов; к тому же он полностью лишён DRAM-интерфейса. Иными словами, Phison PS5019-E19T – это урезанный по всем направлениям контроллер, предназначенный для строительства недорогих безбуферных SSD. Но с поддержкой PCIe 4.0.

Правда, кое в чём он всё же превосходит упомянутый PS5016-E16: PS5019-E19T совместим с более широким спектром разновидностей флеш-памяти, поддерживая современные чипы NAND с 1200-МГц интерфейсом. И именно благодаря этому в Smartbuy Stream E19T попала новейшая 176-слойная TLC 3D NAND компании Micron, известная также под кодовым именем B47R. Правда, по внешнему виду микросхем догадаться об этом непросто – они несут на себе маркировку всё той же компании PTI, которая не только собирает SSD из компонентов, но и занимается резкой пластин, закупаемых у производителей полупроводников, а также их дальнейшим тестированием, отбором и упаковкой кристаллов флеш-памяти. Например, применённые в Stream E19T чипы IABHG94AYA содержат внутри по восемь 512-гигабитных устройств TLC 3D NAND.

Работающая в составе накопителя Smartbuy 176-слойная флеш-память Micron примечательна тем, что это – первая NAND, которую эта компания разработала самостоятельно после прекращения сотрудничества с Intel. И такая память заметно отличается от продукции всех прочих производителей по внутреннему устройству. В структуре ячеек у Micron используется так называемый замещающий затвор (Replacement Gate) – нечто среднее между технологиями плавающего затвора и ловушки заряда.

На микроуровне Micron заменила поликристаллический кремний в материале затвора металлом и перешла на иной метод травления вертикального цилиндрического канала, в результате чего он получил увеличенный диаметр. Кроме того, в структуре памяти Micron появился непроводящий слой нитрида кремния, в котором как раз и происходит хранение данных, и этот слой сильно уменьшает взаимное влияние ячеек в вертикальном стеке. Все эти нововведения в сумме позволили добиться целого ряда положительных эффектов – увеличить скорость программирования ячеек, повысить их стабильность, снизить энергопотребление и улучшить надёжность хранения данных.

В конечном итоге можно сказать, что 176-слойная TLC 3D NAND компании Micron делает следующий шаг в развитии технологий трёхмерной флеш-памяти в целом. А, оперируя терминами производительности, Micron утверждает, что её новая память снизила задержки при чтении и записи примерно на 35 % по сравнению с 96-слойной памятью прошлого поколения. И именно благодаря продвинутой памяти Smartbuy Stream E19T вызывает немалый интерес, несмотря на простую безбуферную конструкцию.

⇡#Технические характеристики

С точки зрения спецификаций Smartbuy Stream E19T – это NVMe-накопитель с интерфейсом PCIe 4.0 x4. Однако, исходя из тех же самых спецификаций, скоростная шина ему совершенно ни к чему, то есть при установке этого SSD в систему, где поддерживается лишь PCIe 3.0, пользователь ничего не потеряет. Это прослеживается и в характеристиках контроллера Phison PS5019-E19T – даже по мнению самих разработчиков, максимально возможные скорости линейных операций, достижимые при самых благоприятных условиях, превосходят пропускную способность PCIe 3.0 x4 лишь на единицы процентов. Более того, производитель использовал для новой модели то же самое маркетинговое имя Stream, которое ранее носили NVMe SSD самого начального уровня, основанные на платформе Phison E13T.

Часть спецификаций своего детища Smartbuy решила вообще не раскрывать, в частности нет данных ни о показателях выносливости флеш-памяти, ни о скоростях произвольных операций. Впрочем, нет сомнений, что никакими впечатляющими достижениями Stream E19T похвастать не сможет. Однако производительность этого SSD должна быть ближе к среднему уровню, всё-таки его стоимость находится около 11 тыс. руб. за терабайтную версию. Иными словами, этот накопитель призван конкурировать не только с безбуферными моделями, но и с решениями уровня ADATA XPG Gammix S11 Pro или Silicon Power XD80.

Однако не нужно забывать, что отсутствие в конструкции Stream E19T собственной DRAM-памяти заставляет контроллер использовать для работы с таблицей трансляции адресов технологию HMB (Host Memory Buffer). Это означает две вещи. Во-первых, накопитель при работе захватывает под свои нужды некоторую часть оперативной памяти ПК (до 64 Мбайт), используя её для буферизации обращений к массиву флеш-памяти. Во-вторых, скорость работы Stream E19T при высоких нагрузках будет лавинообразно снижаться, причём в первую очередь это коснётся операций чтения.

График, приведённый ниже, показывает, как проваливается скорость случайных обращений к Stream E19T по мере того, как растёт объём данных, в пределах которого происходят эти обращения. Из него становится ясно, что пользователю придётся сталкиваться с падением производительности, если в рамках одной сессии он оперирует более чем 32 Гбайт информации.

Разница в скорости случайного чтения может быть 2,5-кратной. И это значит, что Stream E19T, как и любой другой NVMe SSD, плохо подойдёт для интенсивных нагрузок. Шина PCIe 4.0 с увеличенной пропускной способностью, которая, по идее, должна была сделать работу контроллера SSD с оперативной памятью ПК более эффективной, похоже, в данном случае вообще не помогает.

SLC-кеширование реализовано в накопителе Smartbuy по динамическому алгоритму. Причём даже на заполненном SSD в распоряжении пользователя остается неплохой объём памяти, работающей в режиме ускоренной записи. На пустом накопителе объёмом 1 Тбайт размер SLC-кеша достигает 140 Гбайт, а на накопителе, который заполнен на 75 %, кеш сокращается до 32 Гбайт.

Для подробного анализа алгоритма работы кеша мы теперь проводим троекратное тестирование скорости серийного копирования объёмных файлов на накопитель: когда SSD полностью свободен, когда SSD предварительно заполнен данными наполовину и когда SSD до начала записи полон на три четверти. Такой эксперимент позволяет проследить за изменением размера и скорости динамического SLC-кеша в зависимости от наличия в массиве флеш-памяти накопителя свободного пространства.

У Smartbuy Stream E19T 1 Тбайт встречается три разных скорости записи. В SLC-кеш файлы удаётся копировать со скоростью около 2,4 Гбайт/с. Затем, во время записи напрямую в массив TLC-памяти, скорость составляет порядка 1,2 Гбайт/с. В последнем, третьем варианте – во время параллельного перевода SLC-ячеек в TLC-режим, который происходит, когда места в массиве NAND уже не остаётся, – скорость падает до совсем скромных значений 100-200 Мбайт/с.

Обратите внимание — при прямой записи в TLC-память можно наглядно увидеть проявление положительных качеств 176-слойной памяти Micron: производительность на уровне 1,2 Гбайт/с для четырёхканального массива TLC 3D NAND – поистине феноменальный результат. Его можно даже сопоставлять с быстродействием восьмиканальных массивов в SSD флагманского уровня.

Поэтому становится совершенно ясно, что узким местом в Stream E19T выступает не NAND-память, а довольно слабый контроллер Phison PS5019-E19T. Впрочем, с обработкой очистки памяти при параллельной нагрузке он справляется довольно неплохо. После уничтожения на SSD файла объёмом 64 Гбайт падение производительности фиксируется всего лишь в течение секунды. Это видно из следующего графика, на котором показано, как меняется быстродействие случайного чтения и латентность во время исполнения команды TRIM, подаваемой операционной системой вслед за удалением файлов.

Таким образом, для недорогого безбуферного накопителя Stream E19T выглядит не так уж и плохо. На заполнение полной ёмкости накопителя объёмом 1 Тбайт требуется примерно 24 минуты. Последовательное чтение данных с полностью заполненного SSD занимает 10,5 минуты. По этим показателям новинку Smartbuy вполне можно сопоставить с накопителями на базе платформы Phison E12, оснащёнными 96-слойной памятью Micron прошлого поколения.

⇡#Программное обеспечение

Никаких программных инструментов для Smartbuy Stream E19T не предлагается, а доступные в Сети универсальные утилиты Phison Toolbox от разработчиков контроллера с чипом PS5019-E19T несовместимы.

Результаты тестов. Выводы

⇡#Описание тестовой системы и методики тестирования

Несмотря на то, что Smartbuy Stream E19T – накопитель с поддержкой PCIe 4.0, на соперничество с производительными SSD он не претендует. Это — безбуферный SSD, который позиционируется как чуть лучший вариант по сравнению с существующими бюджетными NVMe SSD, которые до сих пор были ориентированы на работу в PCIe 3.0-среде. Иными словами, главные соперники Stream E19T – решения класса WD Blue SN550 и Samsung 980.

Ввиду сложившейся рыночной конъюнктуры розничная цена на Smartbuy Stream E19T сейчас немного завышена. Но на прилавках можно встретить другие накопители на контроллере Phison E19T, которые продаются дешевле. Судя по всему, в конечном итоге цена SSD с подобными характеристиками вполне может снизиться до отметки 10 тысяч рублей или даже пробить её.

В итоге в список конкурентов Smartbuy Stream E19T мы в основном включили NVMe-накопители, которые играют в сегменте недорогих решений, хотя дело не обошлось и без популярных моделей Samsung, которые в тестах SSD традиционно играют роль эталонных устройств. В конечном итоге список участников тестирования приобрёл следующий вид:

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

Для измерения производительности SSD применялись 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

Результаты CrystalDiskMark, полученные на накопителе Smartbuy Stream E19T, позволяют сразу же убедиться, что поддержка PCIe 4.0 этому накопителю действительно ни к чему. Даже при работе в M.2-слоте, подключённом к процессорной шине PCI Express 4.0, линейные скорости оказываются не выше тех, которые мы привыкли видеть у PCIe 3.0-накопителей. И, располагая этим знанием, можно с чистой совестью сопоставить производительность предложения Smartbuy с результатами Samsung 980 – безбуферного PCIe 3.0-накопителя от лидера рынка, массив флеш-памяти в котором так же, как и в Stream E19T, имеет четырёхканальную организацию.

Smartbuy Stream E19T 1 Тбайт		Samsung 980 1 Тбайт

Синтетический тест создаёт впечатление, что Stream E19T как минимум не хуже Samsung 980. Наиболее существенно его преимущество проявляется при измерении скоростей записи. Однако не стоит забывать, что CrystalDiskMark использует простые варианты нагрузки и фактически показывает лишь быстродействие SLC-кеша. Картина же в приближенной к реальной жизни нагрузке может быть совершенно иной, её выявлением мы и займёмся в следующем разделе.

⇡#Производительность линейных операций

Накопители на многих современных контроллерах Phison отличаются тем, что с операциями записи они справляются в целом лучше, чем с чтением. Эта тенденция прослеживается и у контроллера PS5019-E19T, но здесь на неё к тому же накладывается отсутствие локального буфера для работы с таблицей трансляции адресов. В итоге получается довольно специфичное сочетание показателей – при операциях линейного чтения Smartbuy Stream E19T выглядит аутсайдером, при линейной записи находится в числе лидеров, а при смешанных операциях демонстрирует некий средний результат.

Во многом на положение дел оказывает влияние технология SLC-кеширования, к эффективности которой в Stream E19T трудно предъявить какие-то претензии. К тому же накопителю заметно помогает быстрая 176-слойная память Micron. Однако улучшить показатели в тесте линейного чтения всё это не помогает: накопитель попросту буксует, когда ему приходится работать со значительными объёмами данных.

⇡#Производительность мелкоблочных операций

Несмотря на то, что главный герой в этом обзоре – накопитель без DRAM-буфера, в тестах производительности при случайной нагрузке он выступает не хуже недорогих моделей, которые имеют полноценную конфигурацию. Так, Smartbuy Stream E19T удалось обойти две старых, но всё ещё популярных PCIe 3.0-платформы, Phison E12 и SMI SM2262, которые представлены в тесте моделями Silicon Power XD80 и AGATA XPG Gammix S11 Pro. Кроме того, Stream E19T однозначно производительнее любимого экономными пользователями WD Blue SN550 и к тому же не уступает младшему NVMe-предложению лидера рынка, Samsung 980.

⇡#Производительность в PCMark 10

Довольно неплохо Smartbuy Stream E19T выглядит в тестах интегральной производительности PCMark 10. Он не дотягивает до бюджетного хита этого лета — Intel SSD 670p, однако оказывается быстрее не только WD Blue SN550, но и Silicon Power XD80 и AGATA XPG Gammix S11 Pro. А это значит, что новый недорогой накопитель Smartbuy вполне способен заменить собой предложения среднего уровня прошлых поколений.

Впрочем, в сценариях Quick System Drive Test и Data Drive Test, которые моделируют использование SSD в качестве загрузочного диска и в качестве «файлопомойки», Stream E19T опускается в нижнюю часть диаграммы. Это в очередной раз указывает на слабое место в моделях SSD, которые опираются на технологию HMB: в определённый момент, когда место в захваченном ими фрагменте оперативной памяти ПК заканчивается, их производительность попросту «проваливается». Это может проявиться в любой момент, как только объём данных, с которым обращается система, превысит определённое пороговое значение. Именно поэтому подобные безбуферные модели имеет смысл выбирать для невысоких нагрузок и для сценариев, где постоянство производительности не является ключевым фактором.

⇡#Производительность в реальных задачах

Все сказанное о недостатках HMB-накопителей выше, проявляется в тестах копирования внутри накопителя. Если речь идёт о работе со значительными объёмами файлов и папок, то производительность Stream E19T оказывается заметно более низкой в сравнении со скоростью моделей SSD, у которых в конструкции есть DRAM-буфер. Кроме того, на это накладывается и медлительность контроллера Phison PS5019-E19T при линейном чтении, а также его упрощённое одноядерное строение. В результате получается, что в файловых сценариях Stream E19T оказывается слабее конкурирующих предложений, включая и безбуферные модели лидеров рынка, WD Blue SN550 и Samsung 980.

Не удаётся Stream E19T похвастать высокими показателями и в сценариях, связанных с запуском приложений и игр. Платформа Phison E19T превосходит платформу E12 того же разработчика, но это – единственное достижение рассматриваемого накопителя в таких тестах. В итоге получается, что реальные сценарии использования, в которых речь идёт о значительных потребительских нагрузках, видят в Stream E19T довольно слабый накопитель, главное преимущество которого — доступная цена, а не быстродействие. И естественно, поддержка платформой Phison E19T интерфейса PCIe 4.0 x4 не значит ровным счётом ничего – не стоит думать, что наличие этой строки в спецификациях Stream E19T даёт ему хоть какие-то преимущества.

⇡#Температурный режим

Рабочая температура SSD всегда косвенно связана с их производительностью. Чем быстрее та или иная модель, тем больше вероятность того, что для её охлаждения придётся применять специальные средства. Накопители, имеющие интерфейс PCIe 4.0, в этом смысле находятся «в зоне риска», ведь они, скорее всего, быстрее моделей прошлого поколения, плюс нагрев увеличивается за счёт реализации более высокочастотной шины. А если говорить конкретно о нагреве чипа Phison PS5019-E19T, то есть ещё и отягчающее обстоятельство – он производится по старому техпроцессу с нормами 28 нм.

И тем не менее в тестировании Smartbuy Stream E19T с троттлингом мы не столкнулись ни разу. На графике приведены выдаваемые мониторингом накопителя показатели температуры при постоянной линейной смешанной нагрузке с преобладанием операций чтения – такое использование SSD нагревает контроллер сильнее всего. В течение 5 минут теста температура доходит лишь до 76 градусов. Троттлинг же у контроллера Phison PS5019-E19T включается при 84 градусах.

Впрочем, всё это – фикция. Термоснимок показывает, что S.M.A.R.T.-телеметрия у Smartbuy Stream E19T не отражает реальной картины. В действительности температура контроллера во время работы приближается к 95 градусам. А транслируемые в S.M.A.R.T. показания температуры больше похожи на характеристики нагрева микросхем флеш-памяти. Новая 176-слойная память Micron во время работы тоже выделяет немало тепла, температура её работы, согласно показаниям тепловизора, достигает 72 градусов.

Таким образом, Smartbuy Stream E19T придётся отнести к числу особенно горячих SSD. И хотя искусственное занижение температуры позволяет ему обходиться без троттлинга, мы рекомендуем накопители с таким нагревом использовать вместе с дополнительными радиаторами.

⇡#Выводы

Присутствие в спецификациях SSD отметки о поддержке современного интерфейса PCIe 4.0 само по себе ничего не значит – именно этот вывод мы должны в первую очередь сформулировать по итогам знакомства с Smartbuy Stream E19T. Не стоит думать, что PCIe 4.0 – это как какой-то знак качества. Напротив, сегодня нам удалось познакомиться с таким накопителем, который формально поддерживает новый интерфейс, но от этой поддержки ровным счётом ничего не получает. Все скоростные характеристики Stream E19T прекрасно достижимы и с использованием старой версии интерфейса, PCIe 3.0.

Получается, что поддержка PCIe 4.0 в руках отдельных производителей уже превратилась в инструмент маркетинга, например когда дело касается SSD, основанных на платформе Phison E19T. Данный контроллер, который как раз и служит базисом для Smartbuy Stream E19T, – не что иное, как ещё один вариант для создания недорогих безбуферных SSD, который не выделяется какими-то особыми потребительскими качествами в ряду подобных решений.

Smartbuy Stream E19T вполне можно противопоставить WD Blue SN550 или Samsung 980, но на большее он неспособен. Технология HBM, эффективность которой, по логике, должна масштабироваться с ростом пропускной способности связи между контроллером SSD и системной памятью, никаких особых дивидендов от шины PCIe 4.0 не получила. Более того, хотя Stream E19T и снабжён быстрой 176-слойной TLC 3D NAND компании Micron, по характеру его быстродействия это тоже практически незаметно. Мощности одноядерного контроллера Phison PS5019-E19T, похоже, попросту не хватает, чтобы рассмотренный накопитель смог выдать сколько-нибудь выдающуюся производительность. Поэтому поставить его на ступень выше безбуферных накопителей, выпущенных ранее и не обладающих ни быстрым интерфейсом, ни самой современной флеш-памятью, не получится при всём желании.

А это значит, что Smartbuy Stream E19T – типичный обитатель сегмента недорогих NVMe-накопителей, где конкурирующие предложения воюют между собой преимущественно ценами. На данный момент Stream E19T не может похвастать какой-то особенной дешевизной, но хочется думать, что это лишь пока. Бренд Smartbuy старается поставлять на отечественный рынок выгодные по цене предложения. Поэтому в перспективе можно ожидать, что стоимость Stream E19T станет ниже и он со временем наберёт популярность.

В заключение необходимо напомнить, что Smartbuy Stream E19T, несмотря на свою локальную природу, можно считать вполне надёжным и качественным решением для использования в ПК среднего уровня. Накопитель представляет собой эталонный дизайн платформы Phison, который не только разработан, но и произведён под полным контролем её создателей. И именно это обстоятельство позволяет быть уверенным в том, что каких-то неприятных сюрпризов в процессе эксплуатации Stream E19T возникнуть не должно.