Обзор твердотельных накопителей Samsung 840 Series 250 Гбайт и 840 Pro Series 256 Гбайт: сравнение TLC- и MLC-памяти

Иногда в ультрабуках и прочих ноутбуках мы встречаем твердотельные накопители Samsung. Как правило, это бывают достаточно дорогие портативные ПК, а значит, скорости чтения и записи у их накопителей оказываются весьма неплохими. Да и подключаются к материнской плате такие диски при помощи разъёма mSATA, а не SATA III. Теперь же в нашу тестовую лабораторию попали два 2,5-дюймовых твердотельных накопителя Samsung: 840 и 840 Pro. Объём дисков практически одинаков, а значит, их можно сравнить друг с другом и подробнее узнать о производительности этих серий.

До недавнего времени в России было очень трудно найти в продаже 2,5-дюймовые накопители Samsung — по каким-то причинам корейская компания не спешила их к нам везти. Теперь же эта ситуация постепенно исправляется, и твердотельные накопители корейского гиганта встречаются на прилавках как обычных, так и интернет-магазинов.

⇡#Технические характеристики

Компания Samsung производит если не больше всех микросхем на планете, то уж точно весьма значительную их часть. Поэтому не стоит удивляться, что основные компоненты рассматриваемых нами накопителей целиком и полностью произведены на фабриках самой компании.

Например, контроллер. В обеих сериях используется чип Samsung S4LN021X01, который мы видим впервые. Внутри него находятся три ядра ARM Cortex-R4 с архитектурой ARMv7-R, тактовая частота процессора составляет 300 МГц. Контролер обладает восемью каналами, а общий объем памяти накопителя может достигать 1 Тбайт — хороший задел на будущее. Если судить по характеристикам дисков, контроллер Samsung S4LN021X01 в паре с быстрой памятью может показать отличные результаты в тестах, ведь заявленная максимальная скорость произвольного чтения блоков размером 4 Кбайт у накопителей серии 840 Pro почти готова перешагнуть «психологический» барьер в 100 000 оп./с, что довольно неплохо. Также контроллером поддерживается шифрование по алгоритму AES-256.

Контроллер дополнен кешем LPDDR2 SDRAM на 256 Мбайт у накопителей объёмом 120 и 128 Гбайт и на 512 Мбайт у дисков объёмом 250, 256, 500 и 512 Гбайт. Такой большой объём буфера говорит о том, что в нём будут храниться некоторые пользовательские данные. Примечательно, что в современных накопителях кеш DDR2 или LPDDR2 практически не встречается — обычно используются чипы DDR3.

Память, которая распаяна на платах наших подопытных, куда интереснее контроллера. Так, диски Samsung 840 оснащаются TLC-памятью с интерфейсом Toggle-Mode DDR 2.0 (Samsung K9CFGY8U5A), произведённой по техпроцессу 21 нм, — такую память мы тоже видим впервые, хотя новой технологию TLC назвать никак нельзя. От привычной MLC она отличается тем, что в одну ячейку такой памяти можно записать не два, а три бита информации, что теоретически приводит к очень быстрому износу ячейки. В Samsung не упоминают о количестве циклов перезаписи памяти накопителя Samsung 840, но — если верить данным наших коллег из Anandtech — этот накопитель выдержит около 1000 циклов перезаписи. Напомним, что выносливость MLC-памяти в три раза выше: эти микросхемы выдерживают до трех тысяч циклов. Несмотря на столь малое количество циклов перезаписи памяти TLC, производитель установил на накопители серии Samsung 840 трёхлетнюю гарантию. К рассуждениям об износе TLC-памяти в системе обычного пользователя мы вернёмся позже. А пока продолжим рассказывать о накопителях Samsung.

В другом SSD, Samsung 840 Pro, установлена MLC-память (Samsung K9HFGY8U5A) с интерфейсом Toggle DDR 2.0, произведённая по 21-нм техпроцессу. Этот тип памяти мы видим уже не в первый раз, вот только раньше нам попадались микросхемы Toshiba 19 нм. Кроме того, скорость записи у серии 840 Pro гораздо выше, чем у обычной 840-й серии (у последней она довольно сильно хромает), что говорит об ощутимых различиях в использованных микросхемах памяти. Если модели 840 Pro выпускаются в привычных объемах 128, 256 и 512 Гбайт, то градация Samsung 840 (120, 250, 500 Гбайт) не соответствует ни основной массе SSD, ни накопителям на платформе SandForce. Вероятно, при использовании TLC-памяти потребовалось зарезервировать больше ячеек под служебные нужды контроллера.

Да и гарантия у 840 Pro будет получше: пять лет против трёх у Samsung 840. В остальном эти два накопителя идентичны: их размеры, вес и энергопотребление одинаковы.

⇡#Внешний вид и комплект поставки

Если смотреть на два накопителя сверху, но никакой разницы между ними нет. Одинаковый чёрный матовый металлический корпус и одинаковые надписи и оранжевый квадрат.

Samsung 840 Series 250 Гбайт

Samsung 840 Pro Series 256 Гбайт

Разницу между нашими подопытными можно заметить только по обратной стороне корпуса, да и то лишь при взгляде на информационную наклейку. В остальном визуально оба диска полностью идентичны.

Samsung 840 Series 250 Гбайт

Samsung 840 Pro Series 256 Гбайт

Контроллер, кеш и микросхемы памяти у обоих накопителей расположены одинаково. Отличить диски друг от друга можно только по маркировке чипов памяти. Которая, к слову, различается всего на одну букву.

Samsung 840 Series 250 Гбайт

Samsung 840 Pro Series 256 Гбайт

Если посмотреть на обратную сторону печатной платы, то различия между Samsung 840 Series 250 Гбайт и 840 Pro 256 Гбайт и вовсе теряются. Дорожки на этих платах распаяны одинаково.

Samsung 840 Series 250 Гбайт

Samsung 840 Pro Series 256 Гбайт

Комплект поставки у накопителей не самый богатый. Помимо самого диска, в коробке находится диск с утилитой Samsung Magician (весьма продвинутый аналог Intel SSD Toolbox), буклеты с инструкцией и гарантийной информацией, а также пара наклеек. Для завершения джентльменского набора в коробке не хватает 3,5-дюймового адаптера и винтов к нему.

⇡#Методика тестирования

Iometer 1.1.0 RC1

1. Последовательное чтение/запись данных блоками от 512 байт до 2 Мбайт и глубиной очереди запросов 4 (типичная глубина для десктопных задач). Проба теста с блоками каждого размера продолжается в течение 30 с. В результате получается график зависимости скорости передачи данных от размера блока.
2. Произвольное чтение/запись данных во всем объеме диска блоками от 512 байт до 2 Мбайт и глубиной очереди запросов 4. Проба теста с блоками каждого размера продолжается в течение 30 секунд. Границы блоков выравниваются относительно линейки с шагом 4 Кбайт. Так как SSD-накопители считывают и записывают информацию в виде так называемых страниц по 4 Кбайт или кратного размера, выравнивание нагрузки исключает ситуации, когда логический блок занимает нечетное число страниц, и скорость записи снижается.
3. Время отклика. Выполняется произвольное чтение/запись данных во всем объеме диска блоками по 512 байт и глубиной очереди запросов 4. Так как тест идет в течение 10 минут, дисковый буфер заполняется, что дает возможность оценить устоявшееся время отклика накопителя. Блоки данных также выровнены относительно 4-килобайтной разметки.
4. Скорость последовательного доступа в зависимости от длины очереди запросов. Измеряется скорость чтения и записи блоков по 64 Кбайт при длине очереди от 1 до 8 с шагом 2 и от 8 до 32 с шагом 4.
5. Многопоточная нагрузка. С диском одновременно работают от одной до четырех копий утилиты, генерирующей нагрузку (workers, в терминологии Iometer). Каждый worker выполняет последовательное чтение/запись блоков по 64 Кбайт с глубиной очереди запросов 1. Worker’ы имеют доступ к непересекающимся адресным пространствам объемом по 16 Гбайт, которые расположены в объеме диска вплотную друг к другу, начиная с нулевого сектора. Измеряется совокупная производительность всех worker’ов.

После каждого теста, включающего запись значительного объема данных, диск очищается с помощью Secure Erase. Длительные тесты на запись разделены на несколько частей, перемежающихся очисткой, чтобы первые пробы теста, заполняющие диск, не влияли на скорость последующих.

⇡#PCMark 7

Синтетический тест, эмулирующий нагрузку реальных приложений и различные паттерны использования ресурсов ПК. Бенчмарк установлен на основном накопителе стенда. На тестируемом накопителе создается единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объем, и в PCMark 7 проводится тест Secondary Storage. В качестве результатов теста учитывается как итоговый балл, так и скорость выполнения отдельных субтестов.

Зависимость производительности от свободного объема

Чтобы проверить, насколько падает скорость записи на SSD по мере заполнения, мы поэтапно забиваем его случайными данными на блочном уровне и проводим с помощью Iometer тесты произвольной записи блоков по 4 Кбайт с глубиной очереди запросов 4. Затем на диск посылается команда TRIM (при помощи утилиты Diskpart создается и форматируется раздел на весь объем диска) и еще раз измеряется скорость записи.

Для SSD, выполняющих компрессию записываемых данных, тесты скорости записи проводятся как на повторяющихся данных, так и на рандомизированных.

⇡#Тестовый стенд

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой MSI 890GXM-G65, процессором AMD Phenom II X2 560 Black Edition и 4 Гбайт RAM DDR3 1600 МГц. Диск подключается к контроллеру, встроенному в чипсет материнской платы, и работает в режиме AHCI. Операционная система — Windows 7 Ultimate X64.

Объем и скорость передачи данных в бенчмарках указываются в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт).

Участники тестирования

• Samsung 840 Pro Series 256 Гбайт (MZ-7PD256)
• Samsung 840 Series 250 Гбайт (MZ-7TD250)
• Kingston HyperX 3K 240 Гбайт (SH103S3/240G)
• Corsair Neutron GTX 240 Гбайт (CSSD-N240GBGTX-BK)
• OCZ Vertex 4 256 Гбайт (VTX4-25SAT3-256G)
• OCZ Vector 256 Гбайт (VTR1-25SAT3-256G)
• Plextor M5 Pro 256 Гбайт (PX-256M5P)

Для теста твердотельных накопителей Samsung мы решили подобрать соперников из нашего группового тестирования 14 SSD объемом 240-256 Гбайт. В тестах специально подобраны накопители с разными контроллерами и памятью.

⇡#Производительность, Iometer

Последовательное чтение

В первом тесте оба наших главных подопытных показали максимальный результат независимо от размера считываемых блоков. Среди других участников тестирования столь безупречный график наблюдается только у Corsair Neutron GTX.

Последовательная запись

В тестах на последовательную запись начинает сильно отставать накопитель Samsung 840 Series 250 Гбайт (MZ-7TD250) — его скорость перестаёт расти при размере блока более 8 Кбайт — и в результате не превосходит отметки в 250 Мбайт/с, что приличествует скорее SSD с интерфейсом SATA 3 Гбит/с, чем с современным SATA 6 Гбит/с. У Samsung 840 Pro Series дела обстоят намного лучше. Как и в тесте на чтение, его пиковая производительность (которая достигается при размере блока 256 Кбайт) не меньше, чем у плотной группы наиболее успешных конкурентов.

Устоявшееся время отклика

В этом тесте двое наших главных подопытных показали практически одинаковые результаты. Собственно, почти то же самое можно сказать и про других участников тестирования, если, конечно, не обращать внимания на неприлично высокое время отклика у Kingston HyperX 3K при записи и у OCZ Vertex 4 при чтении.

Произвольное чтение

В этом тесте общепринятым критерием оценки является то, какую скорость покажет накопитель на блоках размером в 4 Кбайт. В нашем случае SSD Samsung 840 и 840 Pro удалось продемонстрировать отличные результаты, с небольшим преимуществом в пользу последнего. Впрочем, и результаты соперников под другими марками (за исключением Vertex 4) сходятся в этой точке графика с разницей в пределах 5 оп./с.

Произвольная запись

В следующем испытании, при размере блока в 4 Кбайт, накопитель Samsung 840 Series, как ни странно, немного обгоняет не только своего продвинутого собрата, но и большинство других участников теста. Хотя — опять-таки — разница между ними невелика.

Чтение при разной длине очереди команд

В этом тесте мы видим, что скорость чтения у обоих накопителей становится максимальной уже при двух командах в очереди. Это лучший результат на момент написания данной статьи.

Запись при разной длине очереди команд

Количество команд в очереди Samsung 840 никак не влияет на его и так невысокую скорость записи. С одной стороны, это хорошо, что SSD даже при одной команде работает на пике производительности, а с другой — это воистину «зияющая высота».

Другое дело — Samsung 840 Pro: этот диск набирает максимальную скорость уже при четырёх командах в очереди. Это хороший результат, вполне соответствующий специфике нагрузки пользовательских SSD, но не лучший — Corsair Neutron GTX, как и OCZ Vector, набирает максимальную скорость записи уже при двух командах в очереди.

Многопоточное чтение

Снова тест на многопоточное чтение — и снова накопители Samsung лидируют, демонстрируя хорошую динамику производительности в ответ на прибавление потоков. Хотя Corsair Neutron GTX от них почти не отстаёт, а при трёх потоках немного обгоняет двух наших главных подопытных.

Многопоточная запись

Уже становится традицией то, что в тестах, посвящённых записи, накопитель Samsung 840 Series показывает худшие результаты. Так получилось и сейчас — его скорость не увеличивается в зависимости от количества потоков.

Что же касается Samsung 840 Pro Series, то он резво реагирует на появление второго потока записи, а затем его скорость практически не растет. Правда, это характерно и для прочих высокопроизводительных SSD в этом тесте.

PCMark 7

В финском бенчмарке PCMark 7 накопитель Samsung 840 Pro показал хорошие, но не лучшие результаты — снова его совсем чуть-чуть опередил диск Corsair Neutron GTX.

Что касается накопителя Samsung 840 Series, то он снова позади планеты всей.

На следующей диаграмме видно, в каких именно субтестах хорошо ввыступил накопитель Samsung 840 Pro. Это были тесты на импорт изображений, запуск приложений и редактирование видео.

Что касается накопителя Samsung 840, то этот диск хуже всего проявил себя в играх и тех же самых трех тестах — импорте изображений, запуске приложений и редактировании видео.

Самая большая разница между двумя нашими главными подопытными наблюдалась в субтестах, посвящённых импорту изображений и запуску приложений.

Зависимость производительности от свободного объема

За время тестирования мы привыкли к тому, что диск Samsung 840 Pro Series показывает очень хорошие, а иногда и вовсе отличные результаты. Поэтому последний тест нас расстроил.

Как видно из графика, после выполнения команды TRIM скорость передачи данных у Samsung 840 Pro восстановилась не полностью. Кроме того, 15 минут спустя его скорость вновь увеличилась, но к исходной, к сожалению, не вернулась. Также стоит отметить, что падение производительности у этого диска началось раньше, чем у большинства конкурентов.

А вот у Samsung 840 дела обстоят гораздо лучше. После выполнения команды TRIM его скорость передачи данных выросла до первоначальной величины.

⇡#Выводы

Во время тестирования накопитель Samsung 840 Pro Series не стал «самым быстрым на планете», хотя может по праву считаться одним из лучших на сегодняшний день (полный список чемпионов также включает OCZ Vector и Corsair Neutron GTX). В целом схожие результаты этой троицы подталкивают к выводу о том, что SSD для интерфейса SATA 6 Гбит/с достигли предела производительности, которую может обеспечить этот стандарт.

Впрочем, если отвлечься от достоинств Samsung SSD 840 Pro, стоит отметить, что последний тест, посвящённый зависимости производительности от свободного объёма, он прошёл хуже всех своих соперников — давно нам не попадались 2,5-дюймовые SSD, у которых команда TRIM не вызывает полного восстановления производительности. Мы надеемся, что новая прошивка сможет исправить эту проблему.

Второй рассматриваемый нами накопитель, Samsung 840, очень часто демонстрировал не самые лучшие результаты — особенно это было заметно при записи. Впрочем, заявленные производителем спецификации диска полностью оправдывают такие показатели.

Производительность устройства явно упирается именно в пропускную способность микросхем. Собственно тип памяти — это самое интересное в Samsung SSD 840. На плате этого SSD распаяна TLC-память, которая не встречалась нам раньше. Наверное, дело в том, что не каждый производитель рискнёт использовать память, ресурс выносливости которой, предположительно, в три раза меньше, чем у привычной всем MLC-памяти. Итак, микросхема TLC должна выдержать 1 000 циклов перезаписи. По сравнению с MLC-памятью, ресурс которой составляет 3 000 циклов, TLC производит жалкое впечатление.

Теперь давайте рассчитаем, на сколько же хватит ресурса памяти у Samsung 840 Series. Для удобства отталкиваться мы будем от подобного расчёта для MLC-памяти. Согласно ему, накопителя cо 128 Гбайт MLC-памяти при ежедневном объёме записи в 10 Гбайт хватит примерно на 10,7 года.

Сейчас же перед нами накопитель объёмом в 250 Гбайт. Ресурс его памяти в три раза меньше, чем у рассматриваемого в предыдущем абзаце диска. Допустим, что на Samsung 840 мы будет записывать не 10, а 15 Гбайт в день — для системного диска это очень большая нагрузка, при условии, что большие файлы вроде фильмов или образов дисков будут храниться на обычном HDD. Таким образом (отбросив зарезервированную память), мы получаем ориентировочно 3,5 года жизни диска. Из которых на гарантийный период приходятся первые три.

Кажется, что три года (а на деле тут могут оказаться и все пять лет) — вполне неплохо, но, во-первых, на момент написания этой статьи за накопитель Samsung 840 Series 250 Гбайт (MZ-7TD250) придётся отдать примерно 6 100 рублей. Почти за такую же сумму можно найти SSD аналогичного объёма, но с MLC-памятью, которая «проживёт» в три раза дольше TLC. А во-вторых, в Samsung планируют снять с производства накопитель 840 и оставить вместо него серию Samsung EVO. С той же самой TLC-памятью.