Обзор SSD Samsung 850 EVO на базе 3D NAND: быстрый, долговечный, массовый

Инновации продолжаются и по сей день. Огромный скачок вперёд Samsung сделала в 2013 году, когда смогла начать серийный выпуск трёхмерной флеш-памяти, 3D V-NAND. Трёхмерная память легко решает проблему масштабируемости кристаллов флеш-памяти и дальнейшего наращивания плотности хранения данных в них. Очевидно, что традиционный экстенсивный путь, предполагающий удешевление производства флеш-памяти за счёт внедрения новых технологических процессов с более тонкими нормами, в ближайшем будущем натолкнётся на серьёзные фундаментальные препятствия. Освоив же технологию выпуска многослойных кристаллов флеш-памяти, Samsung получила огромный простор для дальнейшего беспрепятственного движения вперёд. Выпущенный в середине прошлого года SSD 850 Pro, ставший первым серийным флеш-накопителем на базе 32-слойной MLC 3D V-NAND, продемонстрировал огромный потенциал новой технологии. Выход структуры флеш-памяти в третье измерение ознаменовался заметным увеличением производительности и существенным ростом надёжности, в результате чего Samsung 850 Pro получил звание одного из лучших твердотельных SATA-накопителей современности для энтузиастов.

Однако у Samsung 850 Pro всё-таки есть один неприятный, с точки зрения обычного пользователя, изъян. Этот накопитель, как и всякий флагманский продукт, имеет достаточно высокую цену. Поэтому вслед за этой моделью Samsung, которую в её стремительном движении по пути прогресса не может остановить уже, похоже, ничто, выпустила другой SSD — 850 EVO. Этот накопитель базируется ещё на одной разновидности принципиально новой трёхмерной флеш-памяти, которая объединяет передовую многослойную 3D V-NAND-структуру с удешевлённой архитектурой TLC NAND. И в результате в лице Samsung 850 EVO вырисовывается массовый продукт, претендующий на то, чтобы стать непревзойдённым вариантом по соотношению цены, производительности и надёжности. По крайней мере в теории всё выглядит именно так.

Для того же, чтобы проверить эту красивую легенду, мы взяли на тесты пару экземпляров Samsung 850 EVO. Эти накопители только-только появляются в продаже, и поэтому результаты их тестов вызывают огромный практический интерес.

⇡#Технические характеристики

Несмотря на все нововведения, новый твердотельный накопитель Samsung 850 EVO — прямой наследник предыдущей массовой модели, 840 EVO. Ключевыми компонентами, обеспечивающими хорошие потребительские характеристики 840 EVO, выступали TLC-память, собственный контроллер Samsung и технология TurboWrite. В новом SSD 850 EVO набор почти такой же, просто поновее: на место TLC NAND пришла трёхмерная TLC V-NAND, вместо контроллера Samsung MEX используется обновлённый контроллер Samsung MGX, никуда не делась и технология TurboWrite, в описании которой добавилось прилагательное «усовершенствованная». Взглянем на весь этот набор по порядку.

Естественно, самое главное и самое интересное в Samsung 850 EVO — это трёхмерная трёхбитовая память. И о 3D NAND, и о TLC NAND мы уже говорили ранее в соответствующих обзорах. Но теперь обе эти технологии слились воедино, и, надо сказать, получилось у них это очень органично. У обычной планарной TLC-памяти есть две проблемы, уходящие корнями в сам принцип её функционирования: низкая скорость и низкая надёжность. Связано это с тем, что ячейки TLC NAND для хранения трёх бит данных должны различать восемь уровней напряжения, в то время как, например, в MLC NAND используется лишь четыре уровня. Поэтому программирование и снятие уровня напряжения в TLC NAND занимает больше времени, а надёжность хранения сильно страдает от износа полупроводниковой структуры ячейки: даже небольшое утончение слоя диэлектрика может приводить к утечке заряда с плавающего затвора. Более того, с внедрением новых, более «тонких» техпроцессов проблема выносливости ячеек TLC NAND только усугубляется, так как компоненты каждой ячейки приобретают меньшие геометрические размеры изначально.

Ключевая же идея 3D V-NAND заключается в том, что более плотного хранения информации в кристаллах флеш-памяти можно добиться не за счёт миниатюризации геометрии техпроцесса, а путём расположения ячеек в трёх плоскостях. Например, применяемая в Samsung 850 Pro трёхмерная MLC NAND имеет 32 слоя, и это позволяет при её производстве использовать 40-нм техпроцесс, но при этом всё равно получать полупроводниковые кристаллы с меньшей площадью, нежели у планарной MLC NAND, выпущенной по 16-нм нормам. Очевидно, что если аналогичный подход применить к TLC NAND, то проблема с надёжностью и отчасти со скоростью работы может быть легко решена. «Кондовые» 40-нм ячейки более устойчивы к износу, а их плавающий затвор может удерживать гораздо большее число электронов, обеспечивая уверенную вариативность при программировании и распознавании логических уровней. Иными словами, скрещивание технологий TLC и 3D V-NAND не меняет основных принципов функционирования трёхбитовой памяти, но попутное укрупнение ячеек приводит к их лучшей стабильности. Samsung, в частности, утверждает, что вероятность возникновения ошибок при снятии данных с её TLC V-NAND, произведённой по 40-нм нормам, примерно на порядок ниже, чем у планарной TLC-памяти.

Есть выигрыш и в скорости программирования. Планарная TLC NAND при записи данных требует подачи на управляющий затвор ячеек нескольких последовательных импульсов и многочисленных промежуточных проверок правильности программирования. С трёхмерной же TLC V-NAND число итераций удаётся сократить, и продолжительность операций записи снижается примерно на 50 процентов. Похожим образом сокращается и цикл чтения.

Как вы наверняка помните, полупроводниковые кристаллы современной 32-слойной MLC V-NAND, производимые по технологическому процессу с нормами 40 нм и применяемые в Samsung 850 Pro, имеют ёмкость 86 Гбит. Для Samsung 850 EVO память производится точно по такой же технологии, но, благодаря записи в каждую ячейку не двух, а трёх бит информации, ёмкость кристаллов возрастает в полтора раза — до 128 Гбит. При этом такие кристаллы имеют примерно вдвое меньшую площадь по сравнению с планарными 128-гигабитными кристаллами TLC NAND, которые Samsung производит по 19-нм техпроцессу. И это — прекрасная иллюстрация эффективности дизайна TLC V-NAND: с внедрением в неё трёхмерности Samsung не только добивается значительного улучшения характеристик скорости и надёжности дешёвой трёхбитовой памяти, но и дополнительно снижает свои издержки на её производство.

Учитывая, что 850 EVO в конечном итоге должен стать недорогим накопителем, Samsung не стала устанавливать в него и свой лучший контроллер MEX, который при использовании SATA-интерфейса позволяет получить максимальную скорость работы. Специально для модели 850 EVO был разработан новый упрощённый и более энергоэффективный контроллер MGX, который имеет лишь два, а не три ядра ARM Cortex-R4. Однако он производится по более современному техпроцессу, что позволило производителю поднять его частоту. В результате потеря в пиковой производительности составила всего лишь порядка 2-5 процентов, что вряд ли можно назвать серьёзной утратой. Более того, в терабайтной версии 850 EVO, где для обслуживания таблицы трансляции адресов действительно требуется хорошая производительность, используется старый контроллер MEX.

В результате линейка Samsung 850 EVO получила следующий набор характеристик:

В этой таблице прекрасно всё, ну или почти всё, за исключением стоимости. Samsung решила пока не ввязываться в ценовую войну с производителями дешёвых накопителей, а выступать со своей многообещающей новинкой в среднем рыночном сегменте. Впрочем, на то у неё есть все основания: всё-таки 850 EVO — достаточно производительный и надёжный SSD для того, чтобы его хорошо покупали и не по совсем бросовой цене.

Говоря о достоинствах Samsung 850 EVO, начать, пожалуй, стоит с того, что производитель даёт на этот флеш-привод пятилетнюю гарантию, что соответствует гарантийному сроку многих флагманских моделей. Более длительной гарантией обладают лишь Samsung 850 Pro и SanDisk Extreme Pro. И это значит, что Samsung ожидает от своей TLC V-NAND ресурса как минимум не хуже, чем у современной планарной MLC NAND. Об этом же говорят и заявленные показатели выносливости: для младших моделей разрешена запись по 41 Гбайт в день, а для старших — по 82 Гбайт ежедневно. То есть надёжность у Samsung 850 EVO явно выше среднего, а модификации на 500 Гбайт и 1 Тбайт и вовсе обладают таким же ресурсом, как и Samsung 850 Pro. Иными словами, с точки зрения заявленного ресурса Samsung 850 EVO куда ближе к дорогим, чем к бюджетным моделям.

Примерно то же можно сказать и о заявленных скоростных характеристиках. Отставание Samsung 850 EVO от старшего собрата 850 Pro, который мы считаем самым быстрым SSD сегодняшнего дня, чисто символическое, причём проявляется оно исключительно на операциях чтения. Похоже, что Samsung 850 EVO сможет и здесь конкурировать с флагманскими SATA SSD других производителей. Правда, следует понимать, что высокие скорости, заявленные в спецификациях, учитывают работу технологии TurboWrite, использующей для ускорения операций псевдо-SLC-кеш. И числа в таблице — это скорость работы кеша, то есть при длительных операциях с большими объёмами данных нас будет ожидать совсем иное быстродействие. Впрочем, размер быстрого кеша у Samsung 850 EVO не так уж и мал. Для моделей на 120 и 250 Гбайт его объём установлен на отметке 3 Гбайт, для модификации на 500 Гбайт — 6 Гбайт, а для терабайтного накопителя — 12 Гбайт. При записи данных на накопитель в первую очередь всегда заполняется этот скоростной буфер, а во время простоя данные из него переносятся в более медленную TLC-память. Таким образом, в обычной повседневной работе никакого падения производительности, скорее всего, заметно не будет.

Реализованы в Samsung 850 EVO и все остальные атрибуты добротного SSD. В нём есть поддержка энергосберегающего состояния DevSleep, а также аппаратный движок шифрования, который совместим со стандартами TCG Opal 2.0 и IEEE-1667 и может управляться из среды операционной системы, например через стандартное средство BitLocker.

Остаётся лишь напомнить, что твердотельные накопители компании Samsung снабжаются одной из лучших сервисных утилит Magican, версия которой к настоящему моменту доросла до 4.5. В этой утилите, помимо обычных возможностей для такого рода программ, есть и поддержка технологии RAPID 2.1 — программного кеширования операций ввода-вывода в оперативной памяти компьютера. На данном этапе развития эта технология получила возможность задействовать под кеш до 4 Гбайт памяти. Впрочем, мы всё ещё не рекомендуем пользоваться подобными функциями, так как они не гарантируют сохранности пользовательских данных при системных сбоях или внезапных отключениях питания.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Samsung 850 EVO основывается на контроллерах с восьмиканальной архитектурой, а TLC V-NAND, устанавливаемая в этих накопителях, имеет ядра ёмкостью 128 Гбит. Это означает, что достаточной для обеспечения максимальной производительности степенью внутреннего параллелизма обладают старшие модификации SSD ёмкостью 500 Гбайт и 1 Тбайт. Именно поэтому в нашем сегодняшнем тестировании принимают участие сразу два экземпляра новинки — объёмом 250 и 500 Гбайт.

Вполне естественно, что модификации Samsung 850 EVO разной ёмкости снаружи выглядят совершенно одинаково.

Для этого SSD используется точно такой же тонкостенный 2,5-дюймовый алюминиевый корпус высотой 7 мм, как во флагманской модели, 850 Pro. Внешний окрас — чёрный, на лицевой поверхности краской нанесён логотип Samsung и серый квадрат, в том или ином виде присутствующий на всех SSD компании такого же форм-фактора. На оборотной стороне корпуса имеется этикетка, из которой можно почерпнуть информацию о названии и ёмкости модели, её артикуле и серийном номере.

А вот внутренности Samsung 850 EVO смотрятся куда необычнее. Например, при вскрытии 250-гигабайтной модели мы были очень удивлены размерами печатной платы и тем, что на ней присутствует всего четыре микросхемы.

Внутри 500-гигабайтной модели использована плата чуть большего размера, однако ей всё равно очень далеко до того, чтобы заполнить всё пространство внутри корпуса.

Современные технологические процессы, которые использует Samsung при производстве начинки своих SSD, позволяют обходиться без каких-либо теплопроводящих прокладок или иных средств для отвода тепла от микросхем на поверхность корпуса. Не стали корейцы раскошеливаться и на реализацию усиленной схемы питания, позволяющей контроллеру корректно завершать работу с таблицей трансляции адресов при внезапных отключениях.

Что же касается номенклатуры используемых чипов, то в обоих случаях мы видим одинаковые базовые контроллеры Samsung MGX и одинаковые чипы флеш-памяти, каждый из которых имеет ёмкость 128 Гбайт и содержит внутри себя по восемь 16-гигабайтных кристаллов TLC V-NAND, произведённых по 40-нм техпроцессу. Не различаются у SSD ёмкостью 256 и 512 Гбайт и микросхемы оперативной памяти. В обоих случаях это LPDDR2 SDRAM объёмом 512 Мбайт.

Заметьте, никаких отдельных микросхем SLC NAND, обеспечивающих работу кеширующей технологии TurboWrite, внутри Samsung 850 EVO не предусмотрено. Вместо этого роль SLC-буфера играет небольшая часть ячеек TLC-памяти, выделенных из общего массива. Именно поэтому накопители серии 850 EVO имеют столь нетипичную линейку объёмов, кратных 250 Гбайт (за исключением младшей версии). Примерно 3,5 процента от общей вместимости флеш-памяти отводится на псевдо-SLC-кеширование, и ещё порядка 5,5 процента — на подменный фонд и работу технологий выравнивания износа и сборки мусора.

Ну и в заключение внешнего знакомства с Samsung 850 EVO — о комплекте поставки. Вернее, о его отсутствии: в коробке с SSD, кроме собственно твердотельного накопителя, вы не обнаружите ничего полезного, даже салазок для установки в 3,5-дюймовый отсек корпуса. В этом отношении рассматриваемая модель подобна всем остальным SSD данного производителя. Переходим к тестированию накопителя.

⇡#Методика тестирования

Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 8.1 Professional x64 with Update, корректно распознающей и обслуживающей современные твердотельные накопители. Это значит, что в процессе прохождения тестов, как и при обычном повседневном использовании SSD, команда TRIM поддерживается и активно задействуется. Измерение производительности выполняется с накопителями, находящимися в «использованном» состоянии, которое достигается их предварительным заполнением данными. Перед каждым тестом накопители очищаются и обслуживаются с помощью команды TRIM. Между отдельными тестами выдерживается 15-минутная пауза, отведённая для корректной отработки технологии сборки мусора. Во всех тестах, если не указано иное, используются рандомизированные несжимаемые данные.

Используемые приложения и тесты:

• Iometer 1.1.0

1. Измерение скорости последовательного чтения и записи данных блоками по 256 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Оценка скоростей выполняется в течение минуты, после чего вычисляется средний показатель.
2. Измерение скорости случайного чтения и записи блоками размером 4 Кбайт (такой размер блока используется в подавляющем большинстве реальных операций). Тест проводится дважды — без очереди запросов и с очередью запросов глубиной 4 команды (типичной для десктопных приложений, активно работающих с разветвлённой файловой системой). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
3. Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов (в пределах от одной до 32 команд). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
4. Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с блоками разного размера. Используются блоки объёмом от 512 байт до 256 Кбайт. Глубина очереди запросов в течение теста составляет 4 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
5. Измерение производительности при смешанной многопоточной нагрузке и установление её зависимости от соотношения между операциями чтения и записи. Используются последовательные чтения и записи блоков объёмом 128 Кбайт, выполняемые в два независимых потока. Соотношение между операциями чтения и записи варьируется с шагом 10 процентов. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
6. Исследование падения производительности SSD при обработке непрерывного потока операций случайной записи. Используются блоки размером 4 Кбайт и глубина очереди 32 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Продолжительность теста составляет два часа, измерения моментальной скорости проводятся ежесекундно. По окончании теста дополнительно проверяется способность накопителя восстанавливать свою производительность до первоначальных величин за счёт работы технологии сборки мусора и после отработки команды TRIM.

• CrystalDiskMark 3.0.3b
  Синтетический тест, выдающий типовые показатели производительности твердотельных накопителей, измеренные на 1-гигабайтной области диска «поверх» файловой системы. Из всего набора параметров, которые можно оценить с помощью этой утилиты, мы обращаем внимание на скорость последовательного чтения и записи, а также на производительность произвольных чтения и записи 4-килобайтными блоками без очереди запросов и с очередью глубиной 32 команды.
• PCMark 8 2.0
  Тест, основанный на эмулировании реальной дисковой нагрузки, которая характерна для различных популярных приложений. На тестируемом накопителе создаётся единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объём, и в PCMark 8 проводится тест Secondary Storage. В качестве результатов теста учитывается как итоговая производительность, так и скорость выполнения отдельных тестовых трасс, сформированных различными приложениями.
• Тесты копирования файлов
  В этом тесте измеряется скорость копирования директорий с файлами разного типа, а также скорость архивации и разархивации файлов внутри накопителя. Для копирования используется стандартное средство Windows — утилита Robocopy, при архивации и разархивации — архиватор 7-zip версии 9.22 beta. В тестах участвует три набора файлов: ISO — набор, включающий несколько образов дисков c дистрибутивами программ; Program — набор, представляющий собой предустановленный программный пакет; Work — набор рабочих файлов, включающий офисные документы, фотографии и иллюстрации, pdf-файлы и мультимедийный контент. Каждый из наборов имеет общий объём файлов 8 Гбайт.

⇡#Тестовый стенд

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Z97-Pro, процессором Core i5-4590K со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 4600 и 16 Гбайт DDR3-2133 SDRAM. Диски с SATA-интерфейсом подключаются к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI. Используется драйвер Intel Rapid Storage Technology (RST) 13.2.4.1000.

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

⇡#Участники тестирования

Учитывая позиционирование Samsung 850 EVO, в качестве соперников для них мы подобрали наиболее распространённые быстродействующие накопители других производителей из числа лидеров рынка.

Итого имеем следующий список протестированных моделей:

• Crucial M550 256 Гбайт (CT256M550SSD1, прошивка MU02);
• Crucial M550 512 Гбайт (CT512M550SSD1, прошивка MU02);
• Crucial MX100 256 Гбайт (CT256MX100SSD1, прошивка MU01);
• Crucial MX100 512 Гбайт (CT512MX100SSD1, прошивка MU01);
• Samsung 850 Pro 256 Гбайт (MZ-7KE256, прошивка EXM01B6Q);
• Samsung 850 EVO 250 Гбайт (MZ-75E250, прошивка EMT01B6Q);
• Samsung 850 EVO 500 Гбайт (MZ-75E500, прошивка EMT01B6Q);
• Samsung 840 EVO 250 Гбайт (MZ-7TE250, прошивка EXT0CB6Q);
• Samsung 840 EVO 500 Гбайт (MZ-7TE500, прошивка EXT0CB6Q);
• SanDisk Extreme PRO 240 Гбайт (SDSSDXPS-240G, прошивка X21000RL);
• Intel SSD 730 240 Гбайт (SSDSC2BP240G4, прошивка L2010410);
• Intel SSD 730 480 Гбайт (SSDSC2BP480G4, прошивка L2010410).

⇡#Производительность

⇡#Последовательные операции чтения и записи

Скорость последовательного чтения новинки вызывает лишь положительные эмоции. Сочетание TLC V-NAND и восьмиканального контроллера Samsung MGX позволяет выжать из SATA-интерфейса максимум: показатели производительности Samsung 850 EVO в этом случае упираются в пропускную способность интерфейса и не ограничиваются никакими внутренними барьерами.

А вот с последовательной записью ситуация складывается не столь однозначно. Полутерабайтный накопитель, благодаря высокой степени параллелизма флеш-памяти, оказывается в верхней части диаграммы. Фактически по скорости последовательной записи он аналогичен Samsung 850 Pro, и это — просто блестящий показатель. Но, к сожалению, столь же впечатляющим быстродействием версия Samsung 850 EVO 250 Гбайт похвастать не может. В ней контроллер может пользоваться лишь вдвое меньшим чередованием устройств в своих каналах, поэтому в этом случае нам приходится сталкиваться с несколько ограниченной производительностью. Причём не выручает и технология TurboWrite: у рассматриваемого SSD объёмом 250 Гбайт объём SLC-кеша составляет 3 Гбайт, а наш тест записи оперирует заметно большими объёмами данных. В результате 250-гигабайтная модификация 850 EVO оказывается лишь чуть быстрее предшествующей модели, 840 EVO, и заметно отстаёт от флагманских флеш-приводов других производителей, сравниваясь по скорости только с теми медлительными четвертьтерабайтными накопителями, которые основываются на MLC флеш-памяти с 128-гигабитными ядрами.

⇡#Случайные операции чтения

Скорость случайного чтения — это именно тот показатель производительности современных SSD, улучшения которого с нетерпением ждут многие энтузиасты. С одной стороны, значительная часть операций в современных дисковых системах имеет именно случайную природу, а с другой — скорость обработки случайных запросов не ограничивается полосой пропускания интерфейсов. Однако несмотря на всё это, в последних SSD этот аспект производительности практически не изменялся, и мы уж было решили, что прогресс на данном направлении остановился совсем. Но новый Samsung 850 EVO, начинённый контроллером MGX, показал нам, что потенциал SATA SSD далеко не исчерпан. Обе модели 850 EVO улучшили скорость произвольных операций по сравнению с достигнутыми ранее пределами. Особенно впечатляюще выступила полутерабайтная модификация: она оторвалась от SSD других производителей на 10-15 процентов.

Подтвердить это можно следующим графиком, на котором показано, как зависит производительность рассматриваемых SSD от глубины очереди запросов при чтении 4-килобайтных блоков. Чтобы не загромождать такой график, мы поместили на него лишь результаты наиболее производительных представителей в каждой линейке SSD.

Лидерство Samsung 850 EVO проявляется при любой глубине очереди запросов, кроме максимальной. Но если учесть, что столь длинная очередь при десктопной нагрузке практически никогда не формируется, можно считать, что 850 EVO — это один из лидирующих SSD сегодняшнего дня по скорости чтения.

В дополнение к этому предлагаем посмотреть, как зависит скорость случайного чтения от размера блока данных:

Любопытно, что тут складывается уже не столь однозначная картина. Samsung 850 EVO, несомненно, выигрывает у конкурентов при произвольном чтении данных небольшими блоками. Если же размер блока превышает 16 Кбайт, то рассматриваемый SSD уже не может похвастать лидирующим быстродействием. А с блоками размером 256 Кбайт вообще возникает какая-то странная проблема: имеет место кратное снижение производительности относительно ожидаемого уровня. Иными словами, хотя Samsung 850 EVO и выглядит привлекательно в большинстве тестов чтения, изъяны в его быстродействии можно найти и при операциях данного типа. Хочется надеяться, что в будущих версиях прошивок инженеры Samsung уделят внимание их устранению.

⇡#Случайные операции записи

Несмотря на то, что в основе Samsung 850 EVO лежит не самая быстрая трёхбитовая флеш-память, благодаря технологии TurboWrite его скорость случайной записи при отсутствии очереди запросов находится на хорошем уровне. Однако увеличение глубины очереди опускает показатели 850 EVO на диаграмме вниз. И уже при длине очереди в 4 команды результаты рассматриваемых накопителей на фоне конкурирующих SSD кажутся достаточно средненькими.

Целиком же зависимость скорости произвольной записи 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов выглядит следующим образом:

Ничего неожиданного: с точки зрения скоростей чтения Samsung 850 EVO — достаточно средний накопитель, и от глубины очереди запросов тут ничего не зависит.

Следующий график отражает зависимость производительности случайных операций записи от размера блока данных.

Как при чтении, так и при записи Samsung 850 EVO демонстрирует свою плохую оптимизацию для случайных операций с блоками крупного размера. Если размер блоков, которыми происходит запись, превышает 4 Кбайт, рассматриваемая новинка отстаёт от всех участвующих вместе с ней в тестировании конкурентов. Несмотря на то, что 850 EVO очень порадовал нас при случайном чтении небольшими блоками, идеальной модели SSD из него всё-таки не получается.

⇡#Смешанная нагрузка

Тестирование смешанной нагрузки — относительно новое добавление в нашу методику испытаний SSD. По мере удешевления твердотельные накопители перестают использоваться в качестве исключительно системных и становятся обычными рабочими дисками. В таких ситуациях на SSD поступает не только рафинированная нагрузка в виде записи или чтения, но и смешанные запросы, когда операции чтения и записи инициируются разными приложениями и должны обрабатываться одновременно.

Однако работа в дуплексном режиме для современных контроллеров SSD остаётся существенной проблемой. При смешивании операций чтения и записи в одной очереди скорость большинства твердотельных накопителей потребительского уровня заметно проседает. Это стало поводом для проведения отдельного исследования, в рамках которого мы проверяем, как работают SSD при необходимости обработки последовательных операций, поступающих вперемежку. Следующая диаграмма демонстрирует наиболее характерный для десктопов случай, когда соотношение количества операций чтения и записи составляет 4 к 1.

Лучшую производительность при смешанной нагрузке традиционно выдают накопители, в основе которых лежат контроллеры Marvell. Инженеры Samsung, разрабатывающие собственную линейку контроллеров, по эффективности работы с разнородными операциями пока не смогли приблизиться к достижениям их коллег. Соответственно, хотя Samsung 850 EVO при нагрузке из смешанных операций и стали значительно лучше предшественников, до лучших SSD компании Crucial они не дотягивают.

Следующий график даёт более развёрнутую картину производительности при смешанной нагрузке, показывая зависимость скорости SSD от того, в каком соотношении приходят на него операции чтения и записи.

Приведённый график хорошо иллюстрирует всё сказанное выше. Samsung 850 EVO — не лучший вариант для работы при смешанных нагрузках. Тем не менее его результаты вполне конкурентоспособны. Скорость каждой новой модели флеш-приводов Samsung при смешанной нагрузке улучшается, и 850 EVO здесь превосходит как 840 EVO, так и 850 Pro.

⇡#Деградация и восстановление производительности

Наблюдение за изменением скорости записи в зависимости от объёма записанной на диск информации — весьма важный эксперимент, позволяющий понять работу внутренних алгоритмов накопителя. В данном тесте мы загружаем SSD непрерывным потоком запросов на случайную запись 4-килобайтных блоков и попутно следим за той производительностью, которая при этом наблюдается. На приведённом ниже графике в виде точек отмечены результаты измерений моментальной производительности, которые мы снимаем ежесекундно, а чёрная линия показывает среднюю скорость, наблюдаемую в течение 30-секундного интервала.

В целом, если не акцентироваться на деталях, накопители Samsung 850 EVO объёмом 250 и 500 Гбайт демонстрируют вполне типичную зависимость производительности от объёма непрерывно записываемых данных. До тех пор, пока полный объём SSD не будет однократно заполнен информацией, обе модели показывают достаточно высокий уровень быстродействия. Для 250-гигабайтного накопителя это порядка 74 тысяч IOPS, а для модели на 500 Гбайт, которая обладает большей степенью внутреннего параллелизма, это 89 тысяч IOPS. После же исчерпания пула свободных страниц флеш-памяти, когда контроллеры сталкиваются с необходимостью предварительно освобождать флеш-память перед записью, производительность ожидаемо снижается. И к окончанию нашего двухчасового теста мы наблюдаем в разы меньшее быстродействие — на уровне 10-20 тысяч IOPS. В этом нет ничего необычного: таким образом работают все потребительские твердотельные накопители. Отметим разве только тот факт, что Samsung 850 EVO отличается очень хорошим постоянством производительности — разброса в результатах, показанных в близкие моменты времени, практически нет. А это значит, что эти накопители будут хорошо работать и в тех применениях, когда предсказуемость темпа обработки запросов имеет большое значение, например в RAID-массивах.

Обратим внимание и ещё на одну особенность приведённых графиков: производительность Samsung 850 EVO 250 Гбайт при записи нескольких первых гигабайтов данных выше, чем при последующих операциях. В самом начале графика можно увидеть результаты на уровне 89 тысяч IOPS, и это — проявление работы технологии TurboWrite, которая ускоряет операции записи за счёт их кеширования в псевдо-SLC-памяти. Для того чтобы рассмотреть её эффект более подробно, мы увеличили начальные части приведённых выше графиков и поместили их на общую координатную сетку.

С поведением Samsung 850 EVO 250 Гбайт всё понятно: объём его TurboWrite-кеша составляет 3 Гбайт, и ровно такой объём данных удаётся записать с более высокой производительностью. А вот у Samsung 850 EVO 500 Гбайт никакого скоростного эффекта от кеширования не заметно, хотя в этом накопителе SLC-кеш тоже есть, и его объём равен 6 Гбайт. Получается, что используемое в этом случае контроллером MGX четырёхкратное чередование устройств в каждом канале позволяет получить максимально возможную производительность и при прямой записи в TLC V-NAND. Это, кстати, хорошо иллюстрирует более высокое быстродействие трёхмерной TLC-памяти по сравнению с планарной предшественницей. В модели Samsung 840 EVO влияние кеша отчётливо проявлялось и в 500-гигабайтной модификации накопителя. Возникает лишь вопрос, а нужна ли технология TurboWrite в 850 EVO полутерабайтной и терабайтной ёмкости вообще. И ответ на этот вопрос положительный, ведь SLC-кеширование помогает не только увеличить быстродействие: оно же, благодаря консолидации разрозненных запросов, снижает коэффициент усиления записи и продлевает время жизни TLC-ячеек. То есть высокий ресурс Samsung 850 EVO, как и пятилетняя гарантия на него, — это тоже заслуга технологии TurboWrite.

Всё, что было изображено на приведённых выше графиках зависимости производительности от объёма записанных данных, — синтетическая ситуация, интересная лишь для изучения особенностей контроллера, но не иллюстрирующая поведение SSD в реальной жизни. Что же действительно важно, так это то, как после наблюдаемой нами деградации происходит восстановление производительности до первоначальных величин. Для исследования этого вопроса после завершения теста, приводящего к деградации скорости записи, мы выжидаем 15 минут, в течение которых SSD может попытаться самостоятельно восстановиться за счёт сборки мусора, но без помощи со стороны операционной системы и команды TRIM, и замеряем скорость. Затем на накопитель принудительно подаётся команда TRIM — и скорость измеряется ещё раз.

Было бы странно увидеть у Samsung 850 EVO какие-то проблемы с обработкой команды TRIM. Хоть в основе этого накопителя и лежит новый контроллер MGX, у Samsung TRIM всегда работал так, как и должен. И рассматриваемые SSD исключением не являются. Аналогичным образом Samsung 850 EVO, как и все предыдущие флеш-накопители этого производителя, так и не научился выполнять сборку мусора в случае, если команда TRIM операционной системой на него не подаётся. Правда, сегодня это уже вряд ли можно считать сколь-нибудь существенным недостатком. В современных ОС TRIM поддерживается почти всегда.

Кроме того, не забывайте, что технология TurboWrite с TRIM и сборкой мусора никак не связана. Поэтому псевдо-SLC-кеширование приходит на помощь даже тогда, когда команда TRIM на привод не подаётся и флеш-память упреждающе не освобождается. А это значит, что записать на Samsung 850 EVO с высокой скоростью объём информации, не превышающий размер SLC-кеша, вы сможете независимо ни от чего.

⇡#Результаты в CrystalDiskMark

CrystalDiskMark — это популярное и простое тестовое приложение, работающее «поверх» файловой системы, которое позволяет получать результаты, легко повторяемые обычными пользователями. И то, что выдаёт этот бенчмарк, с качественной точки зрения почти не отличается от показателей, которые были получены нами в тяжёлом и многофункциональном пакете Iometer.

Простые синтетические тесты вроде CrystalDiskMark хороши тем, что они оперируют небольшими объёмами данных, и на их примере можно убедиться в эффективности работы технологии TurboWrite. Фактически все операции записи, которые инициирует этот бенчмарк, успешно кешируются в SLC-области. Благодаря этому Samsung 850 EVO ёмкостью 250 и 500 Гбайт выдают здесь примерно одинаковые результаты. И результаты эти способны произвести очень хорошее впечатление. Фактически скорости последовательных операций, а также скорости случайных операций без очереди запросов в CrystalDiskMark у 850 EVO превышают показатели других SSD, а производительность конвейеризуемых произвольных операций находится на одном уровне с флагманскими накопителями других производителей. Иными словами, с точки зрения CrystalDiskMark, Samsung 850 EVO — один из лучших SSD, представленных на прилавках магазинов.

⇡#PCMark 8 2.0, реальные сценарии использования

Тестовый пакет Futuremark PCMark 8 2.0 интересен тем, что 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 десктопных задачах и замеряется скорость их выполнения. Текущая версия этого теста моделирует нагрузку, которая взята из реальных игровых приложений Battlefield 3 и World of Warcraft и программных пакетов компаний Abobe и Microsoft: After Effects, Illustrator, InDesign, Photoshop, Excel, PowerPoint и Word. Итоговый результат исчисляется в виде усреднённой скорости, которую показывают накопители при прохождении тестовых трасс.

После того как мы убедились в том, что Samsung 850 EVO может похвастать хорошей производительностью на распространённых операциях чтения, совершенно логично рекомендовать этот SSD для использования в роли системного диска. Результаты PCMark 8 это подтверждают. При тестировании в сценариях, моделирующих работу в распространённых приложениях, Samsung 850 EVO занимает лидирующие места. Рассматриваемые SSD отстают лишь от Intel 730 ёмкостью 480 Гбайт, но зато опережают многие флагманские накопители, которыми мы восхищались ранее: Samsung 850 Pro, Crucial M550 и SanDisk Extreme Pro.

Интегральный результат PCMark 8 нужно дополнить и показателями производительности, выдаваемыми флеш-дисками при прохождении отдельных тестовых трасс, которые моделируют различные варианты реальной нагрузки. Дело в том, что при разной нагрузке флеш-приводы зачастую ведут себя немного по-разному.

Преимущество Samsung 850 EVO нельзя назвать подавляющим. В ряде сценариев он отстаёт от конкурирующих SSD, а в других — демонстрирует малозаметное превосходство в скорости. Однако не стоит забывать, что 850 EVO при этом позиционируется Samsung совсем не как флагманский накопитель, а как модель среднего или даже нижнего ценового диапазона.

⇡#Копирование файлов

Имея в виду, что твердотельные накопители внедряются в персональные компьютеры всё шире и шире, мы решили добавить в нашу методику измерение производительности при обычных файловых операциях — при копировании и работе с архиваторами, — которые выполняются «внутри» накопителя. Это — типичная дисковая активность, возникающая в том случае, если SSD исполняет роль не системного накопителя, а обычного диска.

500-гигабайтная модификация Samsung 850 EVO при копировании файлов может похвастать очень хорошей производительностью, что ещё раз подтверждает тот факт, что TLC V-NAND обладает вполне достаточной для современного твердотельного накопителя скоростью, если она работает в восьмиканальном режиме с четырёхкратным чередованием чипов. Модель же 850 EVO ёмкостью 250 Гбайт довольствуется лишь двукратным чередованием и потому способна обеспечить при копировании файлов гораздо худшую скорость, проигрывая многим популярным SSD.

Вторая группа тестов проведена при архивации и разархивации директории с рабочими файлами. Принципиально отличие этого случая заключается в том, что половина операций выполняется с разрозненными файлами, а вторая половина — с одним большим файлом архива.

Здесь ситуация примерно такая же: Samsung 850 EVO 500 Гбайт занимает на диаграммах первое место. Модель же ёмкостью 250 Гбайт отстаёт от него примерно на 10 процентов, что приводит к её проигрышу Samsung 850 Pro и SanDisk Extreme Pro. Тем не менее тестирование в реальных сценариях использования и при копировании файлов показывает, что Samsung 850 EVO относится к числу самых быстрых современных SSD и имеет полное право занимать место в ряду флагманов, а не в ряду бюджетных твердотельных накопителей.

⇡#Выводы

Компания Samsung заняла одно из ведущих мест на рынке потребительских твердотельных накопителей не просто так. Собственные производственные мощности и талантливая инженерная команда позволяют ей создавать интересные новаторские продукты, которые сильно отличаются от всего того, что предлагают конкуренты. И рассмотренный сегодня Samsung 850 EVO является прекрасной тому иллюстрацией. Скомбинировав в этом SSD технологии трёхбитовой TLC-памяти и трёхмерной V-NAND, Samsung смогла обойти все классические недостатки TLC NAND и создала такой накопитель, который по своему ресурсу записи превосходит многие флеш-приводы, построенные на MLC NAND. Иными словами, в руках инженеров Samsung аббревиатура TLC перестала быть диагнозом: Samsung 850 EVO, построенный на TLC V-NAND, стоит рассматривать как вполне долговечный и быстродействующий накопитель, который можно противопоставлять в том числе и флагманским SSD других производителей.

Хотя Samsung 850 EVO и является идеологическим последователем модели 840 EVO, теперь в нём всё сделано по-другому. Флеш-память вышла на качественно новый уровень, архитектура контроллера переделана, и в результате мы имеем завидный твердотельный накопитель. Не так давно мы хвалили Samsung 850 Pro, говоря о том, что это — лучший SATA SSD сегодняшнего дня. Но Samsung 850 EVO, как показали наши тесты, почти не уступает ему в производительности, зато имеет куда более удобоваримую стоимость. Фактически, благодаря технологии TLC V-NAND, из Samsung 850 EVO получилась флагманская модель с высокой производительностью, превосходной выносливостью и ценой, характерной для накопителей-середнячков. И это делает его очень выгодной покупкой.

Таким образом, современный модельный ряд потребительских SATA SSD компании Samsung оказывается сформированным из двух моделей. Премиальная модель 850 Pro ориентирована на тех энтузиастов, которым нужна лидирующая производительность и экстраординарная надёжность, а 850 EVO в то же время предлагает отличную производительность и хорошую надёжность по более низкой цене. А это значит, что если вы подыскиваете себе SSD для обычной десктопной системы, то Samsung 850 EVO — прекрасный выбор.

Однако ко всему сказанному в последних двух абзацах следует приплюсовать одно важное замечание, которое несколько снижает привлекательность серии Samsung 850 EVO. Дело в том, что справедливо это в первую очередь для тех версий данного SSD, которые содержат как минимум 32 ядра флеш-памяти. То есть лидирующая производительность характерна только для моделей ёмкостью 500 Гбайт и 1 Тбайт. Менее же ёмкие вариации Samsung 850 EVO могут похвастать хорошей скоростью записи лишь при работе с небольшими объёмами данных, которые помещаются в псевдо-SLC-кеш. А это значит, что модели объёмом 120 и 250 Гбайт будут интересны в качестве системных накопителей, обычный сценарий взаимодействия с которыми состоит в первую очередь из операций чтения. Роль же обычных рабочих дисков, подвергаемых разнородным нагрузкам, они сыграют не столь блестяще.

Тем не менее появление на рынке модели, подобной Samsung 850 EVO, способно ознаменовать начало очередного раунда ценовой войны. Используемая в основе этого SSD трёхбитовая TLC V-NAND имеет более низкую себестоимость, чем недорогая MLC NAND, выпущенная по современным техпроцессам. Поэтому, вполне вероятно, цены на 850 EVO будут бойко дрейфовать в сторону понижения. И в этом случае конкурентам Samsung волей-неволей придётся прибегать к ответному снижению цен, так как, объективно говоря, по многим потребительским качествам 850 EVO явно лучше подавляющего большинства прочих SATA SSD нижней и средней ценовой категории.