Обзор SSD-накопителя Kingston SSDNow KC400: проторённой тропой

⇡#Методика тестирования

Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 10 Enterprise x64 Build 10586, 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
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Измерение производительности при смешанной многопоточной нагрузке и установление её зависимости от соотношения между операциями чтения и записи. Тест проводится дважды: для последовательных операций чтения и записи блоками объёмом 128 Кбайт, выполняемых в два независимых потока, и для случайных операций с блоками объёмом 4 Кбайт, которые выполняются в четыре потока. В обоих случаях соотношение между операциями чтения и записи варьируется с шагом 20 процентов. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
  • 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 5.1.1
  • 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 Maximus VIII Ranger, процессором Core i5-6600K со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 530 и 8 Гбайт DDR4-2133 SDRAM. Приводы 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) 14.6.0.1029.

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

⇡#Участники тестирования

Компания Kingston предоставила нам на тестирование образец своего нового накопителя объёмом 512 Гбайт. Учитывая это, для сравнения с ним мы выбрали несколько распространённых SSD аналогичного объёма, предлагаемых лидерами рынка. В итоге получился следующий перечень соперников:

• Crucial BX100 500 Гбайт (CT500BX100SSD1, прошивка MU02);
• Crucial MX200 500 Гбайт (CT500MX200SSD1, прошивка MU03);
• Kingston HyperX Savage 480 Гбайт (SHSS37A/480G, прошивка SAFM00.r);
• Kingston SSDNow KC400 512 Гбайт (SKC400S37/512G, прошивка SAFM00.W);
• SanDisk Extreme PRO 480 Гбайт (SDSSDXPS-480G, прошивка X21200RL);
• SanDisk Ultra II 480 Гбайт (SDSSDHII-480G, прошивка X31200RL);
• Samsung 850 EVO 500 Гбайт (MZ-75E500, прошивка EMT02B6Q);
• Samsung 850 PRO 512 Гбайт (MZ-7KE512, прошивка EXM02B6Q).

⇡#Последовательные операции чтения и записи

Любые твердотельные накопители, в основе которых лежит MLC NAND и контроллер Phison S10, обычно не испытывают проблем при работе с линейными нагрузками. Результаты Kingston SSDNow KC400 это подтверждают – его скорость близка к максимуму, возможному при использовании SATA-интерфейса. В этом он повторяет поведение своего близкого родственника – HyperX Savage.

⇡#Случайные операции чтения

Работа с операциями случайного чтения требует от контроллера SSD проявления некоторой интеллектуальности. Поэтому случайные операции сильной стороной накопителей на базе Phison S10 не являются. Более того, новинка выступает даже немного хуже, чем основанный на подобной платформе Kingston HyperX Savage.

Несмотря на то, что операции с глубокой очередью запросов для персональных компьютеров не характерны, мы всё же посмотрим, как зависит производительность рассматриваемого SSD от длины очереди запросов при чтении 4-килобайтных блоков.

График ещё раз подтверждает высказанные выше тезисы. По случайным чтениям Kingston SSDNow KC400 действительно медленнее HyperX Savage. А если сравнивать результаты этого накопителя с показателями конкурентов, то уступает SSDNow KC400 лишь Crucial BX100, но он, в отличие от главного героя настоящего обзора, имеет урезанную четырёхканальную архитектуру массива флеш-памяти.

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

Не слишком радужно выглядит расположение кривой, соответствующей Kingston SSDNow KC400, и на этом графике. Однако стоит отметить, что платформа Phison S10 всё же способна тягаться с конкурирующими решениями при увеличении блоков данных, которыми выполняется случайное чтение, до 256 Кбайт. Это значит, что выступление Kingston SSDNow KC400 будет тем лучше, чем больше накладываемая на него нагрузка будет похожа на последовательную.

⇡#Случайные операции записи

При случайной записи новый накопитель Kingston смотрится лучше, чем при случайном чтении. Уже при небольшой глубине очереди запросов KC400 выступает практически бок о бок с массовыми SSD Samsung, Crucial и SanDisk. Отставание новинки имеет место лишь при полном отсутствии очереди, однако оно не слишком принципиально.

Ещё более наглядно это можно увидеть на следующем графике. На нём показана зависимость скорости произвольной записи 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов:

Случайная запись – достаточно благоприятный тип нагрузки для накопителя Kingston SSDNow KC400. Ещё бы, ведь в нём использована быстродействующая MLC NAND с Toggle 2.0-интерфейсом, массив которой имеет высокую степень параллелизма.

Следующий график отражает зависимость производительности при случайной записи от размера блока данных.

Если не принимать во внимание скорость записи небольших блоков размером менее 4 Кбайт, то здесь Kingston SSDNow KC400 выглядит как отличный высокопроизводительный SATA SSD и опережает многие популярные решения. Фактически, конкуренцию ему могут составить лишь дорогие флагманские накопители Samsung 850 PRO и SanDisk Extreme Pro.

⇡#Смешанная нагрузка

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 пара диаграмм демонстрирует наиболее характерный для десктопов случай, когда соотношение количества операций чтения и записи составляет 4 к 1.

Для того чтобы твердотельный накопитель хорошо справлялся со смешанной нагрузкой, его контроллер должен обладать высокой вычислительной мощностью, а микропрограмма должна быть качественно отлажена и оптимизирована. Однако платформа Phison S10 изначально создавалась как бюджетное решение. Именно поэтому ожидать здесь от Kingston SSDNow KC400 высоких результатов не приходится. Для высоких разнородных нагрузок этот накопитель не подойдёт.

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

Производительность Kingston SSDNow KC400 при различных вариантах смешанной нагрузки почти такая же, как и у HyperX Savage. Однако в случае последовательных операций всё же можно заметить небольшой прогресс в производительности.

⇡#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 с очередью максимальной глубины 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.

Почти такой же по своему характеру график зависимости производительности от объёма непрерывно записанных данных мы видели и при тестировании Kingston HyperX Savage. Неудивительно: SSDNow KC400 – его близкий родственник. Следующие друг за другом операции записи могут выполняться с кардинально различными скоростями, поэтому не рекомендуется объединять такие накопители и в RAID-массивы.

Если же говорить о средней производительности в течение длительной непрерывной нагрузки в общем, то она вполне укладывается в привычную картину. С высокой скоростью на Kingston SSDNow KC400 512 Гбайт можно записать почти 500 Гбайт данных, затем же контроллер сталкивается с необходимостью предварительно очищать блоки страниц флеш-памяти, что приводит к заметному падению быстродействия.

Давайте посмотрим теперь, как у Kingston SSDNow KC400 работает сборка мусора. Для исследования этого вопроса после завершения предыдущего 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 быстродействие. Затем на накопитель принудительно подаётся команда TRIM — и скорость измеряется ещё раз, что позволяет убедиться в способности SSD с помощью TRIM полностью восстанавливать свою паспортную производительность.

TRIM у Kingston SSDNow KC400 работает, как и должен. После подачи этой команды алгоритм сборки мусора возвращает производительность к первоначальным величинам. Значит, в средах с поддержкой этой команды пользователи с деградацией скорости записи сталкиваться не будут.

Однако в том случае, если команда TRIM в операционной системе не поддерживается, падение производительности не заставит себя долго ждать. Автономная сборка мусора у SSDNow KC400 полностью отсутствует. И это, кстати, очень неприятный недостаток для накопителя, позиционирующегося в качестве корпоративного решения, на котором весьма вероятно создание программно зашифрованных томов.

⇡#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 обычно почти не отличается от показателей, которые были получены нами в тяжёлом и многофункциональном пакете Iometer.

Скриншот подтверждает полученные нами ранее результаты. Мы вынуждены констатировать невысокую скорость Kingston SSDNow KC400 при случайных операциях без очереди запросов. Получается, что даже по данным CrystalDiskMark этот накопитель справедливо относить лишь к числу не слишком быстродействующих SATA SSD на базе MLC NAND.

⇡#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 использования накопителя в распространённых десктопных задачах и измеряется 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 Adobe и Microsoft: After Effects, Illustrator, InDesign, Photoshop, Excel, PowerPoint и Word. Итоговый результат исчисляется в виде усреднённой скорости, которую показывают накопители при прохождении тестовых сценариев.

А вот и закономерный итог тому, что мы видели в синтетических тестах. При реальной нагрузке SSDNow KC400 показывает себя слабее, чем предложения конкурентов.

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

⇡#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.

При копировании файлов производительность Kingston SSDNow KC400 выглядит существенно лучше, чем в PCMark 8. Здесь этот накопитель обгоняет не только своего собрата HyperX Savage, но и превосходит достаточно неплохие накопители Crucial MX200 или SanDisk Extreme Pro на базе контроллеров Marvell. Объясняется это спецификой таких файловых операций, которые порождают преимущественно линейный доступ к данным.

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

При архивации же картина немного хуже. Здесь Kingston SSDNow KC400 вновь откатывается к нижним позициям на диаграмме, опережая лишь накопитель SanDisk на базе TLC-памяти.

⇡#Выводы

Прочно закрепившись в потребительских SSD, платформа Phison S10 приходит в SATA-накопители, ориентированные на бизнес-сегмент. C формальной точки зрения это означает, что для корпоративных пользователей становится доступен собственный вариант HyperX Savage – накопителя, построенного на контроллере Phison S10 и флеш-памяти типа MLC NAND. Однако фактически накопители Kingston для обычных и бизнес-пользователей продаются на прилавках магазинов бок о бок, поэтому новинку вполне можно рассматривать и как усовершенствованную версию HyperX Savage, благо цена у SSDNow KC400 оказалась почти точно такой же.

И с этой позиции Kingston SSDNow KC400 действительно заметно лучше своего предшественника. За счёт оптимизации микропрограммы и уменьшения объёма зарезервированного пространства увеличена ёмкость, а использование качественных микросхем A19-нм MLC NAND производства Toshiba позволяет производителю обещать возросший ресурс записи и обеспечивать KC400 пятилетним гарантийным сроком. Иными словами, при выборе между HyperX Savage и SSDNow KC400 причин останавливаться на прошлогодней потребительской модели почти не остаётся.

Однако, к великому сожалению, сделанные улучшения практически не затронули производительность. Быстродействие SSDNow KC400 почти не отличается от показателей HyperX Savage. Любые накопители, построенные на контроллере Phison S10, могут похвастать хорошими скоростями лишь при последовательных операциях. Случайные же операции чтения и записи выполняются этой платформой не слишком быстро. В результате новый продукт компании оказывается несколько дороже, чем более производительные альтернативы.

Конечно, по сравнению с теми же Samsung 850 EVO или Crucial MX200 у Kingston SSDNow KC400 есть конкурентное преимущество – высокий ресурс, разрешающий перезаписывать порядка 80 процентов полной ёмкости SSD ежедневно. Однако стоит понимать, что заявленные внушительные значения ресурса записи в первую очередь олицетворяют готовность производителя выполнять гарантийные обязательства при достаточно высокой нагрузке на накопитель. Тем не менее для ряда пользователей, особенно из бизнес-среды, этого вполне может быть достаточно. Жаль только, что инженеры Kingston не уделили внимания другим востребованным этой целевой аудиторией возможностям и SSDNow KC400 не предлагает ни шифрования данных, ни аппаратной защиты от перебоев питания.