⇡#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 используются рандомизированные несжимаемые данные.
Раздел, в пределах которого тестируется скорость операций, имеет размер 32 Гбайт, а продолжительность каждого теста составляет сорок секунд. Такие параметры, в частности, позволят получать более релевантные результаты для тех SSD, которые используют различные технологии SLC-кеширования.
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 тридцати секунд, 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 тридцати секунд, 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 тридцати секунд, 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 независимых потока. В обоих случаях соотношение между операциями чтения и записи варьируется с шагом 20 процентов. Оценка скоростей выполняется в течение тридцати секунд, 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 5.5.0
- Синтетический тест, который выдаёт 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 Storage Benchmark 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 2.0. В качестве результатов теста учитывается как итоговая производительность, так и скорость выполнения отдельных тестовых трасс, сформированных различными приложениями.
- Тесты реальной файловой нагрузки
- Измерение скорости копирования директорий с файлами разного типа. Для копирования применяется стандартное средство Windows – утилита Robocopy, а в качестве тестового набора используется рабочая директория, включающая офисные документы, фотографии и иллюстрации, pdf-файлы и мультимедийный контент общим объёмом 8 Гбайт.
- Измерение скорости архивации файлов. Тест проводится с той же рабочей директорией, что и копирование, а в качестве инструмента для компрессии файлов избран архиватор 7-zip версии 9.22 beta. Для уменьшения влияния производительности процессора используется метод Deflate.
- Исследование скорости разворачивания архива. Тест проводится с архивом, полученным при измерении скорости архивации.
- Оценка скорости запуска игрового приложения. Измеряется производительность дисковой подсистемы при выполнении сценария, захваченного при запуске игры Far Cry 4 и загрузке в ней уровня с пользовательским сохранением. Для минимизации влияния производительности процессора и памяти все задержки, возникающие по их вине, из тестового сценария убраны.
- Оценка скорости старта приложений, формирующих типичную рабочую пользовательскую среду. Измеряется производительность дисковой подсистемы при выполнении сценария, захваченного при запуске пакета приложений, который состоит из браузера Google Chrome, текстового редактора Microsoft Word, графического редактора Adobe Photoshop и видеоредактора Adobe Premiere Pro с рабочими файлами. Для минимизации влияния производительности процессора и памяти все задержки, возникающие по их вине, из тестового сценария убраны.
⇡#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) 14.8.0.1042.
Объём и скорость передачи данных в бенчмарках указываются в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт).
⇡#Список участников тестирования
Несмотря на то, что производитель собирается выводить Smartbuy Puls на рынок в качестве недорогой модели, этот SSD имеет весьма многообещающие характеристики, ведь в нём используется полноценный контроллер и перспективная флеш-память с вертикальной компоновкой. Поэтому в набор соперников для тестируемой новинки мы включили несколько SATA SSD среднего уровня из числа моделей, которые привлекают наибольшее внимание пользователей.
Особое внимание следует обратить на участие в тесте двух ключевых соперников новинки: Toshiba OCZ TR150 и Kingston HyperX Savage. Эти два SSD основываются на таком же, как и Smartbuy Puls, контроллере Phison S10, но при этом используют иные разновидности памяти компании Toshiba: планарную TLC и MLC NAND. Иными словами, Smartbuy Puls – это своего рода идеологический последователь таких моделей.
Все тестовые накопители были подобраны близкой ёмкости – 480-525 Гбайт. И в итоге получился следующий перечень участников:
Все участвующие в испытаниях модели накопителей, за исключением Kingston HyperX Savage, основываются на той или иной разновидности флеш-памяти с трёхбитовыми ячейками. При этом трёхмерная память с планарной компоновкой используется лишь в Toshiba OCZ TR150 и Western Digital Blue, остальные же накопители уже перешли на TLC 3D NAND. Наиболее современные варианты трёхмерной памяти с 64 слоями встречаются в четырёх участниках теста: Intel SSD 545s, Smartbuy Puls, Toshiba TR200 и Samsung 850 EVO.
⇡#Производительность последовательного чтения и записи
Со скоростью обслуживания линейных операций у Smartbuy Puls всё очень неплохо. Несмотря на то, что в основе этого накопителя лежит память с трёхбитовыми ячейками, даже при операциях записи он демонстрирует производительность, близкую к пропускной способности SATA-интерфейса. Мы уже говорили, что одним из преимуществ BiCS3-памяти компании Toshiba выступает высокое быстродействие, и Smartbuy Puls это подтверждает. Фактически можно говорить о том, что по скорости новый накопитель Smartbuy гораздо ближе к SATA SSD, построенным по схеме «Phison S10 + MLC NAND», а не к накопителям с планарной TLC-памятью.
⇡#Производительность произвольного чтения
Для начала нужно напомнить, что операции случайного чтения – традиционное слабое место контроллеров Phison. Это, например, хорошо видно по сравнительно невысокому результату Kingston HyperX Savage, заподозрить который в неудачном подборе флеш-памяти невозможно. В Smartbuy Puls данный недостаток базового контроллера, естественно, исправить было нельзя, поэтому своими показателями производительности при операциях случайного чтения он не блещет. Однако по сравнению с основанным на аналогичном контроллере и планарной TLC NAND накопителем Toshiba OCZ TR150 новинка Smartbuy заметно лучше, что снова позволяет говорить о преимуществах трёхмерной BiCS3-памяти, которые в рассмотренном нами ранее Toshiba TR200 оказались спрятаны за слабым контроллером.
⇡#Производительность произвольной записи
Если говорить о скорости Smartbuy Puls при произвольной записи в целом, то в её характере вновь прослеживаются параллели с Kingston HyperX Savage. Получается, что новинка Smartbuy, основанная на 64-слойной TLC 3D NAND компании Toshiba, действительно похожа по быстродействию на накопители с контроллером Phison S10 и планарной МLC-памятью. И это – очень лестная оценка для рассматриваемой модели, поскольку продаваться она будет гораздо дешевле – по цене накопителей с TLC-памятью. Правда, следует иметь в виду, что из-за особенностей выбранного контроллера Smartbuy Puls, как и прочие накопители на платформе Phison S10, с небуферизируемыми случайными операциями справляются не слишком хорошо.
⇡#Производительность при смешанной нагрузке
Весьма любопытно, что при смешанных операциях скорость Smartbuy Puls оказывается выше, чем у Kingston HyperX Savage. Получается, что современные разновидности трёхбитовой памяти в SATA SSD вполне могут заменить собой MLC NAND, которая долгое время считалась обязательным атрибутом производительных накопителей. Раньше из этого правила было лишь одно исключение – Samsung 850 EVO. Но по мере распространения многослойной флеш-памяти с вертикальной компоновкой подобных SATA SSD становится больше. И пусть Smartbuy Puls не дотягивает по быстродействию до самсунговского решения, с массовыми MLC SSD среднего уровня, которые основываются на контроллерах компаний Phison и SMI, соперничать в быстродействии он вполне способен.
⇡#Производительность в CrystalDiskMark
CrystalDiskMark – сравнительно простой тест, который мы используем для того, чтобы оценить производительность SSD при работе с небольшими объёмами данных, которые помещаются в SLC-кеш. И при таком сценарии работы результат Smartbuy Puls оказывается очень достойным. От популярных решений класса Samsung 850 EVO он отстаёт лишь по показателям, измеренным в отсутствие очереди запросов. Но подобным недостатком страдают все решения на контроллере Phison S10. Если же сопоставлять Smartbuy Puls с Kingston HyperX Savage или с другими SSD на этом же контроллере, то новинка на базе BiCS3 NAND оказывается почти такой же по скорости, как и более дорогие накопители с MLC-памятью.
⇡#Производительность в PCMark 8 Storage Benchmark 2.0
К сожалению, выдающихся результатов во взятых из реальных приложений сценариях работы от решений на контроллере Phison S10 ожидать не приходится. Это касается и Smartbuy Puls. Например, его отставание от «эталонного» Samsung 850 EVO в PCMark 8 достигает 25 процентов. Но среди накопителей среднего уровня рассматриваемая новинка смотрится вполне уверенно. Платформа, составленная из Phison S10 и BiCS3-памяти, имеет все шансы стать отличным базисом для современных недорогих SATA SSD.
Интегральный результат PCMark 8 2.0 нужно дополнить и показателями производительности, выдаваемыми флеш-приводами 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.
⇡#Производительность при реальной нагрузке
Файловые операции трудно назвать коньком Smartbuy Puls. Проблема заключается в том самом падении производительности, которое происходит при переключении с записи в SLC-кеш на прямую запись в TLC-память. Наблюдаемое в этот момент впадение накопителя в глубокую задумчивость тянет все его показатели вниз. Остаётся только надеяться, что данный недостаток не связан с архитектурными особенностями BiCS3-памяти и может быть поправлен прошивками. Пока же Smartbuy Puls при копировании файлов оказывается даже хуже Toshiba TR200, где такая же память управляется двухканальным контроллером.
Проблему с падением производительности Smartbuy Puls при переключении режимов записи хорошо видно даже при простом копировании. Вот как, по мнению операционной системы, выглядит скорость копирования на этот накопитель крупного файла.
Провал в правой части графика как раз и соответствует моменту, когда SLC-кеш накопителя переполняется и запись начинает идти напрямую в основной массив флеш-памяти. И тот и другой процесс способен происходить с достаточной для SATA SSD производительностью, но с их стыкованием явно что-то не складывается.
Средние результаты выдаёт Smartbuy Puls и в том случае, когда с него запускаются различные приложения. В этой ситуации проблемы возникают из-за невысокой скорости произвольного чтения при низкой глубине очереди запросов. Но к сожалению, с имеющимися контроллерами, которые могут обеспечить поддержку BiCS3-памяти, данную проблему решить пока невозможно. Так что в сценариях такого типа показатели накопителей класса Puls смогут подтянуться до уровня Samsung 850 EVO и Intel SSD 545s лишь после появления контроллеров следующего поколения, имеющих врождённую оптимизацию для работы с BiCS-памятью.
⇡#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.
Контроллер Phison S10 никогда не был способен обеспечивать приемлемое постоянство производительности. С его адаптацией под BiCS3-память это свойство никуда не делось – показатели моментальной производительности при случайной записи могут скакать от 2,5 до 90 тысяч IOPS. И это значит, что Smartbuy Puls годится для использования лишь там, где предсказуемое время отклика SSD не имеет большого значения.
Посмотрим теперь, как происходит восстановление скоростных характеристик до первоначальных величин за счёт работы технологии сборки мусора. Для исследования этого вопроса после завершения предыдущего теста, приводящего к снижению 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.
Команда TRIM у Smartbuy Puls обрабатывается, как она и должна: после её передачи накопитель возвращает себе первоначальную производительность. Кроме того, у рассматриваемого накопителя реализованы и алгоритмы автономной сборки мусора, которые могут упреждающе готовить чистые страницы флеш-памяти даже без какого-либо взаимодействия с операционной системой. Как показывают результаты проверки, контроллер 512-гигабайтной версии Smartbuy Puls во время простоя может самостоятельно расчистить под будущие операции порядка 8 Гбайт пространства.
⇡#Особенности реализации TRIM
Выполнение команды TRIM современным накопителям даётся не столь просто, как можно было бы подумать. Когда операционная система передаёт накопителю информацию о том, что какие-то сектора выводятся файловой системой из обращения, контроллер SSD должен консолидировать эти сектора и очистить освобождающиеся страницы флеш-памяти для выполнения будущих операций. Такая перегруппировка требует перезаписи и очистки областей памяти, и это не только занимает заметное время, но и серьёзно нагружает контроллер работой. В результате после удаления с диска больших объёмов данных владельцы SSD могут столкнуться с эффектом временного замедления или даже с «фризами» накопителя.
Выглядит это следующим образом:
Провал в Disk transfer rate с одновременным скачком в загрузке SSD – результат обработки TRIM
Проблему фиксирует даже стандартный диспетчер задач Windows 10. Спустя несколько секунд после удаления большого файла SSD на некоторое время оказывается полностью загружен внутренними процессами и отказывается реагировать на какие-либо поступающие извне запросы. В это время он «погружается в себя» и при самом плохом сценарии прекращает обслуживать даже элементарные запросы на чтение данных. На практике это может вызвать серьёзный дискомфорт, ведь никто не ожидает, что SSD, основным достоинством которого является моментальная реакция на внешние воздействия, будет замирать на несколько секунд.
Поэтому мы добавили в методику дополнительное исследование, которое позволяет отслеживать, насколько незаметно для пользователя тот или иной SSD обслуживает команды TRIM. Способ проверки очень прост: сразу после удаления крупного файла — объёмом 32 Гбайт — мы проверяем, как накопитель справляется с операциями произвольного чтения данных, контролируя как скорость чтения, так и время ожидания, которое проходит с момента каждого запроса данных до ответа накопителя.
У рассматриваемого в этом материале Smartbuy Puls ситуация со временем отклика после подачи TRIM выглядит следующим образом.
Обработка команды TRIM у Smartbuy Puls происходит по самому плохому сценарию. Через несколько секунд после удаления файлов и передачи операционной системой на накопитель команды TRIM этот накопитель практически полностью уходит в себя и перестаёт как-то реагировать на внешние воздействия. Причём при существенном объёме удаляемой информации такое «торможение» может продолжаться несколько секунд.
Впрочем, конкретно Smartbuy Puls в этом не виноват. Причина таких «залипаний» кроется в контроллере Phison S10. Любые накопители, построенные на его основе, на TRIM реагируют подобным образом. Это хорошо видно по следующей диаграмме, на которой сравнивается увеличение времени отклика у разных моделей SSD на период выполнения ими реорганизации данных после получения команды TRIM.
Ситуация с изменением производительности операций чтения во время обработки TRIM обрисована на следующей диаграмме.
Таким образом, приобретая накопитель на базе платформы Phison S10, будь он на MLC-, TLC- или 3D TLC-памяти, нужно быть готовым к тому, что при его активной эксплуатации периодически придётся сталкиваться с различными неприятными сюрпризами, и временный провал производительности после передачи на накопитель команды TRIM – пожалуй, самый неприятный из них.
⇡#Тестирование ресурса
Результаты практической проверки надёжности рассматриваемого накопителя приведены в отдельном материале «Надёжность SSD: результаты ресурсных испытаний».
⇡#Выводы
Первое знакомство с 64-слойной TLC-памятью Toshiba, которое состоялось на примере накопителя Toshiba TR200, оставило после себя откровенно тягостное впечатление. И тем приятнее осознавать, что сегодняшний обзор практически полностью реабилитирует такую память. Как оказалось, для того, чтобы BiCS3 смогла проявить свои сильные стороны, ей требуется качественный, производительный контроллер. И на данный момент единственный подходящий вариант – это давно знакомый нам чип Phison S10, который тайваньские разработчики сумели адаптировать под многослойную память с помощью микропрограммы.
Первым попавшим в наши руки серийным продуктом, в котором оказалась воплощена «правильная» конфигурация из Phison S10 и BiCS3-памяти компании Toshiba, стал Smartbuy Puls. Данная модель базируется на референсном дизайне, и благодаря этому она ясно показывает, на что способна трёхмерная BiCS3-память, когда за её укрощение берутся опытные инженеры. А посмотреть здесь действительно есть на что, ведь благодаря Smartbuy Puls мы узнали, что фирменная 64-слойная TLC 3D NAND компании Toshiba работает заметно быстрее планарной 15-нм TLC-памяти этого же производителя не только в теории, но и на практике. И даже более того, быстродействие «правильных» SATA SSD с BiCS3-памятью, к числу которых вполне можно отнести и полутерабайтный Smartbuy Puls, может вплотную приближаться к скорости работы использующих тот же контроллер Phison S10 накопителей с MLC NAND.
Правда, новинку не обошли и обидные врождённые недостатки. Так, в Smartbuy Puls не совсем гладко работает технология SLC-кеширования. Выделенный во флеш-памяти этой модели SLC-кеш имеет сравнительно небольшой объём, а при переключении записи из кеша в основную память у накопителя наблюдается малообъяснимый двухсекундный период глубокой задумчивости, на протяжении которого скорость работы падает практически до нуля. Кроме того, как типичный обладатель контроллера Phison, Smartbuy Puls не блещет и постоянством производительности при длительных нагрузках.
Но всё сказанное выше означает лишь то, что Smartbuy Puls не стоит выбирать для производительных систем и высоконагруженных сценариев работы. В составе же дисковой подсистемы среднестатистического персонального компьютера он наверняка будет смотреться вполне уверенно. И даже больше того, мы практически убеждены, что Smartbuy Puls станет очень популярным решением, под стать легендарным моделям Ignition 2 и Ignition 4. Всё дело в цене: как ожидается, Puls будет продаваться лишь немного дороже совершенно бросового Revival 2 на двухканальном контроллере и с планарной TLC-памятью. А это значит, что выступать он будет в бюджетном секторе, где благодаря полноценной восьмиканальной платформе и BiCS3-памяти он сможет предложить нехарактерное для этого сегмента сочетание цены и производительности.
Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
Подписаться
