⇡#Методика тестирования
Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 10 Enterprise x64 Build 16299, 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 128 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Тестирование проводится при различной глубине очереди запросов, что позволяет оценивать как реалистичные, так и пиковые параметры быстродействия.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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 6.0.0
- Синтетический тест, который выдает 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, 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
С выходом процессоров Coffee Lake и наборов логики трёхсотой серии мы решили обновить тестовую систему, которая используется для измерения производительности NVMe-моделей SSD. Всё-таки такие накопители в первую очередь покупают энтузиасты, переходящие на новые платформы, и поэтому логично было бы именно такую платформу использовать в тестовых испытаниях.
В итоге в качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Maximus X Hero, процессором Core i5-8600K со встроенным графическим ядром Intel UHD Graphics 630 и 8 Гбайт DDR4-2666 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) 15.9.0.1015. Накопители с интерфейсом M.2 устанавливаются в соответствующий слот материнской платы, запитанный от чипсета. Накопители в виде карт PCI Express устанавливаются в слот PCI Express 3.0 x4, также работающий через чипсет.
Объём и скорость передачи данных в бенчмарках указываются в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт).
Отдельное пояснение следует сделать относительно закрытия процессорных уязвимостей Meltdown (CVE-2017-5754) и Spectre (CVE-2017-5715). Дело в том, что разработанные патчи заметно снижают производительность твердотельных накопителей, но, учитывая важность тестирования SSD в реальных условиях, измерения мы проводили с установленными обновлениями микропрограммы процессора и операционной системы и с активированными «заплатками».
⇡#Список участников тестирования
M9Pe – это флагманский накопитель компании Plextor, поэтому для сравнения с ним мы выбрали наиболее производительные модели NVMe SSD. Кроме того, в число участников тестирования были включены и предыдущие решения компании – M8Pe и M8Se.
В результате список протестированных моделей получился следующим:
Используемые версии NVMe-драйверов:
- Microsoft Windows NVMe Driver 10.0.16299.15;
- OCZ NVMe Driver 1.2.126.843;
- Samsung NVM Express Driver 2.3.0.1709.
⇡#Производительность последовательного чтения и записи
При типовых операциях последовательного чтения или записи производительность Plextor M9Pe оказывается далека от скоростей, обещанных в спецификации. В случае чтения для раскрытия потенциала NVMe SSD нужна нереальная многопоточная нагрузка с высокой глубиной очереди, а в случае записи – скорость ограничивается производительностью массива флеш-памяти за пределами небольшого SLC-кеша. В итоге M9Pe смотрелся привлекательно по спецификациям, но оказался совсем средненьким на деле. Он отстаёт не только от основанного на похожей многослойной TLC 3D V-NAND накопителя Samsung 960 EVO, но даже и от прошлого флагмана Plextor, M8Pe. Иными словами, чуда не произошло: конкурента для Samsung 960 PRO мы не получили, и Plextor M9Pe, как и его предшественники, будет вынужден добиваться внимания покупателей в первую очередь за счёт цены.
⇡#Производительность произвольного чтения
При измерении скорости произвольного чтения Plextor M9Pe занимает место в середине диаграмм. По производительности он оказывается между M8Pe и M8Se, что вполне закономерно, исходя из его аппаратной начинки. Это значит, что при наиболее востребованных типах операций новинка Plextor переигрывает любые накопители на базе стандартных платформ Phison или Silicon Motion, но до лучших проприетарных решений Samsung или Toshiba дотянуться всё же не может. Впрочем, если учесть, что в основе Plextor M9Pe лежит сравнительно дешёвая в производстве BiCS3-память, в перспективе этот накопитель имеет неплохие шансы закрепиться в сегменте недорогих NVMe SSD.
⇡#Производительность произвольной записи
Здесь хорошо проявляются все недостатки технологии ускоренной записи PlexNitro, главный из которых – недостаточный размер SLC-кеша. Компания Plextor по какой-то причине стремится дать своим накопителям «красивую» и кратную степеням двойки ёмкость, поэтому для служебных нужд и для работы технологии кеширования остаётся не так много места. В результате при активной работе пользователь рискует столкнуться с записью в TLC-режиме, которая у P9Me пусть и не так медленна, как у накопителей с планарной TLC NAND, но всё-таки заметно уступает в скорости записи в MLC-память.
⇡#Производительность при смешанной нагрузке
Дуплексная нагрузка была относительно слабым местом и у Plextor M8Pe. Переезд же на BiCS3-память с трёхбитовыми ячейками только усугубил проблему. В тестах смешанной нагрузки новый Plextor M9Pe оказывается чуть ли не худшим вариантом среди производительных NVMe SSD. И проблема тут явно не в контроллере, поскольку основанный на том же процессоре Marvell 88SS1093 накопитель Toshiba RD400, напротив, в этих испытаниях особенно силён. Иными словами, отсутствие оптимизации под одновременные разнонаправленные операции – это осознанный выбор конструкторов Plextor.
⇡#Производительность в CrystalDiskMark
После последних обновлений тест CryctalDiskMark превратился в инструмент для подтверждения заявленных производителем характеристик быстродействия. Он не только работает исключительно в SLC-кеше, но и использует глубокие очереди запросов и многопоточные обращения. И вот в таких тепличных для новинки условиях мы можем увидеть возросшие по сравнению с прошлым флагманом показатели производительности Plextor M9Pe, которых мы совершенно не наблюдали в наших тяжёлых синтетических тестах.
Отдельным абзацем нужно отметить неправдоподобно высокий показатель M9Pe при случайном чтении с глубиной очереди в одну команду. По всей видимости, новый накопитель Plextor получил какие-то преимущества не только при записи, но и при чтении данных из SLC-кеша. Раньше в SATA-накопителях Plextor, основанных на контроллерах Marvell, мы уже замечали такую хитрость, которая позволяет получать высокую скорость чтения только что записанных данных. Теперь, судя по всему, она переехала и в NVMe-накопители компании.
⇡#Производительность в PCMark 8 Storage Benchmark 2.0
PCMark 8 моделирует реальную дисковую нагрузку, создаваемую различными приложениями, и в этом случае производительность Plextor M9Pe оказывается вполне «на уровне». Очевидно, что того небольшого SLC-кеша, который реализован в этом накопителе, при среднестатистической пользовательской работе в типичных приложениях всё-таки хватает. И в результате M9Pe может оказаться не только быстрее накопителей на платформах Phison и Silicon Motion, но и быстрее Samsung 960 EVO.
Впрочем, до уровня лидера, Samsung 960 PRO, новому M9Pe очень далеко. Таким образом, новый флагман Plextor заметно проигрывает даже старому флагману южнокорейской фирмы, а ведь у Samsung в апреле появятся новые модели, которые предложат ещё более высокую производительность.
Такая картина наблюдается повсеместно. Даже если посмотреть на показатели, выдаваемые флеш-приводами при прохождении отдельных тестовых трасс, то окажется, что Plextor M9Pe не может превзойти лидера ни в одном приложении. И даже больше того, в достаточно большом числе ситуаций, например в Adobe After Effects, Adobe Illustrator, Microsoft Excel и Microsoft Power Point, M9Pe проигрывает GOODRAM IRDM Ultimate – типовому накопителю на контроллере Phison PS5007-E7.
⇡#Производительность при реальной нагрузке
Файловые операции внутри накопителя не могли быть коньком Plextor M9Pe при всём желании. Тут сходятся в одной точке оба его главных недостатка – SLC-кеш небольшого объёма и низкая скорость в дуплексном режиме. Поэтому в очередной раз производительность этой новинки можно охарактеризовать как среднюю между быстродействием NVMe SSD авторства Plextor прошлого поколения.
Зато если использовать Plextor M9Pe для хранения часто используемых программ, он может приятно удивить. В тестах на скорость загрузки приложений и игр M9Pe оказывается в числе лидеров. Особенно хорошо он смотрится при игровой нагрузке: в этом случае новый флагман Plextor неожиданно обходит по быстродействию даже Samsung 960 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 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.
На графике скорости накопителя при его непрерывной бомбардировке запросами на случайную запись данных наблюдается вполне предсказуемая картина. На первом этапе виден небольшой всплеск производительности до уровня 150 тысяч IOPS, обусловленный влиянием SLC-кеша. По остальному объёму массива флеш-памяти скорость случайной записи составляет порядка 135 тысяч IOPS. Когда же свободное место исчерпывается и контроллер переходит к записи с одновременной очисткой блоков памяти, производительность падает до уровня менее 70 тысяч IOPS. Всё это – вполне типичное поведение для накопителя, основанного на флеш-памяти с трёхбитовыми ячейками. Однако Plextor M9Pe на фоне SSD с такой памятью выгодно выделяется отличным постоянством моментальной производительности. Это говорит о высокой мощности контроллера Marvell 88SS1093, который без проблем может выполнять одновременно и обслуживание массива флеш-памяти, и запись в него информации.
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.
Ситуация абсолютно типична для SSD с интерфейсом NVMe. Команда TRIM обслуживается ими без каких-либо затруднений, и накопитель после её подачи запускает процесс сборки мусора и полностью восстанавливает первоначальный уровень производительности. В автономном же режиме, без участия операционной системы, сборка мусора не производится. Впрочем, представить себе жизнь NVMe SSD в какой-либо среде без поддержки TRIM очень тяжело, так что данная особенность Plextor M9Pe вряд ли может быть приписана к числу его недостатков. Тем более что отсутствие агрессивной сборки мусора снижает коэффициент усиления записи и продлевает жизненный цикл флеш-памяти, что в случае памяти с трёхбитовыми ячейками может быть действительно актуально.
⇡#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. 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.
Фоновая обработка TRIM даётся Plextor M9Pe достаточно легко. Падение производительности, связанное с зачисткой освобождаемых блоков флеш-памяти, длится не более 2-3 секунд. Аналогично, совсем ненамного, увеличивается и время отклика. При этом возрастает оно лишь на два порядка, в то время как во многих других накопителях рост латентностей на период очистки флеш-памяти достигает трех порядков. Правда, справедливости ради стоит напомнить, что в SSD компании Samsung обработка TRIM происходит для пользователя по большей части практически незаметно.
⇡#Проверка температурного режима
Проверка температурного режима – одно из важных испытаний при тестировании накопителей с интерфейсом NVMe. Обычно быстродействующие накопители, особенно выполненные в M.2-форм-факторе, быстро перегреваются, и этот момент нужно учитывать, чтобы заранее позаботиться об организации их охлаждения.
Впрочем, у Plextor M9Pe есть вариант исполнения в виде HHHL-карты (PX-512M9PeY), устанавливаемой в слот PCI Express, который снабжён массивным и эффективным радиатором, и в таком исполнении этот накопитель перегреваться заведомо не должен.
Это подтвердили и практические тесты, в рамках которых мы нагружали SSD последовательными операциями с глубиной очереди запросов в 32 команды. Измерения температуры проводились на открытом стенде, какой-либо дополнительный обдув SSD воздушным потоком не производился.
Что при чтении, что при записи температура M9Pe в HHHL-исполнении не выходит за 45 градусов. Это – отличный результат, который однозначно говорит о том, что проблем с сильным нагревом данной версии заведомо не будет.
Однако всё сказанное совершенно не распространяется на вариант SSD в M.2-исполнении, пусть даже и оснащённый радиатором.
Те M.2-накопители на базе контроллера Marvell 88SS1093, с которыми мы имели возможность познакомиться ранее, низкими температурами во время работы совсем не отличались. И даже более того, при непрерывных операциях они нередко впадали в троттлинг. Plextor M9Pe в этом плане никаких принципиальных отличий от своих предшественников не получил. Даже в состоянии простоя он разогревается до подозрительно высоких температур, а ведь мы говорим про версию PX-512M9PeG – М.2-карту с радиатором. При интенсивной записи же температура такого SSD легко доходит до 75 градусов, при которых включается защита и снижается быстродействие.
Операции чтения разогревают Plextor M9Pe не так сильно. Но вот при записи температура быстро растёт и за 2 минуты непрерывных операций доходит до критического предела. Справедливости ради стоит напомнить, что M8Pe уходил в троттлинг уже через минуту активности, но у прошлого накопителя Plextor и скорость записи была примерно вдвое выше.
Всё это значит, что для высоких нагрузок подходит только версия M9Pe в PCI Express-исполнении. M.2-модификации этого накопителя с радиатором (и уж тем более без) нуждаются в специально продуманном активном охлаждении, которое можно реализовать далеко не в каждом корпусе. Кроме того, сильно настораживает нагрев накопителя в моменты простоя. Даже без какой-либо активности M.2-варианты M9Pe раскаляются до шокирующей температуры в 60 градусов.
⇡#Тестирование выносливости
Результаты тестирования надёжности Plextor M9Pe приведены в отдельном специальном материале «Надёжность SSD: результаты ресурсных испытаний».
⇡#Выводы
За последние месяцы мы познакомились с достаточным числом твердотельных накопителей, переведённых на наиболее актуальную на данный момент трёхмерную флеш-память с 64 слоями. Однако все рассмотренные нами ранее модели имели интерфейс SATA: именно такие продукты более востребованы рынком и острее нуждаются в недорогой флеш-памяти с высокой плотностью хранения данных. Тем не менее 64-слойная 3D NAND постепенно шагает и в сторону высокопроизводительных NVMe SSD, и сегодня наша лаборатория смогла протестировать один из первых накопителей с шиной PCI Express, базирующихся на BiCS3-памяти с пространственной компоновкой компании Toshiba. Такой продукт представила Plextor, в ассортименте которой до недавних пор имелись лишь NVMe-решения с планарной памятью этого же поставщика.
Plextor M9Pe вполне правомерно называть адаптацией платформы накопителей прошлого поколения (M8Pe и M8Se) под BiCS3 3D NAND. Несмотря на замену планарной флеш-памяти трёхмерной, новинка Plextor продолжает базироваться на старом контроллере Marvell 88SS1093, совместимость которого с передовыми технологиями памяти обеспечена оптимизацией микропрограммы.
Производитель преподносит M9Pe как новую потребительскую модель самого верхнего уровня, однако нужно помнить, что BiCS3-память использует трёхбитовые ячейки и потому проигрывает по скорости работы классической MLC NAND. А это означает, что Plextor M9Pe не может быть лучше, чем M8Pe, при всём желании. Это подтверждают и проведённые тесты, по результатам которых новинка демонстрирует производительность где-то между M8Se и M8Pe. Ставят её на ступень ниже предыдущего флагманского решения Plextor и внезапно проявившиеся архитектурные изъяны: пугающе высокие температуры в состоянии простоя, небольшой по современным меркам SLC-кеш и низкая производительность версии на 256 Гбайт.
Всё это, к сожалению, не позволяет отнести Plextor M9Pe к числу флагманов. Такой накопитель может составить конкуренцию решениям на контроллерах Phison и Silicon Motion, но даже Samsung 960 EVO в большинстве случаев кажется более интересным выбором.
Поэтому рыночные перспективы Plextor M9Pe всецело будут зависеть от его стоимости. Пока рекомендованные цены на эту модель выглядят явно завышенными, однако по прошлому опыту можно предположить, что производитель быстро подправит текущий прайс-лист и переориентирует новинку в правильную нишу. Если всё так и произойдёт, то мы получим неплохую недорогую модель, созданную одним из ведущих производителей из качественных компонентов. Особый интерес при этом будет представлять версия в виде HHHL-карты: в ней не только не проявляются проблемы с температурным режимом, но и имеется уникальная для твердотельных накопителей RGB-подсветка.
Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
Подписаться
