Обзор NVMe-накопителя Kingston KC2000: известные слагаемые и неожиданная сумма

Позиции компании Kingston традиционно очень сильны на российском рынке твердотельных накопителей. Даже сейчас, когда тяжеловесы – производители первого эшелона – добились явного доминирования, Kingston, которая не обладает собственным производством флеш-памяти и не разрабатывает контроллеров, уверенно удерживает по объёмам продаж третье место, с долей 15-20 % в штучном и 10-15 % в денежном выражении (по данным GfK Russia). Поэтому всё, что делает эта компания, вызывает огромный интерес, ведь очевидно, что добиться такого признания среди покупателей можно было, лишь обладая каким-то особым рецептом успеха.

И как следует из статистики продаж, по этому рецепту сделана модель Kingston A400 – SATA-накопитель начального уровня, который пользуется огромной популярностью благодаря низкой цене при неплохих для своего класса характеристиках. Однако не стоит думать, что стратегия Kingston заключается в ориентации только на нижний ценовой сегмент. В модельном ряду компании есть и SSD, которые привлекают к себе внимание отнюдь не ценой, а уровнем производительности и использованием перспективных аппаратных платформ. И с наилучшим примером такого накопителя мы познакомимся сегодня: это Kingston KC2000 – флагманская потребительская модель M.2 SSD с интерфейсом NVMe.

Справедливости ради стоит сказать, что KC2000 – не совсем новинка. Данный накопитель был анонсирован в середине прошлого года, а в России появился в январе 2020-го. Но никаких обновлений ассортимента у Kingston с тех пор не происходило. Впрочем, в этом не было и нет никакой необходимости: для KC2000 изначально была выбрана удачная платформа, которая смотрится вполне актуально и сегодня. И хотя в нём нет поддержки новейшей версии протокола PCI Express 4.0, это нельзя назвать критичным недостатком. Во-первых, число систем, способных принимать PCIe 4.0-накопители, не слишком велико и ограничено лишь конфигурациями, построенными на процессорах Ryzen 3000 и платах с чипсетом X570. Во-вторых, как показало тестирование, даже в таких сборках имеющиеся на рынке PCIe 4.0-накопители проигрывают по реальной производительности правильно спроектированным SSD с шиной PCI Express 3.0.

На первый взгляд, KC2000 как раз и относится к таким добротным решениям. Во многом это обуславливается тесными отношениям компании Kingston с Kioxia (бывшей Toshiba Memory), благодаря которым она получает доступ к наиболее современной и лучшей по качеству флеш-памяти японского производителя. В частности, в KC2000 применяется BiCS4-память – 96-слойная TLC 3D NAND, которая встречается в прочих NVMe-накопителях не так уж и часто. А в том окружении, в котором она работает в KC2000, найти её где-то ещё, кроме накопителя Kingston, вообще невозможно.

Дело тут в том, что Kingston KC2000 – это уникальный накопитель, в котором память Kioxia управляется контроллером Silicon Motion SM2262EN. Обычно производители второго-третьего эшелона спаривают этот контроллер с 64-слойной флеш-памятью Micron или Intel, а память Kioxia встречается главным образом в накопителях, построенных на контроллерах Phison. Но в том-то и заключается необычность подхода Kingston: инженеры компании скрестили лучший NVMe-контроллер независимого разработчика с более прогрессивной 96-слойной памятью своего давнего партнёра. И в итоге от Kingston KC2000 можно ожидать даже большего, чем от прочих популярных моделей на базе SM2262EN, таких как, например, ADATA XPG SX8200 Pro.

Именно по этой причине мы решили сделать подробный обзор Kingston KC2000. Стоимость этого накопителя выше, чем у ADATA SX8200 Pro, но нельзя исключать, что специально подобранное сочетание компонентов делает предложение Kingston гораздо интереснее в плане производительности. Вот и проверим.

⇡#Внешний вид и устройство

KC2000 поставляется в простейшей упаковке – блистере. В комплекте с накопителем пользователь получает ключ для установки популярной программы для резервного копирования и клонирования разделов Acronis True Image HD.

Для изучения старшего представителя своего модельного ряда компания Kingston предоставила нам версию KC2000 ёмкостью 1 Тбайт. Накопитель выполнен в форм-факторе M.2 2280, но микросхемы флеш-памяти располагаются на обеих его сторонах, что иногда создаёт проблемы с монтажом в системах с низкопрофильным слотом M.2. Штатных средств теплоотвода в конструкции не предусматривается, даже этикетка не имеет фольгированного слоя. Так что KC2000 лучше всего ставить в материнские платы с собственными системами охлаждения слотов M.2.

На этикетке накопителя указаны дата производства (цифры 1951 указывают на 51-ю неделю 2019 года) и версия прошивки (S78283). Кроме того, приведён идентификатор PSID, что указывает на поддержку аппаратного AES-шифрования и соответствие Kingston KC2000 стандартам TCG Opal 2.0 и Microsoft eDrive.

Как и было сказано выше, управляется накопитель чипом SM2262EN. Хотя в нём и не реализована поддержка PCI Express 4.0, это наиболее производительная на данный момент версия NVMe-контроллера Silicon Motion для потребительских решений, поддерживающая и DRAM-буфер, и восемь каналов для подключения флеш-памяти.

Массив флеш-памяти в Kingston KC2000 сформирован из 256-гигабитных кристаллов 96-слойной BiCS4-памяти (TLC 3D NAND). Всего их для терабайтного накопителя требуется 32 штуки, то есть контроллер в данном случае может пользоваться четырёхкратным чередованием. Все кристаллы распределены по восьми микросхемам, каждая из которых, очевидно, содержит внутри сразу по четыре кремниевых кристалла.

Микросхемы промаркированы самой Kingston, и это закономерно, поскольку компания закупает у Kioxia флеш-память в виде «полуфабрикатов» – полупроводниковых пластин, а их резкой, тестированием и финальным корпусированием занимается уже самостоятельно. Таким путём Kingston добивается снижения себестоимости, плюс это даёт компании определённый контроль над качеством памяти.

Последний важный элемент конструкции KC2000 – это DRAM-буфер, представленный двумя чипами DDR3-1600. Их суммарная ёмкость составляет 1 Гбайт, и они играют роль своего рода оперативной памяти – в них контроллер хранит копию таблицы трансляции адресов и буферизирует мелкоблочные записи.

⇡#Технические характеристики и особенности работы

Стоит напомнить, что KC2000 – это накопитель, с которым Kingston выходит в сегмент производительных NVMe-решений. Для этого компания совершила неожиданный разворот: после многолетнего сотрудничества с Phison она отказалась от применения в своей флагманской модели очередного контроллера этого разработчика в пользу решения Silicon Motion. Но самое интересное в Kingston KC2000 даже не это, а то, что в нём вместе с контроллером Silicon Motion используется память Kioxia. Такая комбинация идёт вразрез с эталонным дизайном и любыми традициями: все заметные производители, выпускающие SSD на контроллере SM2262EN, ставят в них память Micron или Intel. Поэтому KC2000 очень любопытен для исследования.

Технические характеристики Kingston KC2000 выглядят следующим образом:

Как показывает опыт, паспортные спецификации не всегда отражают действительность — реальную производительность устройства мы изучим во время тестирования. Что касается ресурсных характеристик и условий гарантии Kingston KC2000, то они находятся на абсолютно типичном уровне. Продолжительность гарантии составляет пять лет, и в течение этого срока допускается ежедневно обновлять на SSD примерно треть полной ёмкости.

Так как рассматриваемый накопитель отличается по своему дизайну от прочих SSD на контроллере SM2262EN, инженерам Kingston пришлось поработать над собственной микропрограммой. Это могло сильно поменять какие-то привычные алгоритмы работы, однако удалось установить, что по факту все привычные технологии в KC2000 на месте. В первую очередь речь идёт про динамическое SLC-кеширование – оно сохранилось в полной мере. Под запись в быстром однобитовом режиме контроллер отдаёт примерно половину свободного места. Это значит, что на чистый терабайтный накопитель можно на высокой скорости записать порядка 150 Гбайт.

Из графика видно, что если говорить о записи, то KC2000 присущи три принципиально разных режима быстродействия. SLC-режим, в котором пиковая скорость линейной записи составляет около 2,7 Гбайт/с. TLC-режим с пиковой скоростью в районе 1,2 Гбайт/с. И третий, самый медленный режим, в котором вместе с записью в TLC-режиме контроллеру приходится уплотнять данные, изначально записанные в однобитовом режиме. В этом случае линейная скорость падает примерно до 700 Мбайт/с.

SLC-кеширование в Kingston KC2000 распространяется и на операции чтения. Суть заключается в том, что после записи свежей информации в динамический SLC-кеш она не переводится в TLC-вид при первой же возможности, а на некоторое время сохраняется в однобитовом варианте. Это даёт выигрыш в производительности операций мелкоблочного чтения в том случае, если обращения происходят к данным, которые были записаны на SSD непосредственно перед этим. Но в реальности такой сценарий встречается крайне редко.

График, приведённый выше, показывает, как меняется скорость мелкоблочного чтения по мере того, как информация «устаревает». В данном случае видно, что если после записи тестового файла на чистый терабайтный накопитель записать ещё около 100 Гбайт данных, то скорость чтения из первоначального файла упадёт примерно на 20 %. И «честная» скорость случайного чтения блоками по 4 Кбайт для Kingston KC2000 составляет не выдающиеся 62 Мбайт/с, а довольно обычные 44 Мбайт/с.

Отметить нужно и ещё одну особенность Kingston KC2000, касающуюся обработки команды TRIM. Микропрограмма этого SSD устроена таким образом, что удаление больших объёмов файлов приводит к временной «заморозке» его работы. Как показано на диаграмме, после удаления файла объёмом 64 Гбайт в течение примерно четырёх секунд происходит глубокое падение производительности и рост времени отклика накопителя, в это время накопитель практически не реагирует на внешние запросы.

Этот эффект связан с необходимостью провести «сборку мусора» в массиве флеш-памяти и обнулить высвободившиеся блоки страниц, и в той или иной степени он присущ всем современным SSD. Однако в случае KC2000 данный эффект проявляется несколько сильнее, чем обычно.

⇡#Программное обеспечение

Компания Kingston снабжает свои накопители специальной сервисной утилитой SSD Manager. Её возможности нельзя назвать исчерпывающими, но базовую функциональность эта программа обеспечивает.

Так, она позволяет посмотреть служебную информацию о SSD и отображает данные о его текущем состоянии, включая показатели здоровья и температурный режим. Заодно посредством SSD Manager можно обновить прошивку, однако новые микропрограммы не скачиваются из Сети, а поставляются внутри дистрибутива утилиты.

Также утилита даёт доступ к полной телеметрии S.M.A.R.T., расшифровывая все значимые величины.

Отдельно стоит отметить вкладку Security, на которой активируется движок аппаратного шифрования SSD. Как было указано выше, Kingston KC2000 поддерживает алгоритм AES256, который можно задействовать, например, в Windows BitLocker либо в каком-то другом совместимом со стандартами IEEE 1667 или TCG Opal 2.0 ПО.

Напомним, при включении аппаратного шифрования может потребоваться не только активировать стандарты IEEE 1667 либо TCG Opal 2.0 в самом SSD (что делается через утилиту), но и также отключить CFM в BIOS и переустановить операционную систему. Также программа SSD Manager будет нужна в случае необходимости отключить шифрование или изменить его ключ.