Обзор NVMe-накопителя Silicon Power XD80: Phison E12S и китайская флеш-память

За последние несколько лет рынок потребительских твердотельных накопителей с интерфейсом NVMe кардинально поменялся. В 2015-2017 годах, когда первые NVMe SSD начинали появляться в продаже, они представляли собой высокопроизводительные и дорогие решения для энтузиастов, которые сильно выделялись на фоне SATA-собратьев. Таких моделей было не так много, и в первую очередь они конкурировали между собой уровнем быстродействия, а пользователи, которые не считали нужным гоняться за передовыми технологиями, попросту продолжали ориентироваться на SATA SSD. Но к сегодняшнему дню ситуация кардинально изменилась. Сегодня NVMe SSD – уже далеко не элитарный, а массовый класс продуктов, среди которых есть и такие, цена которых позволяет им соперничать с SATA-предложениями.

Произошедшее удешевление подняло интерес к NVMe-накопителям, они стали распространяться повсеместно, это привело к расширению их многообразия и в конечном итоге к сегментации этого рынка. Сегодня на нём сосуществуют модели NVMe SSD принципиально разных классов. Есть дорогие и высокопроизводительные варианты с интерфейсом PCIe 4.0, например WD Black SN850 или Samsung 980 PRO. Есть более массовые и хорошо зарекомендовавшие себя середнячки вроде Samsung 970 EVO Plus. И есть даже целый класс доступных NVMe-накопителей, куда входят либо основанные на QLC 3D NAND модели, как, например, Intel SSD 660p, либо модели, построенные по безбуферной схеме, например Samsung 980.

Такой расцвет рынка NVMe SSD открыл производителям возможность соревноваться друг с другом не только в производительности предлагаемых решений, но и в их цене. Поскольку интересоваться NVMe-накопителями стали не только энтузиасты, но и огромная аудитория обычных пользователей с различными запросами и бюджетами, возник спрос на разного рода компромиссные варианты, которые при невысокой цене могут предложить пусть и не лидирующий, но всё равно неплохой уровень быстродействия. Поймать эту волну сейчас активно пытаются и лидеры рынка – появление недорогих моделей вроде Samsung 980, Crucial P2 или WD Blue SN550 связано именно с этим.

Параллельно нащупать наилучший баланс между ценой и производительностью пытаются и небольшие производители второго и третьего эшелона, которые используют в своей продукции контроллеры независимых разработчиков – фирм Phison и Silicon Motion. Благо в 2021 году эта пара спустила в нижний ценовой сегмент те NVMe-платформы, которые четыре года назад выводились на рынок в качестве производительных решений. Такие платформы, в отличие от свежеиспечённых бюджетных решений, не имеют в своём дизайне никаких компромиссов и после снижения цены не только обретают вторую молодость, но и становятся очень интересными вариантами. В качестве хрестоматийного образца NVMe-накопителя, который совершил путешествие из верхнего в средний сегмент, а потом стал спускаться ещё ниже, собирая по пути всё более мощную аудиторию поклонников, можно привести ADATA XPG SX8200 Pro – яркий пример удачной реализации платформы SM2262EN, который остаётся актуальным с 2018 года.

Однако подобные решения есть не только среди старожилов рынка. Сегодня мы познакомимся с абсолютно новой моделью на базе платформы Phison E12, разработанной компанией Silicon Power. И на этот раз речь пойдёт не об очередном типовом решении, аналогичном десяткам таких же SSD, которые выпускались на протяжении последних четырёх лет. Напротив, взятая нами на тесты модель представляет собой новую компиляцию старой платформы, которая была «обточена напильником» для лучшего соответствия потребностям сегодняшнего массового потребителя. Поэтому сегодня нас может ждать сюрприз: до сих пор накопители на чипе Phison E12 не заслуживали наших симпатий, но с новым Silicon Power XD80 всё может пройти совсем иначе.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

В модельном ряду Silicon Power уже был накопитель на базе контроллера Phison PS5012-E12, он называется P34A80 и до сих пор присутствует на прилавках отечественных магазинов. Однако компания решила выпустить XD80 — ещё один NVMe SSD, который основывается на том же контроллере, — не просто так. Мы получили для исследования версию Silicon Power XD80 1 Тбайт, и на её примере можем утверждать, что новая модель действительно имеет довольно весомые отличия в дизайне.

Первым делом в глаза бросается установленная на XD80 полноценная теплораспределительная пластина, сделанная из алюминия толщиной 0,5 мм и анодированная в чёрный цвет. Она расположена на лицевой стороне накопителя и закрывает контроллер и половину микросхем флеш-памяти. При этом XD80 имеет двухсторонний дизайн, поэтому часть микросхем, располагающихся на обратной стороне платы, какого-либо охлаждения лишена.

Сама по себе теплорассеивающая пластина не имеет какого-либо развитого рельефа, но это не мешает Silicon Power писать на своём сайте, что она снижает температуру SSD на 20 % (это утверждение мы проверим в тестах). Однако куда интереснее то, что скрывается под теплорассеивателем. Дело в том, что все компоненты в составе XD80 совершенно непривычны.

На печатной плате, дизайн которой отличается от уже привычного, эталонного для накопителей на платформе Phison E12, располагается контроллер, промаркированный как Phison PS5012-E12S (то есть с дополнительной литерой S на конце), микросхемы флеш-памяти со странной цифровой маркировкой и чип DRAM, который имеет подозрительно небольшую ёмкость.

Контроллер Phison PS5012-E12S представляет собой более новую версию оригинального чипа Phison PS5012-E12. В базовых характеристиках контроллеры PS5012-E12S и PS5012-E12 не различаются: и тот и другой производятся по 28-нм техпроцессу на мощностях TSMC и основываются на двухъядерном 32-битном ARM-процессоре. Но на сайте Phison в характеристиках свежей модификации PS5012-E12S указаны некоторые изменения в худшую сторону – небольшое снижение производительности и некоторое увеличение тепловыделения. Изменился контроллер и внешне – микросхема PS5012-E12S меньше по размерам и получила металлическую теплорассеивающую поверхность. Исходя из этого можно сделать вывод, что главной целью, которую преследовала Phison при выпуске новой версии контроллера, была отнюдь не оптимизация, а удешевление за счёт снижения требований к качеству кремния.

Вторая характерная особенность конструкции Silicon Power XD80 – применение DRAM-буфера уменьшенной ёмкости. В терабайтной модели SSD, которую мы получили на тестирование, объём буферного чипа DDR3-1600 составляет всего 256 Мбайт против типичного гигабайта. Очевидно, что это тоже помогает добиться снижения себестоимости накопителя.

Но наиболее удивительная составляющая XD80 – это флеш-память, которая имеет китайское происхождение. А именно, в накопителе использованы чипы TLC 3D NAND производства молодой компании YMTC (Yangtze Memory Technologies Corp), которая только-только начинает выходить на рынок с конкурентоспособной продукцией. Судя по всему, в рассматриваемом накопителе применяются 64-слойные кристаллы ёмкостью 256 гигабит. И если это предположение верно, то, значит, в восьми каналах контроллера Phison E12S в терабайтном накопителе используется четырёхкратное чередование устройств NAND, что позволяет получить максимальную производительность.

Если обобщить все сказанное, напрашивается вывод, что Silicon Power решила перевыпустить своё Phison E12-решение в первую очередь с целью оптимизации себестоимости, чтобы новый накопитель лучше, чем имеющийся P34A80, подходил для конкуренции с недорогими NVMe SSD других компаний. Кроме того, в новой модели нашла место и некая «маркетинговая магия» — добавление радиатора и звучной марки XPower должно создать у потенциальных покупателей ощущение, что перед ними не заурядный SSD, а специализированный геймерский продукт.

⇡#Технические характеристики и особенности работы

Спецификации Silicon Power XD80, которые заявляет для него производитель, по сути не отличаются от спецификаций предшествующего SSD на базе контроллера Phison E12. Что характерно, в обоих случаях Silicon Power не вдаётся в подробности, раскрывая о своих предложениях лишь самые базовые факты. Иными словами, составить какое-то определённое мнение о XD80 по паспортным характеристикам довольно затруднительно.

Таблица выше заполнена на основании «натурных наблюдений», сам же производитель не декларирует ни контроллер XD80, ни даже тип памяти. Не давая никакой конкретики, Silicon Power оставляет себе максимальный простор для вариаций аппаратной начинки, поэтому нет никакой гарантии, что через какое-то время под именем XD80 не начнут предлагаться совершенно иные SSD. Например, предыдущая модель на базе платформы Phison E12, P34A80, в какой-то момент внезапно «перескочила» на контроллер SMI SM2262EN, и, естественно, пользователи узнали о такой перемене уже по факту – сама Silicon Power не считает необходимым как-то информировать потребителей о подобных изменениях.

Но несмотря на полную неопределённость в характеристиках быстродействия, Silicon Power чётко очерчивает выносливость XD80. Вводить ограничения такого рода производителей заставил взлёт популярности криптовалюты Chia, при добыче которой нагрузка на SSD выходит за все разумные рамки. Поэтому для XD80 установлены пределы записи: до потери гарантии его можно перезаписать данными не более 1600 раз. Если же не подвергать накопитель экстремальным нагрузкам, то срок гарантии составит пять лет – как у большинства популярных SSD ведущих производителей.

Что касается скоростей, то, пользуясь терминологией «до …», производитель указал лишь пределы для линейного чтения и записи, присущие любым накопителям с интерфейсом PCIe 3.0 x4. Однако если вспомнить прошлый опыт, то многого от XD80 ждать не нужно: производительность платформы Phison E12 сильно зависит от текущего состояния SLC-кеша, который в данном случае ускоряет операции и записи, и чтения, и при высокой нагрузке она — производительность — заметно снижается. К тому же в новой модификации этой платформы произошло урезание объёма DRAM-буфера, что тоже способно нанести дополнительный удар по скорости обработки обращений к большим объёмам информации.

Как и в более ранних накопителях на платформе Phison E12, в Silicon Power XD80 кеширование работает по архаичной статической схеме – разработчики контроллера так и не смогли исправить этот недостаток новыми версиями микропрограммы. В результате в терабайтной модификации XD80 SLC-кеш имеет объём всего лишь чуть более 20 Гбайт. Всё это хорошо видно на графике с измеренной экспериментально скоростью непрерывной последовательной записи на пустой XD80.

Скорость линейной записи в TLC-память за пределами SLC-кеша составляет порядка 730 Мбайт/с, что является приемлемым показателем для недорогого NVMe SSD, но заметно ниже скорости массива флеш-памяти в накопителях класса Samsung 970 EVO Plus.

Заметно проваливается у Silicon Power XD80 и производительность операций чтения, если данные находятся за пределами SLC-кеша. Как следует из приведённого ниже графика, скорость мелкоблочного чтения из только что записанного и из более старого файла, хранящегося на XD80, различается примерно в полтора раза. При этом файл становится старым (то есть вытесняется из SLC-кеша), если после него на SSD было записано более 8 Гбайт информации.

Впрочем, всё перечисленное – стандартные и хорошо известные изъяны платформы Phison E12, и новая версия контроллера Phison PS5012-E12S здесь ничего не ухудшила, но и не улучшила.

Аналогичным образом оказалось предсказуемым и поведение Silicon Power XD80 при обработке команды TRIM. После уничтожения на накопителе файлов большого объёма он практически не теряет своей отзывчивости. Наблюдается лишь очень кратковременное снижение быстродействия продолжительностью примерно в одну секунду. На следующем графике показана производительность мелкоблочного чтения сразу после удаления файлов суммарным объёмом 64 Гбайт.

Таким образом, новая модификация базового чипа и флеш-память китайского происхождения в глубинных алгоритмах Silicon Power XD80 ровным счётом ничего не поменяли. Это такой же типичный накопитель на платформе Phison E12 со всеми её особенностями, коим был, например, Silicon Power P34A80. Фактически изменилось только позиционирование. Теперь XD80 нацеливается на конкуренцию с соперниками попроще, и сейчас он – один из самых доступных «полноценных» NVMe SSD с восьмиканальным контроллером, DRAM-буфером и TLC-памятью наряду с ADATA XPG SX8200 Pro. И та, и другая модель доступна сегодня в продаже по цене в районе 11 тысяч рублей.

⇡#Программное обеспечение

Сейчас практически все производители твердотельных накопителей предлагают сервисные утилиты, позволяющие так или иначе контролировать состояние SSD и управлять их работой. У Silicon Power эта роль отведена утилите SP ToolBox, имеющей лишь самую базовую функциональность: она выдаёт расширенную информацию о SSD, позволяет оценить его состояние по параметрам S.M.A.R.T. и провести диагностику.

О реализации в SP ToolBox каких-то расширенных функций речь не идёт. В ПО, например, нет возможности оценить производительность накопителя, нельзя принудительно выполнить Secure Erase и невозможно включить или выключить TRIM.