Обзор безбуферного NVMe-накопителя SmartBuy Stream G16 на контроллере Innogrit IG5216

Так уж получилось, что нам снова приходится прибегать к изучению продукции SmartBuy. Не так давно мы познакомились с недорогим безбуферным PCIe 4.0-накопителем Smartbuy Stream E19T, но теперь в ассортименте российского бренда появилось ещё более доступное безбуферное предложение, которое может оказаться более привлекательным вариантом с точки зрения соотношения производительности и цены, – Stream G16. Как и Stream E19T, новый SSD относится к числу NVMe-накопителей в форм-факторе M.2 и основывается на TLC-памяти, но скоростной интерфейс PCIe 4.0 он не поддерживает, а ориентирован на более привычный интерфейс PCIe 3.0. Однако в данном случае это совершенно неважно: как мы видели в тестах Stream E19T, поддержка PCIe 4.0 для накопителей такого класса ровным счётом ничего не даёт. Зато новый Stream G16 дешевле, а значит, ему гораздо легче будет стать более производительной альтернативой SATA SSD в конфигурациях уровня ниже среднего.

Однако главная причина, по которой SmartBuy Stream G16 стал героем обзора, кроется не в его привлекательности для бюджетных сборок. Дело в другом – в контроллере, на котором он основан. Здесь применяется Innogrit IG5216 – чип, с которым мы до сих пор не сталкивались, но который вызывает очень большой интерес. Его разработчик, компания Innogrit, формально относится к числу новичков рынка SSD, но по сути им не является. Её создал Зининг Ву (Zining Wu) – человек с громким именем в мире разработки SSD – бывший технический директор компании Marvell, в которой он проработал 17 с лишним лет. И совершенно неудивительно, что ядро команды Innogrit образовано из бывших инженеров Marvell, которые последовали за своим бывшим руководителем. Поэтому платформы Innogrit правомерно рассматривать не как пробу пера команды новичков, а как полноценное ответвление в линейке разработок компании Marvell, которая, как известно, умеет делать очень удачные платформы SSD для потребительского рынка – достаточно хотя бы вспомнить про Plextor M9P Plus.

Собственно, Innogrit уже доказала свою состоятельность контроллером IG5236. Этот чип смог стать одним из основных вариантов для использования в высокопроизводительных SSD с поддержкой PCIe 4.0, и основанные на нём накопители с полным правом конкурируют с проприетарными предложениями лидеров рынка – Samsung 980 PRO и WD Black SN850. В этом мы смогли воочию убедиться, когда тестировали основанный на контроллере Innogrit IG5236 накопитель Patriot Viper VP4300.

По этой причине от нового чипа Innogrit IG5216 тоже хочется ожидать многого, хотя он и нацеливается на несколько иной рыночный сегмент. Судя по всему, со временем он найдёт широкое применение в недорогих SSD производителей второго-третьего эшелона. Уже сейчас его можно встретить в Acer FA100, Lexar NM620 и Zadak TWSG3, но выбранный нами для знакомства SmartBuy Stream G16 – более распространённый на прилавках отечественных магазинов вариант, что обусловлено российским происхождением бренда Smartbuy. К тому же Stream G16 дешевле аналогов – вариант ёмкостью 1 Тбайт продаётся за сумму порядка 10 тыс. руб.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Продукты бренда Smartbuy выпускаются по ODM-контрактам на мощностях различных китайских производителей, и Stream G16 – не исключение. Установить реального производителя в данном случае довольно просто: его никто и не скрывает, это – владелец бренда Lexar, компания Longsys. Поэтому не стоит удивляться, что по дизайну печатной платы рассматриваемый продукт Smartbuy полностью идентичен Lexar NM620, а заодно и Zadak TWSG3.

Никакими изысками в оформлении Stream G16 не поражает. Это обычная плата формата M.2 2280, на лицевой стороне которой размещена наклейка с названием, ёмкостью и артикулом продукта, а на обороте – другая наклейка, с серийным номером. Отметим также, что в рассматриваемом накопителе, включая и старшую версию объёмом 1 Тбайт, все микросхемы размещены на одной стороне печатной платы.

Сняв этикетку, можно рассмотреть весь набор аппаратных компонентов, которых в данном случае не так много. Это собственно контроллер Innogrit IG5216, по форме и размеру похожий на чип DRAM, и микросхемы TLC 3D NAND. В этом обзоре рассматривается версия Stream G16 объёмом 1 Тбайт, и на ней массив флеш-памяти составлен четырьмя микросхемами.

Разработчики Innogrit характеризуют свой контроллер IG5216 как безбуферное решение с поддержкой технологии HMB (она позволяет размещать копию таблицы трансляции адресов не локально, а в оперативной памяти ПК), способное обеспечить высокие скорости последовательных операций и низкие латентности. Контроллер производится по 28-нм техпроцессу, имеет четырёхканальную архитектуру и, согласно спецификациям, способен при удачном стечении обстоятельств выдавать скорости чтения на уровне пропускной способности интерфейса PCIe 3.0 x4.

Хотя IG5216 способен работать с флеш-памятью разных типов, включая и отталкивающую многих QLC 3D NAND, в Smartbuy Stream G16 попала более производительная и выносливая трёхмерная TLC-память. Если конкретнее, то в накопителе установлены микросхемы на основе полупроводниковых кристаллов Micron B27B, то есть 96-слойная TLC 3D NAND. Это не самая современная и не самая производительная TLC из доступных сегодня вариантов, ведь та же Micron уже способна предложить 176-слойные устройства 3D NAND. К тому же ёмкость используемых кристаллов – 512 Гбит. В результате максимальная производительность может быть достигнута лишь в терабайтной версии Stream G16, а варианты меньшего объёма имеют более низкие скоростные показатели из-за недостаточного параллелизма массива флеш-памяти. Впрочем, использование TLC 3D NAND, выпущенной с применением технологии трёхлетней давности, – способ сделать накопитель дешевле, и с такой позиции данный подход может быть оправдан.

Также внимание на себя обращает «неродная» маркировка на микросхемах флеш-памяти. Это значит, что они собраны не самой Micron, а какой-то сторонней фирмой, которая закупает у американского производителя флеш-память в виде полуфабрикатов – полупроводниковых пластин. Обычно таким образом достигается дополнительное снижение себестоимости, однако нужно иметь в виду, что в таком случае за качество результата Micron уже не может нести полной ответственности, поскольку сортировкой и тестированием кристаллов она не занималась.

⇡#Технические характеристики и особенности работы

Smartbuy обычно не сообщает подробные спецификации своих продуктов, ограничиваясь раскрытием лишь избранных показателей. Так произошло и с Stream G16 – на сайте бренда присутствуют лишь туманные указания на скорость линейного чтения и записи вроде «до 3350 и 2950 Мбайт/с при чтении и записи». Поэтому для выяснения более подробных характеристик приходится использовать сведения об эквивалентном накопителе Lexar NM620.

Модельный ряд Stream G16 включает три варианта ёмкости, максимальную производительность обеспечивает старшая, с объёмом 1 Тбайт. Для неё же установлен наилучший ресурс записи – 512 Тбайт за время жизни. Это несколько ниже среднего по рынку показателя — например, даже у бюджетного WD Blue SN550 ресурс установлен в 600 Тбайт. Более того, на продукт Smartbuy даётся лишь трёхлетняя, а не пятилетняя гарантия.

Честно говоря, учитывая сокращённую гарантию, не самые впечатляющие характеристики производительности и безбуферную конструкцию, от Stream G16 ждёшь низкой цены, однако этим накопитель похвастать тоже не может – многие безбуферные SSD продаются дешевле. Но есть нюанс: Stream G16 абсолютно точно использует TLC-память, в то время как накопители дешевле, даже если изначально они и поставлялись с TLC 3D NAND, теперь незаметно мигрируют на QLC 3D NAND. Ярким примером может быть уже упоминавшийся WD Blue SN550, который совсем недавно без какого-либо предупреждения со стороны производителя из TLC-накопителя превратился в SSD на базе QLC-памяти. И этот пример – далеко не единственный.

Впрочем, TLC-память не может вывести Stream G16 из сегмента накопителей начального уровня. Это обусловлено безбуферной конструкцией: собственный локальный DRAM-буфер у него подменён технологией HMB, благодаря которой копия таблицы трансляции адресов с быстрым доступом находится в оперативной памяти ПК, а не в накопителе. Под свои нужды контроллер Innogrit IG5216 «отъедает» себе область в оперативной памяти и работает с ней через шину PCI Express. В теории эта техника довольно неплохо заменяет локальную DRAM, но проблема в том, что захватить больше 64 Мбайт накопителю не позволяет операционная система, а для нормальной работы в полную силу ему требуется гораздо больше: в идеале на каждый гигабайт ёмкости необходим 1 Мбайт буферной памяти. Из-за этого накопителям с технологией HMB удаётся приблизиться по производительности к моделям с локальным DRAM-буфером лишь при относительно невысоких нагрузках.

Это несложно проиллюстрировать практически. График, приведённый ниже, показывает, как снижается скорость случайных обращений к данным на Stream G16 по мере того, как растёт объём файлов, в пределах которого происходят эти обращения за время одной сессии. Из него становится ясно, что как только этот объём перевалит за 64 Гбайт, пользователю придётся столкнуться с падением производительности.

Причём падение производительности мелкоблочных операций из-за недостатка объёма буферной памяти может быть более чем существенным – разница в скорости доходит до троекратной. Впрочем, никто и не обещал, что платформа Innogrit IG5216 подойдёт для высокой нагрузки, – сами разработчики контроллера явно указывают, что накопители на нём больше ориентированы на линейные операции.

За ускорение этих самых линейных операций в Smartbuy Stream G16 отвечает технология SLC-кеширования. В данном случае используется динамический алгоритм, выделяющий под ускоренную запись чуть меньше четверти от всего свободного места на SSD. На чистый терабайтный накопитель с высокой скоростью удаётся записать около 220 Гбайт информации, на заполненный наполовину SSD – около 105 Гбайт, а на SSD, где свободно 25 % места, – около 52 Гбайт.

Это хорошо видно по графику, показывающему результат троекратного теста скорости серийного копирования на накопитель объёмных файлов: на чистый SSD; на SSD, заполненный данными наполовину; и на SSD, который полон на три четверти.

По приведённым кривым хорошо видно, что линейная запись файлов на Smartbuy Stream G16 может идти на трёх принципиально различных скоростях. Если копирование идёт в SLC-кеш, скорость записи достигает 2,1 Гбайт/с. Запись в TLC-память в обычном трёхбитовом режиме происходит со скоростью 850 Мбайт/с. Третий вариант скорости – 215 Мбайт/с – наблюдается в самом худшем случае, когда контроллеру перед записью приходится высвобождать память, уже заполненную до этого в SLC-режиме. Но падение до 215 Мбайт/с наблюдается лишь при одномоментной последовательной записи очень больших массивов данных, когда объём записываемой информации превышает две третьих от всего доступного на SSD места.

Однако нужно оговориться, что указанные числовые значения скорости относятся к терабайтной модификации SSD, где массив флеш-памяти работает с максимальным и самым выгодным для контроллера четырёхкратным чередованием устройств в каждом канале. В то же время, например, у Stream G16 ёмкостью 256 Гбайт скорость записи в разы ниже. При копировании файлов в SLC-кеш скорость составляет всего 1,3 Гбайт/с, а при записи в TLC-память без кеширования – 270 Мбайт/с.

Но даже чтобы полностью заполнить наиболее скоростной Smartbuy Stream G16 1 Тбайт файлами (с учётом технологии кеширования), потребуется 38 минут, и это довольно долго. У рассмотренного нами ранее терабайтного Stream E19T на то же самое уходило 24 минуты, а, например, терабайтный Samsung 980 можно полностью забить файлами за 28 минут. Причина – в использовании в рассматриваемом накопителе 96-слойной TLC 3D NAND компании Micron, которая уступает более новым типам флеш-памяти в пропускной способности. Причём это распространяется и на чтение: прочитать весь объём информации с полностью заполненного Stream G16 1 Тбайт удаётся за 13 минут, в то время как накопители с четырёхканальными массивами, построенными на более новых типах памяти, справляются с той же задачей за 8-10 минут.

Претензии можно предъявить и к мощности контроллера Innogrit IG5216. Её недостаток всплывает при выполнении команды TRIM. После уничтожения на Stream G16 файла объёмом 64 Гбайт накопитель уходит в себя примерно на восемь секунд, в течение которых он почти полностью перестаёт реагировать на какие-либо внешние воздействия. Это видно на следующем графике, где показано, как меняется быстродействие случайного чтения и его латентность во время исполнения команды TRIM, подаваемой операционной системой вслед за удалением файлов.

Такая реакция SSD на удаление файлов будет заметна и при практическом использовании. А значит, платформа Innogrit IG5216, используемая в Stream G16, не оправдывает возложенные на неё надежды. В ней, как показывает более подробный анализ, соседствует не слишком производительный контроллер и флеш-память прошлого поколения, которая медленнее современных вариантов.

⇡#Программное обеспечение

Никаких программных инструментов для Smartbuy Stream G16 производитель не предлагает, а сервисная утилита от аналогичного по аппаратной конфигурации Lexar NM620 для рассматриваемого накопителя не подходит.