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

Характеристики. Внешний вид и внутреннее устройство

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.

Результаты тестов. Выводы

⇡#Описание тестовой системы и методики тестирования

Рассматриваемый сегодня Smartbuy Stream G16 относится к числу недорогих безбуферных решений и претендует на то, чтобы составить конкуренцию бюджетным накопителям лидеров рынка. Поэтому его основными соперниками в тестировании стали WD Blue SN550 (в старой версии, с TLC-памятью) и Samsung 980. Однако дело не обошлось и без нескольких популярных ключевых моделей, которые будут выступать точками отсчёта и иллюстрировать, насколько производительность представленных на рынке NVMe-моделей может отличаться друг от друга.

Также на диаграммы добавлены результаты накопителя Samsung 870 EVO. Это — SSD насколько другого класса с интерфейсом SATA, но когда мы говорим о производительности NVMe-накопителей начального уровня, их сопоставление с решениями прошлого поколения будет не лишним.

В конечном итоге список участников тестирования приобрёл следующий вид:

Отдельно стоит уточнить, что накопители для тестов устанавливались в слот M.2, к которому подведены линии PCI Express непосредственно от процессора.

Для измерения производительности SSD применялись следующие тесты:

• CrystalDiskMark 7.0.0. Данный бенчмарк включён в методику благодаря тому, что он смог стать отраслевым стандартом при определении характеристик SSD. В нашем же случае он используется для определения пиковых показателей производительности накопителей в различных режимах.
• Iometer 1.1.0. Профессиональный тестовый пакет, с помощью которого мы измеряем реалистичные значения показателей производительности SSD при распространённых рафинированных нагрузках.
• PCMark 10 Storage Benchmark. Тестовое приложение, измеряющее производительность дисковой подсистемы во время моделирования типичной работы пользователя. Используются три сценария – базовый (работа в приложениях и обычное взаимодействие с файловой системой), облегчённый (моделирование системного диска) и файловая помойка (моделирование файлового хранилища).
• Собственные тесты 3DNews. Измерение скорости копирования файлов утилитой Robocopy, скорости архивирования и разархивирования файлов архиватором 7-zip и производительности дисковых операций при запуске игры Far Cry 4 либо при старте серии крупных приложений, включающей Microsoft Word, Adobe Photoshop и Premiere Pro.

⇡#Производительность в CrystalDiskMark

CrystalDiskMark давно стал своего рода отраслевым стандартом – на него даже ориентируются производители SSD, когда формулируют спецификации своих продуктов. Поэтому тестирование мы всегда начинаем с этого бенчмарка, хотя, говоря по правде, его результаты характеризуют лишь производительность SLC-кеша накопителя и к реальной производительности имеют довольно опосредованное отношение.

Smartbuy Stream G16 1 Тбайт

Samsung 980 1 Тбайт

В целом показатели CrystalDiskMark соответствуют тому, что указано в спецификациях Smartbuy Stream G16, – здесь никаких претензий нет. Однако при сопоставлении результатов этого накопителя и безбуферного Samsung 980 подтверждается, что контроллер Innogrit IG5216 имеет не слишком высокую мощность даже по меркам недорогих решений. Производительность бюджетного SSD южнокорейского вендора при мелкоблочных операциях с глубокой очередью запросов выше почти вдвое, хотя Samsung 980 далеко не лидер в этой весовой категории. Иными словами, в первом же синтетическом тесте начинает казаться, что Smartbuy Stream G16 не станет лидером среди безбуферных моделей. Но чтобы как следует проверить это, давайте обратимся к IOMeter, который создаёт нагрузки, более похожие на реальные.

⇡#Производительность линейных операций

Innogrit обещала, что контроллер IG5216 специально оптимизирован для последовательных операций. Однако по результатам тестов Smartbuy Stream G16 это, честно говоря, почти незаметно. Наибольшее недоумение вызывает низкая скорость последовательного чтения, контрастирующая с остальными результатами. Однако ошибки тут нет – более-менее неплохая скорость у Stream G16 наблюдается при последовательном чтении данных блоками крупного размера. Наш же тест использует более распространённые в реальной жизни 128-Кбайт блоки, и скорость последовательного чтения в этом случае оказывается на очень печальном уровне.

Зато с производительностью при последовательной записи и при смешанных операциях всё довольно неплохо. При записи Stream G16 опережает основных конкурентов, Samsung 980 и WD Blue SN550, а при смешанной нагрузке, хотя он и проигрывает безбуферному накопителю Samsung, его результаты всё равно выше, чем у многих популярных вариантов, например чем у Silicon Power XD80, основанного на контроллере Phison E12S с DRAM-буфером.

⇡#Производительность мелкоблочных операций

Быстродействие Smartbuy Stream G16 при работе с 4-Кбайт блоками оказывается на довольно невысоком уровне. К сожалению, контроллер Innogrit IG5216 может выдавать приемлемые показатели при случайном чтении и записи, лишь если эти операции выполняются внутри SLC-кеша, то есть когда манипуляции затрагивают небольшие объёмы только что записанных на SSD данных. Если же замерять скорости на обычных файлах, которые перенесены из кеша в TLC-память, безбуферная платформа Innogrit IG5216 показывает гораздо более слабые результаты.

Впрочем, несмотря на довольно бледное выступление Stream G16 на фоне безбуферных NVMe-конкурентов, по сравнению с SATA-накопителями он всё равно выдаёт существенно более высокую производительность. И это означает, что почти любая из сегодняшних моделей SSD под шину PCI Express лучше накопителя с устаревшим интерфейсом. Иными словами, в ситуации, когда цены младших безбуферных NVMe-накопителей приближаются к цене SATA SSD, выбор разумнее останавливать на более современном варианте.

⇡#Производительность в PCMark 10

Комплексный тест PCMark 10 моделирует работу накопителей в реальных условиях – в жизненных сценариях использования, свойственных среднестатистическим ПК. И производительность Smartbuy Stream G16 по его оценкам выглядит так себе: он выигрывает лишь у бюджетного Kingston NV1, который основан на QLC-памяти. Причины этого ясны по результатам в синтетических испытаниях, приведённым несколькими абзацами выше, а теперь мы можем убедиться, что всё это находит прямое отражение в работе с комплексной нагрузкой. По общему рейтингу производительности, а также по оценкам, полученным при моделировании системного диска и файлового хранилища, Stream G16 отстаёт от безбуферных накопителей лидеров рынка. Причём разрыв между рассматриваемой моделью SSD и Samsung 980 или WD Blue SN550 более чем заметен: разница в быстродействии доходит до полуторакратного уровня.

⇡#Производительность в реальных задачах

Файловые операции с большими объёмами данных внутри накопителя – ещё один сценарий, где Smartbuy Stream G16 не удаётся блеснуть производительностью. В данном случае от SSD требуется эффективно работать с разнонаправленными потоками операций, но недостаточно мощный контроллер, флеш-память прошлого поколения и отсутствие DRAM-буфера сдерживают быстродействие Stream G16. В итоге этот SSD справляется с тестовыми задачами заметно медленнее даже по сравнению со многими иными безбуферными накопителями, опережая лишь самый медленный NVMe SSD из числа современных моделей, Kingston NV1.

Не блещет Stream G16 и в том случае, когда с него запускаются игры и программы. И в конечном итоге получается так, что SSD на платформе Innogrit IG5216 не смог показать яркую производительность ни в одном из тестов, моделирующих работу носителя информации в составе реального ПК.

Иными словами, в лице Stream G16 мы получили решение пусть и с интерфейсом PCIe 3.0 x4, но относящееся к начальному уровню. Этот накопитель не способен составить конкуренцию безбуферным SSD на TLC-памяти лидеров рынка, и, по всей видимости, ему суждено поселиться в той же нише, которую сегодня занимают SSD на контроллере Phison E13T.

⇡#Температурный режим

От накопителя, который не блещет производительностью, обычно не ждёшь высоких рабочих температур. Однако на Smartbuy Stream G16 это правило распространяется не в полной мере. Контроллер Innogrit IG5216, выпускаемый по 28-нм техпроцессу, на практике оказался неожиданно горячим.

Если ориентироваться на показатели температурного мониторинга, которые накопитель сообщает о себе через S.M.A.R.T., то максимальный нагрев может доходить до 79 градусов. Такую температуру мы получили при пятиминутной линейной смешанной нагрузке с преобладанием операций чтения. Как выглядит температурная кривая в этом случае, можно посмотреть на графике ниже.

Троттлинг при этом не активировался – накопитель смог проработать в полную силу в течение всего испытания, которое в большом числе случаев заставляет прочие накопители искусственно ограничивать своё быстродействие из-за перегрева. Однако к границе троттлинга мы подошли практически вплотную: критическая температура контроллера Innogrit IG5216 – 81 градус.

Правда, как это теперь стало очень модным, возвращаемые показания температуры у Stream G16 не соответствуют реальности. Приведённый ниже температурный снимок показывает, что значения в телеметрии занижены примерно на 10-15 градусов. И в тот момент, когда в программах мониторинга отображается температура 79 градусов, на поверхности микросхемы контроллера в действительности фиксируется 92 градуса.

Впрочем, главное – это отсутствие температурного троттлинга, что позволяет использовать Stream G16 без дополнительного охлаждения без риска потери и без того довольно скромной производительности. Что же касается возможного нагрева до высоких температур, то такое происходит лишь при длительных операциях, которые в реальных системах случаются нечасто. Особенно если говорить о платформах уровня ниже среднего, куда, вероятнее всего, и попадёт Stream G16.

⇡#Выводы

К сожалению, контроллер Innogrit IG5216 не смог блеснуть в бюджетном сегменте так же, как в верхнем сегменте отличился чип IG5236 того же самого разработчика. Безбуферный контроллер вышел у Innogrit, откровенно говоря, невнятным, и его производительность на фоне конкурирующих решений выглядит довольно блекло.

Мы надеялись, что Smartbuy Stream G16 на базе нового чипа Innogrit сможет стать альтернативой безбуферным накопителям лидеров рынка, однако по факту он серьёзно уступает в производительности и WD Blue SN550, и Samsung 980. Более того, Stream G16 проигрывает и накопителю Smartbuy Stream E19T, где используется общедоступный безбуферный контроллер Phison E19T. В результате, чтобы охарактеризовать относительную производительность Stream G16 и всей платформы Innogrit IG5216 в целом, нам придётся вспомнить о существовании платформы Phison E13T, которая уже давно и активно используется в NVMe SSD самого начального уровня.

Innogrit IG5216 и Phison E13T – решения примерно одной весовой категории, представляющие собой взгляд разных разработчиков на то, как должны выглядеть максимально дешёвые NVMe SSD, которые могут рассматриваться в качестве современной альтернативы постепенно устаревающим SATA SSD. И действительно, использующий шину PCIe 3.0 x4 Smartbuy Stream G16 во всех отношениях быстрее накопителей с SATA-интерфейсом. Однако проблема в том, что и стоит он всё-таки побольше, в то время как среди похожих по быстродействию SSD на контроллере Phison E13T можно найти куда более доступные по цене варианты, например стремительно набирающий популярность Kingston NV1.

Впрочем, если сравнивать рассмотренный Smartbuy Stream G16 с тем же Kingston NV1, то у предложения Smartbuy обнаруживается как минимум два бесспорных плюса. Во-первых, в нём используется более долговечная TLC 3D NAND, а не QLC-память. И во-вторых, Stream G16 способен сохранять довольно неплохую скорость даже после исчерпания свободного места в SLC-кеше, чем накопители на контроллере Phison E13T похвастать не могут.