Обзор накопителя Corsair MP600 Core: первый PCIe 4.0 SSD с QLC-памятью

QLC-память, способная хранить в одной ячейке четыре бита информации, присутствует на рынке уже четыре года. Сегодня её можно обнаружить во многих недорогих накопителях: производители SSD останавливают на ней выбор по вполне понятной причине – из-за более низкой себестоимости. По сравнению с трёхбитовой TLC четырёхбитовая QLC 3D NAND позволяет на 33 % увеличить плотность хранения данных в кристалле флеш-памяти с помощью простого изменения алгоритма работы, не требуя при этом внедрения каких-то специальных производственных технологий. Правда, при этом страдает производительность и уменьшается ресурс ячеек, однако критических проблем с потребительскими и даже серверными накопителями из-за этого не возникает. Поэтому нет ничего удивительного, что QLC 3D NAND быстро нашла своё место в недорогих SSD, которым потребители отдают предпочтение не за рекордные показатели, а благодаря привлекательной цене. Иными словами, к настоящему моменту QLC-память не только стала совершенно обыденной вещью в бюджетных SSD, но и с каждым месяцем всё агрессивнее вытесняет TLC 3D NAND.

Вместе с тем до недавних пор производители твердотельных накопителей почти не использовали четырёхбитовую память где-либо за пределами бюджетного сегмента и все представленные на рынке накопители среднего или верхнего уровня на сто процентов основывались на TLC-памяти. Но теперь QLC 3D NAND пытается забраться уже и в накопители уровнем повыше. Во главе этого процесса встал популярный у производителей SSD второго-третьего эшелона разработчик контроллеров Phison, который предлагает партнёрам свою старую PCIe 4.0-платформу Phison E16 в комплекте с QLC 3D NAND.

Жизненный путь контроллера Phison PS5016-E16 выглядит довольно занятно. Изначально его готовили как высокопроизводительное, флагманское решение. Более того, в своё время этот чип стал первым на рынке контроллером для NVMe SSD, имеющим поддержку интерфейса PCI Express 4.0 x4. Phison удалось приурочить его выпуск к появлению процессоров Ryzen 3000, что позволило получить мощную маркетинговую поддержку со стороны AMD, которая рекомендовала накопители на Phison E16 как предпочтительный вариант для Socket AM4-систем нового поколения. Впрочем, впоследствии выяснилось, что первый PCIe 4.0-контроллер получился у Phison далеко не таким удачным, как решения конкурентов, и его постепенно переориентировали на решения среднего уровня. Но теперь разработчикам показалось, что Phison PS5016-E16 не слишком хорош и в этой роли, и они сделали с его помощью оригинальное QLC-решение.

В результате PS5016-E16 снова оказался в центре внимания, ведь он стал базой первой на рынке QLC-платформы для SSD, рассчитанной на интерфейс PCIe 4.0 x4. Причём речь идёт отнюдь не о формальной поддержке этой шины. Phison обещает, что и в QLC-варианте её платформа сможет выдавать скорости до 5 Гбайт/с при чтении и до 4 Гбайт/с при записи. Это, безусловно, не флагманские характеристики, но накопители с такими показателями, если они действительно достигаются, на первый взгляд вполне способны конкурировать, например, с TLC-накопителями вроде ADATA XPG Gammix S50 Lite, основанными на PCIe 4.0-контроллере SMI SM2267.

При этом нет никаких сомнений, что PCIe 4.0-накопители на платформе Phison E16, укомплектованные QLC-памятью, получат широкое распространение. Phison сагитировала на выпуск серийных продуктов такого рода сразу нескольких партнёров: Addlink, Corsair, Sabrent, Team Group и других. Следовательно, в ближайшее время странноватые QLC-накопители с поддержкой PCIe 4.0 появятся в прайс-листах и наверняка привлекут к себе внимание, поскольку будут выделяться, с одной стороны, заявленными скоростными показателями, а с другой – более низкой, чем у других PCIe 4.0-моделей, ценой. В этом обзоре, вооружившись образцом накопителя Corsair MP600 Core, мы попытаемся разобраться, стоит ли уделять им внимание. А заодно и дадим ответ на концептуальный вопрос, свидетелем какой тенденции мы оказались: движения QLC 3D NAND в производительные модели SSD или появления поддержки PCIe 4.0 у бюджетных накопителей.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Совместимость контроллера Phison PS5016-E16 с четырёхбитовой памятью на уровне «железа» была заложена разработчиками изначально, поэтому сейчас никаких переделок аппаратного дизайна не потребовалось – всё решилось на уровне микропрограммы. Вы не увидите никаких заметных внешних различий между решениями на контроллере Phison E16 с TLC- и QLC-памятью, и, более того, эти совершенно разные накопители не только используют одинаковый дизайн печатной платы, но и зачастую не различаются и комплектными системами охлаждения.

Поэтому не стоит удивляться, что новый Corsair MP600 Core с QLC 3D NAND очень похож на Corsair MP600 – выпущенный в середине 2019 года TLC-накопитель на базе того же контроллера Phison PS5016-E16. Внешне их можно отличить разве только по цвету радиатора системы охлаждения и по надписям на ней.

Новый Corsair MP600 Core оснащён серым алюминиевым радиатором, в то время как у базовой версии MP600 радиатор был анодирован в чёрный цвет. Впрочем, использование той же системы охлаждения – скорее плюс, чем минус. Благодаря высокому оребрению она имеет неплохую эффективность и обеспечивает достаточный для производимого по 28-нм технологии контроллера PS5016-E16 теплоотвод.

Кроме того, система охлаждения закрывает обе стороны накопителя, отводя тепло и от элементов, расположенных на обратной стороне SSD. И это совсем не лишне — эталонный дизайн накопителя с контроллером PS5016-E16 предполагает установку на плату форм-фактора M.2 2280 сразу семи микросхем, три из которых попадают на её заднюю сторону. Даже взятый нами на тесты Corsair MP600 Core ёмкостью 1 Тбайт нёс на себе полный набор чипов: контроллер, две микросхемы DRAM и четыре микросхемы QLC 3D NAND.

Наибольший интерес здесь вызывает, естественно, флеш-память. Однако её маркировка мало о чём говорит. Phison производит эталонные версии своих SSD, которые затем попадают в накопители партнёров, на предприятиях крупного тайваньского ODM-производителя PTI. Эта компания занимается в том числе и корпусированием флеш-памяти, которую закупает в виде неразрезанных полупроводниковых пластин у Micron и Kioxia. Именно такие микросхемы, которые сделаны на заводах тайваньского подрядчика, стоят в Corsair MP600 Core. В данном случае внутри находятся кристаллы 96-слойной QLC 3D NAND производства Micron. Они имеют ёмкость 1024 Гбит, а значит, в каждой из четырёх микросхем на терабайтном накопителе штабелировано по два полупроводниковых кристалла.

Контроллер Phison PS5016-E16 работает с массивом флеш-памяти по восьми каналам, поэтому в терабайтной версии Corsair MP600 Core к каждому каналу подключено лишь одно устройство NAND. Это дополнительно ограничивает производительность такого накопителя.

Но зато флеш-память – это единственное, на чём разработчики серьёзно сэкономили в MP600 Core. В остальном накопитель выглядит как вполне полноценная модель среднего уровня, и контроллер PS5016-E16 даже снабжён в нём собственной DDR4 SDRAM, которая нужна для буферизации запросов к таблице трансляции адресов. Эта оперативная память в Corsair MP600 Core 1 Тбайт представлена парой микросхем SK Hynix по 512 Мбайт.

Получается, что MP600 Core во многом похож на первоначальный TLC-накопитель Corsair MP600 и по внешнему виду, и по начинке. В новом QLC-варианте не урезан ни объём DRAM, ни контроллер. Чип PS5016-E16 работает с той же частотой 733 МГц и использует все восемь каналов. А система охлаждения на MP600 Core выглядит не хуже, чем у более дорогих SSD.

⇡#Технические характеристики и особенности работы

Phison PS5016-E16 стал первым контроллером для потребительских твердотельных накопителей, где была реализована поддержка PCIe 4.0 x4, однако при этом занять достойное место во флагманских продуктах он всё-таки не смог. Дело в том, что ради скорейшего вывода на рынок этот контроллер был сделан на скорую руку из довольно посредственного чипа PS5012-E12, которому просто заменили внешний интерфейс и увеличили тактовую частоту. Это привело к тому, что полностью задействовать пропускную способность PCIe 4.0 x4 контроллер PS5016-E16 не мог, даже будучи укомплектован быстрой TLC 3D NAND.

Переключение этого контроллера на более медленную QLC 3D NAND должно было дополнительно ухудшить характеристики, однако, если судить по тем показателям, которые декларирует для новой версии платформы E16 сама Phison, производительность пострадала не так уж и сильно.

Казалось бы, производительность Corsair MP600 Core, укомплектованного QLC 3D NAND, должна быть ниже, чем у похожего TLC-накопителя на том же контроллере (например, Corsair MP600) всего на 5-7 %, по крайней мере именно таким образом хотят представить картину разработчики контроллера. Однако есть деталь, которая всё сильно меняет: SSD на контроллере Phison PS5016-E16 с TLC-памятью используют устройства NAND ёмкостью 256 Гбит, а в варианте с QLC 3D NAND эта же платформа оперирует уже 1024-гигабитными устройствами флеш-памяти. Это значит, что SSD с трёхбитовой и четырёхбитовой памятью одинакового объёма будут различаться по скорости не только из-за разной производительности TLC- и QLC-памяти, но и потому, что массив флеш-памяти в QLC-версиях SSD имеет вчетверо более низкую степень параллелизма. Следовательно, близкая производительность вариантов платформы Phison PS5016-E16 с разными типами памяти может иметь место лишь в том случае, когда речь идёт о предельных по ёмкости моделях, где массив флеш-памяти включает максимально допустимое количество устройств NAND. Если же сравнивать между собой модели одинакового объёма, особенно версии на 1 Тбайт, то накопители с QLC 3D NAND легко могут оказаться кардинально медленнее.

Всё это прекрасно прослеживается в паспортных характеристиках Corsair MP600 Core: наилучшую производительность среди всех вариантов обещает 4-Тбайт версия, и именно она ближе всего по характеристикам к Corsair MP600. Рассматриваемый же в рамках обзора наиболее интересный для массового пользователя терабайтник – существенно слабее.

Как видите, разница в производительности 1- и 4-Тбайт версий может достигать трёхкратного размера, если судить по случайному чтению и последовательной записи. И это огромный разрыв — до сих пор в быстродействии накопителей разной ёмкости на платформе Phison E16 такого принципиального различия в характеристиках не наблюдалось.

Использование в составе Corsair MP600 Core флеш-памяти с четырёхбитовой организацией сказывается не только на скорости. Она влияет и на ресурсные показатели. Однако Corsair не побоялась снабдить свой QLC-накопитель пятилетней гарантией, снизив лишь разрешённые объёмы перезаписи. Согласно спецификации, ёмкость MP600 Core разрешается полностью перезаписать в течение жизни 225 раз, что эквивалентно ежедневной записи примерно 12 % от полного объёма SSD.

Зато четырёхбитовая память подарила MP600 Core довольно доступную цену. В российской рознице терабайтная версия стоит примерно 13 тысяч рублей, и это дешевле большинства PCIe 4.0 SSD. Составить конкуренцию такому предложению могут только накопители, построенные на четырёхканальных контроллерах Phison E19T или SMI SM2267, но в них поддержка PCIe 4.0, как правило, носит скорее формальный характер, чего не скажешь про Corsair MP600 Core.

Впрочем, нужно понимать, что сравнительно неплохие скоростные характеристики MP600 Core, как и любого другого накопителя с QLC-памятью, обеспечиваются исключительно технологией SLC-кеширования. За пределами SLC-кеша такие SSD удручающе неторопливы, поэтому от эффективности реализации соответствующего алгоритма зависит очень многое. В MP600 Core в теории заявлен динамический кеш, который позволяет заполнить на высокой скорости до четверти свободного объёма накопителя. Однако практическая реализация кеширования хромает на обе ноги: именно такое ощущение складывается по результатам тестирования скорости копирования файлов на MP600 Core.

Суть эксперимента, который мы проводим с накопителями для оценки работы SLC-кеша, заключается в измерении скорости копирования на SSD средствами Windows крупных файлов в трёх состояниях: на чистый накопитель; на накопитель, заполненный данными наполовину; и на накопитель, на котором свободно лишь 25 % места. Полученные результаты нанесены на график.

Перед нами предстаёт довольно грустная картина: получается, что нормально SLC-кеширование работает лишь на чистом накопителе. Если же значительная часть места на SSD уже занята файлами, то SLC-кеш сжимается до размера в несколько гигабайт – с хорошей скоростью на MP600 Core не удаётся скопировать даже 8-Гбайт файл.

Но это ещё не самое страшное. По-настоящему портят впечатление о платформе Phison E16 с QLC-памятью те абсолютные показатели производительности, которые наблюдаются при файловых операциях. У тестового накопителя объёмом 1 Тбайт скорость записи в SLC-кеш достигает лишь 1,9 Гбайт/с (при обычном для TLC-накопителей уровне 2,4-2,5 Гбайт/с), а при копировании файлов после исчерпания доступного объёма SLC-кеша скорость записи падает до крайне печальных 117 Мбайт/с. Низкая скорость основанного на QLC 3D NAND массива флеш-памяти проявляется и при копировании файлов с MP600 Core. Максимальная скорость чтения в этом случае составляет 1,5 Мбайт/с, что примерно на треть меньше, чем выдают типичные накопители на базе TLC-памяти.

Всё это приводит к тому, что на заполнение файлами терабайтного Corsair MP600 Core придётся потратить около 100 минут – то есть в 5-10 раз больше времени, чем если бы на его месте был NVMe SSD с TLC-памятью. С чтением ситуация немного получше – скопировать все файлы с полностью заполненного MP600 Core можно за 11 минут, в то время как у терабайтных TLC-накопителей на это уйдёт 7-8 минут.

Зато удаление файлов платформа Phison E16 с QLC-памятью обрабатывает быстро. В практическом эксперименте после удаления файла объёмом 64 Гбайт мы увидели лишь секундное увеличение времени отклика SSD и снижение скорости чтения. Как это выглядит в деталях, отображено на следующем графике, где показано быстродействие случайного чтения и его латентность во время исполнения команды TRIM, следующей сразу за удалением файлов.

Тем не менее в сумме все оценочные результаты выглядят так, будто комбинация Phison E16 с QLC-памятью – откровенно неудачное решение. Использование QLC-памяти сильно портит характеристики накопителя, даже если он обладает сравнительно продвинутым контроллером, и кажется, что Corsair MP600 Core будет тяжело выдерживать конкуренцию с TLC-альтернативами, где удешевление идёт за счёт упрощения контроллера и отказа от DRAM-буфера. Впрочем, всё это ещё нуждается в дополнительной проверке в более сложных тестах.

⇡#Программное обеспечение

Corsair трепетно относится к программной поддержке любой своей продукции, и твердотельные накопители – не исключение. Компания давно развивает сервисную утилиту Corsair SSD Toolbox, она подходит и для Corsair MP600 Core.

По возможностям эту утилиту вполне можно отнести к числу неплохих образцов таких программ. Она не только позволяетследить за состоянием здоровья накопителя и проверять параметры S.M.A.R.T., но и может управлять выделением на SSD дополнительного резервного пространства, инициировать передачу контроллеру накопителя пакета команд TRIM, обновлять прошивку и даже клонировать содержимое диска на другой носитель.

Также в Corsair SSD Toolbox предусмотрена специальная функция Secure Wipe для полного стирания всех данных. Однако вместо подачи на накопитель стандартной команды Secure Erase она просто перезаписывает его нулями, что для современных SSD не является надёжным методом уничтожения содержимого, а кроме того, излишне изнашивает накопитель.