Обзор PCIe 4.0-накопителя Silicon Power UD90: Samsung 980 нокаутирован, но WD Black SN770 — нет

Характеристики. Внешний вид и внутреннее устройство

В этом году рынок твердотельных накопителей полон событий. Тут и связанное с кризисом перепроизводства флеш-памяти заметное снижение цен на SSD, и выход очередных флагманских накопителей Samsung и Western Digital, и предстоящее в ближайшее время появление потребительских SSD для шины PCIe 5.0, и много чего ещё. За таким насыщенным потоком новостей легко было пропустить ещё одно явление, которое заметным образом изменило ландшафт в сегменте недорогих потребительских NVMe SSD – переход безбуферных моделей, долгое время считавшихся откровенно компромиссными решениями, на следующую ступень производительности.

Локомотивом быстрого прогресса в сегменте недорогих NVMe SSD, опирающихся в работе на технологию HMB (Host Memory Buffer), стала компания Innogrit, разработавшая четырёхканальный безбуферный контроллер IG5220. Несмотря на кажущуюся простоту, этот чип оказался поразительно силён для своего класса. Основанные на нём PCIe 4.0-накопители не только без особого труда оставляют позади решения вроде Samsung 980, но и нередко способны конкурировать и с моделями с «полноценной» конструкцией, например с мегапопулярным в прошлом Samsung 970 EVO.

Глядя на платформу Innogrit IG5220, зашевелились и другие разработчики. Первой отреагировала Western Digital. Используя фирменную платформу, она быстро спроектировала очень привлекательный по отношению производительности к цене безбуферный накопитель WD Black SN770, который даже немного превзошёл основанные на платформе IG5220 модели.

Не остались в стороне и Phison c Silicon Motion. Они подготовили для бюджетных накопителей нового поколения контроллеры Phison E21T и SMI SM2269XT. Правда, пока эти микросхемы распространены в конечных продуктах не слишком сильно, и про их реальные возможности до последнего времени было известно довольно мало. По поводу Phison E21T можно было лишь сказать, что он попал в накопитель Crucial P3 Plus, где его почему-то совместили с QLC-памятью. А SMI SM2269XT, дополненный QLC 3D NAND, отметился в Solidigm P41 Plus – наследнике Intel 670p, появившемся после того, как Intel продала свой NAND-бизнес компании SK hynix. Но как вы понимаете, ни тот ни другой накопитель не позволяют составить цельное впечатление о возможностях использованных в них контроллеров.

Но время идёт, и микросхемы Phison E21T и SMI SM2269XT понемногу начинают появляться в продуктах других производителей, которые не пытаются экономить на памяти, а нацеливаются на создание быстродействующих безбуферных SSD среднего уровня. И в этом обзоре мы рассмотрим новый накопитель Silicon Power UD90, в котором контроллер Phison E21T наконец-то получил достойную оправу в виде современной и качественной TLC 3D NAND. Производитель обещает, что такой SSD относится к числу безбуферных моделей нового поколения, которые отличает исключительно выгодный баланс между ценой и производительностью, и мы в этом обзоре проверим, насколько это верно.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Ожидать от недорогого накопителя изысканной внешности не приходится, поэтому не вызывает удивления, что Silicon Power UD90 выглядит совершенно обыденно. Это простой PCIe 4.0 SSD в форм-факторе M.2 2280, собранный на односторонней плате и лишённый каких-либо средств охлаждения.

На лицевой стороне SSD размещена наклейка с базовой информацией о модели – её названии, ёмкости и серийном номере. Под наклейкой обнаруживается набор из пяти микросхем и небольшая схема питания.

В центре платы накопителя разместилась микросхема Phison PS5021-E21T. Это довольно простой четырёхканальный безбуферный контроллер, в основе которого лежит одноядерный процессор с архитектурой Cortex R5. Чип производится по современному (по меркам контроллеров SSD) техпроцессу с нормами 12 нм и закрыт никелированной пластиной для лучшего теплоотвода.

Сейчас Phison на своём сайте почему-то приводит характеристики этого контроллера в комбинации с QLC-памятью, но раньше компания делилась и расчётными показателями производительности при работе этого чипа с TLC 3D NAND. Тогда речь шла о скорости до 5,0 Гбайт/с при линейных операциях и производительности до 800 тыс. IOPS – при случайных. Такие числа соответствуют характеристикам Innogrit IG5220 и подтверждают, что с теоретических позиций платформа Phison E21T – современное и добротное массовое решение.

Остальные чипы на плате Silicon Power UD90 – флеш-память. В этом обзоре принимает участие модель ёмкостью 1 Тбайт, и на ней установлены четыре микросхемы, в каждой из которых находится по 256 Гбайт TLC 3D NAND. Их маркировка нам отлично знакома. Cтрока IA7BG94AYA означает, что внутри каждой такой микросхемы упаковано по четыре 512-Гбит чипа 176-слойной TLC 3D NAND компании Micron. То есть Silicon Power для своего накопителя выбрала не просто трёхбитовую память, а одну из лучших разновидностей такой памяти на данный момент. Устройства Micron TLC 3D NAND с успехом применяются во флагманских накопителях на контроллерах Phison PS5018-E18 и Innogrit IG5236, и именно эта память делает их такими быстрыми.

Микросхем DDR3/DDR4 SDRAM на UD90 ожидаемо нет – рассматриваемая модель полагается на технологию HMB. Это значит, что часть таблицы трансляции адресов размещается контроллером накопителя в системной памяти ПК, где для этой цели резервируется 64 Мбайт.

Когда речь идёт о накопителях на контроллерах Phison, почти каждый раз нам приходится напоминать, что все они не только основаны на эталонном дизайне, но и произведены под полным контролем Phison на одном и том же ODM-предприятии. Именно так обстоит дело и в этот раз: авторство дизайна выдаёт центральное расположение контроллера. Инженеры Phison любят прибегать к такому приёму ради более эффективного отвода тепла от основной микросхемы SSD.

⇡#Технические характеристики

Официальная спецификация Silicon Power UD90 сформулирована таким образом, что у производителя имеется огромное пространство для изменения аппаратной начинки. В ней нет явных указаний ни на используемый контроллер, ни на разновидность флеш-памяти. Более того, скоростные характеристики UD90 описаны максимально расплывчато: производитель говорит о линейной скорости в терминах «не выше указанной величины», а о производительности мелкоблочных операций даже не заикается.

Иными словами, нельзя обещать, что UD90 всегда будет основываться на платформе Phison E21T с 176-слойной TLC-памятью Micron. А значит всё, о чём рассказано в этой статье, относится к той версии Silicon Power UD90, которая доступна на прилавках осенью 2022 года.

Чтобы получить показатели производительности, фактически отсутствующие в паспорте рассматриваемого продукта, приходится прибегать к бенчмарку CrystalDiskMark. Напомним, в наших руках побывал терабайтный вариант UD90, и это – самая быстрая его модификация, поскольку в ней четырёхканальный контроллер работает с четырёхкратным чередованием устройств в каждом канале. Таким образом, максимальные скоростные характеристики накопителя на практике выглядят так.

Реальные скорости линейного чтения и записи Silicon Power UD90 составляют 5 и 4,6 Гбайт/с соответственно, немного не дотягивая до обещанных в спецификации максимальных значений. Что касается количества IOPS при случайных операциях с 4-Кбайт блоками, то эти показатели равны 600 и 1100 тыс. при чтении и записи соответственно. Если ориентироваться на скорости лучшего безбуферного накопителя WD Black SN770, то про Silicon Power UD90 можно сказать, что он в целом смотрится вполне на уровне: при чтении чуть медленнее, при записи – побыстрее. Однако это лишь результаты синтетического теста, который мало что говорит о производительности в реальном использовании.

Вполне конкурентоспособно выглядит UD90 и по тем параметрам спецификаций, которые не относятся к производительности. Так, на этот SSD даётся пятилетняя гарантия, а заявленный ресурс вполне типичен для современных потребительских решений среднего уровня, основанных на TLC 3D NAND, – накопитель за время жизни можно полностью перезаписать 600 раз.

По-видимому, Silicon Power ориентировалась на WD Black SN770 и при установке цены. Так, в России терабайтный UD90 стоит примерно 10-11 тыс. рублей. Это немного дешевле накопителя Western Digital, но при этом дороже другого быстрого безбуферного SSD нового поколения – Patriot P400 на контроллере Innogrit IG5220.

⇡#Программное обеспечение

Silicon Power относится к числу производителей SSD, которые считают необходимым снабжать свою продукцию минимальной программной поддержкой. Поэтому для UD90 существует сервисная утилита SP Toolbox.

Впрочем, переоценивать её возможности не стоит, она предлагает лишь самую базовую функциональность. С её помощью можно получить лишь общую информацию о накопителе, просмотреть параметры S.M.A.R.T. и провести простейшую диагностику массива флеш-памяти.

Результаты тестов. Выводы

⇡#Описание тестовой системы и методики тестирования

Silicon Power UD90 как безбуферный PCIe 4.0-накопитель нового поколения логично сравнивать с лучшими образцами в этом классе. Поэтому его основными соперниками станут уже упоминавшиеся WD Black SN770 (на проприетарной платформе) и Patriot P400 (на платформе Innogrit IG5220). Двумя другими важными соперниками UD90 станут Samsung 980, который до недавнего времени считался лучшим SSD без DRAM-буфера, и WD Black SN750 SE, в основе которого лежит прошлая и довольно неудачная безбуферная платформа Phison, E19T.

К перечисленному набору SSD для полноты картины мы добавили ещё пару PCIe 4.0-накопителей с DRAM-буфером, основанных на полноценных восьмиканальных контроллерах, и в результате набор участников тестирования получился следующим.

Конфигурация тестовой системы имела следующий вид:

• Процессор: Intel Core i9-12900K (Alder Lake, 8P+8E-ядер + HT, 3,5-5,3/2,4-3,9 ГГц, 30 Мбайт L3).
• Процессорный кулер: Noctua NH-D15.
• Материнская плата: ASUS ROG Strix Z690-F Gaming WiFi (LGA1700, Intel Z690).
• Память: 2 × 16 Гбайт DDR5-4800 SDRAM, 38-38-38-70 (Kingston Fury Beast KF548C38BBK2-32).

Тестирование выполнялось в операционной системе Microsoft Windows 11 Pro (21H2) Build 22000.282.0 c установленным обновлением KB5008353, исправляющим производительность SSD при операциях случайной записи. В системе использовался драйвер Microsoft Standard NVMe Express Controller 10.0.18362.1.

Накопители для тестов устанавливались в слот M.2, к которому подведены линии PCI Express непосредственно от процессора.

⇡#SLC-кеширование: запись, чтение и удаление файлов

SLC-кеширование – важнейший алгоритм, который в современных накопителях отвечает за ускорение операций записи. Его суть состоит в том, что информация на SSD c TLC- или QLC-памятью сначала записывается в быстром однобитовом режиме, а её уплотнение происходит позднее, в моменты простоя накопителя. Это значит, что современные накопители демонстрируют максимальную скорость лишь на ограниченных объёмах данных, размер которых зависит от конкретной реализации алгоритма SLC-кеширования.

Чтобы выяснить, как это работает на практике и каковы скорости массива флеш-памяти конкретных накопителей при работе в различных режимах, мы проводим тест непрерывной записи файлов на SSD до полного исчерпания его ёмкости с одновременным замером быстродействия. В этом тесте используются стандартные для ОС Windows операции однопоточного копирования файлов на проверяемый SSD (с RAM-диска), а испытание проводится в три прохода: для полностью чистого SSD; для SSD, заполненного данными наполовину; и для SSD, который изначально полон на три четверти.

Кривая скорости записи, полученная для чистого Silicon Power UD90 ёмкостью 1 Тбайт, выглядит вполне обыденно. На ней видны три отчётливых ступеньки. На верхней, обусловленной записью файлов в однобитовом режиме в SLC-кеш, скорость достигает порядка 3,5 Гбайт/с. Такая скорость поддерживается до тех пор, пока на накопителе не заполнится около 250 Гбайт места, после чего происходит спад производительности, связанный с переключением операций записи в трёхбитовый TLC-режим. В этом случае скорость спадает до 1,8 Гбайт/с, что для накопителя с четырёхканальным массивом флеш-памяти выглядит более чем достойно – благодарить за это стоит 176-слойную память Micron. Однако на третьей ступеньке производительность записи падает до крайне низкого уровня – всего порядка 130-150 Мбайт/с. Здесь тормозят работу сразу два обстоятельства: необходимость в уплотнении данных в ячейках, заполненных ранее в SLC-режиме, и нехватка памяти для эффективной работы с полной таблицей трансляции адресов, которая у безбуферного UD90 размещается в специальной области системной памяти ПК и не помещается туда целиком.

Именно последний фактор сильно влияет и на производительность при записи на частично занятый SSD. Например, запись на полузаполненный SSD сразу начинается на низкой скорости по причине того, что в нужный момент в HMB-буфере не оказалось необходимой части таблицы трансляции адресов. Зато когда дело доходит до той части накопителя, таблица для которой уже загружена в системную память ПК, скорость подпрыгивает к куда более приятному показателю 1,8 Гбайт/с. Этот же эффект проявляется и в случае работы с накопителем, полным на 75 %, с той лишь разницей, что высокую скорость в этом случае удаётся ненадолго увидеть на начальном этапе.

Представленные графики позволяют сделать и ещё один вывод: SLC-кеш у Silicon Power UD90 эффективен лишь до тех пор, пока накопитель не будет однократно полностью заполнен данным. После этого кеширование работать перестаёт, и, чтобы оживить этот алгоритм, необходимо прибегать к выполнению процедуры Secure Erase с полным уничтожением хранимых на SSD данных. Такая особенность свойственна многим современным накопителям на контроллерах Phison, включая и флагманский PS5018-E18. Поэтому нет ничего удивительного, что этот же изъян мы наблюдаем и у решения на бюджетном чипе PS5021-E21T.

Итого максимальная скорость записи при обычном копировании файлов на Silicon Power UD90 1 Тбайт в SLC-режиме составила 3,8 Гбайт/с. Это отличный показатель, по которому рассматриваемый SSD сравним как с прямыми соперниками в лице Patriot P400 и WD Black SN770, так и с современными флагманами.

Минимальная скорость записи, которая наблюдается у UD90 в самом худшем случае, составила всего 129 Мбайт/с. Подобный показатель был присущ SSD на платформе Phison E19T, и инженеры Phison в этом отношении ничего не исправили. Поэтому приходится констатировать, что скорость копирования файлов на Silicon Power UD90 может проседать очень и очень заметно – сильнее, чем при копировании файлов на SSD с другими безбуферными контроллерами.

Столь низкая минимальная скорость, которая наблюдается на чуть менее чем половине ёмкости накопителя при его последовательном заполнении данными, приводит к тому, что по средней скорости записи Silicon Power UD90 сильно проигрывает лидерам. Чтобы скопировать на этот терабайтник терабайт файлов, нужно 47 минут, в то время как безбуферные Patriot P400 и WD Black SN770 аналогичного объёма реально забить под завязку менее чем за полчаса. Более того, на диаграмме результат Silicon Power UD90 находится в самом низу – данный SSD проиграл даже WD Black SN750 SE, основанному на безбуферной платформе Phison E19T.

Silicon Power UD90 не может похвастать высокой скоростью и при копировании файлов с него, то есть при чтении. В этом случае он обгоняет лишь WD Black SN750 SE и Samsung 980, но безбуферные накопители нового поколения предлагают более высокую скорость чтения.

Зато при удалении файлов Silicon Power UD90 отличается весьма эффективной работой. Даже если дело доходит до стирания больших объёмов данных (а в практическом эксперименте мы наблюдаем за поведением SSD при удалении восьми файлов по 8 Гбайт), последующее временное снижение производительности почти незаметно.

Глядя на график, трудно не заметить, что платформа Phison E21T отличается довольно большим разбросом латентностей при обращении к данным, что связано с её безбуферной природой. Но на практическом использовании такого SSD в составе ПК это никак не скажется, и беспокоиться по этому поводу вряд ли имеет смысл.

⇡#Производительность комплексных файловых операций

По производительности файловых операций, которые выполняются внутри накопителя, Silicon Power UD90 выглядит неплохо. По меньшей мере он явно быстрее Samsung 980, а значит, его правомерно зачислить в группу безбуферных SSD нового поколения. Однако настигнуть ориентир в лице WD Black SN770 у рассматриваемой новинки не получается, хотя с Patriot P400 на контроллере Innogrit IG5220 она показывает вполне сопоставимые результаты.

Таким образом, по файловой производительности платформа Phison E21T стала значительно лучше предшественницы (Phison E19T), но от лучших образцов безбуферных накопителей она всё-таки отстаёт.

⇡#Производительность в приложениях

Комплексный бенчмарк SPECworkstation, моделирующий работу SSD в составе высокопроизводительной рабочей станции, оценивает Silicon Power UD90 примерно так же, как и файловые тесты. По интегральному результату этот накопитель значительно превосходит служивший долгое время эталоном безбуферных моделей Samsung 980, однако до показателей WD Black SN770 и Patriot P400 он довольно ощутимо недотягивает.

И дело тут не в том, что Silicon Power UD90 плохо переносит какие-то специфические нагрузки. Если посмотреть на его производительность в отдельных сценариях, картина каждый раз будет плюс-минус одинаковой. У платформы Phison E21T банально не хватает мощности, чтобы хотя бы где-нибудь дотянуться до уровня производительности WD Black SN770. Но зато отставание от Patriot P400 не носит фатального характера: в двух из пяти сценариев превосходство оказывается на стороне Silicon Power UD90.

chart 9.png

Смотреть все изображения (5)

chart 10.png

chart 11.png

chart 12.png

chart 13.png

Смотреть все
изображения (5)

⇡#Производительность в играх

Игровой тест 3DMark Storage не преподносит ничего принципиально нового: его результаты хорошо вписываются в картину, сложившуюся по итогам прочих испытаний. Здесь Silicon Power UD90 вновь оказывается лучше наиболее заметных в прошлом безбуферных SSD, но безбуферные модели этого года для него остаются недосягаемы.

Особенно неприятно выглядят результаты, которые получаются при моделировании запуска с Silicon Power UD90 игровых приложений. В такой нагрузке он уступает даже Samsung 980, а его неплохой интегральный показатель в 3DMark Storage главным образом обусловлен сильным выступлением при копировании папки с игрой и при захвате игрового видео.

chart 15.png

Смотреть все изображения (7)

chart 16.png

chart 17.png

chart 18.png

chart 19.png

chart 20.png

chart 21.png

Смотреть все
изображения (7)

⇡#Синтетические тесты: линейные операции

Напомним, в этом разделе мы сравниваем не малоинтересные с практической точки зрения пиковые величины производительности, которые выдаёт CrystalDiskMark, а более близкие к реальной жизни показатели. Для измерений используется IOmeter c нагрузками с глубиной очереди запросов не выше 4 команд – именно с такими операциями SSD приходится иметь дело при работе в ПК.

При линейных операциях скорость Silicon Power UD90 сравнима со скоростью Patriot P400, а значит, рассматриваемый накопитель достаточно далеко ушёл от решений прошлого поколения класса WD Black SN750 SE и Samsung 980.

⇡#Синтетические тесты: мелкоблочные операции

Ещё лучше Silicon Power UD90 выглядит при измерении скорости работы со случайными блоками объёмом 4 Кбайт. Здесь ему удаётся не только оторваться от решений прошлого поколения, но и уверенно обойти Patriot P400. Более того, в двух случаях из трёх безбуферный накопитель на платформе Phison E21T оказывается на диаграмме даже выше «полноценного» Samsung 980 PRO. Впрочем, уместно будет напомнить, что в контроллерах Phison есть специальные оптимизации, направленные на увеличение показателей в синтетических тестах. И здесь они определённо оказали влияние на результаты, например в тесте скорости случайного чтения.

⇡#Температурный режим

В спецификациях контроллера Phison PS5021-E21T сказано, что эта микросхема может рассеивать в среднем 4,6 Вт тепла. Это много. Для сравнения: безбуферный контроллер со сходной производительностью Innogrit IG5220 имеет тепловыделение 2,5 Вт. Поэтому Silicon Power UD90 ощутимо греется под нагрузкой и без применения охлаждения (как минимум без постоянного обдува) довольно быстро доходит до троттлинга.

Максимальная допустимая температура контроллера на UD90 – 80 градусов. Она достигается за три минуты активной работы накопителя. На приведённом ниже графике отображено изменение температуры контроллера, возвращаемой накопителем через S.M.A.R.T., в случае нагрузки из смешанных операций с преобладающим чтением. Пила в правой части графика спровоцирована троттлингом – при нагреве свыше 80 градусов контроллер SSD временно сбрасывает частоту и искусственно снижает скорость работы.

Погрешность внутреннего датчика, показания которого используются в S.M.A.R.T., не слишком большая. Максимальная температура микросхемы PS5021-E21T, зафиксированная тепловизором, составила 86 градусов.

При этом на Silicon Power UD90 сильно нагревается не только контроллер, но и флеш-память. Её температура, судя по тепловому снимку, под нагрузкой может перевалить через 70-градусную отметку.

⇡#Выводы

Silicon Power UD90 в первую очередь интересен тем, что это один из первых накопителей на новом безбуферном контроллере Phison PS5021-E21T, где этот чип выступает под аккомпанемент качественной и быстрой TLC 3D NAND. Пока таких решений очень немного, но в будущем, если учесть открытость разработок Phison, они способны широко распространиться, как, например, произошло с прошлой безбуферной платформой этой фирмы, E19T.

И новая платформа не подвела. По сравнению с предшественницей она представляет собой громадный шаг вперёд. Контроллер Phison PS5021-E21T нарастил свою мощность настолько, что поддержка интерфейса PCIe 4.0 x4 для него теперь не выглядит простой формальностью, как это было в случае с PS5019-E19T. Основанный на нём накопитель Silicon Power при линейных операциях развивает скорость до 5 Гбайт/с в синтетических тестах и порядка 3,8 Гбайт/с – при копировании файлов средствами Windows.

Однако увеличение скоростей последовательных операций – далеко не единственная заслуга платформы Phison E21T. Благодаря ей Silicon Power UD90 оказался полноправным представителем когорты безбуферных SSD нового поколения, которая отличается ощутимо возросшей производительностью в целом. Рассмотренный накопитель заметно опережает не только основанные на Phison E19T решения, но и любые решения на контроллере SMI SM2267, а также популярные безбуферные модели A-брендов вроде Samsung 980 или WD Blue SN570. Проще говоря, Silicon Power UD90 быстрее практически любого SSD без DRAM-буфера, выпущенного в прошлом году или ранее, вне зависимости от того, ориентирован он на шину PCIe 3.0 или PCIe 4.0.

В то же время Silicon Power UD90 – не единственная безбуферная новинка этого года с заметно возросшим уровнем быстродействия. Таких SSD уже существует как минимум несколько, и среди них есть и те, производительность которых явно не хуже. Например, SSD с контроллером Innogrit IG5220 – тесты показывают, что в среднем они немного опережают Silicon Power UD90. Кроме того, не нужно забывать и о существовании WD Black SN770 – недосягаемом лидере в сегменте безбуферных SSD.

Подытожим. С одной стороны, Silicon Power UD90 выглядит неплохим современным решением среднего уровня. Он основан на современных компонентах, оснащён прогрессивной и качественной флеш-памятью и обеспечивает весьма достойное быстродействие. С другой стороны, привлекательность UD90 на фоне альтернатив будет определяться его ценой. Чтобы стать действительно заслуживающим внимания предложением, ему нужно быть дешевле WD Black SN770 и не дороже накопителей на Innogrit IG5220, таких как Patriot P400 (или Viper VPR400), Adata Legend 840 (или XPG Atom 50), HP FX900 и подобных. Пока это, к сожалению, не так. Но всё может поменяться — Silicon Power умеет быстро менять ценники при изменении рыночной конъюнктуры.