Обзор PCIe 4.0-накопителя Samsung 990 Pro: это не тот SSD, который ждали

⇡#Описание тестовой системы и методики тестирования

Совершенно очевидно, что Samsung 990 Pro нужно сравнивать с другими самыми быстрыми PCIe 4.0 SSD, представленными на рынке. Поэтому набор выбранных для него соперников предсказуем. Среди них предшествующий 980 Pro, главный конкурент новинки WD Black SN850X, а также неизменный набор быстрых PCIe 4.0-накопителей, построенных на трёх разных восьмиканальных контроллерах. В итоге в тестировании приняли участие семь SSD, информация о которых приведена в таблице.

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 могут демонстрировать высокие скорости 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.

Samsung называет свой алгоритм SLC-кеширования маркетинговым термином Turbo Write. По сути это гибридный SLC-кеш, который имеет фиксированную составляющую и динамически изменяемый довесок, состоящий из переведённых в SLC-режим TLC-ячеек. В 990 Pro этот алгоритм получил название Turbo Write 2.0, но его принципы не изменились, увеличились лишь объёмы SLC-кеша. У накопителя ёмкостью 1 Тбайт фиксированная часть кеша составляет 6 Гбайт, а динамическая — может доходить до 108 Гбайт. У 2-Тбайт версии эти значения равны 10 и 216 Гбайт соответственно.

На графике ниже, построенном для Samsung 990 Pro 1 Тбайт, видно, что на пустой SSD с высокой скоростью можно записать до 114 Гбайт данных. Динамическая часть SLC-кеша остаётся в полной мере доступна и на частично заполненном накопителе. Даже если данными занято три четверти пространства, на терабайтный 990 Pro с высокой скоростью остаётся возможным записать порядка 100 Гбайт информации. Однако скорость записи после исчерпания ёмкости SLC-кеша по мере заполнения накопителя данными снижается. Это связано с тем, что перевод динамической части кеша в TLC-режим, которым на заполненном данными накопителе нужно заниматься значительно активнее для освобождения пространства, отнимает у контроллера Samsung 990 Pro ощутимую часть ресурсов.

Здесь стоит заметить и то, что массив флеш-памяти, построенный на 176-слойной TLC 3D V-NAND компании Samsung, не выглядит очень быстрым. Если смотреть на максимальную скорость однопоточной записи, которая достигается в SLC-режиме, то 990 Pro 1 Тбайт, хоть и выигрывает у своего предшественника, предложить производительность выше, чем даёт 176-слойная память Micron в конкурирующих накопителях, не может.

При измерении минимальной скорости записи в TLC-режиме Samsung 990 Pro снова остаётся без первого места. В этом случае он проигрывает своему предшественнику, 980 Pro. Впрочем, удивляться этому не приходится. Достаточно вспомнить, что в новом накопителе используются 512-Гбит чипы, а значит, степень параллелизма массива флеш-памяти уменьшилась.

Тем не менее по средней скорости записи по всей ёмкости Samsung 990 Pro эквивалентен 980 Pro и опережает накопители на всех прочих платформах. Для того чтобы забить под завязку файлами новый терабайтник Samsung, нужно потратить всего 8,5 минуты.

При однопоточном чтении файлов относительный результат Samsung 990 Pro немного похуже. Он работает почти так же быстро, как предшественник, и это значит, что в данном случае снижение параллелизма массива флеш-памяти вполне скомпенсировалось её ускорением. В то же время среди актуальных моделей SSD есть и более быстрые модели. Иными словами, с точки зрения простого копирования файлов средствами Windows новый Samsung 990 Pro нельзя назвать однозначным лидером. Предлагаемая им скорость хороша, но не более того: никакого принципиального отрыва от уже имеющихся на рынке флагманских моделей он предложить не может.

А вот где новинка Samsung неизменно сильна, так это при обслуживании операций удаления файлов. Как и предшественник, 990 Pro умеет полностью незаметно для пользователя очищать флеш-память и проводить сборку мусора. Поэтому запинки после стирания значительных объёмов информации — это не про 990 Pro. Для иллюстрации ниже показана производительность мелкоблочного чтения сразу после высвобождения на SSD 64 Гбайт данных, и на этом графике не видно никаких провалов.

Более того, в Samsung 990 Pro инженеры смогли устранить и всплески латентности, которые в аналогичных условиях наблюдаются в 980 Pro.

⇡#Производительность комплексных файловых операций

При копировании файлов внутри накопителя Samsung 990 Pro удаётся показать наилучшую среди всех соперников производительность, но его преимущество перед 980 Pro носит символический характер. Однако при несимметричных операциях ситуация иная. В случае архивации файлов новый 990 Pro заметно проигрывает и своему предшественнику, и WD Black SN850X. А при разархивации результат как у Samsung 980 Pro новый 990 Pro выдаёт только в специальном режиме повышенной производительности Full Performance Mode (на диаграммах он обозначен аббревиатурой FPM). В обычном же состоянии он заметно медленнее и сравним по скорости с накопителями на платформе Phison E18.

Суммируя всё это, остаётся заключить, что с точки зрения обычных файловых операций Samsung 990 Pro совсем не лучше своего предшественника, и звания самого быстрого PCIe 4.0 SSD он не заслуживает.

⇡#Производительность в приложениях

Бенчмарк SPECworkstation 3.1 оценивает производительность накопителей, моделируя нагрузки, характерные для рабочих станций. И как видно из результатов, Samsung 990 Pro очень хорошо подходит для использования в тяжёлых профессиональных приложениях. Здесь новый SSD южнокорейской компании может похвастать не только максимальным на данный момент результатом, но и заметным превосходством над другими PCIe 4.0 SSD, которые мы ранее относили к классу флагманов. Например, весьма показательно, что распространённая платформа Phison E18, как и накопитель WD Black SN850X, оказались медленнее Samsung 990 Pro более чем на 40 %.

Графики, построенные на основе результатов в различных сценариях, позволяют понять, за счёт чего Samsung 990 Pro совершил такой мощный рывок. Новинка «выстрелила» при двух вариантах нагрузки: при работе с мультимедийным и 3D-контентом и в специализированных приложениях для решения задач из сферы естественных наук.

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

А вот лучший SSD для игр из Samsung 990 Pro не получился. Новый накопитель стал значительно быстрее Samsung 980 Pro и обошёл все SSD на общедоступных платформах, но лидера в этой дисциплине в лице вертикально интегрированного WD Black SN850X догнать не смог. Даже при включении специального режима максимальной производительности, который дополнительно и весьма заметно наращивает геймерское быстродействие 990 Pro, он лишь настигает, а не обгоняет флагманский SSD компании Western Digital.

А если посмотреть на составляющие, из которых складывается результат в 3DMark, становится понятно, что звания лучшего SSD для игр Samsung 990 Pro не заслуживает даже с учётом режима Full Performance Mode. Дело в том, что в тех операциях, которые интересуют геймеров в первую очередь, а именно при загрузке игр с накопителя, Samsung 990 Pro уступает WD Black SN850X.

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 для пользователей пиковые величины производительности, которые выдаёт CrystalDiskMark, а приближенные 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.

Samsung 990 Pro показывает относительно слабый результат при линейном чтении, средний — при линейной записи и довольно высокий — в случае смешанных операций. Причём в случае чтения он заметно проигрывает своему предшественнику, что обусловлено переходом новинки на использование устройств NAND объёмом по 512 Гбит и снижением параллелизма массива.

⇡#Синтетические тесты: мелкоблочные операции

Samsung 990 Pro не блещет высокими показателями и при случайных операциях с 4-Кбайт блоками. Он определённо стал быстрее своего предшественника, но до лидерства ему далеко. Несмотря на все победные реляции Samsung, никакого принципиального отрыва от накопителей других производителей 990 Pro не демонстрирует.

⇡#Температурный режим

Нагрев SSD во время работы зависит главным образом от двух факторов: от техпроцесса, по которому сделан его контроллер, и от производительности. Первый параметр у Samsung 990 Pro остался тем же, что и в 980 Pro. Новый чип Pascal, как и предшествующий Elpis, выпускается по 8-нм нормам, хотя некоторые контроллеры для SSD компания Samsung уже перевела на 5-нм техпроцесс. Производительность же Samsung 990 Pro стала выше, поэтому закономерно, что новый накопитель получился более горячим.

На приведённой ниже термограмме, сделанной во время активной работы 990 Pro, виден нагрев чипа Pascal до 95 градусов, при этом максимальная температура, которую мы фиксировали у контроллера Samsung 980 Pro, составляла лишь 80 градусов. Сильнее стала разогреваться и флеш-память. Чипы 176-слойной TLC 3D V-NAND достигают температуры в 85 градусов.

Любопытно, что при этом Samsung говорит о полуторакратном превосходстве 990 Pro над предшественником в энергоэффективности. Но оставим это заявление на совести производителя, возможно, оно основано на показателях температуры, которые новый накопитель сообщает о себе сам посредством S.M.A.R.T. А они довольно ощутимо занижаются: разогревшись до 95 градусов, SSD сообщает, что его температура достигла лишь 83 градусов.

Представленный далее график показывает изменение возвращаемой в S.M.A.R.T. температуры SSD при пятиминутной смешанной нагрузке с преобладанием чтения.

Хотя график выглядит гладким, без троттлинга здесь не обходится. Защитный температурный механизм включается у Samsung 990 Pro при 83 градусах. То есть получается, что при непрерывных нагрузках высокую производительность этот SSD способен выдавать не более чем две с половиной минуты.

Впрочем, нужно иметь в виду, что этот результат получен при эксплуатации SSD без дополнительных средств охлаждения. Очевидно, что при его установке в плату, оснащённую радиатором слота M.2, быстрый перегрев накопителю грозить не будет. Для тех же случаев, когда такой радиатор у материнской платы отсутствует, Samsung готова предложить версию накопителя с собственной системой охлаждения.

⇡#Выводы

Как следует из всего сказанного выше, Samsung 990 Pro нельзя назвать прорывным накопителем. Для того чтобы стать настоящим «королём рынка», ему не хватает поддержки шины PCIe 5.0, да и никакой фантастически высокой производительности он, честно говоря, не показал. Куда правильнее говорить о нём как об эволюционном обновлении Samsung 980 Pro, получившемся благодаря оптимизации базового контроллера и переезду на следующее поколение флеш-памяти.

При этом комбинация новых компонентов не всегда даёт однозначно положительный результат. В ряде случаев, например при обычных файловых операциях, Samsung 990 Pro не быстрее своего предшественника, который выигрывает благодаря более широкому параллелизму массива флеш-памяти.

В то же время новый контроллер Pascal явно мощнее прошлого Elpis, и при сложных смешанных нагрузках Samsung 990 Pro действительно выглядит неплохо. Свои способности он наилучшим образом продемонстрировал в профессиональном тесте SPECworkstation, ориентированном на сравнение компонентов для рабочих станций. И этот результат хорошо показывает, кому должна приглянуться новинка Samsung.

Что касается геймерских конфигураций, то для них лучшим выбором остаётся WD Black SN850X, однако нужно оговориться, что с появлением игр, опирающихся на библиотеку Microsoft DirectStorage, ситуация может поменяться. В них в пользу Samsung 990 Pro способны сыграть высокие показатели IOPS при глубокой очереди запросов. Но проверить это предположение пока невозможно.

Честно говоря, от нового накопителя Samsung мы ожидали большего. В памяти ещё свежи воспоминания о продуктах серий 960 или 970, которые покоряли недосягаемые для других продуктов вершины производительности. С переходом на PCIe 4.0 разработка накопителей у Samsung стала стагнировать. Да, они всё ещё хороши, но ситуации, когда SSD под маркой Samsung на голову превосходят любые альтернативы, больше не наблюдается.

В целом Samsung 990 Pro можно охарактеризовать как ответ южнокорейского гиганта на расплодившиеся быстрые накопители с контроллерами Phison и Innogrit, которые оспаривали, и небезосновательно, первенство 980 Pro в быстродействии. Теперь Samsung поставила их на место: пошатнуть позиции 990 Pro никакой SSD на контроллере Phison E18 не сможет. Проблема лишь в том, что превосходство новинки Samsung нельзя назвать непоколебимым, а у той же Phison на подходе новая платформа, которая имеет шансы снова сместить 990 Pro с пьедестала.