Vertex 4 — новый флагманский SSD от OCZ

⇡#Введение

Как известно, в прошлом году OCZ приобрела компанию Indilinx, разработчика NAND-контроллеров, известного благодаря неплохим для своего времени чипам Barefoot. Тем самым OCZ получила потенциальное преимущество над основной массой производителей SSD и относительную независимость от продукции SandForce, которую сейчас используют почти все кому не лень.

Первый плод совместного предприятия, OCZ Octane, увидел свет еще в ноябре. Это относительно недорогой, «мейнстримовый» накопитель, основанный на контроллере Everest, работа над которым началась еще до поглощения Indilinx. Нам еще предстоит его протестировать, но прежде — более интересная новинка, топ-модель на контроллере Everest 2, в создании которого OCZ уже принимала самое непосредственное участие.

Собственно, чем интересен Everest 2, помимо той выгоды, которую он сулит бизнесу OCZ? Об архитектуре процессора известно лишь то, что он поддерживает восемь каналов памяти и работает на частоте 400 МГц. Для производства чипа используется техпроцесс 65 нм. Everest 2 с текущей прошивкой совместим с 25-нанометровой памятью стандарта ONFi 2 (читай: производства IFMT), но уже ведется тестирование чипов Intel 20 нм и Toggle-Mode DDR 24 нм. Контроллер хорошо подготовлен к более «тонкой», а значит, менее надежной памяти. Механизм коррекции ошибок (ECC) в Everest 2 может исправить 128 случайных бит на 1 Кбайт данных, чего вполне достаточно для микросхем 20 и даже 1X нм.

В Vertex 4 контроллер работает в связке с памятью DDR3 объемом аж 1 Гбайт. SSD с таким большим буфером нам до сих пор еще не попадался. Пока что все модификации Vertex 4 будут комплектоваться именно таким объемом, но в будущем моделям 128 и 256 Гбайт оставят только 512 Мбайт буферной памяти. OCZ не скрывает, что в буфере кешируются пользовательские данные, это потенциально делает накопитель менее отказоустойчивым по сравнению с SSD на базе контроллеров Intel или SandForce (последний вообще обходится без буфера).

Все данные Everest 2 зашифровывает на лету по стандарту AES-256, хотя, судя по всему, пользователь это никак не обнаружит, пока не установит пароль на загрузку в BIOS, а вместе с ним — ATA password. Увы, шифрование есть во многих SSD, но полноценной поддержки на уровне ОС и какого-либо человеческого интерфейса для управления ключом мы по-прежнему лишены.

Наконец, Everest 2 поддерживает избыточную запись наподобие RAID, благодаря которой накопитель может пережить выход из строя по меньшей мере одного NAND-чипа без потери данных. В Vertex 4 эта функция не используется, но в будущих enterprise-моделях OCZ наверняка будет.

А теперь самое главное. В Everest 2 существенно снижен уровень write amplification, но, в отличие от контроллеров SandForce, без применения компрессии/дедубликации. Более того, Vertex 4 существенно превосходит Vertex 3 и другие SSD на базе SandForce SF-2281 по скорости произвольного чтения. Максимум для чтения и записи — 95 000 и 85 000 оп/с соответственно против 60 000 и 85 000 у Vertex 3. Производительность Everest 2 не зависит от паттерна данных. В то же время SandForce достигает пиковых значений лишь тогда, когда данные легко сжимаются. В противном случае скорость SandForce резко падает, а Everest 2 остается на высоте.

А вот последовательное чтение и запись у Vertex 4 более медленные, чем у предшественника. Максимум — 535 и 475 Мбайт/с соответственно против 550 и 500 Мбайт/с. Причем скорость записи сильно меняется в зависимости от объема накопителя: у младшей модели на 128 Гбайт она более чем вдвое меньше по сравнению со старшей, на 512 Гбайт. 200 Мбайт/с — это, право же, слишком мало для топового SSD в 2012 году. Тем более обидно, что 128 Гбайт сегодня — это самый выгодный и ходовой объем.

Нам прислали на тестирование две старшие версии объемом 256 и 512 Гбайт. Познакомимся с ними поближе.

⇡#Цены, комплект поставки

Рекомендованные розничные цены на модификации Vertex 4 объемом 128, 256 и 512 Гбайт составляют 179, 349 и 699 долларов. Модели объемом 64 Гбайт, судя по всему, не будет, а в будущем появится терабайтная версия. На Vertex 4 производитель установил гарантийный срок в 5 лет.

Комплект поставки точно такой же, как у Vertex 3: бумажная документация, стикер для корпуса и адаптер на 3,5 дюйма с набором винтиков.

⇡#Конструкция

Накопитель выполнен в полностью металлическом корпусе, за счет которого и охлаждается контроллер, отдавая тепло через термопрокладку.

Плата выглядит необычно по сравнению с тем, что мы видели в других SSD. Контроллер расположен не рядом с разъемом SATA, а посередине платы и развернут под углом 45°. На верхушке платы есть разъем непонятного назначения, похожий на mSATA.

Микросхемы NAND распаяны на обеих сторонах платы. В модификации объемом 256 Гбайт используются чипы с двумя кристаллами в упаковке, в модификации на 512 Гбайт — четыре кристалла (NAND-устройства). Рядом расположены несколько мелких микросхем, которые, судя по всему, выполняют чередование NAND-устройств на каналах контроллера.

Vertex 4 объемом 256 Гбайт

Vertex 4 объемом 512 Гбайт

⇡#Методика тестирования

Для тестирования накопителей мы используем два популярных бенчмарка: HD Tune Pro 4.60 и Iometer 1.1.0 RC1. Первая программа дает упрощенную оценку основных аспектов производительности, а вторая применяется для более подробных и точных измерений. В дополнение к синтетическим тестам мы измеряем скорость копирования файлов на диске, разбитом на разделы, и время архивации/извлечения данных с помощью WinRAR 3.93 X64.

При тестировании твердотельных приводов блоки из нескольких бенчмарков перемежаются очисткой содержимого диска с помощью TRIM. Кроме того, данные, которые записываются на диск перед каждым обнулением, рассчитаны таким образом, чтобы не превысить его доступный пользователю объем. В сочетании с алгоритмами компрессии данных, которые используются в современных контроллерах SSD, эти меры предотвращают падение скорости записи по мере выполнения тестовых нагрузок.

Вот полный список тестов.

HD Tune Pro

1. Линейное чтение и линейная запись блоков по 64 Кбайт в пределах небольших диапазонов адресов, расположенных равномерно во всем объеме диска.


2. Произвольный доступ к данным во всем объеме диска с использованием блоков размером 4 Кбайт.

Текущая версия бенчмарка — 4.61.

Iometer 1.1.0 RC1

1. Линейное чтение (запись) данных с использованием блоков данных размером от 512 байт до 2 Мбайт и глубиной очереди запросов, равной четырем. Тест с блоками каждого размера продолжается в течение одной минуты, поэтому полученные результаты справедливы лишь для доступа к данным в «начале» диска. Благо у SSD скорость чтения и записи одинакова во всем объеме накопителя. Результатом теста являются график зависимости скорости передачи данных от размера блока и среднее значение скорости.


2. Произвольное чтение (запись) данных во всем объеме диска с использованием блоков данных размером от 512 байт до 2 Мбайт и глубиной очереди запросов, равной четырем. Тест с блоками определенного размера продолжается в течение 30 секунд. В результате выводится график зависимости производительности от размера блока и ее среднее значение. Границы блоков данных выравниваются относительно «линейки» с шагом 4 Кбайт. Т.к. SSD-накопители считывают и записывают информацию в виде т.н. страниц именно такого или кратного размера, выравнивание нагрузки позволяет избежать ситуаций, когда для чтения или записи одного логического блока требуется использовать дополнительные страницы.


3. Произвольное чтение (запись) данных во всем объеме диска с использованием блоков данных по 512 байт и глубиной очереди запросов, равной единице. Тест идет в течение 10 минут, поэтому большую часть времени дисковый буфер оказывается заполненным, что дает возможность оценить устоявшееся время отклика накопителя. Блоки данных в этом тесте также выровнены относительно 4-килобайтной «сетки».


4. Многопоточная нагрузка. В ходе этого теста с диском одновременно работают от одной до четырех копий тестовой утилиты (workers, в терминологии Iometer), выполняющих последовательное чтение (запись) блоков данных размером 64 Кбайт с глубиной очереди запросов, равной единице. Каждая копия имеет доступ к данным в отдельном адресном пространстве объемом 16 Гбайт. Адресные пространства расположены в объеме диска вплотную друг к другу, начиная с нулевого сектора. Измеряется совокупная производительность всех тестовых утилит.


5. Компрессия данных. Сравнивается скорость линейной записи блоков по 128 Кбайт с глубиной очереди в четыре запроса, с одной стороны — при использовании повторяющихся данных, с другой — с данными, выбранными случайным образом. Случайные данные мало подвержены сжатию, и этот тест показывает, какой бонус к производительности дает компрессия тем накопителям, в которых она применяется.

⇡#Копирование файлов

Для проведения тестов с реальными данными диск разбивается на два раздела объемом 16 Гбайт, расположенные вплотную друг к другу без отступа от «начала» диска. Разделы форматируются в файловой системе NTFS с размером кластера по умолчанию.

Тестовая нагрузка заключается в копировании набора файлов в пределах раздела, а затем — на соседний раздел. Измеряется время выполнения каждой операции и вычисляется средняя скорость передачи данных.

Тестовые пакеты состоят из файлов различного размера: в первом пакете есть лишь один огромный файл, второй пакет включает файлы размером около 10 Мбайт, а в третий входит содержимое каталога System32 операционной системы Windows Server 2008 R2 (в двойном объеме — для увеличения надежности теста), которое представляет собой тысячи мелких файлов. Чтобы создать одинаковые условия для накопителей с «онлайновой» компрессией и без нее, в тестовых пакетах используются данные с одинаковой структурой: файлы большого и среднего объема представляют собой RAR-архивы мелких файлов, созданные без компрессии. В таблице ниже приведены характеристики каждого пакета. Для повышения надежности измерения тест выполняется пять раз, и выбираются средние значения результатов.

WinRAR 3.93 X64

Для того чтобы оценить быстродействие диска при работе с архиватором, пакет файлов Windows из предыдущего теста, скопированный на первый (от «начала» диска) раздел подопытного накопителя, упаковывается при помощи WinRAR со степенью сжатия по умолчанию. Архив создается на том же разделе, где находятся исходные файлы, а затем распаковывается туда же в отдельный каталог. Измеряется время выполнения каждой операции.

Выносливость SSD

Производительность твердотельного привода падает по мере его заполнения данными. Сохранять форму накопителю помогают компрессия данных и алгоритмы удаления «мусорных» данных. Для оценки эффекта от этих мер мы с помощью Iometer в течение 30 минут бомбардируем накопитель произвольными запросами на запись блоков по 4 Кбайт с глубиной очереди 32. Данные для записи генерируются случайным образом, чтобы затруднить компрессию, которую может выполнять контроллер. Затем процедура продляется еще на полтора часа. У свежего привода и после обоих циклов заполнения измеряется скорость произвольной записи 4-килобайтных блоков при глубине очереди в 4 запроса, с использованием как повторяющихся, так и случайных данных.

Также представляет интерес результативность очистки SSD с помощью команды TRIM, которую в нашем тесте выполняет встроенная в Windows 7 и Windows 2008 R2 утилита форматирования.

В этом тесте за небольшое время имитируется «износ» накопителя, который происходит в процессе длительной (и весьма интенсивной) повседневной эксплуатации. Побеждают модели с эффективной компрессией данных, большой объем также дает преимущество в этом тесте.

PCMark 7

Синтетический тест, эмулирующий нагрузку реальных приложений и различные паттерны использования ресурсов ПК. Бенчмарк установлен на основном накопителе стенда. На тестируемом накопителе создается единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объем, и в PCMark 7 проводится тест Secondary Storage. В качестве результатов теста учитывается как итоговый балл, так и скорость выполнения отдельных субтестов.

⇡#Тестовый стенд

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой MSI 890GXM-G65 и процессором AMD Phenom II X2 560 Black Edition. Диск подключался к контроллеру, встроенному в чипсет платы, и работал в режиме AHCI. Операционная система — Windows 7 X64.

Участники тестирования

• OCZ Vertex 4 512 Гбайт (VTX4-25SAT3-512G)
• OCZ Vertex 4 256 Гбайт (VTX4-25SAT3-256G)
• OCZ Vertex 3 480 Гбайт (VTX3-25SAT3-480G)
• Intel SSD 520 240 Гбайт (SSDSC2CW240A3K5)
• Plextor M3 Pro 256 Гбайт (PX-256M3P)
• Plextor M2S 256 Гбайт (PX-256M2S)

⇡#Производительность, синтетические тесты

Последовательное чтение, HD Tune Pro

• Результаты обеих модификаций Vertex 4 далеки от заявленных значений и приличествуют скорее интерфейсу SATA 2, чем SATA 3. Все соперники в этом тесте работаю гораздо быстрее.

Последовательная запись, HD Tune Pro

• Здесь все наоборот. Даже несмотря на то, что у Vertex 4 объемом 256 Гбайт паспортная скорость линейной записи относительно невелика.
• Оба Vertex 4 мало различаются по результатам и существенно превосходят всех конкурентов.

Последовательное чтение, Iometer

• Тест Iometer подтвердил разочаровывающие результаты HD Tune. Скорость линейного чтения у Vertex 4 немногим выше 200 Мбайт/с. Все соперники работают как минимум вдвое быстрее. Похоже, что Vertex 4, в отличие от остальных SSD, которые мы тестировали ранее (даже RevoDrive 3X2!), недостаточно очереди в четыре команды, чтобы выйти на пиковую производительность в этом тесте.

Последовательная запись, Iometer

• В тесте на запись Vertex 4 вполне конкурентоспособен. Версия на 512 Гбайт уступает только SSD на базе SandForce SF-2281.
• Модель объемом 256 Гбайт заметно медленнее, но все еще составляет достойную конкуренцию приводам на контроллере Marvell.

Время отклика, HD Tune Pro

• Время отклика Vertex 4 чуть меньше, чем у SSD на SandForce SF-2281, хотя о значимой разнице при таких мелких абсолютных величинах говорить не приходится.

Устоявшееся время отклика, Iometer

• Отрадно, что время отклика Vertex 4 остается небольшим даже после продолжительной атаки запросами на произвольный доступ, так что полученный результат нельзя списать лишь на быстрый буфер DDR3 SDRAM.

Произвольное чтение, Iometer

• Если сравнивать Vertex 4 объемом 512 Гбайт и Vertex 3 на 480 Гбайт, то при размере блока вплоть до 4 Кбайт их быстродействие не различается, но по мере дальнейшего увеличения блоков Vertex 3 получает значительное преимущество.
• График Vertex 4 на 256 Гбайт практически совпадает с графиком версии на 512 Гбайт. На блоках до 4 Кбайт включительно он гораздо быстрее, чем Intel SSD 520 схожего объема, а потом уже серьезно отстает.
• Plextor M3 Pro на платформе Marvell с быстрой памятью также гораздо производительнее, чем Vertex 4 на 256 Гбайт, при работе со средними и крупными блоками.

• Если взглянуть на график со скоростью в Мбайт/с, то видно, что все участники тестирования, кроме Plextor M2S, идут вровень на блоках от 0,5 до 4 Кбайт, а дальше все конкуренты рано или поздно оставляют Vertex 4 далеко позади. Сказывается недостаток линейной скорости при такой, казалось бы, вполне реалистичной очереди команд.

Произвольная запись, Iometer

• Вот здесь результат Vertex 4 в оп/с великолепен. Вплоть до блоков от 32 Кбайт и больше все конкуренты, помимо Intel SSD 520, остаются позади.

• По количеству Мбайт/с 512-гигабайтная версия Vertex 4 существенно отстает от SSD на SandForce лишь в диапазоне 32—512 Кбайт и опережает все приводы на платформе Marvell.
• Vertex 4 объемом 256 Гбайт начиная с 32 Кбайт отстает и от SSD на SandForce, и от Plextor M3 Pro, но скорость все равно весьма высокая.

Многопоточное чтение, Iometer

• Обе версии Vertex 4 вяло реагируют на увеличение количества потоков, в то время как большинство конкурентов демонстрируют бодрый прирост быстродействия.

Многопоточная запись, Iometer

• Скорость Vertex 4 в модификации на 256 Гбайт по-прежнему мало зависит от числа потоков.
• 512-гигабайтная версия становится заметно быстрее при появлении второго потока.

PCMark 7

• По общему баллу обе версии Vertex 4 отстали от Vertex 3 и прочих конкурентов, помимо Plextor M2S, но разница невелика.

• PCMark 7 не обнаруживает значимой разницы между участниками тестирования во всех субтестах, помимо запуска приложений.
• Здесь Vertex 4 немного уступил моделям на базе SandForce SF-2281 и побольше — накопителю Plextor M3 Pro.
• Позади Vertex 4 остался только Plexor M2S.

⇡#Производительность, реальные задачи

Копирование файлов, в пределах раздела

• Старший Vertex 4 успешно конкурирует с Vertex 3 и Intel SSD 520 при копировании крупных файлов. Младший по этому показателю не быстрее Plextor M2S.
• Скорость копирования средних и мелких файлов у модификаций Vertex 4 различается не столь сильно и приблизительно соответствует результатам Plextor M3 Pro.

Копирование файлов, с раздела на раздел

• Результаты такие же, за тем исключением, что старший Vertex 4 теперь подтянулся по скорости копирования средних файлов до уровня Intel SSD 520 и Plextor M3 Pro, а младший по этому признаку может сравниться лишь с Plextor M2S.

WinRAR

• В этом тесте нет сколько-нибудь значимой разницы между обеими версиями Vertex 4, Vertex 3 и Plextor M3 Pro.
• Intel SSD 520 и Plextor M2S быстрее справляются с распаковкой архива.

Компрессия данных

• При записи повторяющихся данных накопители на SandForce SF-2281 лидируют, но при записи рандомизированных данных обе модификации Vertex 4 уже легко опережают их.

Выносливость SSD

• У Vertex 4 нет компрессии данных, которая бы маскировала проседание скорости записи повторяющихся данных после заполнения массива памяти, как происходит в случае с моделями на SandForce SF-2281.
• Но, в отличие от них, у Vertex 4 есть команда TRIM, которая мгновенно восстанавливает производительность до исходного уровня.

⇡#Выводы

Новый Vertex оказался довольно-таки специфическим и неоднозначным продуктом. У него есть неоспоримое преимущество перед Vertex 3 и другими накопителями на контроллере SandForce SF-2281: скорость записи не зависит от степени сжатия данных. Поэтому если данные плохо сжимаются, то по скорости записи Vertex 4 будет впереди. Кроме того, он мгновенно реагирует на команду TRIM, и производительность заполненного привода полностью восстанавливается.

Vertex 4 успешно соревнуется с Vertex 3, Intel SSD 520 и прочими в скорости произвольной записи даже в наиболее благоприятных для SandForce SF-2281 условиях. Последовательная запись не столь быстрая, как на SandForce, хотя тоже находится на весьма высоком уровне.

Что касается чтения, то низкая латентность помогает Vertex 4 достигать большого числа операций в секунду и конкурентоспособной скорости передачи при произвольном чтении блоков до 4 Кбайт. При передаче более крупных блоков Vertex 4 уже заметно проседает, так как скорость линейного чтения весьма низкая даже при достаточно большой для десктопа очереди в четыре команды. Чтобы она приблизилась к паспортным значениям, требуется увеличить очередь. Получается, что (в теории) Vertex 4 не столь хорош в качестве накопителя для клиентских ПК, но «оптимизирован» для серверов баз данных и подобных применений, для которых характерно большое количество мелких запросов на произвольный доступ. Кроме того, есть большой подвох в спецификациях Vertex 4 разного объема: чем больше накопитель, тем выше скорость линейной записи. Большая разница не только есть на бумаге, но и регистрируется тестами.

Но не поймите нас превратно. На практике Vertex 4 в целом успешно конкурирует и с Vertex 3, и с новыми SSD на контроллере Marvell. Главное — не поддаваться магии цифр: Vertex 4 не только не однозначно лучше, чем Vertex 3, но кое в чем даже хуже. Он просто другой, и нужно понимать его специфику, которая описывается тремя тезисами:

• Не зависит от компрессии данных.
• Хорошо справляется с линейной и произвольной записью.
• Для быстрого чтения требует большой нагрузки.

Кстати, забегая вперед, к будущему тесту OCZ Octane, отметим, что у него нет такой зависимости от очереди команд, хотя контроллеры похожи. Может быть, OCZ сумеет решить проблемы Vertex 4 в будущих версиях прошивки?

Дополнение. По сообщению коллег с сайта anandtech.com, контроллеры Everest и Everest 2 на самом деле представляют собой перемаркированный Marvell 88SS9174 — один из наиболее распространенных ныне контроллеров, который используется в Intel SSD 510, Crucial RealSSD m4, накопителях Plextor и т.д. Кремний точно такой же, но Indilinx создала эксклюзивную прошивку, и работает чип на повышенных частотах по сравнению с общедоступной версией.

Anandtech утверждает, что информация получена от самой OCZ. И это объясняет, каким образом OCZ удалось выпустить два новых контроллера за столь недолгий срок после приобретения Indilinx. К тому же есть вероятность, что Everest 2 создан на основе более свежего чипа Marvell 88SS9187, который только успели официально представить 14 марта.

Между тем, все это еще не означает, что OCZ не работает над собственным контроллером. В конце концов, у Indilinx есть богатый опыт в этой области, и что-то такое мы еще наверняка увидим.