Обзор SSD Plextor M6e: PCI Express начинает и выигрывает

⇡#Введение: от SATA — к PCI Express

Ситуация на рынке производительных твердотельных накопителей для настольных компьютеров всё больше и больше походит на застой. 3DNews регулярно публикует обзоры новых потребительских SSD, но ни в одном из последних материалов нам так и не удалось радостно заключить: «Вот он, новый лидер!» Да что там из последних — про накопители, которые могут называться быстрейшими SSD для десктопов, мы не писали обзоров уже почти год. А это значит, что за целый год их скорость нисколько не подросла. Прогресс в быстродействии остановился, а все вновь выходящие продукты ставят своей целью конкуренцию с уже имеющимися SSD за счёт выгодных цен, но никак не благодаря повышению производительности.

Что же случилось? Производители NAND-памяти совершенствуют технологические процессы, переходят на использование новых интерфейсов и поднимают скоростные характеристики выпускаемых чипов. Но почему-то это никак не отражается на производительности SSD. Всё выглядит таким образом, что рост скоростей упёрся в какой-то искусственный барьер, а 100 тысяч операций в секунду и 550 Мбайт/с — это тот верхний предел, прыгнуть выше которого можно, только если поменять что-то в архитектуре современных SSD.

На самом деле всё так и есть, и, что ещё хуже, барьер существует не один, а сразу несколько. Первым на ум приходит интерфейс SATA 6 Гбит/с. Его максимальная теоретическая скорость прокачки, с учётом применяемого при передаче данных 8b/10b-кодирования, составляет 600 Мбайт/с. А это значит, что производительность последовательных операций у современных SSD с SATA-интерфейсом действительно достигла своего потолка. Что же касается скорости произвольных операций, то она вполне могла бы продолжать прогрессировать и в рамках SATA-интерфейса, но тут встаёт препятствие в виде восьмиканальной архитектуры существующих контроллеров SSD. Реализация именно такого количества каналов ограничивает уровень внутреннего параллелизма, и в результате быстродействие случайных операций при существенной глубине очереди запросов увеличивать выше достигнутых к настоящему моменту рубежей крайне трудно. Есть и третий фактор — несовершенство механизма AHCI (Advanced Host Controller Interface). Его разработка происходила ещё в те времена, когда об основанных на флеш-памяти твердотельных накопителях никто и не помышлял. Поэтому AHCI ориентирован на работу с механическими жёсткими дисками и не предполагает возможность параллельной обработки запросов доступа к данным. Использование AHCI в SSD с SATA-интерфейсом за неимением альтернатив стало вынужденной мерой, которая к сегодняшнему дню воздвигла дополнительные скоростные барьеры.

В свете сказанного наиболее безболезненным решением для улучшения скорости твердотельных накопителей с SATA-интерфейсом могла бы стать разработка новых контроллеров с большим числом каналов для подключения флеш-памяти. Однако тут не всё так просто. Увеличение количества каналов неминуемо приведёт к росту минимальной ёмкости, которая и без того смещается в сторону 128-гигабайтных моделей из-за перехода индустрии на флеш-память с 128-гигабитными ядрами. Поэтому серьёзных изменений во внутреннем строении потребительских накопителей в ближайшее время ждать не стоит. Хотя небольшие подвижки возможны и здесь, например перспективные чипы семейства SandForce SF-3700 позволят подключение флеш-памяти по девяти каналам.

Всё это намекает на то, что история развития флагманских твердотельных накопителей с интерфейсом SATA 6 Гбит/с дописана почти до своего конца. Так или иначе, будущим флагманским SSD нужно отказываться от этого интерфейса в пользу каких-то более скоростных вариантов. Наиболее естественным решением могло бы стать очередное увеличение скорости интерфейса SATA вдвое, как уже делалось неоднократно ранее. Таким образом, например, поступили с серверным протоколом Serial Attached SCSI, пропускная способность которого в прошлом году была увеличена до 12 Гбит/с. Однако с SATA, к сожалению, такой номер не проходит. Увеличение его полосы пропускания свыше 6 Гбит/с потребовало бы существенного усложнения и удорожания контроллеров, а также замены привычных кабелей и разъёмов более электрически устойчивыми вариантами. Ну а раз в любом случае надо переделывать всю инфраструктуру, то лучше сразу перейти на более приемлемое с точки зрения масштабируемости и цены решение.

Поэтому в качестве будущего интерфейса для подключения твердотельных накопителей индустрией была выбрана универсальная шина PCI Express. Она имеет высокую пропускную способность, легко реализуема и масштабируется как переходом на более новые версии протокола, так и увеличением количества линий. Например, уже две линии PCI Express 3.0 могут предложить пропускную способность на уровне 1969 Мбайт/с (с учётом 128b/130b-кодирования), что более чем в три раза выше максимальной пропускной способности SATA.

Переход на подключение SSD по новому физическому интерфейсу позволяет внести изменения и в интерфейс логический, перейдя от устаревшего AHCI к прогрессивному NVMe. Новый механизм передачи данных разработан специально для шины PCI Express и накопителей, построенных на базе энергонезависимой памяти. В отличие от AHCI, он учитывает все особенности SSD: их низкую латентность и параллелизм архитектуры. Более того, в нём также приняты во внимание и свойства современных платформ, такие как прогрессирующая многопоточность. Поэтому NVMe поддерживает множественные очереди команд с практически неограниченной глубиной, новые способы обработки прерываний и прочие техники, которые ощутимо увеличивают эффективность задействования физической шины в современных системах при подключении к ней твердотельных накопителей.

Однако всё это вовсе не означает, что перспективные SSD, нацеленные на использование в персональных компьютерах, постепенно начнут выпускаться в виде плат с интерфейсом PCI Express. Дело в том, что сам по себе такой формат не очень удобен. Во-первых, в современных системах обычно присутствует не слишком много свободных слотов PCI Express, и тем более PCI Express 3.0, доступных для установки дополнительных карт расширения. Во-вторых, даже если один такой слот найдётся, то что делать в том случае, если пользователь захочет собрать RAID-массив из двух или, что ещё хуже, четырёх накопителей? И в-третьих, вся инфраструктура (корпуса, сменные корзины, контейнеры и так далее) уже выстроена с прицелом на 2,5-дюймовые SSD, и отказываться от неё — безрассудство и слишком дорогое удовольствие.

В связи с этим на смену SATA придёт не «чистый» PCI Express, а специально адаптированный интерфейс SATA Express. Он позволит продолжить выпуск SSD в привычном форм-факторе и сохранит их кабельное подключение. Кроме того, несмотря на то, что в основе SATA Express будет использоваться шина PCI Express, обратная совместимость со старыми SATA-приводами сохранится. Согласно разработанному и одобренному стандарту, порт SATA Express будет представлять собой объединение нескольких (на первом этапе двух) линий PCI Express и двух портов SATA 6 Гбит/с. К одному такому порту можно будет подключить либо два старых SATA-накопителя, либо новый SSD, общающийся с системой по шине PCI Express с использованием как AHCI, так и более прогрессивного NVMe-протокола.

Проблема лишь в том, что на данный момент полноценная поддержка SATA Express не валидирована ни для одного набора логики, и соответствующие порты можно обнаружить только на единичных моделях материнских плат. Иными словами, реально перейти на новый интерфейс и новый тип портов прямо сейчас возможным не представляется. То есть пока мы всего лишь вступаем в длительный переходный период, в течение которого потребительские SSD уже начнут переходить на шину PCI Express, но при этом нормальное 2,5-дюймовое исполнение и возможность подключения к портам SATA Express ещё не получат.

В сложившихся условиях у производителей, желающих предложить флагманский твердотельный накопитель, скорость которого не ограничивается пропускной способностью устаревшего интерфейса SATA, остаётся два варианта: либо прибегнуть к выпуску накопителей в виде карт PCI Express, либо воспользоваться стандартом M.2, представляющим собой мобильное переложение стандарта SATA Express. Так получилось, что слоты M.2, объединяющие в себе пару линий PCI Express, а также интерфейсы SATA и USB 3.0, проникли в реальные системы (и не обязательно мобильные) гораздо быстрее портов SATA Express. Поэтому выпуск SSD в таком формате не лишён практического смысла, тем более что на рынке доступны карты-переходники с интерфейсом PCI Express, которые предоставляют возможность установить M.2-устройства в лишённые таких слотов системы.

Реальных твердотельных дисков потребительского уровня, использующих для подключения к системе шину PCI Express, на данный момент было выпущено уже немало. Однако до недавних пор все они архитектурно представляли собой RAID-массив из обычных SATA-накопителей. Врождённая же поддержка PCI Express непосредственно в SSD для персональных компьютеров стала появляться совсем недавно. Пионером здесь выступила Samsung, в середине прошлого года выпустившая M.2-привод XP941 с заявленными скоростями последовательных операций до 1,4 Гбайт/с. Однако эта модель распространяется лишь по OEM-каналам среди сборщиков ноутбуков, а потому подходящим вариантом для энтузиастов не является. Позднее появился привод SanDisk A110, но он в широкую продажу также не поступил.

Первой же о передовой части компьютерного сообщества позаботилась Plextor. В рамках обновления своего семейства твердотельных накопителей компания выпустила потребительский SSD с интерфейсом PCI Express — M6e. Он построен на контроллере Marvell с врождённой поддержкой скоростной шины и может обеспечивать производительность последовательных операций до 770 Мбайт/с. В этом материале мы познакомимся с данным продуктом подробнее и попробуем понять, достаточно ли смены интерфейса SATA на PCI Express для перехода производительности SSD на качественно новый уровень.

⇡#Технические характеристики

Plextor M6e — старший накопитель в новом семействе M6. Это значит, что он сменяет на своём посту заслуженный SATA-накопитель M5 Pro Xtreme. Однако, как мы предполагаем, M6e пробудет в роли флагманского решения не слишком долго. Для десктопного рынка это — переходная модель, которая должна поддержать позиции Plextor до выхода M6 Pro, ориентированного уже на полноценный десктопный интерфейс SATA Express.

Внешне Plextor M6e выглядит как обычная карта расширения половинной высоты, имеющая интерфейс PCI Express x4. Из четырёх заведённых на плату линий реально используются только две — и только в режиме PCI Express 2.0. Это значит, что пиковая пропускная способность Plextor M6e со стороны интерфейса составляет не более 980 Мбайт/с. На практике же накладные расходы съедают часть этой полосы пропускания, и максимальная скорость последовательных операций у рассматриваемой модели SSD составляет порядка 770 Мбайт/с. Причём в данном случае это вновь ограничение внешнего интерфейса, а не архитектуры самого накопителя.

«Изнутри» Plextor M6e устроен совершенно традиционно. В его основе лежит контроллер Marvell 88SS9183, с одной стороны, поддерживающий те самые две линии PCI Express 2.0, а с другой — предлагающий типичные восемь каналов для подключения флеш-памяти. Её в Plextor M6e представляет 19-нм MLC NAND производства Toshiba, аналогичная памяти, применявшейся, например, в Plextor M5 Pro Xtreme. Сам же контроллер имеет фирменную марвелловскую архитектуру: он базируется на паре ARM-ядер и в реализации внутренних алгоритмов во многом опирается на микропрограмму, которую для M6e писали инженеры Lite-On, имеющие давний и богатый опыт общения с продукцией Marvell.

К сожалению, несмотря на врождённую реализацию в контроллере Marvell 88SS9183 интерфейса PCI Express, протокол NVMe этот чип не поддерживает и работает через AHCI. Так что инновационность получившегося решения носит половинчатый характер, и в лице рассматриваемого накопителя мы имеем простое переложение SATA-привода для более скоростной шины, которое не задействует полный спектр открывающихся возможностей. С другой стороны, использование в Plextor M6e старого протокола AHCI означает, что это устройство не будет иметь никаких проблем совместимости. Оно не только не потребует каких-либо специальных драйверов, но и сможет сыграть роль системного накопителя. Есть в Plextor M6e и поддержка команды TRIM. Единственное значимое ограничение имеющейся реализации — невозможность комбинировать такие накопители в RAID-массивы.

Устанавливать плату Plextor M6e можно в любые PCI Express-слоты, имеющие хотя бы две линии. То есть наличие x4-слота обязательным условием не является — SSD нормально работает как в x2-, так и в x8- или в x16-слотах. Однако следует иметь в виду, что на большинстве материнских плат скоростные слоты PCI Express с прицелом на Multi-GPU-конфигурации делят свою пропускную способность между собой. Соответственно, дабы не снижать быстродействие графической подсистемы, Plextor M6e лучше устанавливать в те слоты материнской платы, которые подключены к набору системной логики, а не напрямую к процессору. Дополнительные задержки, возникающие в этом случае, заметного влияния на производительность дисковой подсистемы не оказывают.

Линейка Plextor M6e включает три модели ёмкостью 128, 256 и 512 Гбайт. Поскольку в накопителе используется MLC-память с ядрами традиционной ёмкости — 64 Гбит, максимальную производительность имеют модификации на 256 и 512 Гбайт. В целом же список характеристик новинки выглядит так:

Числа в графе производительности при последовательном чтении и записи действительно выглядят впечатляюще. Такую пропускную способность SATA-приводы обеспечить не в состоянии. Однако скорости произвольного доступа отличаются от показателей лучших накопителей с интерфейсом SATA 6 Гбит/с не намного. Характеристики M6e явно показывают, что простой перевод SSD на интерфейс с более высокой пропускной способностью без внедрения нового протокола NVMe все искусственные ограничения в производительности не устраняет. Более того, 128-гигабайтная версия Plextor M6e даже уступает по заявленной скорости работы со случайными блоками SATA-накопителям Samsung 840 Pro или OCZ Vector 150 аналогичного объёма. Этот нюанс надо иметь в виду: приобретение Plextor M6e ёмкостью 128 Гбайт для высокопроизводительной системы может стать далеко не лучшей инвестицией — полностью раскрыть потенциал реализованной Plextor архитектуры способны только модели с объёмом 256 или 512 Мбайт.

Ещё одна странность в спецификациях — отсутствие данных о расчётном ресурсе записи. На Plextor M6e даётся пятилетняя гарантия, однако оценить, какой объём информации можно записать на этот флеш-диск, производитель не позволяет. Впрочем, память в рассматриваемом SSD используется такая же, как в M5 Pro Xtreme, а на низкую надёжность предыдущего флагманского накопителя Plextor жалоб не поступало. Поэтому хочется верить, что и владельцы нового SSD с интерфейсом PCI Express с его преждевременным выходом из строя не столкнутся.

Как и предыдущие флеш-диски компании, M6e имеет поддержку аппаратного шифрования по алгоритму AES с 256-битным ключом. Однако технологии TCG Opal 2.0 и IEEE-1667 всё ещё не поддерживаются, следовательно, удобное управление шифрованием из среды Windows остаётся невозможным.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Для проведения тестирования компания Plextor предоставила нам 256-гигабайтную версию P6e — одну из самых производительных модификаций этого накопителя. На её примере ознакомимся с устройством новинки.

На поверку плата M6e оказывается не такой простой, как можно было бы от неё ожидать. Она не представляет собой единое устройство, а состоит из двух частей — платы PCI Express-адаптера и установленного в него собственно накопителя. Дело в том, что M6e на самом деле выполнен в виде небольшой карты шириной 22 мм и длиной 80 мм в форм-факторе M.2. Такие карты ориентируются в первую очередь на мобильное применение, так как стандарт M.2 является заменой mSATA, позволяющей подключать твердотельные накопители не только через SATA, но и через линии PCI Express. Этой возможностью и пользуется Plextor M6e, совместимый с большими десктопными слотами PCI Express благодаря дополнительному адаптеру.

С учётом мобильной ориентации форм-фактора, M.2-карта Plextor M6e имеет очень небольшую площадь, а потому все компоненты расположены на ней очень плотно, практически впритирку. Микросхемы флеш-памяти установлены по четыре штуки с каждой стороны. Если исходить из маркировки (TH58TEG8DDJBA8C), то каждая из них собрана из четырёх 64-гигабитных кристаллов MLC NAND, производимых компанией Toshiba по 19-нм техпроцессу первого поколения. Такая память с продвигаемым Toshiba вместе с Samsung, Hynix и SanDisk интерфейсом Toggle Mode широко применяется в современных SSD. Сегодня её можно встретить во многих актуальных флагманских твердотельных накопителях.

Управляет флеш-памятью процессор Marvell 88SS9183-BNP2, который, видимо, является первым общедоступным контроллером SSD потребительского уровня, поддерживающим шину PCI Express. По крайней мере большинство выпущенных на данный момент несерверных флеш-дисков, имеющих врождённую поддержку PCI Express, используют именно его. В то же время этот чип — по меркам контроллеров для шины PCI Express — предлагает возможности начального уровня: он поддерживает лишь две линии PCI Express 2.0 и протокол AHCI. То есть обеспечиваемая им максимальная пропускная способность отличается от пропускной способности контроллеров с интерфейсом SATA всего лишь раза в полтора. В этом свете обычная восьмиканальная архитектура Marvell 88SS9183 со стороны флеша никакого удивления не вызывает. Соответственно, память в Plextor M6e 256 Гбайт работает с оптимальным четырёхкратным чередованием устройств в каждом канале.

Ещё одна микросхема на плате Plextor M6e — чип DDR3 SDRAM, используемый в буферных целях при кешировании и работе алгоритмов выравнивания износа и сборки мусора. У рассматриваемого SSD размер этого буфера составляет 512 Мбайт, а выполнен он в виде DDR3-1333 SDRAM, произведённой компанией Nanya.

Плата накопителя Plextor M6e форм-фактора M.2 полностью функциональна сама по себе. Она без каких-либо дополнений может применяться в тех системах, которые оборудованы соответствующим слотом. А это не только современные ноутбуки, но и, например, многие дорогие LGA1150-материнки последнего поколения, основанные на наборе логики Z97.

Однако Plextor ориентирует свой SSD с интерфейсом PCI Express не на какие-то избранные системы, а на максимально широкий круг настольных конфигураций. Именно поэтому карта накопителя формата M.2 идёт в комплекте с адаптером для стандартного слота PCI Express.

Сам по себе этот адаптер крайне прост, он электрически подводит линии PCI Express к имеющемуся на нём разъёму M.2. В этот разъём и устанавливается M.2-карта флеш-диска. Проблема лишь в том, что по какой-то причине Plextor не разрешает пользователям вынимать карту из разъёма и заклеивает крепёжный винт гарантийной наклейкой. То есть формально Plextor M6e — SSD исключительно для десктопных слотов PCI Express, хотя на самом деле ценой потери гарантии его можно воткнуть и в слот M.2.

В чём глубинный смысл такого решения — понять тяжело. Особенно если принять во внимание тот факт, что используемый для Plextor M6e адаптер — универсальный, и на самом деле он поддерживает четыре линии PCI Express, две из которых в данном случае вообще никак не используются. Но раз Plextor хочет, чтобы мы рассматривали его M6e именно как десктопное устройство для шины PCI Express, то и тестировать его мы будем именно так — в составе нашей настольной тестовой системы для твердотельных накопителей.

⇡#Методика тестирования

Тестирование проводится в операционной системе Windows 8.1, корректно распознающей и обслуживающей современные твердотельные накопители. Это значит, что в процессе прохождения тестов, как и при обычном повседневном использовании SSD, команда TRIM поддерживается и активно задействуется. Измерение производительности выполняется с накопителями, находящимися в «использованном» состоянии, которое достигается их предварительным заполнением данными. Перед каждым тестом накопители очищаются и обслуживаются с помощью команды TRIM. Между отдельными тестами выдерживается 15-минутная пауза, отведённая для корректной отработки технологии сборки мусора. Во всех тестах, если не указано иное, используются рандомизированные несжимаемые данные.

Используемые приложения и тесты:

• Iometer 1.1.0 RC1

1. Измерение скорости последовательного чтения и записи данных блоками по 256 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Оценка скорости выполняется в течение минуты, после чего вычисляется средний показатель.
2. Измерение скорости случайного чтения и записи блоками размером 4 Кбайт (такой размер блока используется в подавляющем большинстве реальных операций). Тест проводится дважды — без очереди запросов и с очередью запросов глубиной 4 команды (типичной для десктопных приложений, активно работающих с разветвлённой файловой системой). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скорости выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
3. Установление зависимости скорости случайного чтения и записи при работе накопителя с 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов (в пределах от одной до 32 команд). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скорости выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
4. Установление зависимости скорости случайного чтения и записи при работе накопителя с блоками разного размера. Используются блоки объёмом от 512 байт до 256 Кбайт. Глубина очереди запросов в течение теста составляет 4 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скорости выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
5. Измерение производительности при смешанной многопоточной нагрузке. На накопитель посылаются разноплановые команды, включающие как чтение, так и запись с различными размерами блоков. Процентное соотношение между разнородными запросами приближено к реальной десктопной нагрузке (75 % — операции чтения, 25 % — запись; 75 % — случайные запросы, 25 % — последовательные; 55 % — блоки размером 4 Кбайт, 25 % — 64 Кбайт и 20 % — 128 Кбайт). Тестовые запросы генерируются четырьмя параллельными потоками. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скорости производится в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
6. Исследование падения производительности SSD при обработке непрерывного потока операций случайной записи. Используются блоки размером 4 Кбайт и глубина очереди 32 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Продолжительность теста составляет два часа, измерения моментальной скорости проводятся ежесекундно. По окончании теста дополнительно проверяется способность накопителя восстанавливать свою производительность до первоначальных величин за счёт работы технологии сборки мусора и после отработки команды TRIM.

• CrystalDiskMark 3.0.3

Синтетический тест, выдающий типовые показатели производительности твердотельных накопителей, измеренные на 1-гигабайтной области диска «поверх» файловой системы. Из всего набора параметров, которые можно оценить с помощью этой утилиты, мы обращаем внимание на скорость последовательного чтения и записи, а также на производительность произвольных чтения и записи 4-килобайтными блоками без очереди запросов и с очередью глубиной 32 команды.

• PCMark 8 2.0

Тест, основанный на эмулировании реальной дисковой нагрузки, которая характерна для различных популярных приложений. На тестируемом накопителе создаётся единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объём, и в PCMark 8 проводится тест Secondary Storage. В качестве результатов теста учитывается как итоговая производительность, так и скорость выполнения отдельных тестовых трасс, сформированных различными приложениями.

⇡#Тестовый стенд

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой Gigabyte GA-Z87X-UD3H, процессором Core i3-4340 и 4 Гбайт RAM DDR3-1600 МГц. Диски подключаются к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI. Используется драйвер Intel Rapid Storage Technology (RST) 12.9.0.1001 и операционная система Windows 8.1 Enterprise x64. PCI Express-накопитель Plextor M6e при этом устанавливался в последний разъём PCIe x16 на материнской плате, логически подключенный к процессорной шине.

Объем и скорость передачи данных в бенчмарках указываются в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт).

⇡#Участники тестирования

• Intel SSD 730 480 Гбайт (SSDSC2BP480G4, прошивка L2010400);
• OCZ Vector 150 240 Гбайт (VTR150-25SAT3-240G, прошивка 1.2);
• Plextor M5 Pro Xtreme 256 Гбайт (PX-256M5P, прошивка 1.06);
• Plextor M6e 256 Гбайт (PX-AG256M6e, прошивка 1.02);
• Samsung 840 Pro 256 Гбайт (MZ-7PD256, прошивка DXM06B0Q).

⇡#Производительность

Последовательные операции чтения и записи, IOMeter

Как того и следовало ожидать, Plextor M6e выдаёт более высокую, чем SATA-конкуренты, скорость при последовательных операциях. Особенно преимущество использования шины с увеличенной пропускной способностью прослеживается при чтении. Тут Plextor M6e обгоняет SATA-лидера, Samsung 840 Pro, более чем на 30 процентов.

Случайные операции чтения и записи, IOMeter

Однако на операциях случайного чтения Plextor M6e свой триумф повторить не удаётся. Похоже, что с точки зрения произвольных операций использование шины PCI Express без перевода накопителя на протокол NVMe особых дивидендов не приносит. В результате, хоть показатели производительности Plextor M6e и оказываются на неплохом для флагманского решения уровне, он всё же отстаёт от твердотельных накопителей с SATA-подключением Samsung 840 Pro и Intel 730.

Со скоростью случайной записи дело обстоит ещё хуже. Хотя Plextor M6e и стал быстрее флагмана прошлого поколения, M5 Pro Xtreme, от лучших потребительских флеш-дисков Intel, Samsung и OCZ он отстаёт. Иными словами, шина PCI Express сама по себе увеличивает лишь скорость последовательных операций, и SSD, ориентированные на её использование, в реальной жизни могут быть совсем не быстрее моделей, работающих через SATA.

Давайте теперь взглянем на то, как зависит производительность Plextor M6e при работе с 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов.

Для того чтобы в таких тестах PCI Express-накопители начали показывать заметно лучшие, чем SATA-приводы, результаты, им необходимо отказаться от протокола AHCI или хотя бы начать использовать принципиально новые контроллеры. Характер же кривых, приведённых на обоих графиках, явно указывает, что применённый в Plextor M6e контроллер Marvell 88SS9183 с точки зрения алгоритмов работы — близкий родственник Marvell 88SS9187, использовавшегося в Plextor M5 Pro Xtreme. Соответственно, никаких фантастических показателей производительности на диаграммах мы не видим, а вместо этого Plextor M6e лишь немного улучшает скоростные параметры своего SATA-предтечи.

Следующая пара графиков отражает зависимость производительности случайных операций от размера блока данных.

Там, где скорость SATA-приводов упиралась в потолок, установленный пропускной способностью интерфейса, Plextor M6e получил шанс обыграть своих конкурентов. Этой возможностью он и воспользовался — при оперировании блоками большого размера, в особенности при чтении, ему удаётся показать лучшую производительность. Однако на мелких блоках, преобладающих при современной нагрузке, скоростной интерфейс PCI Express не даёт никаких преимуществ.

В завершение рассмотрения результатов IOmeter предлагаем взглянуть на производительность накопителей при синтетическом моделировании тяжёлой смешанной дисковой активности, в котором одновременно и в несколько потоков воспроизводятся разные типы операций.

Наша модель реальной смешанной нагрузки включает преобладающие операции со случайными данными. Поэтому неудивительно, что скорость Plextor M6e здесь не так высока, как, например, у приводов OCZ Vector 150 и Intel 730. Очевидно, что контроллер Marvell 88SS9183 — далеко не самый лучший вариант для флагманского твердотельного накопителя. Например, у этого же разработчика в распоряжении есть более совершенная микросхема 88SS9293, однако Plextor от её использования почему-то отказалась.

Деградация и восстановление производительности

Наблюдение за изменением скорости записи в зависимости от объёма записанной на диск информации — весьма важный эксперимент, позволяющий понять работу внутренних алгоритмов накопителя. В данном тесте мы загружаем SSD непрерывным потоком запросов на случайную запись 4-килобайтных блоков и попутно следим за той производительностью, которая при этом наблюдается. На приведённом ниже графике в виде точек отмечены результаты измерений моментальной производительности, которые мы снимаем ежесекундно, а чёрная линия показывает среднюю скорость, наблюдаемую в течение 30-секундного интервала.

Несмотря на то, что сегодня в нашем обзоре рассматривается SSD с интерфейсом PCI Express, картина зависимости производительности от объёма непрерывно записанной информации у него в целом стандартна. Plextor M6e, как это обычно и бывает, способен однократно заполнить свой объём с почти постоянной и высокой скоростью, но затем быстродействие существенно снижается. В этом нет ничего странного: падение производительности, как обычно, связано с исчерпанием пула свободных страниц флеш-памяти, после чего контроллер сталкивается с необходимостью опустошать блоки памяти перед их повторным использованием. Удивляет другое — моментальная скорость Plextor M6e после его однократного заполнения становится очень нестабильной, её разброс может превышать двукратный размер. Это явно указывает, что контроллер Marvell 88SS9183, вопреки заявлениям Plextor, никак не может относиться к решениям «серверного класса».

Впрочем, всё, что изображено на приведённых выше графиках, — синтетическая ситуация, интересная лишь для изучения особенностей контроллера, но не иллюстрирующая поведение SSD в реальной жизни. Что же действительно важно, так это то, как после такой деградации происходит восстановление производительности до первоначальных величин. Для исследования этого вопроса после завершения теста, приводящего к деградации скорости записи, мы выжидаем 15 минут, в течение которых SSD может попытаться самостоятельно восстановиться за счёт сборки мусора, но без помощи со стороны операционной системы и команды TRIM, и замеряем скорость. Затем на накопитель принудительно подаётся команда TRIM — и скорость измеряется ещё раз.

Команда TRIM работает у Plextor M6e так, как и должна. Несмотря на то, что этот флеш-диск имеет интерфейс PCI Express, поддержка протокола AHCI и работа через стандартный драйвер Windows позволяет операционной системе отправлять команду TRIM, а самому SSD принимать и отрабатывать её.

Что же касается возможности восстановления производительности за счёт фоновой сборки мусора, работающей в отрыве от TRIM, то тут ситуация не столь однозначна. Предшественник Plextor M6e, Plextor M5 Pro Xtreme, хорошо умел самовосстанавливать свою производительность во время простоя за счёт фирменной технологии True Speed. Новинка же унаследовала это свойство лишь частично. После простоя скорость записи возвращается не полностью, она оказывается чуть ниже первоначальных значений. При этом с высокой производительностью удаётся записать на накопитель лишь порядка 9 Гбайт данных, затем же происходит резкая просадка в быстродействии. Следует заметить, что размер скрытой от пользователя резервной области у рассматриваемой модели Plextor M6e 256 Гбайт составляет более 17,5 Гбайт, так что при фоновой сборке мусора эта область задействуется лишь наполовину.

⇡#Результаты в CrystalDiskMark

CrystalDiskMark — это популярное простое тестовое приложение, работающее «поверх» файловой системы, которое позволяет получать результаты, легко повторяемые обычными пользователями. И то, что выдаёт этот бенчмарк, несколько отличается от показателей, которые были получены нами в тяжёлом и многофункциональном пакете IOmeter, хотя с качественной точки зрения никаких кардинальных различий нет.

Блестящую производительность Plextor M6e можно наблюдать при последовательных чтении и записи. Хорошую — при случайных операциях с глубокой очередью запросов. А вот при произвольном чтении и записи без очереди запросов Plextor M6e уступает многим флагманским накопителям с интерфейсом SATA 6 Гбит/с.

⇡#PCMark 8 2.0, реальные сценарии использования

Тестовый пакет Futuremark PCMark 8 2.0 интересен тем, что он имеет не синтетическую природу, а напротив — основывается на том, как работают реальные приложения. В процессе его прохождения воспроизводятся настоящие сценарии-трассы задействования диска в распространённых десктопных задачах и замеряется скорость их выполнения. Текущая версия этого теста моделирует нагрузку, которая взята из реальных игровых приложений Battlefield 3 и World of Warcraft и программных пакетов компаний Abobe и Microsoft: After Effects, Illustrator, InDesign, Photoshop, Excel, PowerPoint и Word. Итоговый результат исчисляется в виде усреднённой скорости, которую показывают накопители при прохождении тестовых трасс.

Производительность в PCMark 8 — один из важнейших параметров для понимания того, насколько хорош тот или иной накопитель в реальном использовании. И если верить полученным здесь показателям, то Plextor M6e всё-таки удалось завоевать звание быстрейшего на данный момент твердотельного накопителя. Интерфейс PCI Express сделал его на 3 процента производительнее предыдущего лидера — Samsung 840 Pro. Однако следует понимать, что это преимущество, во-первых, выглядит незначительным на фоне полуторакратного роста пропускной способности шины, а во-вторых, всецело обеспечивается улучшением скоростных показателей лишь последовательных операций.

Интегральный показатель PCMark 8 следует дополнить и показателями производительности, выдаваемыми флеш-дисками при прохождении отдельных тестовых трасс, которые моделируют различные варианты реальной нагрузки.

Plextor M6e показывает хорошие результаты во всех тестовых сценариях. Его показатели выше, чем у всех конкурентов с интерфейсом SATA, но всё же не всегда. Например, в World of Warcraft он немного уступает Samsung 840 Pro и Intel 730, а в Adobe Illustrator — проигрывает Intel 730. Тем не менее, опираясь на полученные данные, мы можем ожидать, что в большинстве реальных применений энтузиасты получат от быстродействия Plextor M6e сугубо положительные впечатления.

⇡#Выводы

Если вы уж стали читать эту статью, то наверняка ожидали от Plextor M6e выдающейся производительности. Как-никак этот SSD перешёл на более прогрессивную шину PCI Express 2.0 x2, которая просто обязана обеспечить улучшение скоростных показателей. В целом так оно и произошло. Правда, в основном выросли лишь скорости линейного чтения и записи, а производительность операций со случайными блоками осталась на старом, характерном для SATA SSD уровне. Но, в принципе, хватило и этого. В реальных сценариях использования Plextor M6e обходит всех прошлых лидеров, так что если вы сегодня ищете себе новый высокопроизводительный SSD, то смело включайте Plextor M6e в число рассматриваемых вариантов. Тем более что исполнение этого накопителя в виде стандартной PCI Express-карты и работа по протоколу AHCI, не требующему специальных драйверов, делают его беспроблемным и хорошо совместимым с различными платформами решением.

Но, честно говоря, на наш критический взгляд, особых поводов для эйфории по поводу Plextor P6e всё же нет. Ни для кого не является секретом, что вся отрасль SSD движется в сторону перехода на интерфейс PCI Express. Однако будущие твердотельные накопители для настольных компьютеров — это не карты расширения, а изделия в привычном 2,5-дюймовом форм-факторе, использующие интерфейс PCI Express через специализированные порты SATA Express. Такие приводы, которые появятся уже через несколько месяцев, окажутся заметно лучше Plextor P6e как минимум по двум причинам. Во-первых, они смогут пользоваться более быстрыми вариантами шины PCI Express, а во-вторых, получат возможность работы через оптимизированный и эффективный протокол NVMe, а не унаследованный от магнитных жёстких дисков AHCI.

Таким образом, Plextor P6e — всего-навсего промежуточное решение, выпущенное компанией на время переходного периода, пока порты SATA Express не появятся на достаточном количестве материнских плат. Поэтому и сделан этот SSD на скорую руку и из подручных компонентов. Фактически он представляет собой флеш-диск с интерфейсом PCI Express для мобильных компьютеров, который при помощи «костыля» в виде дополнительного переходника адаптировали для десктопов. Причём лежащий в основе P6e мобильный накопитель ближе к решениям среднего или даже младшего уровня, потому что базируется на достаточно посредственном контроллере Marvell 88SS9183. Лидерство же Plextor P6e в сегодняшнем тесте объясняется лишь отсутствием нормальных альтернатив с шиной PCI Express, которые другие производители решили немного попридержать до полного вызревания инфраструктуры. Да что там другие производители, когда подойдёт время, сама компания Plextor наверняка выпустит полноценный SATA Express-накопитель M6 Pro на базе передового контроллера Marvell 88SS9293, поддерживающего не две, а четыре линии PCI Express и обеспечивающего скорость прокачки по шине до 1,5 Гбайт/с. И вот только тогда мы сможем по-настоящему поговорить об SSD поколения Next.