Обзор SSD Samsung 850 Pro: рождение новой звезды?

⇡#Методика тестирования

Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 8.1 Professional x64 with Update, 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

1. Измерение скорости последовательного чтения и записи данных блоками по 256 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Оценка скоростей 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 скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
3. Установление зависимости скоростей 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 скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
4. Установление зависимости скоростей 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 скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
5. Измерение производительности при смешанной многопоточной нагрузке и установление её зависимости от соотношения между операциями чтения и записи. Используются последовательные операции чтения и записи блоков объёмом 128 Кбайт, выполняемые в два независимых потока. Соотношение между операциями чтения и записи варьируется с шагом 10 процентов. Оценка скоростей выполняется 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 3.0.3b
  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 ASUS Z97-Pro, процессором Core i5-4590 со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 4600 и 16 Гбайт DDR3-2133 SDRAM. Диски с SATA-интерфейсом подключаются к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI. Используется драйвер Intel Rapid Storage Technology (RST) 13.1.0.1058.

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

⇡#Участники тестирования

• Crucial M550 256 Гбайт (CT256M550SSD1, прошивка MU01);
• 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 1.07);
• Samsung 840 Pro 256 Гбайт (MZ-7PD256, прошивка DXM06B0Q);
• Samsung 850 Pro 256 Гбайт (MZ-7KE256, прошивка EXM01B6Q);
• SanDisk Extreme II 240 Гбайт (SDSSDXP-240G, прошивка R1311).

⇡#Производительность

Последовательные операции чтения и записи, IOMeter

Как и было обещано спецификациями, скорость последовательных операций у Samsung 850 Pro упирается в пропускную способность интерфейса SATA 6 Гбит/с. Иными словами, здесь мы не имеем возможности узнать, насколько производительна построенная на V-NAND платформа Samsung, но в любом случае более быстрого в последовательном чтении или записи твердотельного накопителя с SATA-интерфейсом вы не найдёте.

⇡#Случайные операции чтения и записи, IOMeter

Зато при случайном чтении мощность нового флеш-привода Samsung отлично прослеживается. Мы действительно имеем дело с потребительским SSD, предлагающим высочайшую на сегодняшний день производительность. И хотя пара графиков выше относится только к операциям произвольного чтения, такой вывод можно перенести на большую часть дисковой активности, свойственной персональным компьютерам. Именно операции случайного чтения с невысокой глубиной очереди запросов составляют основную долю нагрузки, которая ложится на современные диски, а Samsung 850 Pro, как мы видим, прекрасно под неё «заточен».

При операциях случайной записи картина не столь однозначная. При отсутствии очереди запросов Samsung 850 Pro неожиданно уступает в скорости OCZ Vector 150 и Crucial M550. Однако рост глубины очереди возвращает всё на свои места, и Samsung 850 Pro вновь занимает верхнюю строчку на диаграмме.

Давайте теперь взглянем на то, как зависит производительность Samsung 850 Pro от глубины очереди запросов при работе с 4-килобайтными блоками.

При чтении с разной глубиной очереди запросов Samsung 850 Pro — однозначно лучший вариант из накопителей для SATA 6 Гбит/с, присутствующих на рынке. При записи с длиной очереди в 1 или 2 команды он всё же немного уступает Crucial M550 и OCZ Vector 150. Однако сказать, что новинка Samsung недостаточно быстра, язык не поворачивается и здесь.

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

С блоками любой длины на любых операциях Samsung 850 Pro работает одинаково хорошо. В обоих случаях линия, отображающая его производительность, как бы окаймляет показатели прочих накопителей сверху. И это означает, что нет ни одного варианта объёма блоков, на котором рассматриваемый SSD демонстрировал бы не лучший результат.

⇡#Смешанная нагрузка, IOMeter

Тестирование смешанной нагрузки — новое добавление в нашу методику испытаний SSD. По мере удешевления твердотельные накопители перестают использоваться в качестве исключительно системных и становятся обычными рабочими дисками. В таких ситуациях на SSD ложится не только рафинированная нагрузка в виде записи или чтения, но и смешанные запросы, когда операции чтения и записи инициируются разными приложениями и поступают одновременно.

Однако работа в дуплексном режиме для современных контроллеров SSD остаётся существенной проблемой. При смешивании операций чтения и записи в одной очереди скорость большинства твердотельных накопителей потребительского уровня заметно просаживается. Это стало поводом для проведения отдельного исследования, в рамках которого мы тестируем, как работают SSD при необходимости обработки смешанных последовательных операций. Следующая диаграмма демонстрирует наиболее характерный для десктопов случай, когда соотношение количества операций чтения и записи составляет 4 к 1.

Как следует из приведённой диаграммы, несмотря на своё трёхъядерное строение, контроллеры Samsung пока не научились эффективно работать со смешанными операциями чтения и записи. Если к последовательному чтению подмешивается второй поток, инициирующий запись, то скорость Samsung 850 Pro падает ниже уровня, задаваемого Crucial M550 и OCZ Vector 150. Иными словами, смешанная нагрузка ставит новинку Samsung, демонстрирующую в большинстве тестов просто выдающиеся результаты, в не самое выгодное положение.

Следующий график даёт более развёрнутую картину производительности при смешанной нагрузке, показывая зависимость скорости SSD от того, в каком соотношении приходят на него операции чтения и записи.

Чем больше смешиваются операции чтения и записи, тем ниже оказывается производительность Samsung 850 Pro. Соответствующая этому флеш-приводу кривая имеет явную U-образную форму, что говорит о плохой оптимизации контроллера Samsung MEX для работы в дуплексном режиме. Впрочем, такое поведение — бич практически любых современных твердотельных накопителей для персональных компьютеров за исключением разве что OCZ Vector 150. Однако падение производительности Samsung 850 Pro на смешанных операциях доходит до двукратного размера, что несколько больше, чем у других флагманских SSD.

⇡#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.

В результате эксперимента получился вот такой образцово-показательный график. До заполнения полной ёмкости Samsung 850 Pro демонстрирует постоянную и высокую скорость записи, затем производительность начинает снижаться. Однако степень падения производительности не слишком высока, первое время скорость уменьшается с 90 всего до 70 тысяч IOPS и лишь потом плавно приближается к асимптоте, лежащей в районе 13 тысяч IOPS. Это значит, что и в использованном состоянии Samsung 850 Pro работает лучше других потребительских SSD, скорость записи у которых просаживается заметно сильнее. Хорошей иллюстрацией этого выступает тот факт, что за время нашего 2-часового теста выносливости мы смогли записать на Samsung 850 Pro 256 Гбайт в общей сложности 867 Гбайт данных. При проведении же аналогичного испытания с другими флагманскими флеш-приводами такой же ёмкости объём записанной информации обычно составляет около 700-720 Гбайт.

Обращает на себя внимание и то, насколько хорошо в Samsung 850 Pro соблюдается постоянство скорости записи. Даже после однократного заполнения разброса почти не видно, и это значит, что Samsung 850 Pro прекрасно впишется в тех применениях, где требования к постоянству производительности особенно высоки.

Впрочем, всё, что изображено на графике выше, — по большей части искусственная ситуация, интересная лишь для изучения особенностей контроллера, но не иллюстрирующая поведение SSD в реальной жизни в персональном компьютере. 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.

Работа TRIM у Samsung 850 Pro не вызывает никаких вопросов — отработка этой команды идеальна. Но вот в средах без TRIM этот накопитель восстанавливает свою скорость очень плохо. Несмотря на то, что протестированная нами модель обладает почти 20-гигабайтной резервной областью, недоступной для пользователя, упреждающе освобождается под будущие операции лишь 2,5 Гбайт флеш-памяти. Иными словами, там, где поддержки TRIM нет, применение Samsung 850 Pro будет явно не лучшей идеей.

⇡#Результаты в CrystalDiskMark

CrystalDiskMark — это популярное и простое тестовое приложение, работающее «поверх» файловой системы, которое позволяет получать результаты, легко повторяемые обычными пользователями. И то, что выдаёт этот бенчмарк, с качественной точки зрения почти не отличается от показателей, которые были получены нами в тяжёлом и многофункциональном пакете IOmeter. Почти при всех вариантах нагрузки Samsung 850 Pro оказывается в числе лидеров, причём на случайных операциях чтения без очереди запросов его производительность даже заметно выше, чем у прочих флагманских SSD других фирм. Исключение лишь одно — случайная запись без очереди запросов: здесь Samsung 850 Pro проигрывает OCZ Vector 150 и Crucial M550. Впрочем, вряд ли эту неудачу рассматриваемого флеш-диска нужно принимать близко к сердцу — подобная нагрузка при типичном десктопном использовании возникает очень-очень редко.

⇡#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 опираться на полученные здесь показатели, то напрашивается вывод о том, что Samsung 850 Pro, который поражал нас высочайшими результатами в разнообразных синтетических тестах, при реальной работе в приложениях оказывается совсем не таким быстрым SSD, как это представлялось вначале. Он не только проигрывает скоростной 480-гигабайтной версии Intel 730, но и уступает своему предшественнику — Samsung 840 Pro. Честно говоря, такое положение дел кажется несколько неестественным и не согласующимся с остальными тестами. Поэтому возникает подозрение, что проблема заключается, например, в каких-то неудачных программных оптимизациях, которые могут быть исправлены в будущих версиях прошивок.

Впрочем, интегральный результат PCMark 8 нужно дополнить и показателями производительности, выдаваемыми флеш-дисками при прохождении отдельных тестовых трасс, которые моделируют различные варианты реальной нагрузки. Дело в том, что при разной нагрузке тестируемые флеш-приводы ведут себя немного по-разному.

Получается, что у Samsung 850 Pro есть сразу несколько проблемных приложений, результаты в которых тянут общий показатель PCMark 8 вниз. Это — Microsoft Word, Battlefield 3, Adobe Photoshop при работе с «тяжёлыми» изображениями, Adobe Illustrator и Adobe AfterEffects. Перечисленные приложения характерны тем, что нагрузка в них носит явно неоднородный характер с преобладающими операциями чтения, но подмешиваемые к ним операции записи серьёзно снижают именно скорость чтения. Подобную ситуацию мы видели в тестах смешанной нагрузки, и здесь она проявилась в результатах теста, основанного на реальных задачах.

⇡#Тестирование выносливости

Результаты тестирования выносливости рассматриваемого накопителя приведены в отдельном специальном материале «Ресурсные испытания SSD».

⇡#Выводы

С недавних пор появление каждого нового твердотельного накопителя Samsung — это маленькая революция. Компания последовательно внедряет принципиально новые технологии и наращивает производительность собственных решений, предлагая с каждым разом всё больше и больше. И Samsung 850 Pro не стал исключением: фактически он оказался самым лучшим накопителем с интерфейсом SATA 6 Гбит/с, который нам доводилось видеть.

Впрочем, объявить о том, что новинка вывела быстродействие потребительских SSD на какой-то новый уровень, мы не можем. На самом деле, обеспечиваемое ей преимущество носит чисто формальный характер. Но вины корейцев здесь нет, производительность Samsung 850 Pro совершенно явно упирается в возможности интерфейса. То же, что внутри него скрыта немалая мощность, можно увидеть разве только по скорости случайного чтения 4-килобайтными блоками, при которой преимущество новинки перед прочими флагманскими SSD составляет порядка 6-7 процентов.

Однако, несмотря на эфемерность превосходства новой модели над другими флагманскими флеш-дисками, Samsung совершенно не постеснялась установить на свой новый SSD откровенно завышенные цены. Современные бюджетные твердотельные накопители, такие как Crucial MX100, стоят сегодня почти вдвое меньше. Конечно, в активе у Samsung 850 Pro есть 10-летняя гарантия, огромный ресурс записи, практически вечная флеш-память и отличное комплектное программное обеспечение, но стоит ли всё это такой переплаты? Сомнительно.

Получается, Samsung 850 Pro — совсем не массовый продукт, а элитное предложение для бескомпромиссных энтузиастов, которое может хорошо вписаться в систему на базе процессора Haswell-E, оснащённую видеокартами вроде GeForce Titan Z, но не более того. Если же речь идёт о комплектации достаточно стандартной настольной или мобильной системы, то вместо Samsung 850 Pro нетрудно подобрать более привлекательные с точки зрения соотношения цены и производительности варианты, лишь незначительно уступающие в скорости работы.

В итоге наибольший интерес Samsung 850 Pro вызывает не с практической, а с технологической точки зрения, ведь это — первый твердотельный накопитель, в котором нашла применение трёхмерная флеш-память, которая в течение нескольких ближайших лет должна стать повсеместно применяемым решением. В теории такая память позволяет существенно поднять скорость работы и заметно снизить стоимость SSD, но пока обе эти возможности так и остались нереализованными. Производительность упёрлась в полосу пропускания интерфейса SATA 6 Гбит/с, а цена получилась высокой из-за того, что Samsung 850 Pro — это лишь пилотный продукт. То есть оценить V-NAND по достоинству пока очень затруднительно, однако Samsung смогла нас заинтриговать . И теперь мы с нетерпением ждём появления следующих SSD этого производителя, построенных на той же памяти, но хотя бы переведённых на шину PCI Express.