Обзор SSD Samsung 850 EVO на базе 3D NAND: быстрый, долговечный, массовый

Инновации продолжаются и по сей день. Огромный скачок вперёд Samsung сделала в 2013 году, когда смогла начать серийный выпуск трёхмерной флеш-памяти, 3D V-NAND. Трёхмерная память легко решает проблему масштабируемости кристаллов флеш-памяти и дальнейшего наращивания плотности хранения данных в них. Очевидно, что традиционный экстенсивный путь, предполагающий удешевление производства флеш-памяти за счёт внедрения новых технологических процессов с более тонкими нормами, в ближайшем будущем натолкнётся на серьёзные фундаментальные препятствия. Освоив же технологию выпуска многослойных кристаллов флеш-памяти, Samsung получила огромный простор для дальнейшего беспрепятственного движения вперёд. Выпущенный в середине прошлого года SSD 850 Pro, ставший первым серийным флеш-накопителем на базе 32-слойной MLC 3D V-NAND, продемонстрировал огромный потенциал новой технологии. Выход структуры флеш-памяти в третье измерение ознаменовался заметным увеличением производительности и существенным ростом надёжности, в результате чего Samsung 850 Pro получил звание одного из лучших твердотельных SATA-накопителей современности для энтузиастов.

Однако у Samsung 850 Pro всё-таки есть один неприятный, с точки зрения обычного пользователя, изъян. Этот накопитель, как и всякий флагманский продукт, имеет достаточно высокую цену. Поэтому вслед за этой моделью Samsung, которую в её стремительном движении по пути прогресса не может остановить уже, похоже, ничто, выпустила другой SSD — 850 EVO. Этот накопитель базируется ещё на одной разновидности принципиально новой трёхмерной флеш-памяти, которая объединяет передовую многослойную 3D V-NAND-структуру с удешевлённой архитектурой TLC NAND. И в результате в лице Samsung 850 EVO вырисовывается массовый продукт, претендующий на то, чтобы стать непревзойдённым вариантом по соотношению цены, производительности и надёжности. По крайней мере в теории всё выглядит именно так.

Для того же, чтобы проверить эту красивую легенду, мы взяли на тесты пару экземпляров Samsung 850 EVO. Эти накопители только-только появляются в продаже, и поэтому результаты их тестов вызывают огромный практический интерес.

⇡#Технические характеристики

Несмотря на все нововведения, новый твердотельный накопитель Samsung 850 EVO — прямой наследник предыдущей массовой модели, 840 EVO. Ключевыми компонентами, обеспечивающими хорошие потребительские характеристики 840 EVO, выступали TLC-память, собственный контроллер Samsung и технология TurboWrite. В новом SSD 850 EVO набор почти такой же, просто поновее: на место TLC NAND пришла трёхмерная TLC V-NAND, вместо контроллера Samsung MEX используется обновлённый контроллер Samsung MGX, никуда не делась и технология TurboWrite, в описании которой добавилось прилагательное «усовершенствованная». Взглянем на весь этот набор по порядку.

Естественно, самое главное и самое интересное в Samsung 850 EVO — это трёхмерная трёхбитовая память. И о 3D NAND, и о TLC NAND мы уже говорили ранее в соответствующих обзорах. Но теперь обе эти технологии слились воедино, и, надо сказать, получилось у них это очень органично. У обычной планарной TLC-памяти есть две проблемы, уходящие корнями в сам принцип её функционирования: низкая скорость и низкая надёжность. Связано это с тем, что ячейки TLC NAND для хранения трёх бит данных должны различать восемь уровней напряжения, в то время как, например, в MLC NAND используется лишь четыре уровня. Поэтому программирование и снятие уровня напряжения в TLC NAND занимает больше времени, а надёжность хранения сильно страдает от износа полупроводниковой структуры ячейки: даже небольшое утончение слоя диэлектрика может приводить к утечке заряда с плавающего затвора. Более того, с внедрением новых, более «тонких» техпроцессов проблема выносливости ячеек TLC NAND только усугубляется, так как компоненты каждой ячейки приобретают меньшие геометрические размеры изначально.

Ключевая же идея 3D V-NAND заключается в том, что более плотного хранения информации в кристаллах флеш-памяти можно добиться не за счёт миниатюризации геометрии техпроцесса, а путём расположения ячеек в трёх плоскостях. Например, применяемая в Samsung 850 Pro трёхмерная MLC NAND имеет 32 слоя, и это позволяет при её производстве использовать 40-нм техпроцесс, но при этом всё равно получать полупроводниковые кристаллы с меньшей площадью, нежели у планарной MLC NAND, выпущенной по 16-нм нормам. Очевидно, что если аналогичный подход применить к TLC NAND, то проблема с надёжностью и отчасти со скоростью работы может быть легко решена. «Кондовые» 40-нм ячейки более устойчивы к износу, а их плавающий затвор может удерживать гораздо большее число электронов, обеспечивая уверенную вариативность при программировании и распознавании логических уровней. Иными словами, скрещивание технологий TLC и 3D V-NAND не меняет основных принципов функционирования трёхбитовой памяти, но попутное укрупнение ячеек приводит к их лучшей стабильности. Samsung, в частности, утверждает, что вероятность возникновения ошибок при снятии данных с её TLC V-NAND, произведённой по 40-нм нормам, примерно на порядок ниже, чем у планарной TLC-памяти.

Есть выигрыш и в скорости программирования. Планарная TLC NAND при записи данных требует подачи на управляющий затвор ячеек нескольких последовательных импульсов и многочисленных промежуточных проверок правильности программирования. С трёхмерной же TLC V-NAND число итераций удаётся сократить, и продолжительность операций записи снижается примерно на 50 процентов. Похожим образом сокращается и цикл чтения.

Как вы наверняка помните, полупроводниковые кристаллы современной 32-слойной MLC V-NAND, производимые по технологическому процессу с нормами 40 нм и применяемые в Samsung 850 Pro, имеют ёмкость 86 Гбит. Для Samsung 850 EVO память производится точно по такой же технологии, но, благодаря записи в каждую ячейку не двух, а трёх бит информации, ёмкость кристаллов возрастает в полтора раза — до 128 Гбит. При этом такие кристаллы имеют примерно вдвое меньшую площадь по сравнению с планарными 128-гигабитными кристаллами TLC NAND, которые Samsung производит по 19-нм техпроцессу. И это — прекрасная иллюстрация эффективности дизайна TLC V-NAND: с внедрением в неё трёхмерности Samsung не только добивается значительного улучшения характеристик скорости и надёжности дешёвой трёхбитовой памяти, но и дополнительно снижает свои издержки на её производство.

Учитывая, что 850 EVO в конечном итоге должен стать недорогим накопителем, Samsung не стала устанавливать в него и свой лучший контроллер MEX, который при использовании SATA-интерфейса позволяет получить максимальную скорость работы. Специально для модели 850 EVO был разработан новый упрощённый и более энергоэффективный контроллер MGX, который имеет лишь два, а не три ядра ARM Cortex-R4. Однако он производится по более современному техпроцессу, что позволило производителю поднять его частоту. В результате потеря в пиковой производительности составила всего лишь порядка 2-5 процентов, что вряд ли можно назвать серьёзной утратой. Более того, в терабайтной версии 850 EVO, где для обслуживания таблицы трансляции адресов действительно требуется хорошая производительность, используется старый контроллер MEX.

В результате линейка Samsung 850 EVO получила следующий набор характеристик:

В этой таблице прекрасно всё, ну или почти всё, за исключением стоимости. Samsung решила пока не ввязываться в ценовую войну с производителями дешёвых накопителей, а выступать со своей многообещающей новинкой в среднем рыночном сегменте. Впрочем, на то у неё есть все основания: всё-таки 850 EVO — достаточно производительный и надёжный SSD для того, чтобы его хорошо покупали и не по совсем бросовой цене.

Говоря о достоинствах Samsung 850 EVO, начать, пожалуй, стоит с того, что производитель даёт на этот флеш-привод пятилетнюю гарантию, что соответствует гарантийному сроку многих флагманских моделей. Более длительной гарантией обладают лишь Samsung 850 Pro и SanDisk Extreme Pro. И это значит, что Samsung ожидает от своей TLC V-NAND ресурса как минимум не хуже, чем у современной планарной MLC NAND. Об этом же говорят и заявленные показатели выносливости: для младших моделей разрешена запись по 41 Гбайт в день, а для старших — по 82 Гбайт ежедневно. То есть надёжность у Samsung 850 EVO явно выше среднего, а модификации на 500 Гбайт и 1 Тбайт и вовсе обладают таким же ресурсом, как и Samsung 850 Pro. Иными словами, с точки зрения заявленного ресурса Samsung 850 EVO куда ближе к дорогим, чем к бюджетным моделям.

Примерно то же можно сказать и о заявленных скоростных характеристиках. Отставание Samsung 850 EVO от старшего собрата 850 Pro, который мы считаем самым быстрым SSD сегодняшнего дня, чисто символическое, причём проявляется оно исключительно на операциях чтения. Похоже, что Samsung 850 EVO сможет и здесь конкурировать с флагманскими SATA SSD других производителей. Правда, следует понимать, что высокие скорости, заявленные в спецификациях, учитывают работу технологии TurboWrite, использующей для ускорения операций псевдо-SLC-кеш. И числа в таблице — это скорость работы кеша, то есть при длительных операциях с большими объёмами данных нас будет ожидать совсем иное быстродействие. Впрочем, размер быстрого кеша у Samsung 850 EVO не так уж и мал. Для моделей на 120 и 250 Гбайт его объём установлен на отметке 3 Гбайт, для модификации на 500 Гбайт — 6 Гбайт, а для терабайтного накопителя — 12 Гбайт. При записи данных на накопитель в первую очередь всегда заполняется этот скоростной буфер, а во время простоя данные из него переносятся в более медленную TLC-память. Таким образом, в обычной повседневной работе никакого падения производительности, скорее всего, заметно не будет.

Реализованы в Samsung 850 EVO и все остальные атрибуты добротного SSD. В нём есть поддержка энергосберегающего состояния DevSleep, а также аппаратный движок шифрования, который совместим со стандартами TCG Opal 2.0 и IEEE-1667 и может управляться из среды операционной системы, например через стандартное средство BitLocker.

Остаётся лишь напомнить, что твердотельные накопители компании Samsung снабжаются одной из лучших сервисных утилит Magican, версия которой к настоящему моменту доросла до 4.5. В этой утилите, помимо обычных возможностей для такого рода программ, есть и поддержка технологии RAPID 2.1 — программного кеширования операций ввода-вывода в оперативной памяти компьютера. На данном этапе развития эта технология получила возможность задействовать под кеш до 4 Гбайт памяти. Впрочем, мы всё ещё не рекомендуем пользоваться подобными функциями, так как они не гарантируют сохранности пользовательских данных при системных сбоях или внезапных отключениях питания.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Samsung 850 EVO основывается на контроллерах с восьмиканальной архитектурой, а TLC V-NAND, устанавливаемая в этих накопителях, имеет ядра ёмкостью 128 Гбит. Это означает, что достаточной для обеспечения максимальной производительности степенью внутреннего параллелизма обладают старшие модификации SSD ёмкостью 500 Гбайт и 1 Тбайт. Именно поэтому в нашем сегодняшнем тестировании принимают участие сразу два экземпляра новинки — объёмом 250 и 500 Гбайт.

Вполне естественно, что модификации Samsung 850 EVO разной ёмкости снаружи выглядят совершенно одинаково.

Для этого SSD используется точно такой же тонкостенный 2,5-дюймовый алюминиевый корпус высотой 7 мм, как во флагманской модели, 850 Pro. Внешний окрас — чёрный, на лицевой поверхности краской нанесён логотип Samsung и серый квадрат, в том или ином виде присутствующий на всех SSD компании такого же форм-фактора. На оборотной стороне корпуса имеется этикетка, из которой можно почерпнуть информацию о названии и ёмкости модели, её артикуле и серийном номере.

А вот внутренности Samsung 850 EVO смотрятся куда необычнее. Например, при вскрытии 250-гигабайтной модели мы были очень удивлены размерами печатной платы и тем, что на ней присутствует всего четыре микросхемы.

Внутри 500-гигабайтной модели использована плата чуть большего размера, однако ей всё равно очень далеко до того, чтобы заполнить всё пространство внутри корпуса.

Современные технологические процессы, которые использует Samsung при производстве начинки своих SSD, позволяют обходиться без каких-либо теплопроводящих прокладок или иных средств для отвода тепла от микросхем на поверхность корпуса. Не стали корейцы раскошеливаться и на реализацию усиленной схемы питания, позволяющей контроллеру корректно завершать работу с таблицей трансляции адресов при внезапных отключениях.

Что же касается номенклатуры используемых чипов, то в обоих случаях мы видим одинаковые базовые контроллеры Samsung MGX и одинаковые чипы флеш-памяти, каждый из которых имеет ёмкость 128 Гбайт и содержит внутри себя по восемь 16-гигабайтных кристаллов TLC V-NAND, произведённых по 40-нм техпроцессу. Не различаются у SSD ёмкостью 256 и 512 Гбайт и микросхемы оперативной памяти. В обоих случаях это LPDDR2 SDRAM объёмом 512 Мбайт.

Заметьте, никаких отдельных микросхем SLC NAND, обеспечивающих работу кеширующей технологии TurboWrite, внутри Samsung 850 EVO не предусмотрено. Вместо этого роль SLC-буфера играет небольшая часть ячеек TLC-памяти, выделенных из общего массива. Именно поэтому накопители серии 850 EVO имеют столь нетипичную линейку объёмов, кратных 250 Гбайт (за исключением младшей версии). Примерно 3,5 процента от общей вместимости флеш-памяти отводится на псевдо-SLC-кеширование, и ещё порядка 5,5 процента — на подменный фонд и работу технологий выравнивания износа и сборки мусора.

Ну и в заключение внешнего знакомства с Samsung 850 EVO — о комплекте поставки. Вернее, о его отсутствии: в коробке с SSD, кроме собственно твердотельного накопителя, вы не обнаружите ничего полезного, даже салазок для установки в 3,5-дюймовый отсек корпуса. В этом отношении рассматриваемая модель подобна всем остальным SSD данного производителя. Переходим к тестированию накопителя.