Обзор PCIe SSD Samsung SM951: просто самый быстрый

Революция, итогом которой станет повсеместный переход твердотельных накопителей на использование скоростной шины PCI Express, должна разразиться буквально в самое ближайшее время. Судя по всему, массовых анонсов принципиально новых SSD следует ждать во второй половине года, и предстоящая выставка Computex должна будет подтвердить это наше предположение. Однако первых предвестников грядущих перемен можно не только увидеть, но и «пощупать» уже сейчас. К сегодняшнему дню через нашу лабораторию успели пройти две модели SSD, напрямую использующие PCI Express и не нуждающиеся в промежуточных SATA-контроллерах: накопители Plextor M6e и Kingston HyperX Predator, основанные на разных контроллерах Marvell. К этой доступной в отечественных магазинах паре SSD в самое ближайшее время должен будет присоединиться и многообещающий Intel 750, который не только перешёл на PCI Express, но и отказался от AHCI в пользу специализированного протокола NVMe, разработанного для флеш-накопителей, которые изначально рассчитаны на работу в многопоточных средах.

Однако пионером внедрения PCI Express в потребительские твердотельные накопители следует считать не Intel, Kingston или Plextor, а компанию Samsung, которая спроектировала и начала производить собственный SSD для этой шины ещё в 2013 году. К сожалению, её первый такой продукт, XP941, не получил широкого распространения среди пользователей персональных компьютеров, поскольку Samsung поставляла его исключительно по OEM-каналам. Но при определённом желании купить этот SSD всё-таки было возможно, за счёт чего в узких кругах Samsung XP941 обрёл достаточно высокую популярность, которая подпитывалась тем, что по пиковой производительности он где-то вдвое обходил лучшие SATA SSD, однако его стоимость при этом оставалась в рамках разумного.

Полученный инженерами Samsung опыт не пропал даром. Попробовав себя в выпуске SSD для PCI Express, компания почувствовала перспективность этого направления и решила не останавливаться на достигнутом. Летом прошлого года она пообещала выпустить ещё более производительную модель SSD, которая вместе с прогрессивной шиной смогла бы воспользоваться и преимуществами протокола NVMe. Именно такой накопитель мы и ждали от Samsung, надеясь, что даже на фоне появляющихся PCIe SSD других разработчиков её предложение станет если не лучшим, то по крайней мере интересным вариантом. Однако реально вышедшее обновление для XP941, которое получило название SM951, переходом на NVMe порадовать не смогло. Для того чтобы избежать возможных проблем с совместимостью, первая версия нового SSD продолжает использовать старый протокол AHCI, а появление поддержки NVMe отложилось на более поздний срок. Но это не делает SM951 ординарным: в данном накопителе Samsung пошла другим путём и выполнила модернизацию внешней шины с PCI Express 2.0 до 3.0, что в теории удваивает максимальную скорость передачи данных. Именно этим Samsung SM951 и привлёк наше внимание.

К сожалению, SM951, как и его предшественник, вновь оказался OEM-продуктом, не предназначенным для массовых поставок по розничным каналам. В частности, к этому SSD проявили интерес некоторые производители ноутбуков, например Lenovo, которая стала устанавливать его в семейство ультрабуков X1 Carbon. Однако заполучить новый многообещающий SSD в свои руки можно и без нагрузки в виде готовой системы. Сейчас Samsung производит несколько больше накопителей, чем приобретается у неё OEM-партнёрами, поэтому часть SM951 всё-таки просачивается в открытую продажу. А раз так, то самое время посмотреть, на что способен новый PCI Express-накопитель лидера рынка, являющийся наследником поистине легендарной модели XP941.

⇡#Технические характеристики

Начать рассказ о Samsung SM951 следует с того, что это всё-таки продукт для сборщиков компьютеров, пусть даже в некоторых магазинах он и продаётся в розницу. Это значит, что у рассматриваемого накопителя нет никакой красивой коробки, нет комплекта поставки и, более того, нет даже штатного переходника для установки в обычный PCIe-слот. Всё, что получает в свои руки покупатель, – это небольшая платка форм-фактора M.2 2280.

Впрочем, для некоторых настольных систем этого вполне достаточно. Например, многие материнские платы на базе набора логики Intel X99 оснащены слотом M.2, на который заведены четыре необходимые для SM951 линии PCI Express 3.0. В противном же случае для эксплуатации этого SSD потребуется дополнительная карта-переходник с PCIe x4 на слот M.2 с ключом типа M.

При этом важен и ещё один момент – для полноценной работы Samsung SM951 требуется четыре линии PCI Express именно версии 3.0. Конечно, можно использовать и PCI Express 2.0, и даже две линии вместо четырёх, но в таком случае SSD не сможет раскрыть свою производительность полностью. Четырьмя же лишними линиями PCI Express 3.0 сегодня располагает достаточно ограниченное количество десктопных систем, так как соответствующие контроллеры пока обитают лишь в процессорах, но не в наборах системной логики. Иными словами, Samsung SM951 сможет хорошо вписаться в высокопроизводительные платформы с процессорами LGA2011 или LGA2011-3, обычно обладающими избыточным количеством линий PCI Express 3.0, а вот с LGA1155- и LGA1150-платформами ситуация куда сложнее. В них процессор имеет лишь 16 линий PCI Express 3.0, и все они, как правило, задействованы видеокартой. Поэтому вывести Samsung SM951 на полную скорость в таких системах можно либо с попутным переводом дискретной видеокарты в режим PCI Express x8, либо в случае полного отказа от внешней графики в пользу встроенного в процессор видеоядра. Ну или всё-таки придётся приобрести карту-переходник.

Почему у Samsung SM951 такие запросы к внешнему интерфейсу, понятно из его спецификаций. Четыре линии PCI Express 3.0 могут обеспечить теоретическую пропускную способность 3940 Мбайт/с (и практическую – в районе 3,2 Гбайт/с), а максимальная скорость последовательного чтения, которую он обещает, – 2150 Мбайт/с. Это явно больше полосы пропускания PCI Express 2.0 x4.

В целом же характеристики Samsung SM951 выглядят так.

При внимательном знакомстве с числами, указанными в таблице, возникает некий диссонанс. Дело в том, что впечатляющие показатели последовательных скоростей, в полтора раза превышающие скорости недавно протестированного нами Kingston HyperX Predator – самого быстрого PCIe SSD, побывавшего в нашей лаборатории до сих пор, соседствуют с откровенно посредственной заявленной производительностью случайных операций. Однако тут следует сделать скидку на OEM-предназначение Samsung SM951. В общем случае количество IOPS зависит не только от мощности контроллера SSD, но и от быстродействия центрального процессора в системе, где происходит измерение данной характеристики. SM951 же предполагается использовать в том числе и в ультрабуках, где CPU работает на достаточно низкой тактовой частоте, поэтому декларируемые в официальной спецификации скорости – далеко не предельные. И в высококлассных настольных системах от нового PCIe-накопителя компании Samsung можно ожидать значительно лучшего быстродействия, чем обещается в приведённой выше таблице.

К тому есть все предпосылки: в основе SM951 лежит исключительно мощный контроллер Samsung UBX, разработанный производителем специально для этого SSD. Он базируется на трёх ядрах с ARM-архитектурой и способен работать как c AHCI-, так и с NVMe-командами. В текущей конфигурации в контроллере включён лишь AHCI-режим, но NVMe-версия SM951 уже объявлена, и в скором времени она тоже должна появиться на рынке.

Из-за OEM-направленности для рассматриваемого накопителя производитель не сообщает ни сроков гарантии, ни прогнозируемой выносливости. Декларирование этих параметров возлагается на сборщиков систем, в которые будет установлен SM951, либо на продавцов. Однако следует отметить, что трёхмерная V-NAND, которая сейчас активно продвигается Samsung в потребительских SSD как более быстродействующая и надёжная разновидность флеш-памяти, в SM951 не используется. Вместо этого в PCIe-накопителе применена обычная планарная Toggle Mode 2.0 MLC NAND, производимая, предположительно, по 16-нм технологии (некоторые источники предполагают 19-нм техпроцесс). Это означает, что ожидать от SM951 столь же высокой выносливости, как у нового флагманского SATA-накопителя 850 Pro, явно не следует. По этому параметру SM951 ближе к обычным ширпотребным моделям, и большинство розничных продавцов даёт на него всего трёхлетнюю гарантию, ограничивая объём разрешённой записи величиной 40 Гбайт в сутки.

Причина, по которой в новый PCIe SSD не попала прогрессивная трёхмерная память, банальна – OEM-партнёры Samsung не захотели связываться с новой технологией флеш-памяти и предпочли получить модель на проверенных временем компонентах и с более низкой себестоимостью. И с этой стороны они не прогадали. Цены на SM951 получились очень даже неплохими – этот накопитель можно купить дешевле PCIe SSD компаний Plextor и Kingston, притом что производительность у предложения Samsung заметно выше.

На фоне конкурирующих решений Samsung SM951 выделяется не только производительностью: в этом накопителе оказался реализован аналог состояния DevSleep для PCI Express – энергосберегающий режим L1.2. В результате SM951 очень экономичен и в состоянии простоя способен снижать энергопотребление до 2 мВт. Именно поэтому он очень интересен для ультрабуков, ведь с таким потреблением в состоянии покоя он способен реально продлить время работы от батареи.

Но вот при высокой нагрузке энергопотребление сильно возрастает, а контроллер UBX ощутимо нагревается. Так, в процессе наиболее сложных и продолжительных тестов мы фиксировали повышение температуры накопителя до 75 градусов. Более того, в этом случае у контроллера может включаться троттлинг, что приведёт к некоторому временному снижению производительности. Поэтому в высокопроизводительных системах для SM951 желательно организовать как минимум обдув.

Несмотря на беспрецедентно высокую производительность, по сравнению с общеупотребительными моделями 850 Pro и 850 EVO Samsung SM951 наделён явно менее развитыми дополнительными возможностями. Например, в нём нет поддержки шифрования. Но ещё более огорчительно, что фирменная утилита Magican, которую мы считаем одной из лучших инструментальных программ для SSD, с SM951 несовместима. Акцент в PCIe-модели сделан исключительно на скорости работы, а всё остальное отсечено вследствие отсутствия запроса со стороны OEM-партнёров. Иными словами, интересы продвинутых пользователей в дизайне SM951 почти никак не учитывались.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Модельный ряд Samsung SM951 состоит из трёх моделей ёмкостью 128, 256 и 512 Гбайт. Поскольку в эти SSD устанавливается MLC NAND с 64-гигабитными ядрами, лучшую производительность имеют два старших варианта. В нашем тестировании приняла участие как раз такая быстродействующая модификация Samsung SM951 256 Гбайт с артикулом MZHPV256HDGL-00000. Обратите внимание на пять нулей в окончании маркировки – в этих позициях кодируется тот OEM-партнёр, для которого изготовлен накопитель. Наш же «нулевой» экземпляр – это эталонная модель без всякой привязки. Именно такие SSD и встречаются в розничной продаже. На данную особенность мы обращаем отдельное внимание, потому что SM951 с разным предназначением могут комплектоваться разной прошивкой, модифицированной под те или иные условия использования. Например, прошивка накопителя, попавшего в наши руки, имела номер версии BXW2500Q – и это универсальная микропрограмма, без каких-либо специфических оптимизаций.

Сам накопитель представляет собой плату форм-фактора M.2 2280, разъём которой имеет ключ типа M. Это наиболее распространённый на сегодняшний день формат M.2-накопителей, который совместим с большинством систем. Плата Samsung SM951 256 Гбайт – односторонняя, что позволяет её применение в том числе и в сверхтонких мобильных системах.

Под наклейкой, закрывающей всю лицевую поверхность SSD, обнаруживается всего четыре микросхемы: контроллер UBX, DRAM и два чипа MLC NAND. И это означает, что Samsung смогла освоить сверхплотную упаковку полупроводниковых кристаллов внутри одной микросхемы. Поскольку SM951 базируется на 64-гигабитных ядрах MLC NAND, внутри каждой микросхемы флеш-памяти должно умещаться по 16 таких кристаллов. И это – своего рода рекорд, установленный благодаря тому, что Samsung обладает неким ноу-хау в области укладки чипов в стек, снижающим взаимное влияние сигналов. Причём в таких микросхемах содержатся не только кристаллы NAND, но и логика, позволяющая обращаться к внутренним ядрам флеш-памяти параллельно. В результате в 256-гигабайтной версии SM951 контроллер работает с восьмиканальным массивом флеш-памяти с четырёхкратным чередованием устройств без каких-либо ограничений.

Оставшиеся две микросхемы – контроллер Samsung UBX и его оперативная память, в данном случае представленная чипом LPDDR3-1600 ёмкостью 256 Мбайт.

Поскольку Samsung SM951 имеет M.2-исполнение, установить его в обычный PCIe-слот можно посредством переходника. Для этого подойдёт любой такой адаптер, имеющий интерфейс PCIe x4. Например, мы для тестирования воспользовались платой ASUS Hyper M.2 x4.

Однако не всё так просто. Про твердотельные накопители с интерфейсом PCIe компаний Plextor и Kingston мы говорили, что они не имеют проблем совместимости с любыми материнскими платами и могут играть роль загрузочных устройств. Однако на Samsung SM951 это распространяется не в полной мере. Дело в том, что накопители Plextor M6e и Kingston HyperX Predator имеют собственный аппаратный загрузчик, который делает их широко совместимыми с различными материнскими платами, в том числе и со старыми. У Samsung SM951 такого загрузчика нет, поэтому его инициализацию должен проводить BIOS материнской платы. Вследствие этого со старыми материнскими платами SM951 может и не заработать. Фактически уверенными в совместимости могут быть лишь обладатели последнего поколения материнок, основанных на наборах логики Intel X99 или Intel Z97. В остальных же случаях необходима предварительная проверка.