Накопители

Обзор Intel SSD 750: первый NVMe – комом

⇣ Содержание

#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. Тест проводится дважды: для последовательных операций чтения и записи блоками объёмом 128 Кбайт, выполняемых в два независимых потока и для случайных операций с блоками объёмом 4 Кбайт, которые выполняются в четыре потока. В обоих случаях соотношение между операциями чтения и записи варьируется с шагом 20 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 4.0.3
    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.
  • Тесты копирования файлов
    В этом тесте измеряется скорость копирования директорий с файлами разного типа, а также скорость архивации и разархивации файлов внутри накопителя. Для копирования используется стандартное средство Windows – утилита Robocopy, при архивации и разархивации – архиватор 7-zip версии 9.22 beta. В тестах участвует три набора файлов: ISO – набор, включающий несколько образов дисков c дистрибутивами программ; Program – набор, представляющий собой предустановленный программный пакет; Work – набор рабочих файлов, включающий офисные документы, фотографии и иллюстрации, pdf-файлы и мультимедийный контент. Каждый из наборов имеет общий объём файлов 8 Гбайт.

#Тестовый стенд

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Z97-Pro, процессором Core i5-4690K 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. Накопители с интерфейсом PCI Express устанавливаются в первый полноскоростной слот PCI Express 3.0 x16. Используются драйверы Intel Rapid Storage Technology (RST) 13.5.2.1000 и Intel Windows NVMe driver 1.2.0.1002.

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

#Участники тестирования

Учитывая позиционирование и конструкцию Intel SSD 750, основными его соперниками мы выбрали присутствующие на рынке PCIe SSD потребительского уровня, которые на сегодняшний день предлагает лишь три производителя – Kingston, Samsung и Plextor. Однако сравнением одних только моделей накопителей с интерфейсом PCI Express мы не ограничились. Помимо них, в тестировании приняли участие наиболее популярные и быстродействующие SATA-накопители лидеров рынка.

Итого имеем следующий список протестированных моделей:

#Производительность

Последовательные операции чтения и записи

Удивительно, но скорость последовательных операций у Intel SSD 750 оказывается совсем невысокой. Особенно это касается чтения, где NVMe-накопитель по производительности лишь на треть превосходит SATA SSD. Конечно, ранее мы говорили, что интеловские инженеры оптимизировали свою новинку для случайных операций в ущерб последовательным, однако такого сильного побочного эффекта совсем не ожидалось. Например, флагманский PCIe 3.0 x4 SSD компании Samsung, работающий по наследственному протоколу AHCI, превосходит Intel SSD 750 при чтении более чем вдвое. Не блещет интеловский SSD и при последовательной записи, отставая от Samsung SM951 более чем на 20 процентов. На фоне таких результатов возникает вполне закономерный вопрос: а нужна ли для интеловского SSD шина PCI 3.0 x4 с пропускной способностью до 4 Гбайт/с?

Однако, прежде чем ответить на него отрицательно, нужно озвучить один момент. Наше тестирование моделирует десктопные варианты нагрузки, а потому мы воспроизводим однопоточные последовательные операции. Если же перейти к измерению скорости при многопоточных операциях, то в этом случае результаты Intel SSD 750 окажутся значительно выше, и он будет способен показать именно те значения производительности, которые заявлены для него в спецификациях. Иными словами, NVMe-новинка компании Intel в части производительности при последовательных операциях явно демонстрирует свои серверные корни, и перед нами – SSD не совсем потребительского класса.

Случайные операции чтения

Никакими выдающимися результатами Intel SSD 750 не может похвастать и при операциях случайного чтения. Да, он быстрее SATA SSD и даже опережает PCI Express 2.0-накопители, но Samsung SM951 всё равно быстрее. А это значит, что переход на NVMe сам по себе не даёт никаких особых преимуществ — попутно нужны оптимизации в архитектуре и внутренних алгоритмах накопителей. Так, скорость случайного чтения ограничивается не протоколом обмена информацией между SSD и процессором, а необходимостью выполнять поиск запрашиваемых данных в массиве флеш-памяти при помощи таблицы трансляции адресов, и узким местом является именно этот этап.

Пока же какие-то заметные улучшения в скорости чтения становятся возможны только при увеличении глубины очереди запросов, когда операции можно переупорядочивать для улучшения эффективности поиска данных. На следующем графике показано, как зависит производительность рассматриваемого SSD от глубины очереди запросов при чтении 4-килобайтных блоков.

И вот здесь можно, наконец, увидеть превосходство Intel SSD 750, работающего через NVMe, над остальными накопителями, которые используют наследственный протокол AHСI. При глубокой очереди запросов производительность нового интеловского флагмана масштабируется явно лучше, чем у остальных SSD. Более того, максимальная длина очереди запросов в протоколе AHCI ограничивается 32 командами, а у Intel SSD 750 она может быть гораздо выше. Однако всё это существенно опять-таки лишь для серверных задач, где операции ввода-вывода имеют интенсивный и многопоточный характер. В настольных же системах очередь почти никогда не достигает длины более четырёх команд.

В дополнение к этому предлагаем посмотреть, как зависит скорость случайного чтения от размера блока данных:

Если же операции чтения выполняются при неглубокой очереди запросов, то Intel SSD 750 уступает Samsung SM951 на блоках любого размера. Иными словами, флагманский PCIe SSD компании Samsung обладает куда лучшей оптимизацией под использование в составе настольных компьютеров. Intel SSD 750 же, несмотря на коренную переработку микропрограммы, так и остался сильно похож на серверный накопитель.

Случайные операции записи

Где-то преимущества интерфейса NVMe, обеспечивающего низкие латентности, и контроллера Intel SSD 750 с высоким уровнем параллелизма всё же должны были проявиться. К тому же имеющийся в этом SSD вместительный DRAM-буфер позволяет организовать очень эффективное кеширование данных. И в результате Intel SSD 750 выдаёт непревзойдённую скорость произвольной записи даже в том случае, если очередь запросов имеет минимальную глубину.

Более явно увидеть, что происходит с производительностью случайной записи 4-килобайтных блоков при увеличении глубины очереди запросов, можно на следующем графике:

Масштабирование производительности Intel SSD 750 происходит до тех пор, пока глубина очереди не достигнет 8 команд. Это – типичное поведение для потребительских SSD. Однако новинка Intel отличается тем, что её скорости при случайной записи значительно выше, чем у любых других твердотельных накопителей, в том числе и у быстрейших PCIe-моделей вроде Samsung SM951 или Kingston HyperX Predator. Иными словами, при случайной нагрузке в виде записи данных Intel SSD 750 предлагает принципиально лучшую производительность, чем любые другие SSD. Однако не стоит забывать, что этот накопитель на самом деле не рассчитан на долговременную работу в таком режиме – его заявленный ресурс составляет всего 70 Гбайт записи в день.

Следующий график отражает зависимость производительности случайных операций записи от размера блока данных.

С ростом размера блока Intel SSD 750 начинает проигрывать Samsung SM951. И это закономерно — чем больше объём блока данных при операциях случайной записи, тем больше такие операции начинают походить на последовательные. А как мы видели выше, в случае последовательной записи Intel SSD 750 – далеко не такой производительный SSD, как его PCIe-конкуренты.

Смешанная нагрузка

По мере удешевления твердотельные накопители перестают использоваться в качестве исключительно системных и становятся обычными рабочими дисками. В таких ситуациях на SSD поступает не только рафинированная нагрузка в виде записи или чтения, но и смешанные запросы, когда операции чтения и записи инициируются разными приложениями и должны обрабатываться 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 проседает. Это стало поводом для проведения отдельного исследования, в рамках которого мы проверяем, как работают SSD при необходимости обработки последовательных операций, поступающих вперемежку. Следующая пара диаграмм демонстрирует наиболее характерный для десктопов случай, когда соотношение количества операций чтения и записи составляет 4 к 1.

Как мы убедились ранее, скорость чтения – достаточно слабое место Intel SSD 750. При таких операциях он, конечно, опережает любые SATA SSD, но проигрывает лучшим PCIe SSD, в частности Samsung SM951. И если к операциям чтения подмешивается некоторая доля операций записи, то ситуация не выправляется. Особенно неприятно для Intel SSD 750 выглядит график с последовательными смешанными операциями – при такой нагрузке он уступает не только самсунговскому флагману, но и даже Kingston HyperX Predator, который работает через шину PCI Express 2.0.

Однако без графиков зависимости скорости SSD от того, в каком соотношении приходят на него операции чтения и записи, картина будет неполной. По ним мы сможем понять, какую производительность показывают накопители при различных долях разнородных операций.

Последовательные операции выставляют Intel SSD 750 в очень невыгодном свете. И даже если нагрузка носит двухпоточный характер, а операции чтения и записи перемежаются, этот NVMe-накопитель проигрывает AHCI-соперникам, работающим через шину PCI Express x4.

При случайных же смешанных операциях ситуация складывается немного иначе. Intel SSD 750 благодаря внутренним алгоритмам кеширования и использованию NVMe-интерфейса отлично работает со случайными записями, и пока доля подмешиваемых к ним операций чтения не превышает 20-процентного порога, он может демонстрировать непревзойдённую производительность. Однако, если число операций чте]ния становится более заметным, показатели Intel SSD 750 сразу падают, и он начинает проигрывать самому быстрому PCI Express AHCI накопителю Samsung SM951.

#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 с очередью максимальной глубины 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.

Здесь контроллер серверного уровня, лежащий в основе Intel SSD 750, проявляет свои положительные качества. График зависимости производительности от объёма записанной на SSD информации имеет просто-таки образцовый профиль. В целом, как это обычно и бывает, чуть больше полной ёмкости накопителя удаётся записать на него с постоянной и высокой скоростью, затем производительность падает. Однако преимущества Intel SSD 750 – в деталях. Во-первых, он демонстрирует отменное постоянство производительности – никакого разброса в ближайших моментальных результатах нет и в помине. Во-вторых, даже когда SSD переходит из свежего в использованное состояние, его производительность продолжает оставаться достаточно высокой. Фактически можно говорить о том, что Intel SSD 750 способен выполнять запись с параллельной подготовкой чистых блоков флеш-памяти с такой же скоростью, с которой обычные SSD выполняют простую запись в свободную флеш-память. А это значит, что даже при долговременных непрерывных нагрузках Intel SSD 750 будет продолжать радовать высоким темпом записи данных. Иными словами, NVMe-накопитель компании Intel в этом тесте проявляет себя как типично серверная модель самого высокого класса.

Впрочем, в настольных системах освобождение памяти под будущие операции обычно выполняется накопителями не одновременно с записью, а заранее – в моменты простоя, за счёт технологии сборки мусора. Чтобы проверить её работоспособность, мы проводим отдельный тест, в котором изучаем, как после деградации скорости происходит её восстановление до первоначальных величин. Для этого после завершения теста, приводящего к падению скорости записи, мы выжидаем 15 минут, в течение которых SSD может попытаться самостоятельно восстановиться за счёт автономной сборки мусора, но без помощи со стороны операционной системы и команды TRIM, и замеряем быстродействие. Затем на накопитель принудительно подаётся команда TRIM — и скорость измеряется ещё раз.

TRIM у Intel SSD 750 работает без каких-либо затруднений, а вот сборка мусора без подачи этой команды со стороны операционной системы практически отсутствует. Впрочем, вряд ли стоит как-то переживать по этому поводу, ведь в тех операционных системах, где нет поддержки TRIM, нет и поддержки NVMe-интерфейса. Следовательно, Intel SSD 750 не имеет ни малейшего шанса для попадания в неблагоприятную для себя среду.

#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.

Особенность CrystalDiskMark заключается в том, что он измеряет пиковые, а не реально наблюдаемые показатели быстродействия, подбирая такие сочетания параметров, при которых производительность достигает максимальных значений. Но даже несмотря на это, скорость Intel SSD 750 здесь не особенно впечатляет. Samsung SM951, работающий по протоколу AHCI, обгоняет интеловскую новинку по всем последовательным скоростям и по скорости случайного чтения без очереди запросов. Преимущество Intel SSD 750 и интерфейса NVMe проявляется только при произвольной записи и при случайном чтении с глубокой очередью запросов.

Впрочем, справедливости ради следует добавить, что если сопоставлять Intel SSD 750 не с PCI Express-флагманом компании Samsung, а с предложениями других производителей, то он предстаёт в гораздо более выгодном свете. Даже Kingston Predator PCIe, который совсем недавно казался весьма шустрым SSD, отстаёт от Intel SSD 750 по многим показателям примерно в полтора раза.

#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 Adobe 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.

Быстродействие Intel SSD 750 в PCMark 8 оказывается на достаточно хорошем уровне. По интегральному результату он заметно обгоняет и любые SATA SSD, и те накопители, которые работают через шину PCI Express 2.0. Лучше интеловской новинки выступает лишь Samsung SM951, который так же, как и Intel SSD 750, использует шину PCI Express 3.0 x4, но не интерфейс NVMe. А это значит, что само по себе внедрение NVMe не может поднять производительность твердотельных накопителей на новый уровень. PCI Express AHCI-модели не только могут конкурировать с NVMe SSD, но и, как показывают результаты, способны превосходить их при реальной нагрузке.

Интегральный результат PCMark 8 нужно дополнить и показателями производительности, выдаваемыми флеш-дисками при прохождении отдельных тестовых трасс, которые моделируют различные варианты дисковой нагрузки из различных приложений. Дело в том, что при различной нагрузке флеш-приводы зачастую ведут себя немного по-разному.

Действительно, существуют приложения, в которых Intel SSD 750 оказывается явно лучше Samsung SM951. Так, он выдаёт более высокие результаты в сценариях, моделирующих дисковую активность, которая характерна для Adobe After Effects, Adobe Photoshop и Microsoft Word.

Копирование файлов

Имея в виду, что твердотельные накопители внедряются в персональные компьютеры всё шире и шире, мы решили добавить в нашу методику измерение производительности при обычных файловых операциях – при копировании и работе с архиваторами, которые выполняются «внутри» накопителя. Это – типичная дисковая активность, возникающая в том случае, если SSD исполняет роль не системного накопителя, а обычного диска.

Характерные для настольных компьютеров сценарии дисковой активности далеки от серверной нагрузки. И в них Intel SSD 750 оказывается недостаточно хорош. Конечно, он заметно обгоняет любые SATA SSD и превосходит большинство PCI Express SSD, но тягаться с Samsung SM951 на равных ему не удаётся.

Вторая группа тестов проведена при архивации и разархивации директории с рабочими файлами. Принципиальное отличие этого случая заключается в том, что половина операций выполняется с разрозненными файлами, а вторая половина – с одним большим файлом архива.

Такое же, как и при копировании, соотношение результатов можно наблюдать и при работе архиватора. Иными словами, перенос серверной архитектуры на рынок производительных SSD для десктопов Intel удался не идеально. Для твердотельных накопителей, нацеленных на использование в ПК, важными параметрами является и скорость последовательных операций, и производительность при случайных операциях чтения с небольшой очередью. А именно эти характеристики у Intel SSD 750 оказались проработаны недостаточно хорошо.

#Выводы

Ни для кого не секрет, что рынок потребительских твердотельных накопителей для Intel больше не является приоритетным. Компания решила сосредоточиться на выпуске SSD для более доходного серверного сегмента, в чём достигла немалых успехов. Потребительские же предложения отошли на второй план — они формируются за счёт адаптации серверных продуктов под десктопные условия эксплуатации. Но на самом деле это не так уж и плохо. Многие новые технологии приходят на рынок именно через серверный сегмент, и Intel, благодаря своей стратегии, удаётся выступать их проводником в настольные системы, что положительно влияет как на имидж компании, так и на развитие самого рынка.

Рассмотренный в этом обзоре Intel SSD 750 является ярким воплощением всего вышесказанного. Он представляет собой результат переделки для эксплуатации в персональных компьютерах высокопроизводительной серверной платформы, применяющейся в накопителях DC P3700/P3600/P3500, характерными чертами которой являются использование 18-канального контроллера-тяжеловеса и нового прогрессивного интерфейса NVMe. И это значит, что Intel стала одним из первых производителей, приступивших к массовым поставкам потребительских NVMe-накопителей, с появлением которых связывались надежды на очередной скачок в производительности систем хранения данных.

Однако вместо того чтобы обозначить новые ориентиры производительности для SSD потребительского класса, Intel SSD 750 продемонстрировал ущербность выбранного при его проектировании подхода. Несмотря на то, что этот накопитель работает через шину PCI Express 3.0 x4 с высочайшей пропускной способностью, опирается на новый прогрессивный интерфейс NVMe, оснащён контроллером со впечатляющим числом каналов и обладает вместительным DRAM-кешем, при нагрузке, свойственной ПК, он проигрывает гораздо более простому в плане внутреннего устройства Samsung SM951, который к тому же использует наследственный протокол AHCI. Это явно указывает на то, что десктопы нуждаются в собственной платформе SSD, глубоко учитывающей особенности такого применения. Практикуемый же Intel перенос в клиентские устройства серверных наработок безупречного результата достичь не позволяет.

Конечно, мы не хотим сказать, что Intel SSD 750 обладает невысокой производительностью. Напротив, по быстродействию это устройство серьёзно превосходит все доступные на рынке твердотельные накопители, работающие через SATA и PCI Express 2.0. Однако несмотря на то, что Intel SSD 750 – единственный доступный потребительский NVMe-накопитель, лидером по быстродействию он не является. Из-за использования серверной платформы он может похвастать лишь высокими скоростями случайных операций (особенно записи) при глубокой очереди запросов, но такая нагрузка для настольных систем не характерна.

Поэтому на сегодняшний день среди PCI Express SSD потребительского уровня Samsung SM951 смотрится привлекательнее. Он не только предлагает лучшую производительность в десктопной среде, но и к тому же дешевле; имеет гораздо более удобную линейку объёмов; обладает более широкой совместимостью с материнскими платами; меньше греется; и выполнен не в виде PCIe-карты, а в более удобном форм-факторе M.2, который можно задействовать не только в полноразмерных десктопах, но и в компактных системах или ноутбуках. Intel SSD 750 же на фоне такого соперника чем-то похож на Radeon R9 Fury X: в недостатке мощности его не упрекнёшь, но в реальное и осязаемое преимущество перед конкурентами она не переходит.

Впрочем, у Intel SSD 750 есть и свои плюсы, которые во многом проистекают именно из его серверного происхождения. Так, у этого накопителя выше заявленный ресурс, на него даётся пятилетняя гарантия, кроме того, он обладает надёжной защитой от перебоев питания. Иными словами, Intel SSD 750 – это хороший вариант для тех энтузиастов, которые вместе со стремлением к максимальному быстродействию уделяют повышенное внимание надёжности и долговечности хранения собственных данных. К тому же на данный момент Intel SSD 750 несколько проще найти в отечественных магазинах.

 
← Предыдущая страница
⇣ Содержание
Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Материалы по теме
⇣ Комментарии
window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥