Оригинал материала: https://3dnews.ru/917044

Обзор Intel SSD 750: первый NVMe – комом

Характеристики. Внешний вид и внутреннее устройство

#Введение: что нужно знать о NVMe

Твердотельные накопители, пожалуй, можно считать уже самым настоящим мэйнстримом. Любой уважающий себя владелец персонального компьютера если и не имеет хотя бы один SSD в своей системе, то очень серьёзно настроен на его приобретение. Однако называть рынок систем хранения данных, основанных на использовании флеш-памяти, окончательно оформившимся и устоявшимся всё ещё преждевременно. На нём появляются всё новые и новые технологии, и это значит, что впереди нас ждёт ещё много всего интересного. Так, ближайшей инновацией, которая должна выступить лейтмотивом очередных крупных изменений в сфере потребительских SSD, скорее всего, станет технология с названием Non-Volatile Memory Express, или NVM Express, или, как её чаще всего называют, NVMe. Это перспективный интерфейсный протокол, созданный специально для высокоскоростных SSD консорциумом из ведущих отраслевых разработчиков, включая Intel, Samsung, SanDisk, Dell и Seagate.

Первый потребительский NVMe SSD – Intel SSD 750

Если вы следите за прогрессом в сфере твердотельных накопителей, то наверняка знаете, что они в своём развитии столкнулись с серьёзной преградой – устаревшими шинами. Serial ATA и Serial Attached SCSI (SAS) предоставляют достаточную полосу пропускания для механических жёстких дисков, но более скоростные SSD с лёгкостью выбирают весь их потенциал. Поскольку пропускная способность SATA ограничена величиной 6 Гбит/с, максимальная скорость флагманских SATA SSD не выходит за величину порядка 500 Мбайт/с. Не спасает и более скоростной SAS-интерфейс: он ограничивает скорость передачи данных величиной 1,2 Гбайт/с. Современные же накопители, основанные на флеш-памяти, способны на гораздо большее.

Этот тупик на самом деле не стал неожиданностью для индустрии: о нём было известно с самого начала. Твердотельные накопители имеют больше общего с системной памятью, нежели с механическими жёсткими дисками, и поэтому рано или поздно они должны были перерасти возможности интерфейсов, традиционно применявшихся для подключения HDD. Но до сих пор встраивать SSD в имеющуюся инфраструктуру было проще и лучше для популяризации новой технологии. И только лишь к настоящему моменту скорости твердотельных накопителей возросли настолько, что отрицательное влияние старых интерфейсов стало игнорировать категорически невозможно, а значит, пришло время от них отказаться.

К счастью, подходящая для использования SSD высокоскоростная шина давно изобретена, и это – PCI Express. Сейчас она активно применяется в качестве транспортного уровня при подключении графических карт и прочих дополнительных контроллеров, нуждающихся в обмене данными с высокой скоростью, например Thunderbolt. Одна линия PCI Express второго поколения обеспечивает пропускную способность на уровне 500 Мбайт/с, а линия PCI Express 3.0 может развивать скорость до 985 Мбайт/с. Таким образом, интерфейсная карта, устанавливаемая в слот PCIe x4 (с четырьмя линиями), может обмениваться данными на скорости до 2 Гбайт/с в случае PCI Express 2.0 и до почти 4 Гбайт/с – при использовании PCI Express третьего поколения. Это отличные показатели, которые вполне подходят и для современных твердотельных накопителей.

Из сказанного закономерно следует, что на рынке не только доступны потребительские SATA SSD, но и потихоньку распространяются варианты для шины PCI Express. Скажем, через наши руки прошли такие модели, как OCZ RevoDrive, Kingston HyperX Predator и Plextor M6e. Но все они характерны тем, что, используя в качестве транспорта данных прогрессивную шину PCI Express, продолжают общаться с системой посредством старых SCSI- или SATA-протоколов. А такой подход не только неверен методологически, но и попросту не даёт полностью раскрыться всем сильным сторонам скоростных твердотельных накопителей. Иными словами, назрела необходимость в реализации принципиально нового подхода, коим и стал специализированный логический интерфейс NVMe, наложенный на транспорт PCI Express.

Как ожидается, к 2018 году более 70 % потребительских SSD будут иметь интерфейс NVMe

Как ожидается, к 2018 году более 70 % потребительских SSD будут иметь интерфейс NVMe

В отличие от распространённых интерфейсов SCSI или SATA, которые создавались в предшествующую SSD эпоху, NVMe спроектирован с целью извлечения преимуществ из уникальных свойств именно твердотельных накопителей, которые, основываясь на энергонезависимой флеш-памяти с произвольным доступом, обладают очень низкими задержками и позволяют глубоко конвейеризировать операции чтения и записи. NVMe содержит целый ряд усовершенствований, направленных на уменьшение паразитных латентностей при работе с данными по сравнению с интерфейсом SATA и AHCI-протоколом, где этому вопросу специального внимания не уделялось. Кроме того, в NVMe наконец-то учтена многопоточная природа современных платформ, прекрасно сочетающаяся с архитектурой актуальных моделей SSD.

Если говорить об улучшениях, нашедших место в NVMe, конкретнее, в первую очередь упоминания заслуживает стремление к снижению накладных расходов. Например, передача наиболее типичных 4-килобайтных блоков в новом протоколе требует подачи лишь одной команды вместо двух. А весь набор управляющих инструкций упрощён настолько, что их обработка на уровне драйвера позволяет уменьшить загрузку процессора и возникающие при этом задержки как минимум вдвое. Второе же важное нововведение – поддержка глубокой конвейеризации и многозадачности, заключающаяся в возможности параллельно создавать множественные очереди запросов вместо имевшейся ранее единой очереди на 32 команды. Интерфейсный протокол NVMe способен обслуживать до 65536 очередей, причём каждая из них может содержать до 65536 команд. Фактически какие-либо ограничения ликвидируются вообще, и это очень важно для серверных сред, где на дисковую подсистему может возлагаться огромное количество одновременных операций ввода-вывода. Для персональных компьютеров данное новшество не столь критично, но при одновременной работе нескольких приложений, активно общающихся с накопителем, загрузка процессора благодаря NVMe всё-таки может быть несколько понижена.

Надо сказать, что технология NVMe к моменту своего внедрения оказалась очень хорошо проработанной не только на теоретическом, но и на практическом уровне. Драйверы, которые необходимы для поддержки твердотельных накопителей, работающих по этому протоколу, сейчас имеются во всех основных операционных системах. В Linux поддержка NVMe появилась в версии ядра 3.1; «врождённый» драйвер NVMe имеется в Windows 8.1 и Windows Server 2012 R2; совместимость с NVMe-накопителями была добавлена и в OS X 10.10.3.

Расстраивает лишь то, что NVMe SSD поддерживается далеко не всеми материнскими платами. Для того чтобы такие накопители можно было использовать в качестве загрузочных, UEFI материнской платы должен тоже обладать соответствующим драйвером. Однако производители встроили необходимый микрокод лишь в последние версии прошивок, выпущенные для наиболее свежих моделей материнок. Поэтому поддержка загрузки операционной системы с NVMe-накопителей есть лишь на самых современных платах для энтузиастов, основанных на наборах логики Intel Z97 и Intel X99. В более старых и дешёвых платформах пользователи смогут воспользоваться NVMe SSD лишь как вторыми дисками.

Ещё одна проблема переходного периода заключается в отсутствии в существующих системах необходимых коннекторов для подключения NVMe-накопителей. Именно поэтому на первом этапе большинство SSD с таким интерфейсом будут выпускаться в виде простых PCIe- или M.2-плат, требующих для своей работы подключения к шине PCI Express 3.0. Однако на самом деле для нового поколения SSD разработан и специальный разъём U.2, ранее известный под именем SFF-8639. Этот разъём подразумевает более традиционное кабельное соединение и должен позволить высокопроизводительным SSD сохранить привычное 2,5-дюймовое исполнение. Пока порты U.2 можно найти лишь на единичных системных платах, причём преимущественно серверной направленности. Однако в перспективе U.2 станет повсеместным решением. Он объединяет в себе четыре линии PCI Express 3.0, два наследственных SATA-порта, а также 3,3- и 12-вольтовые линии питания, то есть обладает свойством универсальности. Именно поэтому U.2 должен с лёгкостью вытеснить так и не завоевавший популярность интерфейс SATA Express, который предлагает существенно более скудные возможности.

Схема кабельного соединения для NVMe SSD

Схема кабельного соединения для NVMe SSD

Стоит упомянуть, что некоторые производители материнских плат стали предлагать переходники со слота M.2 на разъём U.2. Однако в M.2 нет линий 12 В, поэтому такие переходники требуют подключения внешнего питания. Кроме того, не следует забывать, что большинство имеющихся на современных материнских платах слотов M.2 подключается не к процессору, а к южному мосту набора системной логики, а потому располагает лишь двумя линиями PCI Express 2.0. В результате U.2 NVMe-накопители, подсоединённые через переходник, в большинстве случаев не смогут продемонстрировать максимальную заложенную в них производительность.

Материнская плата c U.2-переходником ASUS Hyper Kit, установленным в слот M.2

Материнская плата c U.2-переходником ASUS Hyper Kit, установленным в слот M.2

Впрочем, в настоящее время на рынке доступно всего несколько моделей твердотельных накопителей с интерфейсом NVMe. И в первую очередь это серверные Intel DC P3500, P3600 и P3700, а также Samsung MZ-WEIT10, которые вряд ли могут заинтересовать обычных пользователей. До появления же на рынке широкого ассортимента U.2 NVMe SSD ситуация c распространением нового разъёма вполне может измениться в лучшую сторону. Первые же решения потребительского уровня, ориентированные на радикальных энтузиастов, вполне могут обходиться и обычными слотами PCIe или M.2. Такими, в частности, являются готовящаяся к поступлению в продажу NVMe-версия накопителя Samsung SM951 и уже доступный в магазинах Intel SSD 750, речь о котором как раз и пойдёт в этом обзоре.

#Технические характеристики

Intel на рынке твердотельных накопителей придерживается довольно-таки оригинальной стратегии, заключающейся в том, что разработке SSD для потребительского сегмента уделяется не слишком серьёзное внимание. Основные же усилия при этом направляются на модели, ориентированные на корпоративный и серверный сегменты, и в них Intel удалось прочно закрепиться в числе лидеров. В рамках этой концепции пользователи персональных компьютеров последние несколько лет получают лишь побочные продукты, которые тем не менее пользовались и продолжают пользоваться устойчивым спросом, обеспечиваемым не столько выдающимися характеристиками, сколько репутацией производителя. Но с технологической точки зрения такие модели особого интереса не представляют. Например, до недавних пор ассортимент интеловских потребительских SSD состоял из нескольких модификаций, использующих безнадёжно устаревший контроллер SandForce SF-2281, и из основанного на собственном контроллере накопителя Intel SSD 730, представляющего собой слегка адаптированный для десктопов аналог серверного Intel DC S3500.

Однако то, что Intel до недавнего времени не хотела расходовать много сил на разработку моделей SATA SSD для персональных компьютеров, совершенно не значит, что компании этот рыночный сегмент стал вообще неинтересен. Просто она решила действовать по-другому – дождаться подходящего момента и выпустить принципиально новое флагманское решение, которое по технологической насыщенности будет заведомо превосходить все конкурирующие варианты. И вот этот момент настал – в начале апреля Intel представила свой новый SSD 750-й серии, ставший первым доступным на рынке потребительским твердотельным накопителем с интерфейсом NVMe.

Надо сказать, что платформа, позволяющая создавать NVMe SSD, у компании была заготовлена уже достаточно давно. Однако до выпуска Intel SSD 750 она применялась лишь в высокопроизводительных SSD для дата-центров, в которые, помимо всего прочего, шла и высоконадёжная, но дорогая eMLC NAND. Теперь же Intel решила попробовать внедрить аналогичную платформу в основанные на обычной MLC-флеш-памяти накопители для энтузиастов, которые должны совместить высокую мощность и принципиально новый интерфейс NVMe с удобоваримой стоимостью. Именно так мы и получили Intel SSD 750.

Производитель Intel
Серия SSD 750
Модельный номер SSDPE2MW400G4
SSDPEDMW400G4
SSDPE2MW012T4
SSDPEDMW012T4
Форм-фактор 2.5″ 15-мм U.2 или карта PCIe x4 (HHHL)
Интерфейс PCI Express 3.0 x4 - NVMe
Ёмкость 400 Гбайт 1,2 Тбайт
Конфигурация
Микросхемы памяти: тип, интерфейс, техпроцесс, производитель Intel 128 Гбит 20-нм MLC NAND
Контроллер Intel CH29AE41AB0
Производительность
Макс. устойчивая скорость последовательного чтения 2200 Мбайт/с 2400 Мбайт/с
Макс. устойчивая скорость последовательной записи 900 Мбайт/с 1200 Мбайт/с
Макс. скорость произвольного чтения (блоки по 4 Кбайт) 430000 IOPS 440000 IOPS
Макс. скорость произвольной записи (блоки по 4 Кбайт) 230000 IOPS 290000 IOPS
Физические характеристики
Потребляемая мощность: бездействие/чтение-запись 9/12 Вт 10/22 Вт
MTBF (среднее время наработки на отказ) 1,2 млн ч
Ресурс записи 127 Тбайт
Габаритные размеры: Д×В×Г 2,5 дюйма – 100,45 × 69,85 × 15 мм
PCIe – 167,65 × 68,9 × 18,74 мм
Масса 2,5 дюйма – 125 г
PCIe – 195 г
Гарантийный срок 5 лет
Рекомендованная цена $389 $1 029

Надо сказать, что Intel SSD 750 – это не простая адаптация серверного продукта, как было в случае с Intel SSD 730. В данном случае разработчики отнеслись к своей миссии более ответственно и на базе изначально серверной платформы сделали принципиально иной накопитель, в котором проведена глубокая оптимизация микропрограммы под клиентские задачи. Так, в Intel SSD 750 огромное внимание уделено высокому быстродействию при работе с 4-килобайтными блоками. Скорости последовательного чтения и записи при этом несколько пострадали, но, по утверждению разработчиков, усреднённая производительность при типичной десктопной нагрузке в результате стала выше. Да и к тому же переживать о недостатке какого-либо аспекта мощности в Intel SSD 750 попросту глупо – платформа, используемая в этом продукте, настолько сильна, что никаких других SSD для ПК с подобными заявленными скоростями попросту не существует.

Однако серверные корни Intel SSD 750 всё-таки нашли отражение в характеристиках. Так, этот накопитель доступен всего в двух вариантах объёма – 400 Гбайт и 1,2 Тбайт. Выбор далеко не самый удобный, и особенно расстраивает отсутствие какой-либо промежуточной ёмкости. В этой связи можно сказать наверняка, что гораздо более востребованной версией станет Intel SSD 750 400 Гбайт, рекомендованная стоимость которой составляет $389. Это дороже флагманских SATA SSD, но в сравнении с потребительскими PCI Express-накопителями Intel SSD 750 – вполне выгодное предложение, особенно если учесть его новаторство и потрясающе высокие скорости случайных операций.

Intel SSD 750 доступен в двух различных форм-факторах: в виде уже привычной энтузиастам карты расширения с интерфейсом PCI Express 3.0 x4 либо в виде 2,5-дюймового накопителя, но с увеличенной, 15-миллиметровой толщиной. При этом 2,5-дюймовая модель требует для своей интеграции в систему «правильный» интерфейс U.2, что делает её первым потребительским накопителем, рассчитанным на использование разъёмов нового типа. Если говорить о десктопах, то прямое подключение такой разновидности SSD на данный момент возможно лишь через конвертеры. Соответствующие решения есть у ASUS и MSI: обе фирмы предлагают переходники для слота M.2, позволяющие преобразовать такой разъём с линиями PCI Express 3.0 в порт U.2.

2,5-дюймовая версия Intel SSD 750, подключенная к плате ASUS Sabertooth X99 через M.2-переходник

2,5-дюймовая версия Intel SSD 750, подключённая к плате ASUS Sabertooth X99 через M.2-переходник

Однако даже если принять во внимание существование U.2-переходников и накопителя Intel SSD 750, сделанного в виде PCIe-карты, следует понимать, что установить его можно далеко не в любую систему. И дело не только в ограниченной поддержке NVMe в BIOS материнских плат прошлых поколений. Intel SSD 750 нуждается в четырёх линиях PCI Express 3.0, которые суммарно могут обеспечить пропускную способность до 4 Гбайт/с. Соответственно, для Intel SSD 750 подходят только такие слоты и разъёмы, которые питаются от процессорного, а не от чипсетного PCI Express-контроллера. Поэтому наилучшей платформой для Intel SSD 750 выступают системы с LGA2011-v3-процессорами, которые располагают PCI Express-контроллером с достаточным количеством линий PCI Express 3.0. Если же говорить о LGA1150-системах, то в них в пользу интеловского накопителя придётся отнять четыре линии от видеокарты. В слотах же PCI Express 2.0 высокопроизводительный Intel SSD 750 свою феноменальную производительность раскрыть попросту не сможет.

PCIe 3.0 x4 NVMe SSD должен коммутироваться с CPU для получения максимальной произодительности

PCIe 3.0 x4 NVMe SSD должен коммутироваться с CPU для получения максимальной производительности

Откуда берётся такая высокая производительность, что интеловской новинке действительно нужны четыре линии PCI Express 3.0, несложно понять, если посмотреть на его аппаратную начинку. В его основе лежит контроллер серверного уровня Intel CH29AE41AB0, который работает на частоте 400 МГц и обладает восемнадцатью каналами для подключения флеш-памяти. Если учесть, что большинство контроллеров для потребительских SSD располагают либо восемью, либо четырьмя каналами, становится понятно, что Intel SSD 750 действительно может прокачивать по шине значительно больше данных, чем все те модели SSD, с которыми мы сталкивались до сих пор, включая и варианты, работающие через PCI Express.

Контроллер Intel CH29AE41AB0

Контроллер Intel CH29AE41AB0

Однако применение контроллера со столь высоким уровнем параллелизма имеет и свои отрицательные стороны. А именно, по своему тепловыделению и энергопотреблению он заметно превосходит все другие чипы такого же назначения. Пиковое тепловыделение старшей версии Intel SSD 750 при операциях записи может доходить до 25 Вт, что требует отдельной заботы об теплоотводе. Конечно, до необходимости активного охлаждения дело не доходит, однако высокое тепловыделение и энергопотребление контроллера ставит крест на возможности создания с его помощью накопителей в компактном форм-факторе M.2.

Что касается используемой флеш-памяти, то в этой части Intel SSD 750 не проводит никаких инноваций. Он основывается на обычной MLC NAND интеловского же производства, выпущенной по 20-нм техпроцессу и имеющей ядра объёмом 128 Гбит. Следует заметить, что большинство прочих производителей SSD достаточно давно отказались от подобной памяти, перейдя на чипы, сделанные по более тонким нормам. Да и сама Intel начала перевод на 16-нм память не только своих потребительских, но и серверных накопителей. Однако несмотря на всё это, в Intel SSD 750 устанавливается более старая память, которая имеет более высокий ресурс.

При этом никаких из ряда вон выходящих показателей надёжности для Intel SSD 750 не заявляется. Производитель говорит о возможности перезаписи 70 Гбайт ежедневно в течение пятилетнего гарантийного срока. Таким образом, ресурс записи для новинки составляет порядка 127 Тбайт, что не превышает декларируемую выносливость флагманских моделей SATA SSD, предлагаемых лидерами рынка. Но зато интеловский SSD обеспечивает полную защиту данных от утраты при перебоях питания. На Intel SSD 750 имеется два электролитических конденсатора, и их ёмкости хватает для штатного завершения работы накопителя в автономном режиме.

#Внешний вид и внутреннее устройство

Для тестирования наша лаборатория получила PCIe-вариант Intel SSD 750 ёмкостью 400 Гбайт. Эта версия имеет наиболее ходовые сочетания объёма и исполнения, но при этом её скорости чуть ниже, чем у 1,2-Тбайт модификации, из-за меньшего параллелизма массива флеш-памяти. Выглядит она следующим образом.

 

Плата накопителя имеет половинную высоту, что позволяет устанавливать её не только в традиционные десктопы, но и в 2U-серверы. Необходимая для этого укороченная планка задней панели входит в комплект поставки.

Сам же накопитель полностью закрыт бронёй. С лицевой стороны это алюминиевый радиатор, а с оборотной – декоративная металлическая пластина, которая на самом деле с микросхемами не соприкасается. Следует отметить, что применение радиатора – необходимость. Основной контроллер интеловского SSD выделяет немало тепла, и при высокой нагрузке даже оснащённый таким охлаждением накопитель может разогреваться до температур порядка 50-55 градусов. Но благодаря радиатору никаких намёков на троттлинг не наблюдается – производительность остаётся постоянной даже в процессе непрерывного и интенсивного использования.

Дизайн печатной платы Intel SSD 750 вызывает немалое удивление. Она несёт на себе такое количество микросхем флеш-памяти, которого хватило бы как минимум на четыре обычных SSD 480-гигабайтного объёма. Однако Intel решила отказаться от повсеместно применяемых чипов большой ёмкости с несколькими полупроводниковыми кристаллами внутри, благо площадь платы это вполне позволяет.

 

Ещё один интересный факт заключается в том, что среди 36 микросхем MLC NAND, имеющихся на Intel SSD 750 400 Гбайт, встречаются две различные разновидности. Обе они произведены компанией Intel, однако 24 микросхемы имеют маркировку 29F16B08MCMFS и содержат внутри себя по одному 128-гигабитному 20-нм MLC NAND-устройству, а ещё 12 микросхем с маркировкой 29F64G08LCMFS базируются на единичных 20-нм 64-гигабитных кристаллах. Это значит, что 18-канальный контроллер Intel CH29AE41AB0 в общей сложности работает с массивом из 36 NAND-устройств и пользуется всего лишь двукратным чередованием, которое и обуславливает несколько более низкие, чем у модели на 1,2 Тбайт, показатели быстродействия.

Если просуммировать ёмкость всех микросхем, то получится, что общий объём флеш-памяти в Intel SSD 750 400 Гбайт составляет 480 ГиБ, от которых пользователю доступно лишь около 78 процентов. Остальное отводится на подменный фонд, сборку мусора и технологии защиты данных. В Intel SSD 750 реализована традиционная для флагманских накопителей RAID 5 подобная схема на уровне кристаллов MLC NAND, что позволяет успешно восстанавливать данные даже в том случае, когда один из чипов полностью выходит из строя.

Ещё одна особенность применённой в Intel SSD 750 платформы заключается в том, что его контроллер Intel CH29AE41AB0 взаимодействует со сравнительно объёмным массивом DRAM. Добавление в конструкцию накопителя быстродействующего и вместительного кеша – ещё один из способов получения высокой производительности. Поэтому общая ёмкость оперативной памяти у интеловского флагмана составляет 1,25 Гбайт, и набрана она аж пятью DDR3-1600-чипами Micron MT41K512M4DA-125.

Говоря о практических аспектах применения Intel SSD 750, следует напомнить, что это – не совсем обычный SSD для шины PCI Express 3.0 x4. Одного лишь скоростного слота для него недостаточно, от материнской платы требуется также поддержка NVMe-интерфейса на уровне UEFI. Сама Intel предлагает достаточно скромный список совместимых плат, но на самом деле подходящих вариантов несколько больше, правда все они основываются исключительно на последних наборах логики Intel X99 и Z97. В тех же системах, в которых NVMe в UEFI не поддерживается, загрузка операционной системы с Intel SSD 750 невозможна и он может служить лишь дополнительным накопителем.

Любопытно, что хотя Windows 8.1 и имеет встроенный NVMe-драйвер, Intel рекомендует использовать с SSD 750 альтернативный драйвер собственной разработки, который позволяет получить более высокую производительность. И это действительно так — скорость рассматриваемого SSD с драйвером от разработчиков Intel заметно возрастает. Да и вообще, программная поддержка Intel SSD 750 проработана гораздо лучше, чем это принято у других производителей потребительских PCIe SSD. С ним даже оказалась совместима фирменная утилита Intel SSD Toolbox, обладающая набором полезных инструментов для мониторинга состояния твердотельного накопителя, оптимизации операционной системы, обновления прошивок и выполнения операции Secure Erase. Правда, популярные сторонние программы для SMART-мониторинга, например та же CrystalDiskInfo, с Intel SSD 750 не работают, но это – проблема совсем не интеловских разработчиков.

Тестирование. Выводы

#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.



Оригинал материала: https://3dnews.ru/917044