Обзор SSD-накопителя OCZ Vector 180: с изюминкой

⇡#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 4.1.0
  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. Используется драйвер Intel Rapid Storage Technology (RST) 13.6.0.1002.

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

⇡#Участники тестирования

С учетом позиционирования OCZ Vector 180 для сравнения с ним мы выбрали наиболее ходовые модели накопителей лидеров рынка – компаний Samsung, SanDisk, Kingston и Crucial. Кроме того, в тестирование был включён и прошлый мейнстримовый накопитель OCZ, Vector 150. При этом все принявшие участие в тестах SSD имели близкий объём: 240, 250 или 256 Гбайт.

В итоге получился следующий перечень соперников:

• Crucial BX100 250 Гбайт (CT250BX100SSD1, прошивка MU02);
• Crucial MX200 250 Гбайт (CT250MX200SSD1, прошивка MU01);
• Kingston HyperX Savage 240 Гбайт (SHSS37A/240G, прошивка SAFM00.r);
• OCZ Vector 150 240 Гбайт (VTR150-25SAT3-240G, прошивка 1.2);
• OCZ Vector 180 240 Гбайт (VTR180-25SAT3-240G, прошивка 1.01);
• Samsung 850 Pro 256 Гбайт (MZ-7KE256, прошивка EXM01B6Q);
• Samsung 850 EVO 250 Гбайт (MZ-75E250, прошивка EMT01B6Q);
• SanDisk Extreme PRO 240 Гбайт (SDSSDXPS-240G, прошивка X21200RL);
• SanDisk Ultra II 240 Гбайт (SDSSDHII-240G, прошивка X31000RL).

⇡#Производительность

Последовательные операции чтения и записи

Первые же результаты, полученные нами в практическом тестировании Vector 180, подтверждают наши опасения: более новая 19-нм память Toshiba второго поколения медленнее своей предшественницы — и это находит отражение в производительности новинки OCZ при последовательной нагрузке. Vector 180 стал медленнее Vector 150, в котором использовалась аналогичная MLC NAND первого поколения, и в результате его производительность на фоне конкурентов выглядит посредственно, особенно в части операций чтения.

Случайные операции чтения

Инженеры OCZ путём оптимизации микропрограммы смогли улучшить скорость новинки при операциях случайного чтения и записи по сравнению с показателями Vector 150, но этого оказалось недостаточно для того, чтобы новый SSD мог бы бороться с современными предложениями конкурентов на равных. Всё-таки контроллер Barefoot 3, который был выпущен почти три года тому назад, к сегодняшнему дню уже изрядно устарел. К тому же изначально он оптимизирован под работу с памятью производства Micron, но последующий вынужденный перевод этой платформы на MLC NAND компании Toshiba с интерфейсом Toggle Mode повлиял на скорость представителей семейства Vector явно не лучшим образом.

Несмотря на то, что операции с глубокой очередью запросов для персональных компьютеров не характерны, мы всё же посмотрим, как зависит производительность рассматриваемого SSD от глубины очереди запросов при чтении 4-килобайтных блоков.

Увеличение глубины очереди запросов мало влияет на относительные показатели OCZ Vector 180. В любом случае операции чтения даются ему заметно хуже, чем прочим актуальным SSD.

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

При работе с блоками нестандартных размеров картина не отличается: по скорости чтения новый флагманский SSD компании OCZ уступает другим популярным решениям. А это в свою очередь означает, что, пусть Vector 180 и занимает в ассортименте продукции OCZ верхнюю позицию, на деле это флеш-накопитель со скоростными характеристиками бюджетной модели. Но не все так уж плохо.

Случайные операции записи

Скорость Vector 180 при операциях неконвейеризованной произвольной записи вселяет оптимизм — этот накопитель обходит все остальные модели, кроме своего предшественника с более быстрой памятью. Однако с увеличением глубины очереди запросов до четырёх команд Vector 180 теряет позиции, опережая лишь основанный на TLC-памяти бюджетный SanDisk Ultra II.

Более явно увидеть, что происходит с производительностью случайной записи при увеличении глубины очереди запросов, можно на следующем графике, показывающем зависимость скорости произвольной записи 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов:

Получается, что серьёзные проблемы с производительностью при операциях записи у Vector 180 проявляются только при глубине очереди в четыре команды. Если очередь команд меньше или больше, то новинка OCZ оказывается показывает хорошие результаты.

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

На этом графике Vector 180 разместился ближе к середине, правда, отстав от своего предшественника, Vector 150. Иными словами, сочетание контроллера Barefoot 3 и 19-нм памяти Toshiba второго поколения с текущей прошивкой показывает себя несколько хуже, чем пара из того же контроллера и памяти Micron.

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.

Высокая производительность при смешанной нагрузке считается одним из основных козырей контроллера Barefoot 3 — Vector 150 это наглядно демонстрирует. Vector 180 здесь показывает средние результаты.

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

Фактически при смешанных последовательных операциях Vector 180 в большинстве случаев уступает только своему предшественнику, Vector 150, при случайных же столь высокую производительность ему показать не удается.

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.

Такой график изменения производительности очень характерен для флеш-приводов производства OCZ. Любые твердотельные накопители, в основе которых лежит контроллер Barefoot 3, при продолжительной и непрерывной нагрузке в виде операций записи ведут себя именно так. Однако относительно того, как в аналогичных условиях показывают себя накопители на прочих контроллерах, поведение OCZ Vector 180 своеобразно. Здесь можно выделить целых три уникальные особенности.

Во-первых, кривая изменения скорости записи имеет не одну, а две ярко выраженные ступеньки. Первое серьёзное падение производительности происходит при заполнении флеш-привода наполовину — после записи на 240-гигабайтный накопитель примерно 120 Гбайт данных. Это падение связано с особенностями организации хранения информации. Твердотельные накопители OCZ стараются по возможности использовать MLC-память в SLC-режиме, переходя на хранение двух бит информации в каждой ячейке флеш-памяти только после того, как однобитовое заполнение ячеек становится невозможным из-за исчерпания свободного пространства. В то же время наблюдаемое падение производительности является обратимым: после любого небольшого простоя накопитель самостоятельно уплотняет данные в памяти и возвращает себе первоначальную скорость, получая возможность вновь использовать освободившиеся MLC-ячейки для хранения единичных битов. Именно поэтому в реальных условиях у OCZ Vector 180 наблюдается высокая скорость записи.

Во-вторых, основное падение производительности, которое должно происходить после полного заполнения SSD данными, у Vector 180 объёмом 240 Гбайт наблюдается значительно позднее записи на накопитель 256 Гбайт данных. Это означает, что данный привод наделён агрессивной и эффективной технологией уборки мусора, которая при работе в рамках резервной области, составляющей 14 % от его общей ёмкости, успевает подготовить чистые блоки памяти даже в то время, пока SSD подвергается непрерывным запросам на запись информации. Здесь контроллер Barefoot 3 показывает свою высокую мощность и способность решать параллельные задачи.

И в-третьих, что является обратной стороной непрерывно работающей сборки мусора, Vector 180 не может похвастать постоянством производительности даже в том случае, когда он находится в абсолютно свежем состоянии. Спорадическое падение быстродействия с 90 тысяч IOPS до 20-30 тысяч IOPS делает его неоптимальным выбором в тех случаях, когда от SSD требуется гарантированная и предсказуемая скорость.

В то же время нельзя не отметить тот факт, что в целом масштаб снижения производительности при переходе рассматриваемого накопителя из свежего в использованное состояние выглядит оптимистично. Даже после записи 1 Тбайт данных средняя скорость случайной записи остаётся на уровне 23 тыс. IOPS, что примерно вдвое выше тех показателей, которые выдают в аналогичных условиях другие потребительские SATA SSD.

Давайте теперь посмотрим, как у OCZ Vector 180 работает сборка мусора. Для исследования этого вопроса после завершения предыдущего теста, приводящего к деградации скорости записи, мы выжидаем 15 минут, в течение которых SSD может попытаться самостоятельно восстановиться за счёт сборки мусора, но без помощи со стороны операционной системы и команды TRIM, и замеряем быстродействие. Затем на накопитель принудительно подаётся команда TRIM — и скорость измеряется ещё раз, что позволяет убедиться в способности SSD с помощью TRIM полностью восстанавливать свою паспортную производительность.

Все современные накопители, за исключением основанных на платформе SandForce, умеют восстанавливать свою производительность до первоначального уровня без каких-либо проблем, для этого нужна лишь поддержка команды TRIM со стороны операционной системы. Однако только избранные SSD могут возвращать свою первоначальную скорость без участия TRIM. OCZ Vector 180 в этом ключе нужно отнести к числу достаточно удачных решений. Он не только полностью возвращает себе высокую скорость записи после обработки TRIM, но и способен отчасти приводить свои скоростные параметры к первоначальным рубежам самостоятельно, без помощи со стороны операционной системы. Правда, в этом случае его производительность на операциях записи возвращается к изначальному уровню лишь ненадолго, после простоя записать с высокой скоростью удаётся чуть более 10 Гбайт данных. Впрочем, большинство десктопных флеш-накопителей других производителей не способно и на такое. Иными словами, сборка мусора у OCZ Vector 180, как и у прочих накопителей на платформе Barefoot 3, работает лучше, чем у многих конкурирующих решений.

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.

CrystalDiskMark подтверждает: скорости чтения – слабое место Vector 180. Зато при записи этот накопитель выдаёт весьма высокую производительность, что объясняется его стратегией обращений во флеш-память, когда она по возможности используется в SLC-режиме. Такая технология SLC-кеширования, которую постепенно начинают брать на вооружение и другие разработчики, действительно даёт результаты, однако на быстродействие при чтении данных она, к сожалению, повлиять не может.

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.

А вот и закономерный итог всему тому, о чём говорилось выше. Низкие скорости на операциях чтения, которые обычно и преобладают при реальной нагрузке, выливаются в невысокую дисковую производительность в общеупотребительных приложениях. В PCMark 8 накопитель OCZ Vector 180 проиграл не только производительным SSD, но и всем своим соперникам из бюджетного сегмента, основанным на урезанных четырёхканальных контроллерах. Даже по сравнению со своим предшественником, Vector 150, он выдаёт на 15 процентов худший результат. И это значит, что по уровню средневзвешенного быстродействия новый Vector 180 оказывается похож на бюджетный накопитель OCZ Arc 100, в котором тоже используется 19-нм MLC-память Toshiba второго поколения.

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

Справедливости ради стоит отметить, что среди реальных приложений есть и такие, где OCZ Vector 180 показывает себя неплохо. Однако даже в наиболее благоприятных для него ситуациях – в Adobe Photoshop и Adobe InDesign – новинка конкурирует с недорогими SSD, тогда как флагманы остаются недосягаемыми.

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.

В тестах копирования OCZ Vector 180 смотрится не так уж плохо. Благодаря высокой скорости записи ему удаётся показать производительность на одном уровне с Kingston HyperX Savage и Samsung 850 EVO. Правда, предыдущая версия этого SSD, Vector 150, работала существенно быстрее.

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.

Относительно неплохой результат Vector 180 выдаёт и в этом случае. В целом же описать характер поведения этого SSD в двух словах очень просто: чем больше ему встречается операций записи, тем лучшие относительные показатели производительности он демонстрирует.

⇡#Выводы

Слияние OCZ и Toshiba, формально завершившееся полтора года назад, в реальности, как это всегда бывает при объединении двух крупных компаний, заняло куда больше времени. Vector 180 — продукт как раз такого переходного периода, когда части новой, объединенной компании еще не до конца подстроились друг под друга. Вероятно, именно поэтому мы до сих пор сталкиваемся с немолодым контроллером Barefoot 3 — не имея возможности на данном этапе уделять повышенное внимание разработке новых продуктов, OCZ сделала упор на высокое качество и отменную надёжность выпускаемой продукции, а не на её скоростные показатели.

Да, со скоростью у Vector 180 не всегда все гладко: слабое место текущей платформы компании OCZ кроется в низкой скорости при операциях чтения, которая не даёт основанным на ней накопителям показывать высокую производительность в некоторых десктопных задачах. Vector 180 здесь не исключение, а перевод этого накопителя на память Toshiba, производимую по 19-нм техпроцессу второго поколения, снизил быстродействие по сравнению с предшественником: контроллер Barefoot 3 при разработке адаптировался под чипы Micron, установленные в самом первом Vector, которые — по понятным причинам — OCZ больше использовать не может.

Но, помимо скоростных характеристик в бенчмарках, есть и другие параметры — и тут OCZ Vector 180 выступает вполне достойно. Начнем с технологии PFM+: разработчики OCZ решили придать привлекательности своей новинке за счет увеличения надёжности и реализовали специальную схему для противодействия перебоям питания. PFM+ не улучшает ресурс накопителя, но влияет на его способность выживать при отключении или нестабильности питания. Эту проблему можно было бы решить приобретением ИБП, но этим озадачиваются далеко не все, так что предусмотрительность разработчиков железа в этом плане не может не радовать. Ну а для тех, кто совсем уж всерьёз озабочен надёжностью дисковой подсистемы, существуют намного более дорогие серверные модели SSD, которые дают гарантию сохранности всех данных, в том числе и находящихся в DRAM-кеше.

Помимо этого, Vector 180 неплохо показывает себя при смешанной нагрузке, характерной для многих приложений, а также не пасует, будучи полностью заполненным данными, — его уровень производительности при непрерывной записи объема информации, большего, чем объем самого диска, намного выше, чем у большинства современных флеш-приводов. Хорошее впечатление остаётся и от автономной сборки мусора, которая способна освобождать достаточное для будущих операций пространство без подачи команды TRIM.

Если бы мы в нашей методике ограничивались лишь стандартными бенчмарками, мы были бы вынуждены признать, что OCZ Vector 180 уступает флагманским накопителям прочих производителей и выступает на равных с более дешёвыми решениями. Однако расширенный набор тестов, в том числе приближенных к реальным задачам, позволяет говорить о том, что у OCZ получился средний по производительности, но хорошо адаптированный к реальной жизни накопитель, который не боится перепадов питания, обладает расширенной гарантией и не слишком сильно теряет скорость по мере заполнения. Что же до быстродействия SSD OCZ, то мы очень надеемся, что переходный период слияния OCZ и Toshiba уже позади, и потому с нетерпением ждём выхода решений OCZ следующего поколения на базе перспективного контроллера JetExpress – по слухам, они появятся ещё до конца этого года.