Обзор SSD-накопителей Samsung 850 PRO и 850 EVO объёмом 2 Тбайт

Технология SSD начала своё проникновение в мир обычных персональных компьютеров ещё в прошлом десятилетии, и на заре популярности большинство предложений потребительского класса обладало сравнительно небольшими объёмами, обычно 32 или 64 Гбайт. Однако такие ёмкости оказались очень неудобными на практике даже в роли системных дисков, поэтому эдак до 2010 года клиентские SSD были не слишком востребованны. Всё изменилось, когда индустрия совершила переход на использование MLC NAND, что, с одной стороны, дало мощный толчок к снижению цен, а с другой – открыло широкие возможности для создания накопителей с большими объёмами. Тем более что вместе с двухбитовой памятью появились и контроллеры нового поколения, которые позволили производителям быстро перейти к выпуску SSD c действительно комфортными для типичных Windows-компьютеров ёмкостями, достигающими 128 или даже 256 Гбайт.

Практически сразу вслед за такими моделями на рынок пришли и SSD объёмом 512 Гбайт, однако по-настоящему востребованными предложениями они стать тогда не смогли: стоимость полутерабайтных накопителей получалась уж слишком высокой – порой она переваливала даже через тысячедолларовую планку. Поэтому продажи столь ёмких накопителей долгое время были минимальными, что дало производителям SSD недвусмысленный знак – с дальнейшим увеличением объёмов надо бы притормозить. В результате до 2013 года на рынке фактически не было ни одной массовой модели, которая бы попыталась взять штурмом терабайтную отметку. Производители хорошо усвоили урок: обычные пользователи тратить на дисковую подсистему суммы порядка $1 000 не готовы, сколь быстрыми и вместительными ни были бы предлагаемые им продукты.

И прежде чем компания Micron, которая, благодаря своим успехам в области полупроводникового производства, смогла наладить выпуск сравнительно недорогой MLC-флеш-памяти, решилась возобновить «гонку объёмов» в сегменте потребительских SSD, миновала как минимум пара лет. Но зато в первой половине 2013 года на рынке появился знаковый накопитель Crucial M500 объёмом 960 Гбайт со вполне приемлемой стоимостью на уровне $600. Именно с этой модели и началось массовое пришествие терабайтных SSD, которые к сегодняшнему дню можно обнаружить в ассортименте любого уважающего себя производителя.

С 2013 года прошло уже немало времени. Совершенствование техпроцессов, появление трёхбитовой TLC NAND и начало внедрения трёхмерной флеш-памяти к сегодняшнему дню понизило стоимость терабайтных твердотельных накопителей до уровня $300-400. И это значит, что для очередного удвоения максимальной ёмкости потребительских SSD вновь настал подходящий момент. Однако отнюдь не Micron теперь выступает первопроходцем в покорении двухтерабайтной отметки. Потребительские твердотельные накопители такой ёмкости первой смогла выпустить компания Samsung, которая за последние несколько лет сумела захватить на рынке SSD технологическое лидерство. Её накопители 850 PRO и 850 EVO стали поистине легендарными моделями, обладающими лучшими потребительскими характеристиками почти с любой точки зрения. И потому нет ничего удивительного в том, что первые SSD объёмом 2 Тбайт появились именно в этих линейках. В рамках этого обзора мы предлагаем познакомиться с ними подробно.

⇡#Технические характеристики

Начать разговор о двухтерабайтных твердотельных накопителях следует с констатации того факта, что создание столь ёмких модификаций совсем не эквивалентно простому запихиванию внутрь корпуса SSD вдвое большего количества чипов флеш-памяти. Тут должна быть проведена немалая инженерная работа, и именно поэтому первой выпустить продукт с такой ёмкостью смогла компания, обладающая мощным технологическим потенциалом и полностью контролирующая весь цикл разработки и производства. Проблем с увеличением ёмкости SSD до двухтерабайтного объёма на самом деле существует две.

Первая связана с тем, что современные контроллеры SSD потребительского уровня имеют по восемь каналов для взаимодействия с флеш-памятью, а каждый канал в режиме чередования может обслуживать не более восьми устройств NAND. В результате массив флеш-памяти современных твердотельных накопителей может быть составлен в общей сложности не более чем из 64 чипов, что с учётом максимальной ёмкости применяемых в SSD кристаллов NAND в 128 Гбит даёт в сумме лишь 1 Тбайт.

Вторая же проблема касается встроенного в современные контроллеры SSD интерфейса динамической памяти, который поддерживает не более чем 1 Гбайт DDR2/DDR3 SDRAM. Между тем для создания двухтерабайтного накопителя объём оперативной памяти должен быть как минимум вдвое больше, так как таблица трансляции адресов, размещаемая в ней для ускорения быстродействия, имеет размер из расчёта 1 Мбайт на каждый гигабайт ёмкости SSD.

Всё это значит, что создание двухтерабайтных накопителей требует разработки принципиально новых контроллеров, которые каким-то образом смогут решить описанные проблемы. И Samsung сделала это: для модификаций 850 PRO и 850 EVO рекордной на сегодняшний день ёмкости был спроектирован новый процессор – MHX. По своим характеристикам он похож на применяющийся в 850 PRO контроллер MEX и тоже основан на работающих на частоте 400 МГц трёх ядрах ARM Cortex-R4. Но интерфейс оперативной памяти в нём заменён более мощным: теперь в качестве DRAM-буфера можно применять до 2 Гбайт LPDDR3. Правда, из-за этого несколько выросла себестоимость чипа MHX, а также его энергопотребление и тепловыделение, поэтому применяться он будет строго ограниченно – лишь в наиболее ёмких версиях самсунговских SATA SSD.

Контроллер Samsung MHX

Решена в Samsung MHX и проблема с ограничением по объёму массива флеш-памяти. На первый взгляд, обойти эту проблему можно было бы двумя путями – либо ростом вместимости поддерживаемых NAND-устройств, либо увеличением количества каналов в контроллере. Однако первый метод для высокопроизводительных накопителей не годится, так как подходящие для твердотельных накопителей кристаллы объёмом выше 128 Гбит у Samsung пока не выпускаются. Второй же метод требует коренной переделки платформы SSD в целом и сложен в реализации. Поэтому инженерам Samsung, перед которыми стояла задача модернизации имеющихся, а не разработки новых накопителей, пришлось пройти третьим, полностью оригинальным путём. Они изменили стандартную схему чередования устройств NAND, позволив контроллеру работать с 16 чипами в каждом канале. Это потребовало переделки микропрограммы и наложило дополнительные ограничения на взаимодействие контроллера с массивом памяти — вроде того, что все устройства NAND в двухтерабайтных модификациях SSD распределены по двум банкам, которые не могут быть доступны одновременно. Но в конечном итоге производительность от этого не пострадала – высокая степень параллелизма массива флеш-памяти в ёмких моделях SSD позволяет маскировать коллизии, связанные с переключением банков.

В результате новый контроллер MHX стал единой основой для двухтерабайтных накопителей серий 850 PRO и 850 EVO одновременно. Кстати, терабайтные модели 850 PRO и 850 EVO тоже использовали один и тот же контроллер – Samsung MEX, различие же на уровне базового процессора между этими линейками существовало лишь у моделей с меньшими ёмкостями. Поэтому главным фактором, делающим 850 PRO и 850 EVO старших объёмов двумя принципиально разными продуктами, выступает флеш-память. В обоих накопителях используется фирменная самсунговская трёхмерная V-NAND второго поколения с 32 слоями, но в 850 PRO это двухбитовая MLC-память, а в 850 EVO – трёхбитовая TLC.

Выпуск модификаций SSD объёмом 2 Тбайт потребовал внести некоторые изменения и в организацию массива флеш-памяти. Если вы помните, в прошлых моделях Samsung 850 PRO применялась память с нестандартным объёмом ядер – 86 Гбит. Но собрать из таких NAND-устройств накопитель с ёмкостью 2 Тбайт невозможно, даже если подключать к каждому каналу контроллера по 16 чипов. Поэтому в новой версии 850 PRO в ход пошла модификация MLC V-NAND с ядрами увеличенного до 128 Гбит размера. Что же касается Samsung 850 EVO, то в нём полупроводниковые кристаллы объёмом по 128 Гбит использовались изначально, поэтому никаких структурных изменений на уровне массива флеш-памяти не потребовалось.

Подводя итог всему написанному, приведём формальные характеристики пополненных моделями на 2 Тбайт линеек Samsung 850 PRO…

…и 850 EVO.

С точки зрения декларируемых параметров быстродействия двухтерабайтные версии Samsung 850 PRO и 850 EVO не отличаются от своих младших собратьев, то есть они органично развивают имеющиеся линейки. Не стала Samsung изменять и характеристики надёжности вместе с условиями гарантийного обслуживания. На Samsung 850 PRO даётся десятилетняя гарантия, а на Samsung 850 EVO – пятилетняя. При этом ограничение по максимальному объёму записанной информации для 850 PRO 2 Тбайт установлено в 300 Тбайт, а для 850 EVO 2 Тбайт – в 150 Тбайт. Но здесь нужно подчеркнуть, что такие относительно невысокие ограничения по ресурсу на самом деле не являются характеристиками надёжности накопителей. Их смысл – в введении дополнительных рамок для очень либеральных по срокам условий гарантии. Что же до реальной выносливости накопителей Samsung, то, благодаря использованию в них трёхмерной V-NAND, которая производится по кондовому техпроцессу с 40-нм нормами, двухтерабайтные модели на самом деле могут свободно переносить запись до нескольких петабайт данных.

В остальном же модели самсунговских SSD максимальной ёмкости похожи на своих предшественников. Поэтому более подробно об их особенностях вы можете прочитать в наших первоначальных обзорах Samsung 850 PRO и Samsung 850 EVO. Напомним лишь, что накопители Samsung поддерживают совместимое с Windows BitLocker аппаратное шифрование данных по алгоритму AES-256 и снабжаются очень функциональной инструментальной утилитой Samsung Magician, которая в том числе обладает технологией RAM-кеширования RAPID.

Ко всему сказанному остаётся лишь добавить, что, хотя на первый взгляд стоимость двухтерабайтных Samsung 850 PRO и Samsung 850 EVO и кажется немалой, назвать её завышенной невозможно. Так, если оперировать официальной ценой, то каждый гигабайт ёмкости у первой модели обойдётся в $0,46, а у второй – в $0,36. И это вполне сопоставимо с удельной стоимостью гигабайта у распространённых SSD меньших ёмкостейверхней и средней ценовых категорий других производителей.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Твердотельные накопители Samsung 850 PRO и 850 EVO с увеличенным до 2 Тбайт объёмом внешне выглядят точно так же, как и их собратья с более привычными ёмкостями. Они упаковываются в стандартный для всех продуктов Samsung 2,5-дюймовый корпус и выдают свою главную особенность лишь в информации на наклейках на оборотной стороне.

Samsung 850 PRO 2TB

Похожи 850 PRO и 850 EVO и друг на друга, однако внешность флагманского накопителя на базе MLC V-NAND чуть интереснее. Он выделяется блестящей фаской по краям, а квадратик, который используется в оформлении всех SATA SSD компании Samsung для энтузиастов, имеет терракотовый, а не серый цвет.

Samsung 850 EVO 2TB

Внешность для твердотельных накопителей второстепенна, но в случае моделей, которые по своей ёмкости добрались до двухтерабайтной отметки, стоит обратить внимание на то, что их толщина составляет обычные 7 мм, а корпус не имеет никакого сложного профиля для улучшения теплоотвода. Засунуть 2 Тбайт флеш-памяти внутрь 2,5-дюймого накопителя инженерам Samsung удалось без особого труда, в чём можно окончательно убедиться, если посмотреть на внутренности рассматриваемых SSD.

До сих пор в своих накопителях Samsung исправно старалась экономить текстолит и обходиться печатными платами урезанного размера, и в случае двухтерабайтных SSD производителю не пришлось изменять своим принципам: внутренняя плата снова не занимаетвсё пространство внутри корпуса накопителя. Да и микросхем флеш-памяти на ней не так уж много – всего восемь. Достигается это за счёт того, что Samsung владеет продвинутой технологией укладки полупроводниковых кристаллов флеш-памяти, которая позволяет упаковать в одной микросхеме до шестнадцати NAND-устройств.

Samsung 850 PRO 2TB

Любопытно ещё и то, что печатные платы Samsung 850 PRO и 850 EVO ёмкостью 2 Тбайт полностью идентичны. Но если подумать, то в этом нет ничего странного: контроллер в обоих накопителях используется один и тот же – MHX, соответственно, одинаков и аккомпанирующий ему двухгигабайтный LPDDR3-1600 SDRAM-буфер. Микросхемы же флеш-памяти разнятся по плотности хранения данных в ячейках, но при этом имеют идентичную организацию на верхнем уровне и совместимы по выводам. Собственно, всё это легко прослеживается по маркировкам. Флеш-память в Samsung 850 PRO промаркирована как K9 UMGB8S7A, а в Samsung 850 EVO – как K9 DMGB8S7A. Единственный различающийся третий символ здесь как раз и описывает тип ячеек: U соответствует MLC-памяти, а D – TLC.

Samsung 850 EVO 2TB

Однако такое близкое сходство в аппаратной реализации Samsung 850 PRO и 850 EVO 2 Тбайт не означает, что эти накопители похожи в работе. Всё-таки MLC- и TLC-память не только выдаёт различную производительность и обладает разным уровнем выносливости, но и требует от контроллера применения принципиально разных алгоритмов. Поэтому на уровне прошивки различий между этими SSD очень много. И здесь особенно интересен Samsung 850 EVO, потому что в нём применяется более сложная и капризная ТLC V-NAND, слабые места которой нужно компенсировать различными программными решениями.

Так, Samsung 850 EVO обладает специальной технологией TurboWrite. Она переводит небольшую часть массива флеш-памяти в SLC-режим и пользуется ей для кеширования операций записи. В двухтерабайтной версии накопителя размер такого псевдо-SLC-кеша достигает 24 Гбайт, и за счёт него по производительности 850 EVO в реальных условиях мало отличается от флагманского 850 PRO, в котором никакого дополнительного уровня буферизации нет. Кроме того, TurboWrite способствует и увеличению времени жизни накопителя. Случайные операции консолидируются в долговечном SLC-кеше и только потом большими блоками переносятся в TLC-память, значительно снижая коэффициент усиления записи, то есть минимизируя количество «лишних» перезаписей.

Правда, есть у TurboWrite и отрицательная сторона – эта технология снижает полезный объём накопителя. В то время как Samsung 850 PRO 2 Тбайт на самом деле имеет «честную» ёмкость 1907 ГиБ, в Samsung 850 EVO 2 Тбайт пользователю доступно только 1862 ГиБ пространства. Впрочем, на уровне того огромного объёма, который предлагают эти накопители, разница небольшая – её доля составляет всего 2,5 %. К тому же ещё 7 % от полной ёмкости массива флеш-памяти накопителей всё равно скрывается в резервной области, используемой контроллером во внутренних алгоритмах выравнивания износа и сборки мусора, а также для подменного фонда выходящих из строя ячеек памяти.