Обзор SSD-накопителя Samsung 950 Pro: новый уровень

Примерно полтора года назад в нашей лаборатории побывал первый потребительский твердотельный накопитель с честным интерфейсом PCI Express, поддержка которого была реализована непосредственно в базовом контроллере. Это был Plextor M6e, и казалось, что его появление знаменует собой начало новый эпохи, в которой мы моментально забудем об ограничениях в скоростях обмена данными, которые накладывает пропускная способность SATA-интерфейса. Но не тут-то было. Как оказалось, даже такой очевидный шаг, как перевод SSD на заметно более скоростной интерфейс PCI Express, – процесс очень болезненный и непростой. И даже сейчас, в конце 2015 года, большинство твердотельных накопителей продолжает пользоваться старым интерфейсом SATA, а число высокопроизводительных и прогрессивных моделей, работающих через PCI Express, можно буквально пересчитать по пальцам.

Главная проблема, которая помешала PCIe SSD стать широко распространёнными решениями, оказалась в контроллерах – основных микросхемах, управляющих в SSD потоками данных и обслуживающих массив флеш-памяти. В то время как производством твердотельных накопителей занимается более сотни фирм, контроллеры для них разрабатывает крайне ограниченное число инженерных команд. И эти команды попросту не смогли своевременно подготовить необходимые микросхемы и наладить их массовое производство. Единственной независимой фирмой, которой удалось предложить производителям SSD хоть какую-то аппаратную начинку для PCIe-накопителей, оказалась Marvell. Она сделала даже два контроллера: 88SS9183 и 88SS9293, но они не слишком вдохновили индустрию, поскольку задействуют лишь две или четыре линии PCI Express 2.0 и используют наследственный протокол AHCI, то есть, по сути, предлагают не слишком внушительное улучшение скоростных параметров по сравнению с традиционными SATA SSD. Поэтому особой популярности эти контроллеры так и не снискали – они смогли попасть лишь в два серийных продукта: уже упоминавшийся Plextor M6e и Kingston HyperX Predator. В флагманских же PCIe SSD нового поколения потребители хотели бы видеть как более скоростную шину PCI Express 3.0 x4, так и поддержку нового протокола NVMe, специально предназначенного для твердотельных накопителей с высокой отзывчивостью.

Да, мы давно и часто слышим о том, что контроллеры для высокопроизводительных потребительских PCIe SSD вот-вот должны появиться сразу у нескольких независимых разработчиков. На отраслевых мероприятиях, прошедших в этом году, неоднократно демонстрировались такие контроллеры PCI Express 3.0 x4 с поддержкой NVMe, как Marvell 88SS1093 (Eldora), OCZ Jet Express, Silicon Motion SM2260 и даже PCI Express 3.0 x8-контроллер Phison PS5007-E7. Однако дальше заявлений и демонстраций дело пока не идёт ни у одного из перечисленных разработчиков. Очевидно, что отладка таких принципиально новых решений требует значительных временных затрат, и реальные продукты на их основе появятся на прилавках магазинов отнюдь не завтра.

В результате в выигрышной ситуации оказались те производители, которые могут обеспечить полный цикл разработки SSD исключительно своими силами, имеют мощные отделы НИОКР и располагают широкими возможностями для организации предварительных испытаний. Поэтому всю когорту независимых проектировщиков контроллеров вместе с производителями SSD второго-третьего эшелона легко обошли Intel и Samsung, которые создали собственные конечные PCI Express x4 3.0-решения значительнее быстрее закопавшихся в отладке конкурентов. Захватила первенство Samsung, которая в начале этого года выпустила завоевавший массу положительных отзывов накопитель SM951, а вслед за ней подтянулась и Intel со своим продвинутым решением с поддержкой протокола NVMe – SSD 750.

Однако ни Samsung SM951, ни Intel SSD 750 назвать полноценными массовыми решениями с шиной PCI Express, к сожалению, всё равно невозможно. Накопитель Samsung – это OEM-продукт, который не распространяется по розничным каналам и к тому же не обеспечивается полноценной технической поддержкой со стороны производителя. Intel SSD 750 же – клон серверного накопителя, который из-за этого предлагает не слишком удобную линейку объёмов и отличается дороговизной. В результате Samsung SM951 и Intel SSD 750 завоевали репутацию странноватых нишевых продуктов, не представляющих для массового пользователя никакого интереса даже несмотря на то, что их применение сулит кратное увеличение скоростных показателей дисковой подсистемы.

Но сегодня, наконец, ситуация должна сдвинуться с мёртвой точки. Компания Samsung решила заняться рынком клиентских PCIe SSD всерьёз и подготовила первый совершенно полноценный потребительский NVMe-накопитель с интерфейсом PCI Express 3.0 x4 – Samsung 950 Pro. Это решение не только предназначается для широкой продажи через розничную сеть, но и объединяет в себе все самые современные технологии. Оно обеспечивает скорости передачи данных до 2,5 Гбайт/с, базируется на прогрессивной и надёжной трёхмерной MLC V-NAND, работает по многопоточному протоколу NVMe и использует компактный форм-фактор M.2, но при этом целенаправленно предназначается для установки обычными пользователями в обычные персональные компьютеры. Иными словами, мы наконец получили общеупотребительную модель PCIe SSD, которая, хочется верить, сможет не только стать новым стандартом для высокопроизводительных дисковых подсистем, но и подтолкнёт замешкавшуюся индустрию к скорейшему переходу на новые стандарты, форматы и протоколы.

⇡#Технические характеристики

Слоган, которым Samsung характеризует свой новый накопитель 950 Pro, звучит так: «Первый NVMe PCI Express SSD потребительского уровня на базе V-NAND». Рекламщики попытались обыграть в этой фразе сразу всё, чем примечательна новинка, поэтому определение получилось перегруженным аббревиатурами и немного витиеватым. Но, по сути, считать Samsung 950 Pro первым клиентским SSD нового поколения, работающим через шину PCI Express, вполне правомерно. В нём разработчики решили не утруждать себя вопросами совместимости со старыми системами и поставили на первое место технологии и максимальную производительность. И это позволило им сделать именно такой продукт, каким и должен быть прогрессивный SSD для энтузиастов. Samsung 950 Pro не только выпущен в набирающем популярность форм-факторе M.2, но и пользуется всей доступной в нём пропускной способностью; не просто работает через шину PCI Express, но и делает это с помощью специально разработанного для SSD протокола NVMe; и плюс к этому он базируется не на простой планарной MLC NAND, а на её трёхмерной разновидности, которая лучше и по быстродействию, и по надёжности.

При этом, несмотря на всю свою новаторскую сущность, 950 Pro собран на базе компонентов, которые есть в распоряжении Samsung уже достаточно давно. То есть конкретно для этого накопителя не было создано никаких новых аппаратных решений — инженеры просто свели воедино всё лучшее, что разрозненно применялось в других продуктах компании. В частности, контроллер в Samsung 950 Pro взят тот же самый, что использовался до этого в SM951, а память перекочевала из старших модификаций 850 Pro.

Тем не менее всё это совершенно не умаляет достоинств Samsung 950 Pro. Пусть все компоненты давно известны, зато этот накопитель делает шаг вперед сразу в нескольких направлениях, предлагая совершить переход от SATA к PCI Express, от AHCI к NVMe, от планарной флеш-памяти к трёхмерной и от 2,5-дюймового форм-фактора к компактному M.2. Ну и потребительские характеристики у него не подкачали.

Глядя на спецификации, некоторые могут подумать, что Samsung 950 Pro – это розничная версия OEM-накопителя Samsung SM951-NVMe, который изначально наделал немало шума, но в итоге в открытую продажу так и не поступил. Однако это далеко не так. Несмотря на то, что определённое сходство между этими накопителями, безусловно, есть, в основе 950 Pro лежит прогрессивная трёхмерная MLC V-NAND, в то время как в SM951 используется обычная планарная флеш-память, производимая по 16-нм техпроцессу. Сейчас Samsung установила в 950 Pro свою V-NAND второго поколения с 32-слойным дизайном, а в перспективе планируется переход на третье поколение V-NAND с увеличенным до 48 числом слоёв.

В общем случае MLC V-NAND по сравнению с обычной планарной памятью обеспечивает более низкие задержки. Поэтому если сравнивать 512-гигабайтные модели, то 950 Pro действительно оказывается быстрее, чем SM951-NVMe. Особенно это проявляется на операциях последовательного чтения, где преимущество превышает 15-процентный уровень.

Однако с модификациями ёмкостью 256 Гбайт всё наоборот. MLC V-NAND, которая стоит в 950 Pro, имеет крупные ядра с 128-гигабитной ёмкостью, в то время как в SM951 используются 64-гигабитные кристаллы MLC NAND. Это наделяет массив памяти в SM951 большим уровнем параллелизма и неминуемо сказывается на скоростных показателях. Разница в производительности версий объёмом 256 и 512 Гбайт в линейке SM951 почти незаметна, а 256-гигабайтный 950 Pro ощутимо медленнее своего старшего собрата. В этой связи немного странно, что в младший вариант 950 Pro не пошла MLC V-NAND с 86-гигабитными ядрами, которая с успехом используется в накопителях линейки 850 Pro небольших объёмов. Но судя по всему, на этот счёт у Samsung есть какие-то свои соображения: совершенно очевидно, что компания ориентируется на продвижение в первую очередь накопителей больших ёмкостей. В частности, версии на 128 Гбайт в линейке 950 Pro нет вообще, а на презентации новинки докладчики подчёркивали тот факт, что ещё летом усреднённая ёмкость SSD, поставляемых Samsung, превысила 320 Гбайт.

Что касается базового контроллера, то он в Samsung 950 Pro действительно точно такой же, как и в SM951. Основу чипа UBX, который был разработан инженерами Samsung для всех собственных PCI Express 3.0 x4-накопителей, составляют три работающих на частоте 500 МГц ядра ARM Cortex-R4. Благодаря этому данный контроллер выдаёт более чем достаточную производительность для обслуживания восьмиканального массива флеш-памяти, и необходимости в его обновлении при выпуске 950 Pro не возникло. UBX — и так самый мощный микропроцессор среди всех используемых в самсунговских SSD контроллеров, поэтому в новинке он смотрится вполне органично. Однако предстоящий переход на V-NAND третьего поколения, вероятно, всё же потребует внесения в него некоторых изменений.

На данный момент семейство Samsung 950 Pro ограничивается лишь двумя моделями. Пока максимальная ёмкость представителей серии – 512 Гбайт, но в начале следующего года линейка должна будет пополниться и версией на 1 Tбайт. Её появление напрямую увязано с внедрением 48-слойной MLC V-NAND третьего поколения, которая позволит увеличить ёмкость кристаллов флеш-памяти до 256 Гбит. Тем не менее на покорение рекордов вместимости Samsung 950 Pro претендовать не будет, смысл этого решения – в установлении рекордов быстродействия. Для тех же, кто гонится за максимальным объёмом, в ассортименте Samsung остаются SATA-накопители серии 850 Pro. Их максимальная ёмкость доросла уже до 2 Тбайт, а в недалёком будущем она увеличится и до фантастических 4 Тбайт.

Зато Samsung не планирует лишать накопители серии 950 Pro никаких привычных программных технологий. В отличие от SM951, в них поддерживается шифрование по стандарту AES-256, однако на этот раз лишь Class 0, то есть не совместимое со спецификацией Microsoft eDrive. Поэтому создать на базе 950 Pro аппаратно зашифрованный том через Windows BitLocker не получится, управлять работой его криптографических алгоритмов можно только через BIOS материнской платы.

Несколько лучше обстоит дело с фирменной утилитой Magician. В её новой версии с номером 4.8, которая должна выйти до конца этого месяца, Samsung 950 Pro получит полную и всестороннюю поддержку. Единственная функция, которая с новым PCIe SSD работать не будет, это программное кеширование RAPID. Впрочем, сожалеть по этому поводу вряд ли стоит, скорости 950 Pro вполне достаточны и без всяких дополнительных RAM-кешей.

Помимо Magician, разработчики Samsung подготовили для 950 Pro и ещё один программный компонент — собственный NVMe-драйвер. По сравнению со стандартным драйвером Microsoft он позволяет улучшить быстродействие, а кроме того, благодаря ему достигается совместимость накопителя с операционной системой Windows 7, где встроенного NVMe-драйвера не предусмотрено.

Кстати, 950 Pro, как и любой другой NVMe-накопитель, накладывает определённые требования на аппаратную платформу. Для того чтобы его можно было сделать загрузочным диском, в UEFI BIOS материнской платы должен тоже содержаться NVMe-драйвер. А этому требованию отвечают лишь относительно новые платы, основанные на интеловских наборах логики девяностой и сотой серий. Поэтому владельцам старых систем Samsung 950 Pro, вероятно, не подойдёт, если только они не решатся на самостоятельную интеграцию драйвера в BIOS, что в некоторых случаях – хоть и непростая, но вполне осуществимая процедура.

Кроме того, не следует забывать, что для раскрытия всего потенциала нового накопителя Samsung ему нужен полноценный слот M.2 с заведёнными на него четырьмя линиями PCI Express 3.0. Такие слоты встречаются преимущественно на платах на базе Intel X99, Z170 или H170 под LGA2011-3- и LGA1151-процессоры, да и то не на всех. И это ещё раз подводит нас к тезису о том, что Samsung 950 Pro – это предложение для энтузиастов ПК, своевременно обновляющих свои системы.

Выделяется новинка не только своими скоростными показателями — заявленный ресурс также у станавливает очередной рекорд. Для модели ёмкостью 256 Гбайт он увеличился до 200 Тбайт, а для 512-гигабайтного накопителя – до 400 Тбайт. Это на четверть больше, чем предлагается в SSD серии 850 Pro, и до истечения гарантии 950 Pro можно полностью перезаписать 781 раз. Впрочем, очевидно, что SSD на базе MLC V-NAND, производимой по 40-нм техпроцессу, способен прожить и гораздо дольше. Однако срок гарантийного обслуживания у новой модели почему-то ограничен 5 годами. Не то чтобы это было мало, но на представителей серии 850 Pro в то же время даётся 10-летняя гарантия.

И последняя характеристика, на которую нужно обратить внимание при знакомстве с 950 Pro, – энергопотребление и тепловыделение. При максимальной нагрузке этот SSD способен выделять до 6-7 Вт, что на самом деле не так уж и мало для накопителя, выполненного в виде M.2-карты площадью 16 см². И это значит, что Samsung 950 Pro, лишённый какого-либо охлаждения, может заметно нагреваться во время работы. Однако серьёзно опасаться этого не следует, потому что в накопителе реализована специальная технология Dynamic Thermal Guard, защищающая его от перегрева. Если температура достигает 80-градусного предела, контроллер кратковременно снижает свою частоту. При этом такое динамическое изменение частоты – не крайняя защитная мера, а штатный механизм, который, если верить заявлениям инженеров Samsung, на итоговой производительности SSD сказывается не слишком заметно.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Модельный ряд Samsung 950 Pro состоит из двух модификаций ёмкостью 256 и 512 Гбайт. Поскольку в эти SSD устанавливается MLC NAND с 128-гигабитными ядрами, их производительность может существенно различаться. К счастью, нам для тестирования удалось заполучить оба варианта. Впрочем, по конструкции они оказались практически идентичными – разницу можно было заметить лишь в маркировке микросхем флеш-памяти, но не в дизайне печатной платы.

Samsung 950 Pro 256GB

Samsung 950 Pro 512GB

Любопытно, что плата Samsung 950 Pro обоих вариантов ёмкости при этом имеет точно такую же разводку, как у SM951 ёмкостью 256 Гбайт. Однако потребительский продукт выглядит всё же иначе за счёт того, что для него производитель выбрал покрытый матовым лаком чёрный текстолит, давно ставший визитной карточкой высокопроизводительных комплектующих для аудитории энтузиастов. Формат же платы привычен – это M.2 2280 с разъёмом, который имеет ключ типа M. Такой вид исполнения рекомендован для PCI Express x4-накопителей и совместим с большинством современных систем. Немаловажно, что платы у обеих версий новинки односторонние, то есть микросхемы расположены на них лишь с лицевой стороны. Это позволяет обеспечить для новинки более благоприятный температурный режим и облегчает задачу теплоотвода: при желании пользователь может без особого труда установить на SSD радиатор.

Всю лицевую поверхность накопителя закрывает наклейка. Под ней обнаруживается всего четыре микросхемы: контроллер UBX, чип DRAM и две микросхемы MLC V-NAND. Контроллер в обеих версиях 950 Pro, естественно, одинаковый, одна и та же в них и микросхема оперативной памяти – LPDDR3-1600 объёмом 512 Мбайт.

Samsung 950 Pro 256GB

Samsung 950 Pro 512GB

А вот чипы MLC V-NAND немного отличаются. Впрочем, принципиальная разница есть лишь в том, сколько полупроводниковых кристаллов штабелировано внутри чипа. В Samsung 950 Pro 256 Гбайт в каждой микросхеме находится по восемь 128-гигабитных устройств MLC V-NAND, а в Samsung 950 Pro 512 Гбайт – таких же устройств памяти вдвое больше. Следовательно, поскольку контроллер UBX имеет восьмиканальную архитектуру, для доступа к массиву флеш-памяти в младшей модификации SSD он пользуется двукратным чередованием, а в старшей – четырёхкратным. Именно поэтому Samsung 950 Pro 512 Гбайт предлагает более высокое быстродействие, чем вдвое меньшая версия.

Из полного объёма установленной в Samsung 950 Pro флеш-памяти пользователю доступно примерно 93 процента, остальное отводится на работу внутренних алгоритмов выравнивания износа и сборки мусора.

К сказанному остаётся лишь добавить, что в отличие от Samsung SM951 новые накопители 950 Pro – это полноценный потребительский продукт, предназначенный для распространения через розничную сеть. Поэтому поставляются они в фирменной упаковке. Она представляет собой небольшую, оформленную в чёрных тонах коробку, накопитель внутри которой уложен в прозрачный плексигласовый контейнер, предохраняющий его от повреждений при транспортировке.

Надо сказать, что никаких дополнительных принадлежностей в коробке нет, отсутствует даже диск с комплектным программным обеспечением, которое пользователю предлагается скачать с сайта производителя самостоятельно.