Обзор Samsung 850 EVO второй версии: с 48-слойной TLC 3D V-NAND внутри

Ориентироваться на современном рынке потребительских SSD стало очень непросто. Мало того, что на нём представлено бесчисленное число игроков, дело осложняется ещё и тем, что многие из них совершенно не следят за постоянством характеристик предлагаемой продукции. То и дело оказывается, что в одной и той же модели SSD применяется сначала одна память, потом — другая, а иногда даже разные контроллеры. Происходит так из-за вполне естественного стремления производителей к снижению себестоимости: цены на твердотельные накопители падают, технологии флеш-памяти совершенствуются, и поэтому нет ничего удивительного в том, что платформы, лежащие в основе потребительских SSD, непрерывно эволюционируют.

Проблема же возникает из-за того, что о происходящих в начинке накопителей изменениях считают нужным сообщать далеко не все производители. Пытаясь дополнительно сэкономить на маркетинге, они нередко проводят доработку популярных моделей SSD втихую, продолжая после неё как ни в чём ни бывало продавать видоизменённые накопители под старыми названиями. Конечные же потребители от таких махинаций чаще всего оказываются в проигрыше, поскольку удешевление в большинстве случаев влечёт за собой и ухудшение потребительских характеристик. «Усовершенствованные» модели SSD могут оказаться как медленнее, так и ненадёжнее, но узнать об этом пользователь сможет лишь только после покупки, да и то если будет специально интересоваться внутренним устройством приобретённого продукта.

Именно поэтому мы обычно рекомендуем отдавать предпочтение продукции ведущих производителей SSD – они подобные фокусы почти никогда не вытворяют. Впрочем, бывают и исключения. Например, совсем недавно на прилавках магазинов стали появляться обновлённые накопители Samsung 850 EVO, в которых вместо привычной 32-слойной TLC 3D V-NAND второго поколения применена более новая трёхмерная память третьего поколения, в которой число слоёв увеличено до 48. Сама Samsung при этом считает, что сделала всё по-честному – реальные эксплуатационные характеристики накопителей, с её точки зрения, не поменялись, да и от пользователей произошедшую подмену она не особенно-то и скрывает.

Однако во всём этом можно вполне обоснованно усомниться. Переход на другую память – отнюдь не косметическое изменение как минимум потому, что новая 48-слойная TLC 3D V-NAND имеет совершенно иные характеристики. Во-первых, для её производства используется более тонкий техпроцесс, что наверняка сказывается на ресурсе. Во-вторых, поменялась и её внутренняя организация: TLC 3D V-NAND третьего поколения обладает более ёмкими ядрами, что приводит к уменьшению параллелизма используемых в SSD массивов флеш-памяти. И этих двух факторов уже вполне достаточно для того, чтобы говорить об обновлённом Samsung 850 EVO как о совершенно новой модели SSD, которую объединяет с предшественницей разве только используемый проприетарный контроллер MGX.

Учитывая всё это, мы решили не обходить стороной случившееся, а провести собственное расследование: что поменялось внутри Samsung 850 EVO и как это в конечном итоге на нём сказалось. Может быть, настала пора поменять наше отношение к этому накопителю, который мы до сих пор считали одним из наиболее привлекательных вариантов по сочетанию производительности, надёжности и цены?

⇡#48-слойная TLC V-NAND компании Samsung

Как известно, Samsung стала пионером в деле освоения производства флеш-памяти с трёхмерной компоновкой. Такая память имеет принципиально отличающуюся от планарной конструкцию – ячейки расположены в ней несколькими слоями друг над другом. Использование подобного подхода позволяет повысить плотность хранения данных в NAND-памяти на единицу площади и открывает практически неограниченные возможности для масштабирования, которые особенно актуальны в свете физических барьеров, возникающих на пути дальнейшего уменьшения геометрических размеров ячеек.

Хотя первые коммерческие партии 3D V-NAND появились ещё в 2013 году, компания Samsung до сих пор остаётся единственным производителем, который серийно выпускает трёхмерную флеш-память и применяет её в основе массовых моделей твердотельных накопителей. За это время на смену первой версии трёхмерной памяти с 24 слоями пришла вторая, 32-слойная версия, и именно она использовалась в Samsung 850 EVO с конца 2014 года и до недавнего времени. Но теперь подошла пора совершить следующий шаг, и Samsung снова нарастила число уровней NAND-ячеек в своей передовой TLC 3D V-NAND.

Стоит заметить, что 32-слойная TLC 3D V-NAND второго поколения не приносила Samsung прямой экономической выгоды. В сравнении с обычной планарной TLC NAND себестоимость производства трёхмерной памяти была выше, зато она оказалась на редкость качественным продуктом, который позволил Samsung подмять под себя рынок SSD пусть и не самыми дешёвыми, но зато быстрыми и надёжными решениями. Однако со временем ситуация сильно изменилась, и опираться на такую память и дальше для Samsung стало нецелесообразно. Во-первых, обычная планарная TLC NAND смогла добраться до 15-нм техпроцесса, чем серьёзно подкосила цены, сделав выпуск накопителей на базе 32-слойной V-NAND не слишком рентабельным бизнесом. Во-вторых, конкуренты Samsung – компании Intel и Micron – приступили к выпуску собственной TLC 3D NAND. Пока конечных продуктов с такой начинкой на рынке ещё нет, но трёхмерная память этих разработчиков обещает заметно более высокую плотность хранения данных, нежели может обеспечить 32-слойная TLC 3D V-NAND авторства Samsung.

В итоге удержание лидерства требовало от Samsung активных действий, и они не заставили себя долго ждать. Более того, готовиться к ним южнокорейская компания начала заблаговременно. Так, серийное производство третьего поколения TLC 3D V-NAND с увеличенным до 48 числом слоёв Samsung запустила ещё в августе прошлого года. Изначально такая память проходила обкатку на внешних флеш-накопителях серии T3, но впоследствии компания решила, что пора переходить на неё повсеместно. И теперь 48-слойная TLC 3D V-NAND постепенно подменяет старую 32-слойную память в самом массовом накопителе компании – в Samsung 850 EVO, как в 2,5-дюймовой, так и в mSATA- и M.2-версях.

Основные отличия и особенности новой TLC 3D V-NAND третьего поколения обусловлены желанием Samsung снизить себестоимость производства. Поэтому не стоит удивляться тому, как много в этой памяти изменений, направленных именно на уплотнение ячеек. Но в первую очередь этой цели, конечно, служит возросшее количество слоёв. 48 уровней по сравнению с 32 – это сразу полуторакратное увеличение количества данных, которое можно разместить на единице площади.

Поперечный разрез TLC 3D V-NAND третьего поколения. Фото TechInsights

Однако одним лишь ростом в вертикальной плоскости дело не ограничивается. Для того чтобы сократить количество управляющей логики, которая отъедает на полупроводниковом кристалле NAND порядка 20-30 процентов полезной площади, Samsung приняла решение удвоить ёмкость кристаллов и сделать их 256-гигабитными. Кроме того, были серьёзно уменьшены и размеры самих ячеек. Если TLC 3D V-NAND второго поколения производилась по техпроцессу с 40-нм нормами, то размеры полупроводниковых структур памяти третьего поколения таковы, что о ней нужно говорить как о 21-нм памяти.

Всё это в сумме позволяет Samsung утверждать, что плотность хранения данных в пересчёте на площадь полупроводниковой пластины выросла на 40 процентов. Это выглядит весьма уверенным прогрессом, особенно если учесть, что в эту величину заложена и производственная отбраковка. Если же говорить о параметрах полупроводниковых кристаллов, то площадь одного устройства TLC 3D V-NAND третьего поколения составляет порядка 99 мм², и это – всего лишь на 20 процентов больше размера устройств второго поколения с вдвое меньшей ёмкостью.

Полупроводниковый кристалл TLC 3D V-NAND третьего поколения. Фото TechInsights

Трёхмерная память Samsung третьего поколения возложенную на неё задачу, несомненно, решила. Она не только смогла предложить в три-четыре раза более высокую плотность хранения информации по сравнению с современной, выпускаемой по 15-16-нм технологиям планарной TLC NAND, но и опередила по этому параметру перспективную трёхмерную память Intel-Micron. Несмотря на то, что разработанная конкурентами Samsung трёхмерная NAND реализует ещё более крупные 384-гигабитные устройства с трёхбитовой ячейкой, плотность хранения данных в ней оказывается в конечном итоге примерно на 12 процентов ниже, чем в памяти Samsung третьего поколения. Иными словами, новая TLC 3D V-NAND южнокорейского производителя позволяет ему воевать за рыночную долю не только с помощью технических характеристик предлагаемых продуктов, но и при помощи манипуляций с ценой.

Однако мы привыкли к тому, что любая оптимизация себестоимости почти всегда каким-нибудь образом портит потребительские качества. И отчасти так произошло и с трёхмерной памятью Samsung. Здесь негативных факторов два. Увеличение ёмкости полупроводниковых кристаллов приводит к тому, что построенные на их основе массивы флеш-памяти получают меньшую степень параллелизма. В теории это может снизить скорость обмена данными с контроллером SSD. Вторая потенциальная проблема – почти двукратное уменьшение размеров индивидуальных ячеек, в результате которого их полупроводниковая структура в процессе перезаписи будет изнашиваться быстрее, вызывая снижение выносливости всего массива.

Тем не менее, если верить инженерам, они смогли свести оба негативных эффекта на нет. Вопрос с производительностью успешно решён за счёт оптимизации внутренней логики устройств V-NAND, в результате чего скорость последовательных операций чтения и записи в пределах одного чипа выросла вдвое или даже больше.

Надёжность же, по мнению Samsung, проблемой не является вообще, так как современные контроллеры, применяемые в SSD компании, работают с TLC 3D V-NAND через эффективные схемы с LDPC-декодированием, которые даже из производимой по 16-нм техпроцессу планарной TLC NAND могут выжимать выносливость на уровне качественной MLC NAND.

При этом у TLC 3D V-NAND третьего поколения есть дополнительный бонус: она значительно более энергоэффективна. Потребление энергии у такой памяти ниже, чем у TLC 3D V-NAND второго поколения, на 63 процента при чтении и на 54 процента – при записи.

Подытоживая всё сказанное, представители Samsung обещают, что обновлённые 850 EVO с новой 48-слойной памятью не должны разочаровать потребителей. Согласно их заверениям, новая версия популярного накопителя не уступает предшественникам по производительности, способна предложить столь же впечатляющую реальную выносливость и при этом дополнительно может похвастать улучшенной экономичностью.

⇡#Вторая версия Samsung 850 EVO: что изменилось

Основное изменение во второй версии Samsung 850 EVO – конечно же, переход на TLC 3D V-NAND третьего поколения с большим числом слоёв, меньшими ячейками и 256-гигабитными ядрами. Однако если говорить о конструкции обновлённых 850 EVO более подробно, то одним лишь этим нововведения не ограничиваются. Фактически инженеры Samsung серьёзно перетрясли и всю остальную начинку. Впрочем, истинные причины таких изменений всё равно связаны с изменением организации массива флеш-памяти.

Двукратное увеличение объёма ядер используемой TLC 3D V-NAND уменьшает степень параллелизма массива памяти. Одно новое ядро – это сразу 32 Гбайт, поэтому для получения ёмких модификаций SSD теперь требуется вдвое меньшее число устройств NAND. И это в ряде случаев позволяет обходиться более простыми контроллерами. Раньше в младших представителях серии 850 EVO с объёмом до 512 Гбайт использовался двухъядерный процессор MGX, но он способен обслуживать лишь до 32 устройств NAND. Поэтому в основе терабайтного накопителя лежал более мощный трёхъядерный процессор MEX, который был позаимствован из 850 PRO; а для двухтерабайтной модели был разработан ещё более продвинутый чип MHX, способный работать с массивом флеш-памяти, состоящим из 128 устройств NAND.

В новой, второй версии Samsung 850 EVO контроллер MGX применяется уже в модификациях с ёмкостью до 1 Тбайт включительно. Достаточно старый чип MEX из модельного ряда вообще исключён, а наиболее мощный контроллер MHX теперь можно встретить не только в двухтерабайтной модели. С его помощью оказалось возможным дополнительно развить линейку и добавить в неё ещё одну модификацию с беспрецедентной ёмкостью 4 Тбайт.

Расширение модельного ряда в сторону роста ёмкостей одновременно означает и его сокращение с нижней стороны. Собрать на базе восьмиканального контроллера 120-гигабайтный накопитель из 256-гигабитных устройств TLC 3D V-NAND не представляется возможным, поэтому в линейке Samsung 850 EVO второй версии младшая модель упразднена. Иными словами, переходить на новую память модификация 850 EVO объёмом 120 Гбайт не будет, и в обозримом будущем она просто исчезнет из продажи. Для тех же пользователей, которые нуждаются в SSD небольшого объёма, Samsung будет предлагать исключительно накопитель серии 750 EVO, основанный на планарной трёхбитовой памяти.

Ещё одно изменение в Samsung 850 EVO новой версии – перевод DRAM-буфера на более современный тип памяти. Ранее такой буфер, который необходим для кеширования таблицы трансляции адресов, базировался на LPDDR2 SDRAM. И лишь в модификации SSD объёмом 2 Тбайт использовалась более скоростная память стандарта LPDDR3. Теперь же все варианты Samsung 850 EVO с TLC 3D V-NAND третьего поколения будут снабжаться DRAM-буфером типа LPDDR3. Размер же его остаётся старым и привычным: на каждый гигабайт ёмкости накопителя приходится 1 Мбайт ёмкости буфера.

Что касается формальных спецификаций, то в них никаких принципиальных изменений нет. Характеристики быстродействия у второй версии Samsung 850 EVO полностью совпадают с показателями первой версии. Это вполне закономерно, так как паспортная производительность этой модели определяется технологией TurboWrite. А размер и скорость SLC-кеша, работающего в рамках этой технологии, остались такими же, как и раньше. Четвертьтерабайтник имеет кеш объёмом 3 Гбайт; полутерабайтник – 6 Гбайт, терабайтник – 12 Гбайт и так далее.

Приведённая ниже таблица показывает, как выглядят паспортные характеристики на данный момент и позволяет убедиться в отсутствии принципиальных расхождений с тем, что было раньше.

Впрочем, один момент отдельного упоминания всё-таки заслуживает. Поскольку у TLC 3D V-NAND третьего поколения снизилось энергопотребление, обновлённая версия Samsung 850 EVO cтала заметно экономичнее при нагрузке. Простой пример: 850 EVO с рекордной ёмкостью 4 Тбайт потребляет при чтении и записи на 15-20 процентов меньше, чем 850 EVO 1 Тбайт первой версии.

Наиболее же волнующая часть обновлённых спецификаций, которая касается выносливости второй версии Samsung 850 EVO, осталась практически нетронутой. Несмотря на то, что трёхмерная память третьего поколения перешла на почти вдвое более мелкие полупроводниковые структуры, Samsung оставила показатели заявленного ресурса неизменными. Но здесь необходимо понимать, что озвученные Samsung значения выносливости определяются вовсе не возможностями флеш-памяти этого накопителя — они лишь должны конкретизировать условия гарантии и разграничить серверные и потребительские SSD. На самом же деле, как показывает практика, жизнеспособность представителей серии 850 EVO значительно выше. Кстати, под давлением недовольной общественности Samsung расширила ресурс для 2-Тбайт представителя серии 850 EVO: теперь до потери гарантии на него можно записать вдвое больше, чем раньше, – 300 Тбайт данных.

Если же продвинуться дальше спецификаций и заглянуть внутрь Samsung 850 EVO, то можно обнаружить ещё несколько перемен. Вполне естественно, что маркировка микросхем SDRAM и TLC V-NAND стала иной, это ведь совсем другая память. Но в дополнение к этому уменьшилось вдвое и число микросхем флеш-памяти.

Samsung 850 EVO v2 250 Гбайт

Samsung 850 EVO v2 500 Гбайт

В 250-гигабайтной модификации 850 EVO теперь установлена единственная микросхема флеш-памяти, а в 500-гигабайтной модели их всего две. Это значит, что в накопителях младших объёмов Samsung продолжает использовать старую технику штабелирования и укладывает в один корпус сразу по восемь полупроводниковых кристаллов. Но так как сами кристаллы получили большую ёмкость, в одну микросхему теперь вмещается сразу 256 Гбайт флеш-памяти. Поэтому компании удаётся сэкономить ещё немного текстолита: раньше, например, печатная плата в 850 EVO 500 Гбайт несла на себе четыре чипа флеш-памяти и имела большую площадь.

Кстати говоря, у Samsung есть технология, позволяющая упаковать в микросхему и сразу по 16 кристаллов. В этом случае объём памяти внутри одной микросхемы TLC V-NAND третьего поколения может достигать 512 Гбайт – и именно такие сборки производитель применяет в 4-Тбайт модели 850 EVO, а также в своих портативных USB 3.1-накопителях серии T3.

⇡#Samsung 850 EVO второй версии: как отличить при покупке

Samsung поменяла память и в некоторых вариантах ёмкости заменила контроллер, в результате 850 EVO второй версии сильно отличается от первой по внутреннему устройству, но не по формальным характеристикам. Но несмотря на это, Samsung решила дать покупателям возможность легко понять при покупке, какую версию 850 EVO они приобретают.

Сделать это можно, просто посмотрев на коробку. Упаковка более новых Samsung 850 EVO, основанных на TLC 3D V-NAND третьего поколения, выглядит немного иначе: для её оформления стала использоваться голубая краска плюс слегка изменились некоторые визуальные элементы.

Старая упаковка – Samsung 850 EVO v1 на базе 32-слойной TLC 3D V-NAND

Новая упаковка – Samsung 850 EVO v2 на базе 48-слойной TLC 3D V-NAND

В частности, на лицевой стороне коробки 850 EVO второй версии логотип Samsung теперь имеет новое начертание, а название модели стало более лаконичным: «V-NAND SSD 850 EVO». С оборотной же стороны новую версию сразу выдаёт серо-голубая, а не серая, горизонтальная полоса и декоративная печать с крупной литерой V внутри.

Есть отличия и в самом накопителе: здесь смотреть надо на серийный номер, помеченный на этикетке как S/N. Его же можно получить через фирменную утилиту Samsung Magician. Вторая версия Samsung 850 EVO на основе 48-слойной TLC V-NAND в настоящее время получает номера, начинающиеся с символов S2P, S2R или S2S.

Samsung 850 EVO v2 250 Гбайт

Жаль только, что эти отличия трудно проверить при покупке накопителей в интернет-магазине. Но, как нас заверили в представительстве Samsung, все поступающие в настоящее время в Россию по официальному каналу SSD серии 850 EVO ёмкостью 250 Гбайт и выше относятся уже ко второй версии с новой трёхмерной памятью третьего поколения.