Обзор накопителя Intel SSD 540s: теперь без Intel

Внешний вид. Технические характеристики

Число производителей, поставляющих потребительские модели твердотельных накопителей, не поддаётся точному подсчёту — их тысячи. Однако среди всего этого разношёрстного полчища принято выделять узкую группу так называемых ведущих производителей. Конечно, о её составе можно встретить различные мнения. Кто-то относит к их числу те компании, которые владеют наиболее заметной рыночной долей. Некоторые уверены, что самые лучшие SSD делают фирмы, которые самостоятельно проектируют их дизайн и разрабатывают под него собственные контроллеры. А кто-то не без оснований считает, что столпами рынка твердотельных накопителей следует считать шестёрку компаний, имеющих собственные полупроводниковые фабрики по выпуску флеш-памяти.

Но как бы мы ни подходили к ранжированию производителей, в группе лидеров будут неизменно оказываться две компании: Intel и Samsung. Про то, как ведёт свой SSD-бизнес компания Samsung, мы говорим постоянно. Благодаря выпуску нескольких очень удачных по сочетанию потребительских качеств массовых моделей 850 EVO и 750 EVO этот производитель действительно смог подмять под себя до 50 процентов всего рынка, и в том, что его нужно причислять к лидерам, нет никаких сомнений. Успехи Intel на фоне достижений Samsung выглядят не так впечатляюще: никаких особенно ярких потребительских моделей SSD эта компания давно уже не предлагает. Однако вместе с тем микропроцессорный гигант пользуется безукоризненной репутацией как поставщик твердотельных накопителей для серверного рынка, где ценится надёжность хранения данных и способность противостоять высоким нагрузкам. Именно благодаря этим качествам Intel удаётся поддерживать имидж производителя широкого спектра элитных решений, которые стоит выбирать в том случае, если на них накладываются какие-то специальные требования в плане надёжности.

Собственно, всё это подтверждалось и практикой. Например, по периодически публикуемым статистическим данным одного из крупных европейских дистрибьюторов компьютерного оборудования, доля возвращаемых по гарантии SSD потребительского уровня у Intel долгое время была чуть ли не самой низкой по рынку: до недавних пор в течение первого года после начала использования проблемы возникали менее чем у 0,2 % покупателей интеловских SSD. Однако, судя по последним отчётам, ситуация с надёжностью массовых решений у Intel стала ухудшаться. Доля возвратов вышедших из строя SSD этой компании в последние месяцы заметно выросла, и на сегодняшний день более низким процентом отказов в течение первого года эксплуатации могут похвастать уже не интеловские накопители, а продукция Kingston или Samsung.

И это – совсем не случайное изменение. Дело в том, что Intel кардинальным образом изменила свой подход к созданию и производству массовых накопителей. Первые модели потребительских SSD, с которыми Intel пришла на рынок в 2008-2009 годах, основывались на собственных контроллерах и собственной флеш-памяти. И это были действительно выдающиеся для своего времени решения. Однако затем компания решила сместить акценты на серверный рынок и постепенно отойти от полного цикла конструирования массовых SSD. Для потребительских моделей было решено использовать не сквозную разработку с нуля, а платформы сторонних разработчиков, лишь программно причёсанные внутренней инженерной командой. Сначала в SSD под маркой Intel пришли чипы Marvell – на них базировался накопитель Intel SSD 510, который оказался достаточно неплохим вариантом по меркам 2011 года, когда он был выпущен. Затем же компания плотно подсела на контроллеры SandForce второго поколения, которые применяются и по сей день в накопителях серий 520, 525, 530 и 535. И несмотря на то, что для них инженерами Intel была написана уникальная микропрограмма, выдающимися их назвать уже нельзя – им присущи все характерные недостатки платформы SandForce. Тем не менее своего покупателя они всё же находили, ведь в них использовалась качественная интеловская флеш-память.

Но с середины 2015 года конец пришёл и такому подходу. Дело в том, что Intel решила не инвестировать в разработку флеш-памяти, выпускаемой на фабриках совместного предприятия IMFT по 16-нм техпроцессу, и такая память оказалась для компании недоступна. В результате, хотя в это и сложно поверить, на очередном витке развития Intel пришлось устанавливать в собственные накопители память стороннего поставщика. И первым таким интеловским SSD, в котором не нашлось места ни для одной микросхемы авторства Intel, был Intel SSD 535 – в нём контроллер SF-2281 соседствует с MLC NAND компании SK Hynix.

Дальнейшим развитием этот тенденции стал недавно вышедший накопитель Intel SSD 540s. Поскольку чип SF-2281 безнадёжно устарел, а ничего нового команда SandForce так и не предложила, теперь по части контроллеров Intel сделала ставку на сотрудничество с иным независимым разработчиком – тайваньской фирмой Silicon Motion. В результате такого партнёрства и был рождён 540s: он базируется на новой бюджетной платформе SM2258, приправленной планарной TLC NAND компании SK Hynix. Но самое главное, что Intel SSD 540s – это не просто ещё один накопитель Intel без чипов Intel внутри. Этот SSD теперь уже даже производится Intel не самостоятельно: его сборка доверена сторонним ODM-партнёрам – китайской Pegatron и тайваньской PTI, которые делают бюджетные SSD для большинства брендов второго-третьего эшелона.

Иными словами, сегодня в нашей лаборатории будет протестирован интеловский SSD, реальное участие Intel в выпуске которого минимально. Сторонний контроллер, сторонняя память, стороннее производство. От Intel же новому накопителю достался лишь маркетинг и поддержка плюс оптимизированная прошивка, адаптировать которые для собственных массовых продуктов инженеры компании пока ещё не бросили. Впрочем, нет худа без добра. Аутсорсинг вместе с использованием бюджетных комплектующих позволил снизить себестоимость, и на сегодня Intel SSD 540s выступает самым доступным предложением в ассортименте этого производителя. Конечно, учитывая масштаб и авторитет своего бренда, уровень цен бюджетных SSD фирм второго-третьего эшелона Intel SSD 540s предложить не может. Но тем не менее от данной модели вполне можно ожидать постепенного погружения в нижний ценовой сегмент. Именно такой перспективой она и интересна: до сих пор конкурировать на рынке твердотельных накопителей с помощью ценового фактора Intel даже не пыталась, а теперь, похоже, собирается.

⇡#Технические характеристики

Intel стала чуть ли не самым последним производителем SSD, начавшим использовать в своих младших накопителях планарную TLC-память. Компания держалась до последнего и даже отказалась от выпуска такой памяти собственными силами. Однако сопротивляться прогрессу бесполезно. Как бы то ни было, флеш-память с трёхбитовой ячейкой позволяет создавать более дешёвые и более ёмкие накопители, а это – именно то, чего хотят конечные пользователи. Принято считать, что SSD на базе TLC NAND менее надёжны, но на сегодняшний день эта проблема уже не столь актуальна. Постепенно распространение приобретают специальные контроллеры, поддерживающие низкоплотностное декодирование данных (LDPC), а этот математический метод позволяет бороться с ошибками чтения из памяти столь результативно, что «правильные» современные TLC-накопители уже почти не уступают по надёжности более старым MLC-моделям.

В итоге Intel решила сделать на TLC NAND достаточно серьёзную ставку, и Intel SSD 540s – это отнюдь не единичная экспериментальная модель. Подобные по аппаратной начинке накопители представлены в модельном ряду Intel сразу несколькими продуктами, обобщённо названными одним кодовым именем – Loyd Star. В их число помимо потребительского Intel SSD 540s входит клиентский накопитель Pro 5400s, встраиваемая модель E 5400s и даже решение серверного уровня DC S3100.

И при таком подходе правильный выбор контроллера, который мог бы обеспечить как достаточную надёжность массива TLC NAND, так и его приемлемую производительность, приобретает огромное значение. Наши тесты показывают, что одним из лучших современных вариантов для TLC-накопителей выступает контроллер Marvell 88SS1074 (он используется в составе, например, Plextor M7V или Crucial MX300). Однако Intel пошла другой дорогой и решила развивать сотрудничество с тайваньским разработчиком Silicon Motion (SMI). Откровенно говоря, этот выбор далеко не очевиден. Платформы, которые предлагает эта инженерная команда, относятся к числу бюджетных и, в частности, всегда имеют лишь по четыре канала для подключения флеш-памяти. Однако цифровая обработка сигналов по алгоритмам LDPC в контроллерах SMI, предназначенных для работы с TLC NAND, поддерживаются в полном объёме. И поэтому для качественных в смысле надёжности TLC-накопителей они всё-таки подходят.

К тому же в основе Intel SSD 540s (как и прочих представителей семейства Loyd Star) лежит не привычный чип SM2256, применяемый в накопителях младшего уровня ADATA Premier SP550 или Crucial BX200, а более новая микросхема SM2258, с которой нам до сих пор сталкиваться не доводилось.

Впрочем, не стоит думать, что SM2258 – нечто принципиально новое. Это – абсолютно типичный для SMI четырёхканальный контроллер, основанный на одноядерном 32-битном RISC-процессоре. Фактически он представляет собой улучшенную версию SM2256, отличающуюся от предшественника в первую очередь добавлением поддержки новых типов памяти, например 3D TLC NAND. Однако в контексте базирующегося на планарной TLC-памяти Intel SSD 540s актуально совсем не это, а несколько другие модификации. Так, SM2258 производится по более современному техпроцессу с 40-нм нормами, что позволило снизить его энергопотребление и тепловыделение. Но важнее всего, что новая версия контроллера получила более развитые алгоритмы SLC-кеширования, позволяющие при переполнении кеша писать данные напрямую в TLC NAND, не требуя его предварительного сброса. Это должно положительно повлиять на производительность при высокой нагрузке.

Что же касается надёжности, то в SM2258, как и в SM2256, работает фирменная технология NANDXtend – так Silicon Motion обозначает цифровую обработку сигналов с применением низкоплотностного кода (LDPC) с мягким декодированием. Благодаря такому подходу создатели контроллера обещают троекратное продление ресурса TLC-памяти, что в итоге выливается в увеличение практической выносливости накопителей на базе TLC NAND до пределов, характерных для MLC-моделей.

И действительно: на Intel SSD 540s производителем даётся пятилетняя гарантия, что для TLC-накопителей совсем нехарактерно. Нам известно лишь ещё об одном TLC SSD с пятилетней гарантией – SanDisk X400. Но Intel, в отличие от SanDisk, к тому же никак не ограничивает предельный ресурс. Впрочем, здесь нужно иметь в виду, что для некоторых других представителей семейства Loyd Star некие рамки для максимально допустимого объёма записи всё же установлены. Например, на серверный Intel DC S3100 за время действия гарантии разрешается записать не более 72 Тбайт.

При этом память в накопителях Loyd Star используется самая обычная — это 16-нм трёхбитовая планарная NAND с 128-гигабитными ядрами производства компании SK Hynix. То, что Intel закупает флеш-память, изготовленную по «тонким» техпроцессам, именно у этого поставщика, известно давно, поэтому попадание в Intel SSD 540s именно таких чипов неожиданностью не стало. Но в результате того, что Intel SSD 540s полностью собран из комплектующих сторонних производителей, он оказался немного похож по своему внутреннему устройству на ADATA Premier SP550, в котором точно такая же память работает под управлением контроллера SM2256. То есть продукт Intel отличается лишь версией контроллера, но и этого оказалось достаточно для получения совсем иных паспортных характеристик.

Так, для Intel SSD 540s обещаны более высокие скорости на операциях записи, что объясняется его более эффективным SLC-кешированием. Кстати, объём SLC-кеша в Intel SSD 540s устанавливается из расчёта примерно 2 Гбайт на каждые 120 Гбайт общей ёмкости накопителя. Это – вполне достаточная для непритязательного потребительского SSD ёмкость, особенно если брать в расчёт не младших, а средних или старших представителей линейки.

Несмотря на то, что размер памяти, необходимый для работы технологий кеширования, у Intel SSD 540s не слишком велик, общие ёмкости накопителей кратны 120, а не 128 Гбайт. Это значит, что на подменный фонд и работу технологий выравнивания износа производитель выделяет достаточно большой резерв – примерно 8 процентов от общей ёмкости массива флеш-памяти.

Важная особенность модельного ряда Intel SSD 540s заключается в том, что в него включён широкий диапазон ёмкостей. Как и в случае накопителей на базе контроллеров SandForce, к стандартным объёмам 120, 240, 480 и 960 Гбайт добавлены «промежуточные» варианты на 180 и 360 Гбайт, которые можно считать чуть ли не уникальным предложением.

Однако за марку Intel, за нестандартные ёмкости и за пятилетнюю гарантию без ограничения объёма записи приходится платить. И сегодня основанный на флеш-памяти с трёхбитовой ячейкой Intel SSD 540s никак нельзя отнести к числу бюджетных предложений: по сравнению с тем же ADATA Premier SP550 он где-то на 30-40 процентов дороже. Очень похоже, что пока Intel несколько перегибает палку. Дело в том, что дешевле, чем Intel SSD 540s, можно купить не только SSD на трёхбитовой памяти производителей второго-третьего эшелона, но и очень качественный TLC-накопитель Samsung 750 EVO. Поэтому мы надеемся, что в ближайшее время цена на Intel SSD 540s всё-таки опустится до более приемлемого уровня.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Знакомство с Intel SSD 540s выполнялось на примере накопителя с ёмкостью 480 Гбайт. Внешность у этого SSD оказалась вполне привычной. Intel в своих 2,5-дюймовых накопителях давно использует однотипные алюминиевые корпуса, и в данном случае никаких изменений не произошло. Отличает новинку лишь только новая голографическая наклейка на одном из углов, которая служит не только элементом оформления, но и защитой одного из винтов корпуса от чрезмерно любопытных пользователей.

На оборотной стороне этого корпуса высотой 7 мм есть и ещё одна наклейка – с технической информацией. На ней помимо всего прочего можно найти информацию о названии модели и её ёмкости.

Конструкция Intel SSD 540s 480 Гбайт не слишком удивляет. В нём используется полноразмерная печатная плата, несущая на себе 16 микросхем флеш-памяти. Каждая такая микросхема содержит по два 128-гигабитных полупроводниковых кристалла TLC NAND, произведённых по 16-нм техпроцессу на предприятиях SK Hynix. Таким образом, в сумме массив флеш-памяти Intel SSD 540s 480 Гбайт состоит из 32 NAND-устройств и имеет достаточную степень параллелизма для того, чтобы полностью раскрыть возможности четырёхканального контроллера.

Чип контроллера Silicon Motion SM2258 можно отличить от SM2256 лишь по маркировке. Обе микросхемы не просто имеют одинаковый размер, но даже совместимы по выводам, так что ничего удивительного в их схожести нет. Рядом с контроллером располагается неизменный DRAM-буфер, необходимый для хранения быстрой копии таблицы трансляции адресов, и в данном случае это 512 Мбайт DDR3L-1600 тоже компании SK Hynix.

Несмотря на то, что новый контроллер SM2258 производится по 40-нм техпроцессу, он в рассматриваемом накопителе снабжается термопрокладкой, позволяющей распределять выделяемое им тепло на корпус. Однако, как показало практическое тестирование, спасает это не сильно: во время длительных и интенсивных нагрузок Intel SSD 540s может перегреваться. Причём никакого механизма температурного троттлинга у этого SSD не предусмотрено: при достижении контроллером температуры выше 60 градусов (по данным собственного мониторинга) он попросту отключается, вследствие чего накопитель перестаёт реагировать на внешние воздействия и пропадает из системы. Чтобы в такой ситуации вернуть его к жизни, необходимо как минимум перезагрузить компьютер.

Обратите внимание: плата рассматриваемого SSD явно промаркирована кодовым именем – Loyd Star. Поэтому очень вероятно, что и родственные модели более высокого уровня Pro 5400s и DC S3100 имеют точно такое же внутреннее устройство. В пользу этого говорит и тот факт, что ни для одного представителя серии Loyd Star никаких конденсаторов большой ёмкости для противодействия потерям данных при незапланированном отключении питания не обещается, то есть аппаратных различий между этими устройствами быть не должно. К тому же тот вариант дизайна, что мы видим у рассматриваемой версии Loyd Star, – не совсем уж бюджетный и никаких следов экономии текстолита он не имеет.

В заключение же нужно подчеркнуть, что, хотя 540s и не имеет в своём составе никаких комплектующих авторства самой Intel, а также производится сторонними подрядчиками, инженеры этой компании все-таки внесли некоторый вклад в его конструкцию. Во-первых, ими был разработан дизайн печатной платы, который сильно отличается от предложенной SMI эталонной версии. Во-вторых, интеловские разработчики приложили свою руку и к микропрограмме накопителя. А это значит, что прямых аналогов в исполнении сторонних фирм у Intel SSD 540s нет и не будет.

⇡#Программное обеспечение

В Intel SSD 540s нашла своё место новая аппаратная платформа, однако старая утилита Intel SSD Toolbox, которая изначально была разработана для решений на базе контроллеров SandForce, с этим SSD тоже работает. Естественно, совместимость добавлена лишь в последних версиях утилиты, но сути это не меняет: Intel уделяет очень большое внимание программной поддержке.

Возможности Intel SSD Toolbox достаточно широки. Эта сервисная утилита не только позволяет получать подробную информацию о состоянии накопителя, но и имеет целый набор дополнительных инструментов.

Например, с её помощью можно отослать на накопитель пакет команд TRIM – в интерфейсе SSD Toolbox эта функция называется SSD Optimizer. Причём это действие сервисная утилита может выполнять не только одноразово, но и в автономном режиме по расписанию.

Кроме того, в SSD Toolbox есть возможность диагностического сканирования, во время которого можно проверить состояние и работоспособность флеш-памяти. Сканирование выполняется как в быстром, так и в полном режиме – разница состоит в том, затронет ли проверка весь массив флеш-памяти или лишь какую-то его часть.

Также посредством SSD Toolbox можно проверить актуальность используемой накопителем микропрограммы и инициировать операцию Secure Erase.

И последний полезный инструмент сервисной утилиты – средство System Tuner. С его помощью можно посмотреть, какие критичные настройки, касающиеся дисковой подсистемы, имеются в операционной системе, а также получить рекомендации по их изменению.

Тестирование. Выводы

⇡#Методика тестирования

Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 10 Enterprise x64 Build 10586, 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 используются рандомизированные несжимаемые данные.

Начиная с этого тестирования, мы приняли решение внести отдельные изменения в протокол проведения синтетических тестов с целью привести их в большее соответствие с современными сценариями работы с SSD. Размер раздела, в пределах которого тестируется скорость операций, теперь будет увеличен до 16 Гбайт, а продолжительность тестов будет составлять одну минуту при последовательных операциях и полминуты при случайных операциях чтения и записи. Такие изменения, в частности, позволят получать более релевантные результаты для тех SSD, которые используют различные технологии SSD-кеширования.

Используемые приложения и тесты:

• Iometer 1.1.0
  • 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.
  • 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 тридцати секунд, после чего вычисляется средний показатель.
  • 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 тридцати секунд, после чего вычисляется средний показатель.
  • 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 тридцати секунд, после чего вычисляется средний показатель.
  • 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 независимых потока. В обоих случаях соотношение между операциями чтения и записи варьируется с шагом 20 процентов. Оценка скоростей выполняется в течение тридцати секунд, после чего вычисляется средний показатель.
  • 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 5.1.2
  • 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 Storage Benchmark 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 2.0. В качестве результатов теста учитывается как итоговая производительность, так и скорость выполнения отдельных тестовых трасс, сформированных различными приложениями.
• Тесты реальной файловой нагрузки
  • Измерение скорости копирования директорий с файлами разного типа. Для копирования применяется стандартное средство Windows – утилита Robocopy, в качестве тестового набора используется рабочая директория, включающая офисные документы, фотографии и иллюстрации, pdf-файлы и мультимедийный контент общим объёмом 8 Гбайт.
  • Измерение скорости архивации файлов. Тест проводится с той же рабочей директорией, что и копирование, а в качестве инструмента для компрессии файлов избран архиватор 7-zip версии 9.22 beta. Для уменьшения влияния производительности процессора используется метод Deflate.
  • Исследование скорости разворачивания архива. Тест проводится с архивом, полученным при измерении скорости архивации.
  • Оценка скорости запуска игрового приложения. Измеряется производительность дисковой подсистемы при выполнении сценария, захваченного при запуске игры Far Cry 4 и загрузке в ней уровня с пользовательским сохранением. Для минимизации влияния производительности процессора и памяти все задержки, возникающие по их вине, из тестового сценария убраны.
  • Оценка скорости старта приложений, формирующих типичную рабочую пользовательскую среду. Измеряется производительность дисковой подсистемы при выполнении сценария, захваченного при запуске пакета приложений, состоящего из браузера Google Chrome, текстового редактора Microsoft Word, графического редактора Adobe Photoshop и видеоредактора Adobe Premiere Pro с рабочими файлами. Для минимизации влияния производительности процессора и памяти все задержки, возникающие по их вине, из тестового сценария убраны.

⇡#Тестовый стенд

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Maximus VIII Ranger, процессором Core i5-6600K со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 530 и 8 Гбайт DDR4-2133 SDRAM. Приводы 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) 14.8.0.1042.

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

⇡#Список участников тестирования

Производитель позиционирует Intel SSD 540s как высококачественный накопитель, построенный на TLC-памяти. Поэтому в сравнение с ним мы в первую очередь включили несколько SSD, которые имеют похожие свойства: основываются на памяти с трёхбитовой ячейкой, но при этом представляют собой не совсем уж ультрабюджетные, а несколько более качественные продукты. Кроме того, в сравнение попало и несколько недорогих MLC-накопителей, цена на которые за последнее время упала ниже всего.

В итоге получился следующий перечень соперников:

• Crucial MX200 500 Гбайт (CT500MX200SSD1, прошивка MU04);
• Intel SSD 540s 480 Гбайт (SSDSC2KW360H6X1, прошивка LSB031C);
• Kingston HyperX Savage 480 Гбайт (SHSS37A/480G, прошивка SAFM00.r);
• Patriot Blast 480 Гбайт (PBT480GS25SSDR, прошивка SAFM12.2);
• Plextor M7V 512 Гбайт (PX-512M7VC, прошивка 1.02);
• Samsung 850 EVO 500 Гбайт (MZ-75E250, прошивка EMT02B6Q);
• Samsung 750 EVO 500 Гбайт (MZ-750500, прошивка MAT01B6Q);
• SanDisk Ultra II 480 Гбайт (SDSSDHII-480G, прошивка X31200RL).

Обратите внимание, в числе участников тестирования оказалась и 500-гигабайтная версия Samsung 750 EVO. Это – сравнительно новый накопитель, который следует считать прямым конкурентом для Intel SSD 540s. Обе эти модели выпущены ведущими производителями с хорошей репутацией, и при этом обе они базируются на 16-нм TLC-памяти (правда, разных производителей).

⇡#Последовательные операции чтения и записи

Если при последовательном чтении Intel SSD 540s проявляет себя как вполне современный накопитель, обеспечивая скорость, близкую к пределу пропускной способности интерфейса SATA 6 Гбит/с, то при записи его результат выглядит удручающе. Однако нужно понимать, что, как у любого TLC-накопителя с технологией SLC-кеширования, низкая скорость у 540s проявляется лишь при записи больших объёмов данных. Небольшие же по объёму файлы будут записываться с достаточно неплохой скоростью, достигающей 460 Мбайт/с.

Иллюстрирует это следующий график, на котором показано, как меняется скорость Intel SSD 540s 480 Гбайт в течение первых нескольких секунд во время последовательной записи.

К сожалению, четырёхканальная архитектура контроллера Silicon Motion SM2258 не позволяет развить высокую скорость записи в массив флеш-памяти за пределами кеша. Например, тот же Plextor M7V или Samsung 750 EVO может писать данные в TLC-память примерно вдвое быстрее. И эту особенность Intel SSD 540s нужно иметь в виду: если вы планируете работать с большими объёмами данных, новый накопитель Intel – плохой выбор.

⇡#Случайные операции чтения

Не слишком впечатляют скоростные показатели Intel SSD 540s и при случайном чтении. И в этом вновь виноват контроллер. Решения SMI базируются на одноядерном RISC-процессоре, мощность которого сравнительно невелика. Поэтому все SSD, основанные на контроллерах этого разработчика, при работе со случайными блоками ведут себя как бюджетные решения и оказываются в нижней части диаграмм производительности. К сожалению, Intel, которая сделала для своего продукта собственную микропрограмму, победить аппаратные недостатки контроллера не сумела. И особенно отчётливо слабость SM2258 видна при работе с очередью команд.

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.

Какая бы ни была глубина очереди запросов, производительность Intel SSD 540s оказывается хуже, чем у конкурентов. Подобную картину мы наблюдали и ранее, когда тестировали SSD, основанные на контроллерах SM2256. Так что в новой версии старого процессора никаких оптимизаций на эту тему сделано не было.

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

Похожую ситуацию мы получили и в том случае, когда попробовали варьировать размеры блока данных, которыми происходит чтение. Иными словами, Intel SSD 540s – бюджетная по всем признакам модель.

⇡#Случайные операции записи

Не лучшим образом дело обстоит и при произвольной записи. Скоростные показатели Intel SSD 540s оказываются не только хуже, чем у MLC-накопителей, но и ниже, чем у большинства TLC-моделей. Лишь при неконвейеризуемых операциях интеловской новинке удаётся обойти Plextor M7V.

Однако это скорее исключение. Об этом говорит график, показывающий зависимость скорости произвольной записи 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов.

При росте глубины очереди запросов Intel SSD 540s демонстрирует откровенно низкую скорость произвольной записи. Среди всех участвующих в тесте SSD его результат – наихудший.

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

Такая же картина наблюдается и при измерении скорости случайной записи блоками разных размеров.

По результатам тестов быстродействия случайных операций может возникнуть ощущение, что Intel SSD 540s – это нечто сродни бюджетным TLC-накопителям на базе контроллера Phison S10, и кажется, что было бы гораздо логичнее, если бы Intel включила этот флеш-накопитель в свою трёхсотую, а не в пятисотую серию. Однако на самом деле всё не так однозначно. Дело в том, что, как мы знаем по опыту, контроллеры Silicon Motion могут выдавать сравнительно неплохую производительность в смешанных сценариях. И тестирование 540s это в очередной раз подтвердило.

⇡#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 как последовательных, так и случайных операций, поступающих вперемежку. На следующей паре диаграмм мы приводим среднюю производительность, которая посчитана по данным шести измерений с разным соотношением количества операций чтения и записи.

И действительно, при смешанной нагрузке, которая состоит из одновременно приходящих на накопитель операций чтения и записи, Intel SSD 540s смотрится уже совсем по-другому. Если закрыть глаза на существование просто блестящего по скорости TLC-накопителя Samsung 750 EVO, то интеловскую новинку вполне можно охарактеризовать как один из лучших SSD на базе трёхбитовой памяти для смешанных нагрузок. Особенно удачно этому накопителю удаётся справляться со смешанными операциями со случайными блоками.

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.

Графики только подтверждают сказанное ранее. Смешанные операции, особенно когда во входном потоке команд преобладают операции чтения или доли операций чтения и записи примерно равны, обрабатываются Intel SSD 540s весьма эффективно. Это позволяет надеяться, что несмотря на низкие скорости в тестах раздельного случайного чтения и записи, Intel SSD 540s может оказаться вполне неплохим вариантом в качестве обычной рабочей лошадки.

⇡#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.

Зависимость получилась вполне типичной. Все современные SSD на базе TLC NAND ведут себя похожим образом: до того, как массив флеш-памяти накопителя полностью заполнится данными, можно наблюдать два варианта скорости, и на графике производительности в начальной его части присутствует характерная ступенька. Причины такого падения производительности хорошо изучены – это проявление технологии кеширования, которая позволяет записывать небольшие объёмы данных со значительно более высоким быстродействием благодаря тому, что некоторая часть памяти Intel SSD 540s работает в псевдо-SLC-режиме. После того как кеш оказывается исчерпан, производительность закономерно падает с 80 до 30 тысяч IOPS, и с такой скоростью 480-гигабайтный накопитель пишет данные до конца пула свободных страниц флеш-памяти, то есть до заполнения всех 480 Гбайт. Затем средняя производительность падает ещё раз, окончательно задерживаясь у отметки ниже 20 тысяч IOPS. Это уже обуславливается тем, что на накопителе, находящемся в использованном состоянии, каждая запись предваряется очисткой блоков страниц от ранее записанных данных.

Впрочем, то, что изображено на графике выше, – несколько искусственная ситуация. В реальных персональных компьютерах таких длительных нагрузок не бывает. А вот с чем пользователи наверняка будут сталкиваться – так это с работой технологии SLC-кеширования. Её функционирование заметно на начальной части приведённого графика, поэтому давайте увеличим его и подробнее взглянем на то, что происходит с производительностью при наполнении псевдо-SLC-кеша.

Использование кеширования при соблюдении определённых условий позволяет получить высокую скорость записи на сравнительно больших объёмах данных, так как эффективный размер кеш-памяти у Intel SSD 540s 480 Гбайт достигает размера в 8 Гбайт. При попадании в кеш скорость записи превышает 300 Гбайт/с, и это лишь немного меньше скорости кеша в лучших моделях TLC-накопителей. Но вот скорость записи в основную память у Intel SSD 540s не слишком впечатляет. Недорогие продукты на базе контроллеров Marvell 88SS1074 или Samsung MGH общаются с TLC NAND значительно быстрее. И в этом нет ничего удивительного, ведь лежащий в основе Intel SSD 540s процессор Silicon Motion SM2258 не только общается с массивом флеш-памяти лишь по четырём каналам, но и основывается лишь на одном RISC-ядре. Да, при записи значительных объёмов информации Intel SSD 540s будет быстрее других TLC-накопителей на бюджетных контроллерах SMI и Phison, но достичь скорости решений лидеров рынка, использующих более технически оснащённые чипы, он не сможет.

Нужно отметить и ещё одну особенность Intel SSD 540s. Микропрограмма этого накопителя построена таким образом, что освобождение SLC-кеша от данных после его заполнения во время операций записи происходит далеко не сразу. В первую очередь в моменты простоя контроллер переносит из кеша в основную TLC-память лишь порядка 2 Гбайт данных, остальной же объём информации удерживается в кеше на более длительный период времени для снижения нагрузки на TLC-память и для ускорения операций случайного чтения, которые, как и операции записи, в псевдо-SLC-режиме выполняются немного быстрее.

Давайте посмотрим теперь, как у Intel SSD 540s 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.

При проверке функционирования автономной сборки мусора Intel SSD 540s смог нас немало порадовать. Как оказалось, этот накопитель способен возвращать свою первоначальную производительность даже без подачи на него команды TRIM, а лишь после небольшого простоя. Естественно, нет никаких претензий и к обработке TRIM. Всё это ставит Intel SSD 540s на голову выше предыдущих массовых накопителей этого производителя, в которых применялся контроллер SandForce и которым была присуща постепенная деградация быстродействия даже в средах с поддержкой TRIM.

⇡#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 обычно почти не отличается от показателей, которые были получены нами в тяжёлом и многофункциональном пакете Iometer.

CrystalDiskMark работает с тестовым файлом небольшого размера, поэтому отображаемые им показатели – это характеристики исключительно SLC-кеша. Впрочем, даже несмотря на это, результат Intel SSD 540s оказался хуже, чем у многих других TLC-накопителей. Иными словами, Intel SSD 540s не любит синтетические тесты, а они не любят его.

Поэтому давайте лучше посмотрим, как покажет себя новый интеловский SSD в тестах, моделирующих реальные файловые операции и работу в приложениях.

⇡#Производительность в PCMark 8 Storage Benchmark 2.0

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. Обратите внимание – мы применяем обновлённую версию дискового бенчмарка, появившуюся в начале 2016 года.

PCMark 8 присваивает рассматриваемому накопителю Intel SSD 540s достаточно низкий интегральный рейтинг. С точки зрения этого бенчмарка интеловское предложение даже медленнее, чем Patriot Blast на контроллере Phison S10. Однако аутсайдером Intel SSD 540s всё же назвать нельзя – он обошёл по производительности Plextor M7V. К тому же есть важный нюанс: невысокий показатель Intel SSD 540s связан с проблемами, возникшими у этого накопителя в одном-единственном приложении – Adobe Photoshop.

Именно поэтому интегральный результат PCMark 8 нужно дополнить и показателями производительности, выдаваемыми флеш-дисками при прохождении отдельных тестовых трасс, которые моделируют различные варианты реальной нагрузки. При разной нагрузке флеш-приводы зачастую ведут себя немного по-разному.

Действительно, в «лёгком» сценарии Adobe Photoshop скорость Intel SSD 540s примерно вдвое ниже, чем у конкурентов. Причём это – не ошибка, а устойчиво наблюдаемый результат. Не блещет рассматриваемый накопитель скоростью и в других приложениях компании Adobe. Если же эти сценарии из рассмотрения исключить, то окажется, что Intel SSD 540s в реальных задачах не так уж и плох. И зачастую он обгоняет не только Plextor M7V, но и другие TLC-накопители, например Patriot Blast, а иногда даже и MLC-модель Kingston HyperX Savage.

⇡#Реальные сценарии нагрузки

Мы обновили набор используемых нами реальных сценариев, и теперь помимо скорости работы SSD при копировании и архивации файлов мы будем проверять также и скорость запуска с твердотельного накопителя игр и приложений. Новые тесты позволят нам делать выводы о том, насколько хорошо та или иная модель может справиться с ролью системного или даже единственного диска в составе ПК, на котором устанавливаются рабочие программы.

Копирование и архивация файлов внутри накопителя – самые простые примеры смешанной нагрузки. Поэтому в этих случаях Intel SSD 540s может обеспечить сравнительно неплохую производительность. До скорости Samsung 750 EVO он, естественно, не дотягивает, но опередить TLC-решения компаний Plextor и SanDisk ему вполне по силам.

А вот с распаковкой файлов ситуация для главного героя хуже. Здесь операции тоже смешанные, но существенно преобладают операции записи, поэтому Intel SSD 540s откатывается в нижнюю часть диаграммы.

Зато в сценариях, типичных для системного накопителя, Intel SSD 540s выглядит сравнительно неплохо. При запуске игр и приложений оказывается, что данный SSD – это чуть ли не лучший TLC-вариант после Samsung 750 EVO. И более того, на таких тестовых трассах Intel SSD 540s оказывается быстрее некоторых MLC-моделей, например Kingston HyperX Savage.

⇡#Выводы

Компания Intel давно не выпускала никаких принципиально новых твердотельных накопителей, нацеленных на массовый рынок. Вся её активность в этой сфере сводилась лишь к периодическим обновлениям флеш-памяти, которая используется в пятисотой серии продуктов, до недавних пор базировавшейся на явно устаревших контроллерах SandForce. Но Intel SSD 540s – это отнюдь не очередная попытка реставрации платформы четырёхлетней давности, а полностью новый продукт, в котором впервые для интеловских SSD применяется 16-нм TLC NAND и контроллер Silicon Motion. Причём на фоне былого консерватизма компании рассмотренная новинка выглядит как нечто невероятное, ведь лежащий в основе Intel SSD 540s контроллер SM2258 – это абсолютно новое решение, которое никто, кроме Intel, в серийных продуктах пока не использует.

Стоило ли Intel идти на такой решительный шаг? С одной стороны, несомненно. Жить с линейкой потребительских продуктов на базе контроллера SandForce в настоящее время откровенно стыдно: такие накопители, пусть и с современной NAND-памятью, производимой по 16-нм техпроцессу, не могут обеспечить конкурентных характеристик. Однако, с другой стороны, переход именно на платформу Silicon Motion выглядит несколько странно. Дело в том, что контроллеры этого разработчика позволяют собирать лишь откровенно бюджетные SATA SSD с четырёхканальным массивом флеш-памяти и начальным уровнем производительности. И Intel SSD 540s оказался именно таким, несмотря на использование свежей модификации контроллера и оптимизированную собственными инженерами прошивку.

В результате по уровню быстродействия Intel SSD 540s можно сопоставить лишь с TLC-накопителями самого нижнего уровня вроде ADATA Premier SP550, с которым, кстати, он достаточно близок по аппаратной конструкции. Продукты же подобного класса, предлагаемые прочими лидерами рынка, например Samsung 750 EVO или SanDisk Ultra II, смотрятся значительно привлекательнее. В такой ситуации от Intel SSD 540s было бы логично ожидать низкой стоимости. Но не тут-то было: судя по всему, Intel ориентируется на корпоративный рынок и назначает на свою новинку с TLC-памятью цену на уровне недорогих MLC-моделей. К сожалению, это делает 540s откровенно непривлекательным по совокупности потребительских качеств вариантом. По крайней мере, на сегодняшний день.

Единственное, что может хоть как-то оправдать такое позиционирование Intel SSD 540s, — это пятилетняя гарантия. Intel не побоялась установить длительный гарантийный срок на накопитель, использующий обычную TLC-память, причём даже не собственного производства. Но в общем-то, это не так уж и удивительно, если вспомнить, что контроллер SM2258 работает с флеш-памятью с применением LDPC-кодирования, позволяющего стабильно исправлять возникающие ошибки с гораздо большей эффективностью, чем при использовании стандартных алгоритмов BCH ECC. К тому же Intel SSD 540s – не единственный и не самый дешёвый SSD c TLC-памятью и с пятилетней гарантией.