Обзор SSD-накопителя Samsung 850 EVO 4 Тбайт (экспресс-тест)

⇡#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. Размер раздела, в пределах которого тестируется скорость операций, увеличен до 16 Гбайт, а продолжительность тестов составляет одну минуту при последовательных операциях и полминуты при случайных операциях чтения и записи. Такой подход позволяет получать 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 четыре 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, который состоит 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

Сегодняшнее тестирование Samsung 850 EVO 4 Тбайт будет проведено по сокращённой программе. Причин тому две. Во-первых, у этого SSD попросту нет конкурентов. Накопителей такой ёмкости, нацеленных на массовый рынок, не существует, поэтому сравнивать новинку Samsung с чем-либо другим по большому счёту бессмысленно. Во-вторых, различные представители серии Samsung 850 EVO уже неоднократно тестировались в нашей лаборатории, и получить какие-то принципиально новые результаты вряд ли удастся. Поэтому сегодня мы просто проверим, нет ли в производительности четырёхтерабайтной модели каких-то критичных отклонений.

В сравнении производительности в качестве ориентиров мы оставили лишь несколько накопителей:

• Crucial MX200 500 Гбайт (CT500MX200SSD1, прошивка MU04);
• Crucial MX300 Limited Edition 750 Гбайт (CT750MX300SSD1, прошивка M0CR011);
• Samsung 850 EVO 500 Гбайт (MZ-75E250, прошивка EMT02B6Q);
• Samsung 850 EVO 4 Тбайт (MZ-75E4T0, прошивка EMT02B6Q);
• Samsung 850 Pro 512 Гбайт (MZ-7KE512, прошивка EXM01B6Q).

⇡#Производительность

Последовательные операции чтения и записи

По скорости последовательных операций Samsung 850 EVO 4 Тбайт мало отличается от других SATA-накопителей этого разработчика. Это означает, что новинка выбирает всю пропускную способность интерфейса, которая и сдерживает её производительность.

⇡#Случайные операции чтения

Со скоростью произвольного чтения ситуация выглядит не столь однозначно. Четырёхтерабайтная новинка оказывается слегка медленнее 500-гигабайтной модификации 850 EVO. На то есть две причины. Во-первых, 850 EVO 500 Гбайт – это самая быстрая версия в данной линейке. Во-вторых, некоторые задержки в работу новинки максимального объёма действительно могут вносить буферы F-chip. Впрочем, результаты Samsung 850 EVO 4 Тбайт всё равно достаточно высоки для того, чтобы оставаться одним из самых быстрых SATA SSD современности.

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.

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

Случайные операции записи

С записью же, напротив, у Samsung 850 EVO 4 Тбайт всё более чем хорошо. Рекордная степень параллелизма массива флеш-памяти и достаточно мощный контроллер MHX позволяют новинке занимать на диаграммах самые верхние позиции.

График, показывающий зависимость скорости произвольной записи 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов, подтверждает сказанное: при случайной записи 850 EVO 4 Тбайт – отменное по скорости решение среди SATA-накопителей, которое уступает лишь ещё более мощному 850 PRO.

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

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.

В то время как смешанные последовательные операции – практически идеальный сценарий для Samsung 850 EVO 4 Тбайт, аналогичная нагрузка с произвольными данными оказывается для этого SSD не столь благоприятной. Очевидно, что дополнительный слой буферизации между контроллером и массивом флеш-памяти, который возник при переходе к ёмкости 4 Тбайт, вносит в производительность свои коррективы. Однако его влияние можно увидеть лишь в отдельных случаях, да и сказать, что оно что-то принципиально меняет, совершенно невозможно: 850 EVO 4 Тбайт лишь переходит из категории «самый лучший» в категорию «один из лучших».

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.

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.

Полностью заполнить Samsung 850 EVO 4 Тбайт данными оказалось непросто. Для того чтобы использовать всю свободную память, которой располагает этот накопитель, потребовалось более трёх часов непрерывной записи. Причём скорость, которую при этом демонстрировал SSD, низкой назвать никак нельзя. Всё это время случайная запись происходила с производительностью порядка 88 тысяч IOPS, что для SATA SSD – очень хороший показатель. Нельзя высказать никаких претензий и к постоянству производительности: никаких колебаний в скорости не наблюдается, что вновь позволяет убедиться в хорошей сбалансированности аппаратной платформы, лежащей в основе этого накопителя. Иными словами, мощности трёхъядерного контроллера MHX для работы с четырёхтерабайтным массивом памяти оказывается достаточно. Причём даже при исчерпании свободного места, когда контроллер сталкивается с необходимостью проводить очистку заполненных блоков флеш-памяти перед их повторным использованием, падение производительности совсем не носит катастрофического характера. И судя по кривой изменения скорости, 850 EVO 4 Тбайт вполне можно было бы использовать и в серверах, так что причины, по которым Samsung указала для него столь строгие ограничения по ресурсу, вполне понятны.

Интересен и другой момент. Несмотря на то, что у Samsung 850 EVO 4 Тбайт имеется SLC-кеш объёмом 48 Гбайт, работающий в рамках технологии TurboWrite, его влияния на производительность совсем не видно. Это значит, что массив флеш-памяти этого накопителя имеет столь высокую степень параллелизма, что ни в каком дополнительном ускорении он и не нуждается. Быстродействие массива TLC 3D V-NAND в Samsung 850 EVO 4 Тбайт с лихвой перекрывает пропускную способность SATA-интерфейса, и, кстати, подобное положение дел наблюдается не только у 850 EVO максимального размера, но и у других его модификаций, начиная с полутерабайтной ёмкости. Это означает, что технология TurboWrite нужна здесь главным образом для консолидации случайных операций и снижения коэффициента усиления записи. То есть в итоге для увеличения ресурса накопителя.

Давайте посмотрим теперь, как у Samsung 850 EVO рекордной ёмкости 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.

48-гигабайтный SLC-кеш помогает Samsung 850 EVO 4 Тбайт выдавать высокую производительность даже в тех редких случаях, когда операционная система не передаёт на накопитель команду TRIM. Кеш освобождается контроллером при первой же возможности, поэтому после любого небольшого простоя 48 Гбайт данных записать на 850 EVO 4 Тбайт всегда возможно с высокой скоростью. В тех же случаях, когда TRIM поддерживается, накопитель заблаговременно высвобождает свободное место и в основном массиве памяти – здесь к новинке никаких претензий быть не может.

⇡#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.

И даже более того, по показателям этого бенчмарка Samsung 850 EVO 4 Тбайт не отличается по производительности от быстрой 500-гигабайтной версии после её перевода на 48-слойную TLC 3D V-NAND третьего поколения.

⇡#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.

Благодаря тому, что Samsung 850 EVO 4 Тбайт оказался особенно силён при работе с последовательными смешанными операциями, при работе в реальных приложениях ему удаётся выдать такую производительность, которую у SATA-накопителей до сих пор мы не видели вообще. И это значит, что для систем, в составе которых планируется использовать лишь один SSD, новинка должна подойти наилучшим образом.

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

Реальные сценарии нагрузки

Специализированные тесты реальной нагрузки дополняют результаты PCMark 8 2.0 и позволяют делать выводы о том, насколько хорошо та или иная модель SSD может справиться с ролью системного или даже единственного диска в составе ПК, на котором либо хранятся пользовательские файлы, либо развёрнуты рабочие программы, либо и то и другое.

В тестах реальной нагрузки Samsung 850 EVO 4 Тбайт показывает примерно такой же уровень производительности, как и представитель той же серии, но меньшего объёма. А это значит, что мы имеем дело не только с предложением запредельной ёмкости, но и с накопителем, который по меркам SATA SSD весьма быстр.

⇡#Выводы

По итогам знакомства с очередной моделью линейки Samsung 850 EVO, которая получила рекордную ёмкость в 4 Тбайт, мы вряд ли можем добавить к уже известным фактам что-то неожиданное или принципиально новое. Если закрыть глаза на впечатляющий объём, то с практической точки зрения она почти не отличается от того, что Samsung предлагает в меньших накопителях серии 850 EVO. Но это – не недостаток, а, напротив, указание, что перед нами вновь отличный по сочетанию потребительских качеств продукт, который способен выдать лидирующую производительность в рамках SATA-интерфейса. Причём в данном случае за счёт произошедшего увеличения размеров SLC-кеша и резервной области новинка показывает себя при высоких нагрузках и в средах без TRIM даже несколько лучше предшественников.

Впрочем, главное достоинство новой версии Samsung 850 EVO – это всё же её объём, который теперь вырос до рубежей, недоступных другим производителям и характерных скорее не для SSD, а для традиционных механических HDD. Да, столь же ёмкие, как новинка южнокорейского гиганта, накопители можно найти среди серверных продуктов, но, во-первых, они значительно дороже, а во-вторых, имеют большие габариты, чем 2,5-дюймовый и 7-миллиметровый в толщину Samsung 850 EVO 4 Тбайт. Так что благодаря переходу на 48-слойную 3D V-NAND компании Samsung удалось не только увеличить плотность хранения данных и снизить себестоимость собственной продукции, но и в очередной раз продемонстрировать своё технологическое превосходство на конкретных и понятных пользователям примерах.

В итоге в виде Samsung 850 EVO 4 Тбайт мы получили накопитель, который без преувеличения можно назвать бескомпромиссным. Конечно, из-за высокой стоимости число покупателей такого SSD вряд ли будет исчисляться тысячами. Но если рассуждать абстрактно, без какой-либо привязки к ценам, то новый 4-терабайтник безумно интересен тем, что он выступает верным предвестником грядущей эры, в которой никаких механических HDD в персональных компьютерах не останется от слова совсем.

В заключение же мы не можем не отпустить в адрес Samsung критическое замечание, касающееся явно несправедливых условий гарантии. Срок гарантийного обслуживания 850 EVO 4 Тбайт составляет пять лет, но объём записи, в рамках которого производитель готов оказывать поддержку, ограничен лишь 75-кратной перезаписью полного объёма. Понятно, что такие рамки имеют насквозь маркетинговые корни и в реальности новый четырёхтерабайтник сможет пережить как минимум несколько петабайт записи, но покупатели, готовые потратить полторы тысячи долларов, наверняка хотят получить более твёрдые гарантии защищённости своих инвестиций. Поэтому мы очень надеемся, что Samsung пересмотрит свою политику и увеличит заявленный предел выносливости, как она, например, уже делала с 850 EVO ёмкостью 2 Тбайт.