Обзор SSD-накопителя Patriot Hellfire M.2: NVMe по проекту Phison

На рынке потребительских накопителей с интерфейсом PCI Express наконец-то наметилось долгожданное оживление. И если сегодня задаться целью купить высокопроизводительный NVMe SSD, то выбирать придётся уже не из пары предложений Intel и Samsung, а из достаточно внушительного списка вариантов. При этом разнообразие NVMe-накопителей продолжает шириться, что, с одной стороны, позволяет покупателям подбирать SSD, максимально подходящие для каждого конкретного случая, а с другой – влечёт за собой падение цен и сближение стоимости высокоскоростных NVMe-накопителей и привычных SATA SSD. До недавних пор главным локомотивом таких изменений выступала компания Marvell, начавшая поставки своим партнёрам NVMe-платформы Eldora. Хотя внедрение и оптимизация этой платформы оказались не слишком простой задачей, справиться с ней к настоящему моменту смогли сразу несколько производителей, и в результате прилавки магазинов пополнились такими накопителями, как Toshiba OCZ RD400 и Plextor M8Pe. Однако сказать, что NVMe SSD на базе контроллера Marvell представляют собой лакомые кусочки для энтузиастов, которые способны дотянуться по параметрам быстродействия до того же Samsung 950 PRO, всё-таки невозможно. Поэтому мы с большим интересом ждали момента, когда наборы компонентов для создания NVMe-накопителей предложат другие независимые разработчики контроллеров, у которых поддержка нового интерфейса и протокола, возможно, получится лучше.

И вот момент настал: в нашу лабораторию приехал NVMe-накопитель, основанный на новом и пока неопробованном контроллере Phison PS5007-E7, который разрабатывался этой тайваньской фирмой в течение последних пары лет.

Надо сказать, что его появления мы ждали с нетерпением как минимум по двум причинам. Во-первых, Phison обещала добиться высоких показателей производительности за счёт того, что её процессор по сравнению с Marvell Eldora имеет большую вычислительную мощность и к тому же использует позаимствованные из TLC-накопителей технологии ускоренной записи. Во-вторых, схема работы Phison с партнёрами предполагает передачу им готового дизайна вместе с необходимой микропрограммой, что делает его внедрение элементарной задачей. Поэтому выход в свет первого серийного NVMe-продукта на платформе Phison означает, что в самое ближайшее время таких SSD станет много, и в конечном итоге это должно будет привести к повсеместному распространению нового поколения твердотельных накопителей с принципиально более высоким уровнем производительности.

Среди ближайших партнёров Phison есть масса производителей SSD разного калибра, начиная с мелких региональных фирм вроде Smartbuy и заканчивая гигантами масштаба Kingston. Но первым полноправным пользователем NVMe-платформы этого разработчика стала компания Patriot Memory с новым накопителем Hellfire M.2. При этом справедливости ради стоит напомнить, что Patriot Hellfire M.2 на самом деле не первый SSD с интерфейсом PCI Express, в основе которого используется чип Phison PS5007-E7. Несколько месяцев тому назад на рынке появился другой продукт на этой же платформе – Zotac Sonix. Однако накопитель Zotac больше похож на прототип: его модельный ряд ограничивается единственным вариантом, доступность которого в продаже серьёзно ограничена. Patriot Hellfire M.2 же совсем не такой: это – совершенно полноценный розничный продукт с нормальным модельным рядом и, самое главное, с новой версией микропрограммы, которая поменяла поведение всей платформы практически полностью. Поэтому о том, на что способен Phison PS5007-E7, судить можно и нужно именно по Patriot Hellfire M.2. И в настоящем материале мы подробно ознакомимся с данной новинкой, массовые поставки которой в магазины должны начаться в самое ближайшее время.

⇡#Технические характеристики

Начать рассказ о Patriot Hellfire M.2 следует с того, что этот накопитель воплощает собой эталонный вариант новой NVMe-платформы Phison E7 без каких бы то ни было отклонений. Компания Phison подготовила четыре проекта базового дизайна основанных на чипе PS5007-E7 накопителей. Все они комплектуются 15-нм MLC NAND производства Toshiba, но имеют разное механическое исполнение: PCIe-карта, 2,5-дюймовый U.2-накопитель и два M.2-варианта в форм-факторах 2280 и 22110. Patriot взяла на вооружение наиболее ходовой и компактный дизайн – M.2 2280 – и не стала отходить от рекомендаций авторов контроллера ни на шаг. Это значит, что в лице Patriot Hellfire M.2 мы видим именно такой продукт, который они и представляли себе изначально. И это хорошо, поскольку окончательная доводка и отладка Hellfire M.2 происходила с непосредственным участием инженеров Phison, сомневаться в компетентности и квалификации которых нет никаких оснований.

Тем не менее путь Patriot Hellfire M.2 на рынок получился отнюдь не коротким. Подобно тому, как в муках рождался Marvell Eldora, своя богатая история есть и у контроллера Phison PS5007-E7. Официально анонсирован этот чип был ещё летом прошлого года, а показывать его на выставках начали и того раньше, но финальные продукты на его основе смогли появиться только сейчас. Всё же прошедшее время было потрачено на оптимизацию микропрограммы, в результате чего начальная версия прошивки Patriot Hellfire M.2 имеет совсем неожиданный для новинки номер 2.1. Трудно сказать, над чем в первую очередь бились инженеры – над производительностью или над стабильностью, но известно, что в конце концов в платформе Phison E7, несмотря на то, что она работает с MLC-памятью, появилось SLC-кеширование, которого в изначальном проекте не предусматривалось.

Такое изменение подняло теоретическую производительность на операциях записи, но это – не самое важное. Главное же то, что SLC-кеширование аппаратным образом обходит недостатки NVMe-драйвера Microsoft. Как известно, стандартный NVMe-драйвер операционных систем семейства Windows отличается большими задержками при исполнении команд форсированной записи (Force Unit Access), которые идут в обход всех имеющихся уровней буферизации. Но с аппаратным и энергонезависимым SLC-кешем, который драйвер обойти не в состоянии, форсированная запись выполняется почти с такой же скоростью, как и обычная. Поэтому платформа Phison E7 перестала нуждаться в улучшенном NVMe-драйвере и превосходно работает со стандартным, показывая неизменно высокую производительность при любых операциях записи и вариантах нагрузки.

Любопытно, что столь заметная переделка внутренней логики работы платформы накопителя не потребовала внесения изменений в кремний. Всё было сделано руками программистов, что явно указывает как на гибкость, так и на достаточно высокую мощность контроллера Phison PS5007-E7. Что, впрочем, вполне закономерно, если вспомнить о том, что его базис – это универсальный четырёхъядерный процессор, который дополнен аппаратными блоками, реализующими восьмиканальный интерфейс с флеш-памятью и протокол NVMe 1.2, наложенный на транспорт PCI Express 3.0 x4.

Как видно из схемы, Phison заложила возможность создания накопителей с ёмкостью до 2 Тбайт: хотя платформой E7 поддерживается лишь четырёхкратное чередование NAND-устройств в каждом канале, в общей сложности контроллер может адресовать до 64 устройств. Вместе с тем максимальный объём поддерживаемой оперативной памяти, необходимой для хранения копии таблицы трансляции адресов, доведён до 2 Гбайт.

Однако пока конфигурации Phison E7 с ёмкостью 1 или 2 Тбайт существуют лишь в теории. Линейка Patriot Hellfire M.2 включает только две версии – 240 и 480 Гбайт. 960-гигабайтный вариант обещан позднее, а насчёт максимальной ёмкости никакой ясности нет вообще. Как нет и никакой информации о возможной поддержке в этом накопителе шифрования. Контроллер AES-движком оснащён, но Hellfire M.2 такую функциональность не предлагает. Да и вообще, с точки зрения всяких «наворотов» текущее воплощение Phison E7 пока проигрывает Marvell Eldora: в решении Phison, например, даже не используются наиболее современные методы коррекции ошибок, а упор сделан на старую схему BCH ECC. Однако в данном случае это не страшно. В Hellfire M.2 установлена 15-нм MLC NAND компании Toshiba, которая показывает приемлемую выносливость и при стандартной коррекции ошибок прошлого поколения. К тому же в этом можно усмотреть и некий плюс: BCH ECC меньше нагружает контроллер в вычислительном плане.

Ну и самое главное: всё это не влияет на характеристики быстродействия, на которые в Patriot Hellfire M.2, если судить по заявляемым спецификациям, и был сделан основной упор.

Стоит отметить, что по сравнению с теми показателями производительности, которые Phison обещала для своей платформы PS5007-E7 изначально, в Patriot Hellfire M.2 произошли серьёзные изменения. Скорости последовательной и случайной записи стали заметно выше, а вот скорость случайного чтения упала вдвое ниже первоначально заявленной. Складывается ощущение, что в процессе отладки платформы производительность случайных операций по какой-то причине просела, а добавленное впоследствии SLC-кеширование – это мера, направленная на исправление возникшей ситуации хотя бы при записи.

Впрочем, как бы то ни было, но на фоне конкурентов быстродействие Patriot Hellfire M.2 выглядит вполне достойно. Особенно отчётливо это видно при последовательных операциях, с которыми у платформ, созданных в стенах Phison, всё всегда очень неплохо.

Помимо скорости случайного чтения в приведённой таблице настораживает лишь гарантия. Продукт у Patriot позиционируется как флагманский, но давать на него принятую для таких SSD пятилетнюю гарантию производитель по какой-то причине не захотел. Есть и достаточно строгие ограничения по предельно допустимому объёму записи, позволяющие перезаписывать ежедневно не более 45 процентов от полной ёмкости накопителя.

Иными словами, Patriot Hellfire M.2 – продукт для тех, кто хочет получить высокую производительность дисковой подсистемы, но готов обходиться без некоторых побочных функций вроде шифрования данных и готов идти на уступки в части условий гарантии. И такой подход имеет право на жизнь при условии, что стоимость Hellfire M.2 будет ниже, чем у элитарных моделей потребительских NVMe-накопителей. И к этому есть все предпосылки. По крайней мере модели SATA SSD, основанные на платформах Phison, отличаются выгодной стоимостью, а в случае с PS5007-E7 разработчик собирается придерживаться аналогичной модели работы с партнёрами. Поэтому мы надеемся, что из Patriot Hellfire M.2, когда он появится в широкой продаже, выйдет сравнительно недорогой, но быстрый NVMe SSD на базе MLC NAND.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

После знакомства с Plextor M8Pe ожидаешь, что компании наконец начнут снабжать все производительные модели NVMe SSD для энтузиастов охлаждающими устройствами. Но, похоже, по стопам Plextor никто пока идти не торопится. Например, Patriot Hellfire M.2 – это обычная «голая» M.2-плата размера 22 × 80 мм, чипы на которой находятся в открытом доступе. Поверить же в то, что 28-нм контроллер Phison PS5007-E7 в охлаждении совсем не нуждается, очень трудно, ведь внутри его находится четырёхъядерный процессор. К тому же микросхема контроллера имеет FCBGA-исполнение, а такие чипы принято прятать под радиаторы в том числе и из-за их хрупкости.

В отсутствии на Patriot Hellfire M.2 радиаторов есть только один плюс: мы можем рассмотреть конструкцию этого SSD без какого-либо хирургического вмешательства и потери гарантии. Для тестирования компания Patriot Memory предоставила нам старшую версию своего продукта с ёмкостью 480 Гбайт. Плата этого накопителя оказалась двухсторонней: два чипа MLC NAND смонтированы на лицевой поверхности M.2-карты, а два – на оборотной. Они имеют маркировку Toshiba TH58TFT0DFLBA8H, расшифровка которой позволяет установить, что внутри каждой микросхемы прячется по восемь 128-гигабитных планарных кристаллов MLC NAND, произведённой по 15-нм технологии.

Стоит отметить, что использование в Hellfire M.2 микросхем, в которых штабелировано по восемь, а не по шестнадцать кристаллов MLC NAND, весьма показательно. Несмотря на то, что все последние новинки с аналогичной памятью оснащались более плотно нафаршированными микросхемами, которые у Toshiba, очевидно, в наличии имеются, для платформы Phison E7 они не подошли. Причина кроется в том, что укладывать по 16 кристаллов в одной микросхеме умеет только Toshiba, а Phison со своими партнёрами планируют впоследствии перейти на закупку флеш-памяти в виде полупроводниковых пластин, которые они будут резать и паковать самостоятельно. Это позволит получить более низкую себестоимость конечной продукции, но накладывает определённые ограничения на дизайн. Так, сделать M.2-накопитель форм-фактора 2280 с ёмкостью 1 Тбайт не получится вообще, а полутерабайтная модель, как мы видим, вынуждена нести флеш-память на обеих сторонах платы, что делает её несовместимой с некоторыми моделями тонких ноутбуков.

Помимо флеш-памяти на плате Patriot Hellfire M.2 можно увидеть 512-мегабайтную микросхему DDR3L SDRAM и сам контроллер Phison PS5007-E7. Таким образом, рассматриваемый накопитель имеет вполне типичную для PCI Express 3.0 x4-устройства с восьмиканальным контроллером компоновку. Как и в случае других подобных SSD, базирующихся на планарной 15-нм памяти Toshiba, максимальную производительность обеспечивает версия Hellfire M.2 с объёмом 480 Гбайт, так как в ней контроллер может пользоваться четырёхкратным чередованием устройств в каждом канале.

При этом определённой особенностью Hellfire M.2 является то, что ёмкости входящих в эту линейку модификаций кратны 240 Гбайт. Обычно SSD, базирующиеся на MLC-памяти, более вместительны, однако в платформе Phison E7 недоступный для пользователя объём доведён до 13 процентов от ёмкости всего массива флеш-памяти. Причём это место используется в традиционных целях – под подменный фонд, выравнивание износа и сборку мусора – лишь наполовину, другая же половина резервной области работает в SLC-режиме и выступает в роли Write-back-кеша, объём которого составляет 8 Гбайт для 240-Гбайт накопителя и 16 Гбайт – для SSD объёмом 480 Гбайт.

Идеология Patriot Hellfire M.2 предполагает, что это – недорогой NVMe SSD. Поэтому комплект поставки накопителя минималистичен. Кроме платы SSD, пользователи в своё распоряжение ничего не получают. Не прилагается к накопителю даже крепёжный винтик. Впрочем, если Hellfire M.2 действительно будет стоить дешевле конкурирующих предложений, то это ему нетрудно простить.

⇡#Программное обеспечение

На данный момент для Patriot Hellfire M.2 нет никакой программной поддержки, будь то фирменный NVMe-драйвер, сервисная утилита или утилита для клонирования данных. Однако компания Phison всё же готовится выпустить информационно-диагностическую программу, которую поставщики накопителей на платформе E7 смогут предлагать пользователям своей продукции. По сложившейся традиции это средство получит название PCIe SSD Toolbox и предложит привычный набор возможностей.

При подготовке обзора нам удалось ознакомиться с предварительной версией PCIe SSD Toolbox, и, если судить по ней, эта утилита сможет выдавать базовую информацию об устройстве, показывать расшифровку параметров SMART, а также отсылать на накопитель команды Secure Erase и TRIM.

Плюс в программе обязательно будет присутствовать и функция обновления прошивки.

⇡#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.

Раздел, в пределах которого тестируется скорость операций, имеет размер 32 Гбайт, а продолжительность каждого теста составляет сорок секунд. Такие параметры, в частности, позволят получать более релевантные результаты для тех SSD, которые используют различные технологии SLC-кеширования.

Используемые приложения и тесты:

• Iometer 1.1.0
  • Измерение скорости последовательного чтения и записи данных блоками по 128 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Тестирование проводится при различной глубине очереди запросов, что позволяет оценивать как реалистичные, так и пиковые параметры быстродействия.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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, 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.

Накопители с интерфейсом PCI Express устанавливаются в первый полноскоростной слот PCI Express 3.0 x16. Для тех из них, которые работают через протокол NVMe, по возможности используются «родные» драйверы Intel Windows NVMe driver 1.7.0.1002, Samsung NVM Express Driver 1.1 и OCZ NVMe Driver 1.2.126.843. Для накопителей Plextor M8Pe и Patriot Hellfire M.2 вынужденно используется стандартный NVMe-драйвер Microsoft.

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

⇡#Список участников тестирования

Учитывая позиционирование Patriot Hellfire M.2, в качестве основных его соперников мы взяли другие присутствующие на рынке PCIe NVMe SSD потребительского уровня, коих на сегодняшний день доступно уже четыре модели – авторства Intel, Plextor, Samsung и Toshiba. Также в тест был включён достаточно популярный PCIe AHCI-накопитель компании Kingston. И кроме того, мы добавили в эту компанию и самый быстрый SATA SSD – Samsung 850 PRO.

В итоге получился следующий перечень соперников:

• Intel SSD 750 400 Гбайт (SSDPEDMW400G4, прошивка 8EV10174);
• Kingston HyperX Predator PCIe 480 Гбайт (SHPM2280P2H/480G, прошивка OC34L5TP);
• Patriot Hellfire M.2 480 Гбайт (PH480GPM280SSDR, прошивка E7FM02.1);
• Plextor M8Pe 512 Гбайт (PX-512M8PeG, прошивка 1.01);
• Samsung 850 PRO 512 Гбайт (MZ-7KE512, прошивка EXM01B6Q);
• Samsung 950 PRO 512 Гбайт (MZ-V5P512, прошивка 1B0QBXX7);
• Toshiba OCZ RD400 512 Гбайт (RVD400-M22280-512G-A, прошивка 57CZ4102).

⇡#Последовательные операции чтения и записи

Две диаграммы, показывающие среднюю производительность при последовательных операциях чтения и записи с типичной для персональных компьютеров глубиной очереди запросов, несколько расходятся с заявлениями, которые были сделаны в паспортных характеристиках Patriot Hellfire M.2. Спецификации обещали, что новый SSD на платформе Phison E7 обеспечит более высокую скорость, нежели конкурирующие предложения. На деле же оказывается, что Hellfire M.2 отнюдь не в лидерах. При записи он уступает Samsung 950 PRO и Toshiba OCZ RD400, а при чтении и вовсе оказывается медленнее всех имеющихся на рынке NVMe SSD.

В чём же дело? Понять это можно, если посмотреть, как масштабируется производительность последовательных операций Patriot Hellfire M.2 при изменении глубины очереди запросов.

При линейном чтении потенциал Patriot Hellfire M.2 раскрывается лишь тогда, когда глубина очереди запросов доходит до 16 команд. Другие NVMe SSD могут демонстрировать максимальную скорость при менее параллельной нагрузке, и это означает, что Hellfire M.2 в типичных пользовательских сценариях, где глубина очереди запросов обычно не превышает 2-4 команд, будет уступать высокопроизводительным конкурентам.

При последовательной записи картина иная – здесь рассматриваемый накопитель неплох, хотя и уступает паре лидеров, Samsung 950 PRO и Toshiba OCZ RD400. Однако не стоит забывать, что в Patriot Hellfire M.2 реализовано SLC-кеширование и при записи ограниченных объёмов данных он может выдавать более высокие скоростные показатели. Объём быстрого кеша у 480-гигабайтной версии Hellfire M.2 составляет 16 Гбайт, и во многих случаях этого будет достаточно для того, чтобы сталкиваться с записью в основной массив памяти пользователю не пришлось. Впрочем, как показывает опыт, эффект от SLC-кеширования при последовательной записи проявляется слабо, и данная технология в Phison E7 заметно помогает лишь при случайных операциях.

⇡#Случайные операции чтения

Даже если судить по официальным характеристикам, скорость случайного чтения – слабое место Patriot Hellfire M.2. Тесты это подтверждают. Накопитель проигрывает другим NVMe SSD и опережает лишь накопители, использующие в качестве интерфейса более медленные шины: SATA или PCI Express 2.0 x4.

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.

Отставание Patriot Hellfire M.2 от конкурирующих накопителей проявляется при случайном чтении с любой конвейеризацией. Разве только при очереди запросов в 32 команды рассматриваемый SSD подтягивается к лидерам. Впрочем, разрыв в показателях производительности Hellfire M.2 и, например, быстрейшего Samsung 950 PRO, относительно невелик и катастрофического характера не носит.

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

Ничего нового не видно и на этом графике. Однако стоит отметить, что произвольное чтение крупными блоками даётся Patriot Hellfire M.2 лучше, чем мелкими. При работе с блоками размером порядка 128 Кбайт этот SSD может показывать производительность на уровне NVMe-накопителей Toshiba или Plextor.

⇡#Случайные операции записи

Наши тесты построены таким образом, чтобы минимально учитывать вклад технологий SLC-кеширования. И в этом случае скорость записи, которую мы видим у Patriot Hellfire M.2, совсем не впечатляет. Да, этот накопитель заметно быстрее, чем SSD, работающие по протоколу AHCI, но до лидеров новинка на базе платформы Phison E7 всё-таки не дотягивает. Хотя справедливости ради нужно заметить, что конвейеризация случайной записи поднимает производительность до весьма неплохого уровня. При глубине очереди запросов в четыре команды Hellfire M.2 удаётся обогнать не только Plextor M8Pe, но и Samsung 950 PRO.

Кстати, при более глубокой очереди запросов скорость случайной записи Patriot Hellfire M.2 хуже уже не становится. Об этом, например, говорит график, показывающий зависимость скорости произвольной записи 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов:

Платформа Phison E7 как будто бы оптимизирована для серверных применений. Со случайными операциями с глубокой очередью запросов она справляется заметно лучше, чем с неконвейеризируемыми и нераспараллеливаемыми нагрузками. При глубине очереди свыше 4 команд Patriot Hellfire M.2 отстаёт разве только от Intel 750, который с полным правом можно считать серверным накопителем.

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

С блоками различного размера Patriot Hellfire M.2 работает очень по-разному. Но в целом увеличение размеров блока благотворно сказывается на его относительных показателях производительности. Впрочем, при определённых размерах блока в быстродействии возникают провалы, списать которые можно разве только на какие-то проблемы или специфические оптимизации в прошивке.

⇡#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.

Смешанные операции – вариант нагрузки, с которым платформа Phison E7 справляется лучше, чем с рафинированными операциями чтения или записи. И это хорошо, потому что большинство реальных сценариев работы порождают разнородные операции, поступающие на накопитель вперемежку. Особенно радует скорость Patriot Hellfire M.2 в случае случайной смешанной нагрузки: в этом случае данный SSD опережает даже Samsung 950 PRO, уступая лишь Toshiba OCZ RD400. Если же смешанная нагрузка приобретает случайный характер, то производительность Patriot Hellfire M.2 скатывается до уровня Plextor M8Pe.

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.

Любопытно, но в тех случаях, когда доля операций чтения и записи во входящем потоке примерно равна, Patriot Hellfire M.2 может выдать более высокую относительную производительность, чем когда те или иные операции превалируют над обратными. Если совместить это с неплохими результатами накопителя при работе с глубокой очередью запросов, можно сделать вывод о том, что четырёхъядерный контроллер PS5007-E7 обладает достаточным запасом мощности. Однако задействовать этот потенциал при работе с плохо распараллеливаемым потоком команд у разработчиков Phison получилось не слишком убедительно. В результате на типичных для персональных компьютеров нагрузках Patriot Hellfire M.2 своими результатами не блещет. Впрочем, относить его из-за этого к аутсайдерам было бы тоже неверно.

⇡#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.

График производительности при непрерывной случайной записи выглядит вполне привычно. Patriot Hellfire M.2 может похвастать неплохим постоянством моментальных результатов с достаточно небольшим числом провалов. Да и в целом скорость записи неплоха: за время двухчасового теста на накопитель записалось 1,1 Тбайт данных, а это – даже больше, чем за такой же срок можно записать на Samsung 950 PRO. Иными словами, контроллер Phison PS5007-E7 имеет достаточно ресурсов для обеспечения сравнительно неплохой скорости даже в том случае, если в его распоряжении нет предварительно освобождённых блоков флеш-памяти.

По графику хорошо прослеживается и работа технологии SLC-кеширования. На начальном этапе она позволяет увеличить производительность при случайной записи примерно вдвое – с 70 до 140 тысяч IOPS. Для того чтобы проиллюстрировать работу SLC-режима более убедительно, мы увеличили начальную часть графика постоянства производительности.

Хорошо видно, что объём кеша у 480-гигабайтной модификации Patriot Hellfire M.2 составляет 16 Гбайт. Надо сказать, что обычно подобные технологии SLC-кеширования характерны для TLC-накопителей, однако ситуация с Hellfire M.2 явно показывает, что они могут быть уместны и в производительных SSD на флеш-памяти с двухбитовой ячейкой. Немного похожий режим ускоренной записи есть и у Samsung 950 PRO, но в накопителе южнокорейского производителя выделенного кеша как такового нет, а SLC-запись применяется до тех пор, пока свободное место в основном массиве флеш-памяти не будет полностью исчерпано. Подход же Phison другой – этот разработчик переводит в SLC-режим фиксированную область памяти внутри зарезервированного пространства.

Посмотрим теперь, как после деградации скорости происходит её восстановление до первоначальных величин за счёт работы технологии сборки мусора. Для исследования этого вопроса после завершения предыдущего теста, приводящего к снижению 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.

TRIM у Patriot Hellfire M.2 работает, а автономная сборка мусора – нет. Это, конечно, немного обидно, но гораздо большее недоумение вызывает то, что без команды TRIM за 15 минут простоя контроллер этого накопителя не освобождает и SLC-кеш, функционирование которого с TRIM никоим образом связано быть не должно. Поэтому эффективность кеширования у Hellfire M.2 вызывает некоторые вопросы, а применённые алгоритмы нуждаются в оптимизации. Впрочем, новые прошивки Phison выпускает регулярно, и мы надеемся, что время, в течение которого данные удерживаются в SLC-области, будет уменьшено.

⇡#Результаты в CrystalDiskMark

CrystalDiskMark — это популярное и простое тестовое приложение, работающее «поверх» файловой системы, которое позволяет получать результаты, легко повторяемые обычными пользователями.

В отличие от используемого нами в первую очередь многофункционального тестового пакета IOmeter, CrystalDiskMark оперирует небольшими объёмами данных. Поэтому те показатели производительности, которые можно наблюдать на скриншоте выше, описывают случай, когда данные полностью умещаются в SLC-кеше накопителя. И здесь Patriot Hellfire M.2 представляется не самым плохим вариантом. Скорости, полученные при использовании глубокой очереди запросов, находятся на передовом уровне, а по быстродействию при последовательной записи Hellfire M.2 проигрывает лишь Samsung 950 PRO и Toshiba OCZ RD400. Правда, случайные операции при отсутствии очереди запросов, а также неконвейеризируемое последовательное чтение – явные слабые места рассматриваемого накопителя. В этих дисциплинах Hellfire M.2 оказывается самым медленным SSD из числа предложений с NVMe-интерфейсом.

⇡#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 перешли на обновлённую версию дискового бенчмарка, появившуюся в начале 2016 года.

По интегральному показателю в этом бенчмарке Patriot Hellfire M.2 можно оценить как NVMe SSD среднего уровня. Он на 25 процентов медленнее лидера, Samsung 950 PRO, но при этом заметно превосходит не только «бюджетный» Plextor M8Pe, но и Intel 750.

Интегральный результат PCMark 8 2.0 нужно дополнить и показателями производительности, выдаваемыми флеш-приводами 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

Мы обновили набор используемых нами реальных сценариев и теперь помимо скорости работы SSD при копировании и архивации файлов проверяем 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.

С файловыми операциями дело обстоит по-разному. Например, при простом копировании папок с данными в пределах накопителя Patriot Hellfire M.2 может похвастать просто блестящим быстродействием. Но если файловые операции имеют несимметричный характер, его скорость оказывается ниже, чем у конкурентов. Самый же неблагоприятный случай для рассматриваемой новинки – разархивирование, где последовательное чтение файла архива перемежается с большим объёмом разнообразных записей.

В роли системного накопителя Patriot Hellfire M.2 показывает себя несколько хуже других NVMe SSD, опережая лишь Intel 750. Иными словами, по сравнению с SATA SSD платформа Phison E7 может предложить некоторый шаг вперёд, но до уровня решений на контроллерах Samsung и Marvell во многих случаях она не дотягивает.

⇡#Проверка температурного режима

Контроллер Phison PS5007-E7 удивил нас своим FCBGA-исполнением и отсутствием при этом какого-либо охлаждения. В результате чип получил очень небольшую площадь поверхности, и потому его температурный режим внушает серьёзные опасения. Ведь в нём скрывается производительный четырёхъядерный процессор, перегрев которого может стать серьёзной проблемой для систем со слабой вентиляцией.

По традиции мы провели тестирование температурного режима. Эксперимент выполнялся на открытом стенде, какой-либо дополнительный обдув накопителя не производился. Для нагрева SSD мы нагружали его операциями последовательной записи: в этом случае контроллер и флеш-память выделяют максимальное количество тепла.

В таком тесте перегрев накопителя происходил очень быстро — с этой точки зрения Patriot Hellfire M.2 оказался самым проблемным накопителем среди всех NVMe SSD в формате M.2, прошедших через нашу лабораторию. Изменение температуры и производительности накопителя показано на следующем графике.

Настораживает уже то, что даже в состоянии покоя температура контроллера PS5007-E7 составляет более 50 градусов. Температурный же троттлинг включается при достижении им температуры 80 градусов – пространства для манёвра не так много. И действительно, для того, чтобы температура дошла до критической величины, хватает примерно 30 секунд непрерывной записи, потом же встроенный в контроллер процессор снижает свою частоту и производительность начинает падать.

Впрочем, при продолжении записи нам удалось получить на контроллере температуру, достигающую и 100-градусной величины. То есть, несмотря на кратное падение быстродействия, нагрев контроллера Hellfire M.2 лишь замедляется, но не останавливается. Могут ли такие температурные режимы представлять какую-то опасность для накопителя, сказать трудно. Но если вы хотите остановить свой выбор на продукте на платформе Phison E7, о его охлаждении позаботиться придётся хотя бы просто ради раскрытия быстродействия. Если учесть сравнительно небольшое тепловыделение твердотельных накопителей, для Patriot Hellfire M.2 хватит и простого обдува накопителя потоком воздуха, но его нужно обязательно предусмотреть.

Чтобы не заканчивать изложение на столь тревожной ноте, нужно упомянуть, что серьёзно разогревает Patriot Hellfire M.2 лишь запись данных. При чтении температура контроллера растёт лишь на единицы градусов, и операции такого характера стать причиной перегрева или включения троттлинга неспособны.

⇡#Выводы

Потребительские NVMe-накопители – тема сравнительно новая, поэтому от каждой свежей модели мы ждём если не революции, то по крайней мере заметного улучшения параметров быстродействия. В теории новый высокоэффективный протокол и шина PCI Express 3.0 x4 с пропускной способностью до 3,9 Гбайт/с позволяют заметно нарастить скорость SSD по сравнению с любыми имеющимися вариантами, ведь весь предоставляемый NVMe потенциал они пока не освоили. Однако на практике мы видим хорошо знакомую по SATA SSD картину: в том рыночном сегменте, где присутствует Samsung, другим производителям удаётся конкурировать лишь ценой, но никак не производительностью.

Именно так пока и получается со всеми свежими NVMe SSD. Мы протестировали несколько новинок, вышедших после Samsung 950 PRO, но ни одна из них так и не смогла сравниться с этим продуктом, который стал своего рода эталоном быстрого SSD для высокопроизводительных систем. То же самое можно сказать и по поводу рассмотренного сегодня Patriot Hellfire M.2. До тех рубежей быстродействия, которые обозначил год назад флагманский накопитель Samsung, новый NVMe-накопитель компании Patriot Memory серьёзно не дотягивает.

Самое слабое место Patriot Hellfire M.2 – это операции чтения при невысокой глубине очереди запросов. В реальной нагрузке такие операции занимают существенное место, но этот накопитель обслуживает их с досадно невысокой скоростью. Более того, по скорости случайного чтения без очереди запросов Hellfire M.2 вообще почти не отличается от SATA SSD. Всё это не позволяет поставить его на одну ступень с передовыми NVMe SSD, и поэтому предложенную Patriot новинку можно рассматривать лишь как недорогой NVMe-накопитель уровня Plextor M8Pe или Intel 600p.

Таким образом, перспективы Patriot Hellfire M.2 во многом будут зависеть от той цены, которую установит на него производитель. Пока предварительная рекомендованная стоимость выглядит явно завышенной, но мы придерживаемся мнения, что в самое ближайшее время она будет приведена в соответствие с рыночными реалиями. Не стоит забывать, что Hellfire M.2 – это шаблонный накопитель на платформе тайваньского разработчика Phison, который имеет очень богатый опыт в выводе на рынок именно недорогих SSD. И если в отношении своей NVMe-платформы E7 компания Phison будет придерживаться той же стратегии, что и в случае SATA-платформы S10, то Patriot Hellfire M.2 наверняка сможет стать привлекательным накопителем нового поколения для компьютеров средней ценовой категории, в которые до сих пор было принято устанавливать SATA SSD.