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.