Обзор SSD-накопителя Toshiba OCZ TL100: лишиться DRAM без драмы

В конце 2016 – начале 2017 года на рынке потребительских SSD сложилась весьма нетипичная ситуация. Основной тенденцией, определяющей характеристики новых продуктов в этом временном интервале, стало не улучшение потребительских характеристик и не внедрение прогрессивных технологий, таких как скоростной NVMe-интерфейс или флеш-память с трёхмерной организацией. Основное внимание производителей оказалось направлено совсем в иную сторону – на дешёвые контроллеры, позволяющие строить накопители без DRAM-буфера. Такие решения не слишком производительны и предлагают худшую надёжность, однако они позволяют снизить себестоимость, и именно эта их сторона оказалась ключевой.

Произошло так по вполне понятным причинам. На рынке флеш-памяти бушует дефицит, цены на кристаллы NAND не переставая растут, поэтому производители SSD стали активно искать пути для экономии, и удаление из конструкции накопителя буфера на базе динамической памяти – вполне очевидный шаг. Дело в том, что безбуферные SSD новинкой на самом деле не являются. Такие модели были популярны, например, во время господства решений на платформах SandForce. Однако впоследствии DRAM-буфер всё же отстоял своё место в производительных накопителях и послужил дополнительным средством, благодаря которому скорости SSD на мелкоблочных операциях стали выше. Но сейчас изготовителей больше интересует цена, а не производительность, и это приводит к некоторому откату назад.

Тем не менее сказать, что безбуферные накопители – это вчерашний или позавчерашний день, всё-таки нельзя. На самом деле такие SSD никуда не исчезали и всё время в ограниченных количествах присутствовали на рынке, но относились к решениям, нацеленным на узкий круг потребителей, которым реальные скоростные показатели дисковой подсистемы не слишком интересны. Сейчас же поголовье SSD без DRAM сильно выросло, и начинает даже казаться, что такие решения могут стать мейнстримом.

И для того есть серьёзные предпосылки. Дело в том, что три основных независимых разработчика контроллеров SSD: Marvell, Silicon Motion и Phison активно продвигают удобные для внедрения платформы, позволяющие строить удешевлённые накопители без DRAM-буфера. В связи с этим многие из производителей SSD второго-третьего эшелонов добавили в ассортимент своей продукции модели такого класса, которые, разумеется, привлекли внимание покупателей благодаря низким ценам.

Особенно широкое распространение на этом фоне приобрела платформа Phison S11. С одной стороны, она может предложить несколько лучшее быстродействие по сравнению с другими безбуферными решениями, а с другой – использовать её производителям накопителей проще всего. Компания Phison охотно выступает в роли ODM-поставщика и предлагает партнёрам практически готовые к реализации накопители, которые конечному производителю остаётся лишь соответствующим образом промаркировать и пустить в продажу. В результате большинство дешёвых безбуферных накопителей, представленных нынче на прилавках магазинов, основывается именно на контроллере Phison PS3111-S11.

Однако нужно иметь в виду, что такие решения далеко не одинаковы. Существует как минимум несколько различных конфигураций платформы с контроллером Phison PS3111-S11, различающихся типом используемой флеш-памяти. Так, встречаются варианты на базе планарной TLC-памяти Toshiba или SK Hynix, а кроме того, такая платформа может включать в себя и трёхмерную TLC-память компании Micron. Использование различной флеш-памяти оказывает заметное влияние на производительность, поэтому смешивать в одну кучу все дешёвые модели без буфера явно не стоит.

Если вы внимательно следите за нашими тестами накопителей, то наверняка заметили, что среди современной недорогой памяти с трёхбитовыми ячейками наилучшими скоростями могут похвастать чипы, выпускаемые Toshiba. Поэтому если уж и имеет смысл смотреть в сторону бюджетных безбуферных решений нового поколения, то начинать стоит именно с тех SSD, которые базируются на такой памяти. Именно по этой причине для подробного знакомства с платформой Phison S11, игнорировать существование которой стало попросту невозможно, мы выбрали продукт, предлагаемый самой Toshiba.

Для реализации бюджетного дизайна на базе контроллера Phison PS3111-S11 компания Toshiba использует сразу две идентичных модели. Один накопитель – Toshiba A100, второй – OCZ TL100. На тесты мы взяли вариант, продающийся под торговой маркой OCZ, но на самом деле это не важно: отличается от Toshiba A100 он лишь наклейкой на корпусе. На его примере мы познакомимся с платформой Phison S11 и попробуем понять, стоит ли обращать внимание на многочисленные модели, не имеющие в своей конструкции чипа оперативной памяти.

⇡#Технические характеристики

В семействе продуктов, которое Toshiba реализует под торговой маркой OCZ, уже существовал бюджетный накопитель – OCZ TR150. Он остаётся актуальным и по сей день, однако называть его дешёвым стало достаточно сложно. Из-за произошедших на рынке твердотельных накопителей изменений сейчас TR150 стоит на 15-20 процентов дороже, чем потребительские накопители, относящиеся к новому поколению SSD нижней ценовой категории. Поэтому компания Toshiba приняла решение добавить в модельный ряд ещё один продукт, который смог бы конкурировать с наиболее доступными альтернативами, предлагаемыми конкурентами.

Иными словами, к OCZ TL100 можно относиться как к дополнительно удешевлённой безбуферной версии OCZ TR150, причём это сравнение не столько образное, сколько буквальное: оно достаточно точно описывает изменения, которые претерпела аппаратная часть. Флеш-память в новинке осталась точно такой же, какой была и раньше: это – планарная TLC NAND, производимая компанией Toshiba по наиболее современному технологическому процессу с 15-нм нормами. Однако поменялся контроллер: вместо Phison PS3110-S10 теперь используется значительно более примитивная микросхема PS3111-S11 того же конструкторского бюро.

И такое изменение не стоит недооценивать. Phison PS3111-S11 по сравнению с предшествующим ему чипом имеет сильно урезанный и упрощённый дизайн. Во-первых, в новом контроллере с восьми до двух сокращено количество каналов для подключения флеш-памяти – это ограничивает производительность и позволяет собирать конфигурации лишь с ёмкостью не более 512 Гбайт. Во-вторых, контроллер базируется на одноядерном 200-мегагерцевом ARM-процессоре, что тоже снижает его производительность и повышает время отклика, но зато упрощает дизайн кристалла и положительно сказывается на энергопотреблении. И в-третьих, контроллер Phison PS3111-S11 может работать без внешнего DRAM-буфера, который при классической схеме применяется для ускорения доступа к таблице трансляции адресов. В результате появляется возможность дополнительно сэкономить на компонентах SSD, однако быстродействие при обслуживании мелкоблочных операций падает, а также снижается ресурс массива флеш-памяти.

Впрочем, инженеры Phison смогли частично нейтрализовать эти недостатки. Небольшой объём SDRAM размером 32 Мбайт интегрирован прямо внутрь контроллера Phison PS3111-S11, и для накопителей начальных ёмкостей этого хватает, чтобы буферизировать основную часть обращений к таблице трансляции адресов.

Попутно в Phison PS3111-S11 нашли место и некоторые технические улучшения по сравнению с предшествующим контроллером. Самое главное из них – появление поддержки вероятностных методов коррекции ошибок LDPC ECC. Благодаря им контроллер имеет возможность точнее интерпретировать состояние плавающего затвора транзисторов флеш-памяти, что кратно сокращает число ошибок при распознавании хранимых данных. Такой подход во многом компенсирует повышение нагрузки на массив NAND, связанное с отсутствием должного уровня буферизации мелкоблочных операций.

В итоге, несмотря на то, что платформа Phison S11 и выглядит по сравнению с S10 значительно более слабой, новый OCZ TL100 по паспортным характеристикам старому OCZ TR150 не проигрывает.

Если говорить о спецификациях, то OCZ TL100 уступает более дорогому предшественнику разве только в том, что в модельном ряду теперь отсутствуют варианты с ёмкостью более четверти терабайта. Делать вместительные модификации удешевлённого SSD производитель посчитал достаточно бессмысленной затеей. Зато заявленные для TL100 показатели производительности ничуть не хуже, чем у TR150, а скорость записи у новинки якобы даже выше.

Впрочем, не стоит забывать, что во всех накопителях, построенных с применением TLC-памяти, высокие характеристики достигаются в первую очередь с помощью SLC-кеширования. Небольшая часть массива флеш-памяти работает в SLC-режиме и у OCZ TL100. Согласно результатам тестирования, объём такого кеша в данном случае составляет чуть более 1 Гбайт на каждые 128 Гбайт ёмкости SSD. И заявленные показатели производительности обеспечиваются в OCZ TL100 лишь в пределах этой небольшой области. За её же пределами, очевидно, старый OCZ TR150 будет быстрее новинки как минимум за счёт большего числа каналов, используемых контроллером для работы с массивом флеш-памяти.

Зато показатели, относящиеся к выносливости, у OCZ TR150 и у TL100 аналогичны без каких-либо оговорок. Срок гарантии в обоих случаях составляет три года, причём речь идёт об эксклюзивной фирменной гарантии, которая действует в том числе и в России и позволяет оперативно обменивать вышедшие из строя экземпляры SSD напрямую через службу поддержки. Разрешённый же ресурс определён из расчёта возможности перезаписи порядка четверти полной ёмкости накопителя ежедневно, однако и накопители, эксплуатирующиеся в более интенсивном режиме, Toshiba, как правило, с гарантии не снимает.

Если говорить о стоимости новинки, то принятые для удешевления меры привели к тому, что её себестоимость снизилась примерно на 15-20 процентов. Это позволило OCZ TL100 попасть в сегмент SSD начального уровня, где она может конкурировать с многочисленными моделями безбуферных накопителей прочих производителей. Причём OCZ TL100 на их фоне смотрится весьма достойно, ведь её аппаратная платформа – один из лучших вариантов среди альтернатив, работающих без DRAM. Контроллер Phison PS3111-S11 в целом производительнее, чем предложения Silicon Motion или Marvell аналогичного класса. А память компании Toshiba, устанавливаемая в OCZ TL100, – одна из самых быстрых на сегодняшний день разновидностей NAND с трёхбитовыми ячейками.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Для проведения тестирования наша лаборатория получила старшую версию твердотельного накопителя Toshiba OCZ TL100 ёмкостью 240 Гбайт. Именно такая ёмкость наиболее интересна – дело не только в заметно снизившейся популярности 120-гигабайтных накопителей, но ещё и в том, что более ёмкие модификации производительнее, хотя для SSD с двухканальным контроллером различие вряд ли будет очень заметным.

Внешне Toshiba OCZ TL100 как до предела удешевлённый накопитель не выглядит. В то время как большинство SSD такого класса сегодня выпускаются в пластиковых корпусах, оболочка OCZ TL100 сделана из алюминия. Однако скреплены половинки корпуса при этом не на винтах, а на защёлках, что, впрочем, не столь важно. Детали хорошо подогнаны друг к другу и обеспечивают достаточную монолитность и жёсткость конструкции.

Верхняя и нижняя поверхности накопителя обклеены этикетками. С лицевой стороны это маркетинговый ярлык, определяющий принадлежность SSD к числу продуктов компании Toshiba и уточняющий наименование модели. Наклейка же на оборотной стороне сообщает технические детали: помимо названия и ёмкости, это серийный номер, артикул, информация об интерфейсе и даже о типе установленной в SSD памяти (TLC).

Среди прочего сообщается и версия прошивки, залитая в накопитель на заводе. Поскольку речь идёт о накопителе с контроллером Phison, по номеру версии нетрудно получить базовое представление о начинке SSD. Например, в нашем накопителе использовалась версия SBFZ10.1 (в процессе тестирования она была заменена более новой версией SBFZ10.3), и в этом идентификаторе второй символ указывает на контроллер (A – Phison PS3110-S10, B – Phison PS3111-S11), а пятый – на тип памяти (0 – MLC, 1 или 5 – TLC, 7 – TLC 3D).

Но мы с начинкой накопителя провели и более подробное, непосредственное знакомство. Внутри корпуса OCZ TL100 оказалась установлена стандартная печатная плата с созданным инженерами Phison дизайном, на которой, тем не менее, расположился несколько нестандартный набор полупроводниковых компонентов.

Самый главный сюрприз – это контроллер, вернее его маркировка. На микросхеме оказалось выгравировано не ожидаемое название Phison PS3111-S11, а иное – Toshiba TC58NC1010. Однако не нужно думать, что контроллер для OCZ TL100 разработан самой Toshiba. Этот чип от начала и до конца всё равно сделан силами специалистов Phison, а японский производитель лишь пользуется своим правом размещать на нём собственную маркировку благодаря тому, что он выступает крупнейшим акционером и близким партнёром разработчика контроллеров. И это уже не первый такой случай. Абсолютно аналогично основанные на контроллере Phison PS3110-S10 накопители серии OCZ TR150 имеют основной чип, промаркированный как Toshiba TC58NC1000.

Что же касается микросхем флеш-памяти, то они произведены самой Toshiba уже без всяких оговорок. Выбранные Toshiba для OCZ TL100 240 Гбайт чипы с маркировкой TH58TFG9UHLTA2D содержат внутри себя по паре 256-гигабитных кристаллов планарной TLC NAND, произведённой по 15-нм технологическим нормам. Обратите внимание, здесь Toshiba прибегла ещё к одному способу удешевления и выбрала для своего SSD начального уровня устройства TLC NAND с увеличенной ёмкостью ядер. В результате массив флеш-памяти состоит всего из восьми устройств, которые работают с четырёхкратным чередованием в каждом канале контроллера.

Общий объём флеш-памяти, установленной в испытанный нами Toshiba OCZ TL100 – 256 Гбайт. Однако пользователю доступно лишь около 240 Гбайт (в Windows вы увидите значение 224 ГиБ, что как раз составляет чуть больше 240 Гбайт), остальное же зарезервировано контроллером для внутренних нужд: под выравнивание износа, подменный фонд, SLC-кеш и работу технологии сборки мусора.

Подытоживая, стоит отметить, что Toshiba OCZ TL100 – это абсолютно стандартный накопитель на платформе Phison S11, причём похоже, что даже произведённый не самой Toshiba, а компанией Phison на предприятиях PTI по ODM-контракту. А это значит, что у OCZ TL100 существует немало аналогов. И это не только уже упоминавшийся Toshiba A100, но и, например, такие накопители, как Patriot Spark или Kingston A400.

⇡#Программное обеспечение

Раньше к накопителям OCZ традиционно предлагалось достаточно продвинутая фирменная утилита SSD Guru. Теперь же, когда торговая марка OCZ отошла во владение Toshiba, эта утилита переименовалась в SSD Utility, но её функциональные возможности хуже от этого не стали. Данная программа поддерживает и новый накопитель Toshiba OCZ TL100.

Помимо выдачи общей информации о состоянии SSD, утилита может сообщать расширенные сведения о накопителе и его показателях S.M.A.R.T. Причём все атрибуты снабжены описанием и интерпретацией, дающей общее понимание ситуации неподготовленным пользователям.

Кроме того, предусмотрен простой бенчмарк и возможность увеличения зарезервированного контроллером для внутренних нужд раздела.

Имеющиеся в SSD Utility средства для обслуживания накопителей включают функции для обновления прошивки через интернет и для выполнения уничтожения хранимых на SSD данных либо через стандартную команду Secure Erase, либо прямой перезаписью содержимого.

Не хватает в текущей версии SSD Utility разве только средств для управления подачей команды TRIM.

⇡#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 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, который выдает 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, а 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

Toshiba OCZ TL100 – бюджетный продукт. Поэтому для сравнения с ним мы постарались подобрать несколько безбуферных SSD нижней ценовой категории. К этой компании мы добавили «эталонные» модели Samsung 850 EVO, Crucial MX300 и WD Blue SSD, и в результате получился следующий список участников тестирования:

• Crucial MX300 275 Гбайт (CT275MX300SSD1, прошивка M0CR021);
• GOODRAM CX300 (SSDPR-CX300-240, прошивка SBFM71.0);
• Kingston SSDNow UV400 (SUV400S37/240G, прошивка 0C3J96R9);
• Samsung 750 EVO 250 Гбайт (MZ-750250, прошивка MAT01B6Q);
• Samsung 850 EVO 250 Гбайт (MZ-75E250, прошивка EMT02B6Q);
• Smartbuy Revival 2 240 Гбайт (SB240GB-RVVL2-25SAT3, прошивка SBFM50.8);
• Toshiba OCZ TR150 240 Гбайт (TRN150-25SAT3-240G, прошивка SAFZ12.3);
• Toshiba OCZ TL100 240 Гбайт (TL100-25SAT3-240G, прошивка SBFZ10.3);
• Western Digital Green 240 Гбайт (WDS240G1G0A, прошивка Z3311000).

Все тестовые накопители были подобраны близкой ёмкости – 240—275 Гбайт.

Особенность этого тестового сравнения заключается ещё и в том, что в нём принимает участие сразу три различных по своему строению безбуферных SSD, основанных на контроллере Phison PS3111-S11. Помимо Toshiba OCZ TL100, в котором этот контроллер управляет планарной TLC-памятью Toshiba, платформа Phison S11 используется ещё в Smartbuy Revival 2 и GOODRAM CX300. Причём накопитель Smarbuy построен на планарной TLC-памяти SK Hynix, а в продукте GOODRAM место нашла новая TLC 3D NAND компании Micron.

Ещё один принимающий участие в тестировании безбуферный накопитель – это Western Digital Green, но он основывается на совершенно иной платформе – SMI SM2258XT.

⇡#Последовательные операции чтения и записи

Последовательное чтение не вызывает у Toshiba OCZ TL100 никаких проблем. Эта операция выполняется со скоростью, которую может обеспечить SATA-интерфейс. Запись же – больное место этого накопителя. Но это кажется совершенно закономерным, если вспомнить, что его массив флеш-памяти состоит из 256-гигабитных устройств TLC NAND и имеет двухканальную архитектуру.

Впрочем, если сопоставлять Toshiba OCZ TL100 с другими бюджетными решениями, то его результат выглядит не так уж и плохо. Фактически из альтернатив того же начального уровня заметно более высокую скорость последовательной записи может обеспечить лишь WD Green SSD, который использует контроллер SMI с четырьмя каналами. Однако и среди накопителей на платформе Phison S11 новый продукт Toshiba самым быстрым по записи не является. Smartbuy Revival 2, который построен с применением 128-гигабитных кристаллов TLC NAND производства SK Hynix, выдаёт чуть более высокую скорость записи.

Показатели скорости последовательной записи Toshiba OCZ TL100 таковы, что кажется, будто бы этот SSD при такой нагрузке будет медленнее классических жёстких дисков. Но на самом деле в большинстве случаев это не совсем так, поскольку в нём имеется технология SLC-кеширования, которая маскирует низкую скорость. Чтобы посмотреть, как это работает, давайте пронаблюдаем за изменением моментальной производительности при последовательной записи большого объёма данных.

На приведённый ниже график скорости записи мы также поместили альтернативы OCZ TL100 на базе того же контроллера, но с другой памятью: в Smartbuy Revival 2 применяется TLC-память производства SK Hynix, а GOODRAM CX300 построен на новой TLC 3D NAND компании Micron.

SLC-кеш у Toshiba OCZ TL100 240 Гбайт меньше, чем в GOODRAM CX300 240 Гбайт, — его объём составляет только 2,5 Гбайт. Внутри кеша скорость записи доходит до 400 Мбайт/с, при выходе за его пределы – падает до величины порядка 100 Мбайт/с. Это чуть ниже той производительности, с которой данные напрямую в TLC-память может писать Smartbuy Revival 2, однако заметно лучше результатов GOODRAM CX300. Впрочем, справедливости ради стоит напомнить, что OCZ TR150, в основе которого лежит восьмиканальный контроллер Phison S10, пишет данные напрямую в TLC-памяти с гораздо более высокой скоростью, доходящей до 180-190 Мбайт/с.

Обычно скорость SATA SSD при последовательных операциях достигает своего максимума даже без какой-либо конвейеризации. Однако на всякий случай мы решили посмотреть, как масштабируется производительность последовательных операций при изменении глубины очереди запросов.

Скорость чтения при увеличении глубины очереди запросов немного возрастает, и это – вполне нормальное явление. При записи же всё упирается в производительность флеш-памяти, поэтому никакой масштабируемости при росте глубины очереди запросов не наблюдается.

⇡#Операции случайного чтения

А вот здесь отлично видно, что ставка Toshiba на собственную TLC-память была верной. Массив, составленный из такой памяти, позволяет получать более высокую производительность при операциях случайного чтения. Причём лидерство Toshiba OCZ TL100 прослеживается не только по сравнению с накопителями на той же аппаратной платформе Phison S11, но и по сравнению с прочими недорогими TLC-моделями. В результате в сценариях вроде запуска операционной системы или программ OCZ TL100 может выдавать очень неплохие результаты. И уж абсолютно точно он будет заметно быстрее, чем любой другой безбуферный накопитель.

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.

При увеличении глубины очереди запросов Toshiba OCZ TL100 постепенно теряет преимущество перед другими накопителями с контроллерами Phison. И на очередях с длиной, близкой к максимуму, OCZ TR150 и Smartbuy Revival 2 могут превосходить главного героя этого обзора.

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

Чтение блоков большого размера проблем у Toshiba OCZ TL100 не вызывает. Если речь идёт не о блоках объёмом по 128 Кбайт, этот накопитель может выдавать лучшую скорость в своей весовой категории. Фактически более высокие скоростные показатели наблюдаются только у SSD компании Samsung, которые давно уже удерживают звание самых быстрых SATA SSD.

⇡#Операции случайной записи

Запись больших объёмов данных, и в особенности случайная, накопителями класса Toshiba OCZ TL100 не может выполняться быстро в принципе. Существенно ограничивает скорость отсутствие DRAM-буфера, в котором бы хранилась изменяемая копия таблицы трансляции адресов. Корректировка же этой таблицы во флеш-памяти выполняется заметно медленнее, поэтому между безбуферными и полноценными накопителями создаётся существенный разрыв.

Попутно заметим что, как и в случае последовательных записей, при произвольной записи Toshiba OCZ TL100 оказывается не самым быстрым накопителем среди вариантов, основанных на контроллере Phison S11. Smartbuy Revival 2 на базе TLC NAND производства SK Hynix выдаёт более высокий результат, что, очевидно, связано с выбором для OCZ TL100 флеш-памяти Toshiba с ядрами увеличенной ёмкости.

Ещё более наглядно это видно на графике, показывающем зависимость скорости произвольной записи 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов.

Увеличение глубины очереди запросов не приводит к росту скорости их обработки. Всё упирается в скорость работы массива флеш-памяти. Иными словами, недорогие безбуферные накопители для применения в сценариях с высокой долей операций записи крайне не рекомендуются.

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

Ничего особенно утешительного нельзя сказать и про скорость при случайной записи данных блоками крупного размера. Toshiba OCZ TL100 остаётся в центре группы безбуферных накопителей и существенно уступает в скорости производительным моделям, например, тому же Toshiba OCZ TR150.

⇡#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.

Существенное отставание в производительности безбуферные накопители демонстрируют и при работе со смешанной нагрузкой. Но зато Toshiba OCZ TL100 оказывается в числе лучших вариантов такого класса. Благодаря этому, например, при более лёгкой последовательной нагрузке ему удаётся даже соперничать с Kingston UV400, который DRAM-буфером обладает.

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.

По графикам видно ещё одно подтверждение тому, что изъятие из схемы работы SSD DRAM-буфера убивает в первую очередь производительность при случайных операциях, и особенно сильно страдают операции записи. Впрочем, вполне очевидно, что недорогие накопители вроде Toshiba OCZ TL100 не ставят своей целью потеснить с занятых позиций какие-то SSD более высокого класса. К ним стоит относиться как к решениям начального уровня, которые можно выбирать, когда какие-то другие варианты кажутся слишком дорогими.

⇡#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.

Ситуация с постоянством моментальной производительности просто плачевная. Разброс в скорости записи последовательных операций может доходить до двух порядков. Впрочем, от безбуферного SSD ничего иного и не ожидалось. Совершенно очевидно, что для применений, где важна предсказуемая скорость реакции, варианты класса Toshiba OCZ TL100 вообще никак не подходят.

Что же касается усреднённых скоростных показателей, то производительность мелкоблочной записи составляет около 18 тысяч IOSP, а отнюдь не 80 тысяч, как обещается в спецификации. Правда, на начальном этапе, когда данные попадают в SLC-кеш, быстродействие может быть заметно выше. Проблема лишь в том, что объём кеша составляет порядка 2,5 Гбайт, и помещается в него очень ограниченный объём информации. Кроме того, нужно иметь в виду, что после заполнения SLC-кеша накопитель должен потрать на его освобождение и переброску данных в TLC-память примерно минуту. Если же соответствующей паузы в обращениях к SSD сделано не было, скорость останется на невысоком уровне даже при записях незначительного объёма.

В увеличенном масштабе начальная часть графика выглядит так.

Любопытно, что даже на начальной части графика, относящейся к записи в SLC-кеш, хорошо заметны провалы в производительности. Но удивляться им не приходится. Phison S11 – контроллер на одноядерном процессоре, и поэтому лаги при непрерывных операциях просто неизбежны.

Давайте посмотрим теперь, как у Toshiba OCZ TL100 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.

Автономная сборка мусора у Toshiba OCZ TL100 не работает. Более того, без помощи со стороны операционной системы накопитель оказывается не в состоянии освободить даже SLC-кеш, что выглядит совсем уж странным.

Но к обработке команды TRIM у нас нет никаких претензий. А это значит, что в типичной для недорогих потребительских накопителей среде OCZ TL100 способен сохранять производительность, не подверженную деградации. Использовать же продукты такого класса в составе RAID-массивов вряд ли кому-либо придёт в голову.

⇡#Результаты в CrystalDiskMark

CrystalDiskMark — это популярное и простое тестовое приложение, работающее «поверх» файловой системы, которое позволяет получать результаты, легко повторяемые обычными пользователями. Но то, что выдаёт этот бенчмарк, с качественной точки зрения сильно отличается от показателей, которые были получены нами в тяжёлом и многофункциональном пакете Iometer.

Дело в том, что CrystalDiskMark оперирует сравнительно небольшим объёмом тестового файла. И в данном случае мы видим скоростные параметры, которые относятся к SLC-кешу, а не к массиву TLC-памяти. Впрочем, даже при таком подходе невысокие показатели Toshiba OCZ TL100 при случайных операциях с низкой глубиной очереди запросов не могут ускользнуть от внимательного взора.

⇡#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.

Как показали синтетические тесты, безбуферный накопитель Toshiba OCZ TL100 проигрывает по производительности тем SSD, которые имеют в своём распоряжении полноценный буфер на основе DRAM. Тем не менее при операциях чтения продукт Toshiba может похвастать лучшим быстродействием по сравнению с любыми другими накопителями, лишёнными оперативной памяти. И это отражается на результатах PCMаrk 8. Показатель OCZ TL100 в этом бенчмарке выше, чем у прочих SSD, работающих без DRAM-буфера. Более того, разрыв между OCZ TL100 и более дорогим OCZ TR150 составляет всего лишь 11 процентов. И это значит, что при использовании в реальных пользовательских сценариях разницу между моделями такого класса будет увидеть непросто.

Другое дело – SATA SSD более высокого уровня. Например, накопители компании Samsung опережают Toshiba OCZ TL100 почти вдвое, и это — уже весьма ощутимая разница. Что, впрочем, отражается на ценах: Samsung 850 EVO продаётся на треть дороже.

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.

⇡#Реальные сценарии нагрузки

Тесты производительности при реальной нагрузке позволяют нам делать выводы о том, насколько хорошо та или иная модель может справиться с ролью рабочего, системного или даже единственного диска в составе ПК, на котором устанавливаются рабочие программы.

Файловые операции – не слишком благоприятный сценарий для Toshiba OCZ TL100. Небольшой объём SLC-кеша и невысокая скорость записи в массив TLC памяти находят отражение в том, что при копировании файлов или при работе с архиватором скорость OCZ TL100 оказывается более чем вдвое ниже, чем у лучших TLC-накопителей. Однако среди безбуферных моделей новинка Toshiba выглядит не так уж и плохо. По крайней мере, OCZ TL100 явно быстрее, чем WD Green SSD или накопители с контроллером Phison PS3111-S11 и TLC 3D NAND производства Micron.

Зато Toshiba OCZ TL100 очень неплохо проявляет себя в качестве первичного накопителя. Объём операций записи при старте программного обеспечения относительно невелик, и все они попадают в SLC-кеш. А производительность при чтении у этого SSD не так уж и плоха, по крайней мере если сравнивать с другими накопителями подобного класса. Иными словами, на роль системного диска в недорогом персональном компьютере OCZ TL100 вполне может подойти.

⇡#Тестирование ресурса

Результаты тестирования надёжности рассматриваемого накопителя приведены в отдельном материале «Надёжность SSD: результаты ресурсных испытаний».

⇡#Выводы

Какое-то однозначное мнение составить о Toshiba OCZ TL100 будет непросто. У этого накопителя есть две стороны, причём в зависимости от того, с которой из них вы будете на него смотреть, он может показаться как совершенно никчёмным, так и очень привлекательным вариантом.

Отрицательного в новинке на самом деле немало. И в первую очередь расстраивает сама концепция подобных решений: ради снижения себестоимости производители без зазрения совести стали жертвовать производительностью. Причём под нож пошёл один из ключевых элементов современных SSD – DRAM-буфер. В результате быстродействие таких урезанных накопителей сразу же откатилось на несколько лет назад: безбуферные модели оказались значительно медленнее своих предшественников при последовательной записи и при мелкоблочных операциях. В дополнение к этому ухудшилось и постоянство производительности. В итоге безбуферные SSD могут казаться хорошим вариантом, только если сопоставлять их с механическими жёсткими дисками, а по сравнению с полноценными современными накопителями они проигрывают сразу во многих аспектах.

Однако несмотря на сказанное, переход с HDD на SSD без DRAM-буфера может быть вполне оправдан. Даже самые примитивные SSD обеспечивают значительно меньшее время доступа, что в конечном итоге заметно повышает отзывчивость дисковой подсистемы. И здесь проявляются плюсы безбуферных моделей: они заметно дешевле и за счёт этого могут быть приемлемы по цене для тех пользователей, которые до сих пор не пользовались твердотельными накопителями из-за их дороговизны. То есть накопители класса Toshiba OCZ TL100 – это хорошие стартовые модели, которые могут открыть прелести твердотельной технологии для более широкой аудитории.

И здесь уместным будет перейти к положительным чертам рассмотренной новинки, ведь Toshiba удалось создать наиболее выигрышный на сегодняшний день накопитель с безбуферной архитектурой. Рецепт оказался прост: в OCZ TL100 компания Toshiba сделала ставку на сравнительно неплохую платформу Phison S11, которую укомплектовала собственной планарной TLC NAND, и такая комбинация получилась производительнее всех других конфигураций SSD, не использующих DRAM. Более того, в ряде тестов Toshiba OCZ TL100 удалось даже приблизиться к полноценной модели OCZ TR150: такую картину можно наблюдать в сценариях, связанных с чтением данных. И это означает, что в роли первичного системного диска Toshiba OCZ TL100 может показать себя неплохо даже без каких-либо оговорок относительного урезанного дизайна.

При этом особенно приятно, что вместе со всем этим Toshiba собирается реализовывать свой продукт по очень привлекательной стоимости. Если исходить из официально рекомендованных цен, то OCZ TL100 вполне может составить конкуренцию другому популярному бюджетному продукту – WD Green SSD. А это значит, что на рынке будет доступна ещё одна качественная модель начального уровня от производителя, по праву принадлежащего к числу крупнейших игроков.