Обзор SSD-накопителя ADATA XPG SX8000: NVMe по проекту Silicon Motion

С наступлением 2017 года рынок потребительских NVMe SSD заметно преобразился. Раньше интерфейсом PCI Express располагали исключительно флагманские или серверные накопители, которые помимо высоких скоростных показателей получали и заоблачную стоимость, тотчас же отталкивающую от них обычного покупателя. Но теперь всё изменилось. Основная масса таких продуктов подешевела, и, более того, в их рядах стали появляться варианты, максимально приближающиеся по цене к SATA-накопителям. Да что там говорить, отличным примером того, что NVMe SSD теперь можно рассматривать как типичный массовый продукт, стало появление накопителей такого класса, построенных на дешёвой флеш-памяти с трёхбитовыми ячейками. И сегодня такие SSD предлагают как минимум четыре производителя: ADATA, Intel, Samsung и Western Digital.

Немалый вклад в то, чтобы спустить NVMe SSD с небес на землю, внесли независимые разработчики контроллеров с Тайваня. Фактически появление действительно массовых M.2-накопителей с интерфейсом PCI Express можно связать с именами двух компаний – Phison и Silicon Motion. Эти фирмы – неутомимые бойцы бюджетного сегмента, и именно их стараниями мы сегодня наблюдаем широкий ассортимент SATA SSD начального уровня, которые пользуются высокой популярностью благодаря выгодному сочетанию цены и производительности. Теперь же Phison и Silicon Motion пытаются провести подобный манёвр и с NVMe SSD.

Эта стратегия похожа на их же действия при реализации своих разработок для SATA SSD. Принцип прост: они освобождают конечных производителей от необходимости проводить какую бы то ни было инженерную работу и предлагают им пользоваться полностью готовыми платформами, включающими недорогой контроллер, дизайн печатной платы и микропрограмму. Особенных успехов в части внедрения такой платформы для NVMe SSD достигла Phison. Её контроллер Phison PS5007-E7 (PS5007-11) сегодня можно встретить в большом числе моделей накопителей авторства Corsair, Galax, Patriot, PNY, Smartbuy, Team Group, Zotac и других.

Но хотя платформа на базе контроллера Phison PS5007-E7 и смогла урезонить зарвавшиеся цены на накопители с интерфейсом PCI Express, в конечном счёте самой доступной всё-таки не стала. Дело в том, что этот чип рассчитан на работу с планарной MLC NAND, а такие решения не могут соперничать по цене с накопителями, где применяется TLC-память, в принципе. В итоге SSD на платформе Phison E7 могут продаваться дешевле самобытных флагманских NVMe-продуктов Samsung, Toshiba и Plextor, но при этом оказываются дороже накопителей, для которых их производители выбрали платформу альтернативного разработчика – Silicon Motion.

В NVMe SSD-контроллере Silicon Motion SM2260 упор сделан на совместимость с различными типами 3D NAND, и в первую очередь с недорогой трёхмерной памятью Intel/Micron, которая не так давно стала доступна на открытом рынке. Именно поэтому платформа SM2260 захватила лидерство в понижении цен. На ней основывается самый дешёвый потребительский NVMe-продукт – Intel SSD 600p, но не только он. Недорогие SSD с этим же контроллером делает ADATA. В ассортименте этой компании есть сразу два варианта: XPG SX8000 и XPG SX7000. Первый использует трёхмерную память с двухбитными ячейками, второй – с трёхбитными. Очевидно, что наибольший интерес представляет именно ADATA XPG SX8000 – на данный момент у этого накопителя нет аналогов, а применение в его основе MLC 3D NAND позволяет надеяться на хороший уровень производительности.

Учитывая сказанное, мы решили провести подробное тестирование ADATA XPG SX8000. На сегодняшний день этот накопитель можно приобрести по весьма выгодной цене. Фактически он – второй или третий недорогой после Intel SSD 600p и WD Black SSD (в Россию не поставляется из-за региональной политики производителя) NVMe-накопитель, если смотреть на ассортимент глобально, и самый дешёвый, если выбирать исключительно среди MLC-вариантов. При этом его цена даже ниже, чем у флагманских SATA SSD, что может сделать его весьма привлекательным выбором. Нужно лишь, чтобы в производительности и в прочих потребительских аспектах не встречалось никаких подвохов. Давайте проверим.

⇡#Технические характеристики

Желание проверить, всё ли в порядке с ADATA XPG SX8000, появилось не на пустом месте. На самом деле используемая в этом накопителе платформа SMI SM2260 вызывает серьёзное недоверие. Причин тому две. Во-первых, на этом контроллере базируется Intel SSD 600p, который иначе как недоразумением назвать тяжело: используя шину PCI Express 3.0 x4 и протокол NVMe, он умудряется выдавать производительность, сравнимую с производительностью SATA SSD. Конечно, можно ссылаться на то, что Intel SSD 600p – это решение на базе TLC 3D NAND, а в ADATA XPG SX8000 применяться MLC 3D NAND, но есть и весьма весомый аргумент «во-вторых». Дело в том, что контроллер SMI SM2260 в комплекте с 3D MLC NAND должен был использоваться в накопителе Crucial Ballistix TX3 SSD – первом NVMe SSD компании Micron. Это решение планировалось к выходу ещё в сентябре 2016-го, но в последний момент было отменено со ссылкой на то, что его быстродействие оказалось не соответствующим тому уровню, на который могут рассчитывать потребители при выборе бренда Crucial.

Иными словами, конфигурацию из SM2260 с собственной 3D MLC NAND компания Micron забраковала. Однако она смогла привлечь других изготовителей, которые столь же высоких требований к производительности не предъявляют. В первых рядах решила выпустить собственный аналог так и не увидевшего свет Ballistix TX3 компания ADATA. И это совсем неудивительно. У ADATA есть большой опыт сотрудничества и с Silicon Motion, и с Micron. И более того, мы сталкивались даже с тем, что ADATA перепродавала накопители, производимые Micron, под своей торговой маркой. Таким, например, на первых порах был Premiere Pro SP920.

Можно было бы предположить, что с ADATA XPG SX8000 история примерно такая же и на самом деле это своего рода ребрендинг так и не увидевшего свет Crucial Ballistix TX3. Но нет, версия ADATA скорее похожа на эталонный дизайн Silicon Motion, нежели на тот продукт, который собиралась выпустить Micron. То есть XPG SX8000 – это в какой-то мере независимая разработка. Причём очень интересная, поскольку продуктов с 3D MLC NAND производства Micron на рынке совсем не много.

ADATA всегда отличалась тем, что имела очень широкий модельный ряд продуктов, в котором никогда не использовались контроллеры Phison. Кроме того, ADATA – один из крупнейших покупателей флеш-памяти Micron среди производителей SSD. Контроллер Silicon Motion – единственный на сегодняшний день вариант, поддерживающий 3D NAND этого производителя, поэтому появление накопителя на базе SM2260 в модельном ряду ADATA было предопределено. Иных вариантов для выпуска NVMe SSD у компании попросту не было: производство обычной «двумерной» памяти Micron планомерно сворачивает.

При этом выбор контроллера SMI SM2260 большой удачей всё-таки не выглядит. Этот чип базируется на двухъядерном процессоре ARM Cortex-R, с одной стороны, поддерживает интерфейс PCI Express 3.0 x4 и современную версию протокола NVMe 1.2, а с другой – предлагает восемь каналов для подсоединения флеш-памяти. Но несмотря на неплохую на первый взгляд архитектуру, контроллер этот способен выдавать производительность лишь на уровне 2,4/1,0 Гбайт/с при последовательном чтении и записи соответственно и 120/140 тысяч IOPS при случайных операциях. Для NVMe-решения это – относительно низкие показатели. Например, конкурирующий чип Phison PS5007-E7 заметно выигрывает у варианта SMI, особенно по скоростям на произвольных операциях. Правда, зато в SMI SM2260 поддерживается коррекция ошибок на основе LDPC-кодов, которая позволяет добиваться от флеш-памяти значительно лучшей выносливости. Конкурирующий Phison PS5007-E7 подобных прогрессивных алгоритмов в своём арсенале не несёт.

Впрочем, основной проблемой SMI SM2260 видится не столько его производительность, сколько то, что он производится на фабриках TSMC по 40-нм техпроцессу, тогда как прочие контроллеры для NVMe-накопителей выпускаются по 28-нм технологии. В результате SM2260 – более чем «жаркий» чип, для охлаждения которого производителю пришлось даже поместить на его поверхность дополнительный медный теплорассеиватель.

Паспортные характеристики ADATA XPG SX8000 выглядят следующим образом:

Аббревиатура XPG в названии накопителя расшифровывается как eXtreme Performance Gear. Иными словами, ADATA как бы намекает, что перед нами модель SSD, которая направлена на бескомпромиссных энтузиастов. Однако по характеристикам о ней такого явно не скажешь. Паспортные показатели производительности у ADATA XPG SX8000 ставят этот накопитель выше уровня Intel SSD 600p, но ниже по сравнению с любым другим NVMe-накопителем. А это значит, что, несмотря на использование в ADATA XPG SX8000 прогрессивной трёхмерной флеш-памяти с двухбитовыми ячейками компании Micron, перед нами – модель начального уровня (по меркам NVMe SSD).

Не спасает NVMe-накопитель ADATA даже то, что в нём реализовано SLC-кеширование (технология Intelligent SLC Caching). По всей видимости, MLC 3D NAND компании Micron обладает сравнительно невысокой скоростью записи, по крайней мере к микроновской TLC 3D NAND претензии по этой части достаточно серьёзны.

Спецификации Micron 3D NAND

В итоге, несмотря на то, что контроллер в XPG SX8000 общается с массивом флеш-памяти по восьми каналам, разработчикам пришлось задуматься о дополнительном ускоренном однобитном режиме записи в этот массив.

SLC-кеш в ADATA XPG SX8000 работает несколько иначе, чем обычно. Он не имеет фиксированного объёма, размер изменяется динамически, и на работу технологии кеширования отводится ровно половина свободного места в массиве MLC 3D NAND. Это значит, что на каждые 128 Гбайт объёма накопителя максимально приходится до 32 Гбайт эффективной ёмкости SLC-кеша, но, по мере заполнения SSD пользовательскими файлами, предельный объём данных, который можно записать в ускоренном режиме, сокращается.

На фоне невысоких паспортных скоростей некоторые вещи в характеристиках ADATA XPG SX8000 могут и порадовать. Во-первых, условия гарантии: на накопитель даётся пять лет гарантийного обслуживания с достаточно щедрым ресурсом перезаписи, позволяющим обновлять более трети полной ёмкости ежедневно. Во-вторых, широта модельного ряда. В него входит и редкая для NVMe SSD карликовая 128-гигабайтная модель, которая вполне может приглянуться определённой аудитории покупателей. И в-третьих, невысокая стоимость. Впрочем, тут может накладываться региональная специфика. Например, в России в данный момент ADATA XPG SX8000 несколько переоценён и продаётся дороже накопителей на базе платформы Phison E7, хотя на самом деле всё должно быть наоборот.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Для тестирования ADATA XPG SX8000 мы выбрали модель ёмкостью 512 Гбайт. С одной стороны, это – достаточно ходовой объём, особенно применительно к NVMe SSD. С другой же – степень параллелизма массива флеш-памяти в SSD такой ёмкости позволяет показывать производительность, за которую авторам накопителя не должно быть стыдно.

Перед тем как перейти к непосредственному знакомству с нашим образцом, следует заметить, что формально ADATA XPG SX8000 существует в двух вариантах. В виде обычной M.2-платы, которая как раз и досталась нам на тесты, либо в виде M.2-платы, оснащённой дополнительными теплорассеивателями. Если учесть особенности контроллера SMI SM2260, версия с радиаторами должна быть интереснее, но проблема в том, что в продаже она пока не засветилась.

Таким образом, имеющийся вариант ADATA XPG SX8000 внешне выглядит совершенно стандартно. Внимание может привлечь разве что металлическая поверхность TFBGA-корпуса контроллера SM2260, которая должна хоть как-то бороться с его перегревом.

Наклейка с маркировкой, которая имеется на лицевой стороне накопителя, не несёт на себе никакой важной информации. На ней есть только артикул и серийный номер изделия. Хотя информация о версии микропрограммы явно не помешала бы – новые прошивки для ADATA XPG SX8000 периодически выходят, причём вносимые в них изменения незначительными не назовёшь: изменяются даже параметры производительности и алгоритмы работы температурного троттлинга.

Микросхемы на ADATA XPG SX8000 512 Гбайт располагаются с двух сторон. Массив флеш-памяти собран из четырёх чипов с собственной маркировкой ADATA, однако внутри них находится по четыре 256-гигабитных кристалла MLC 3D NAND компании Micron, имеющих 32-слойный дизайн (кодовое имя L06B). Для удешевления своего продукта компания ADATA закупает у производителя памяти полупроводниковые пластины, которые режет, сортирует и упаковывает в микросхемы самостоятельно. В итоге получающиеся микросхемы по основным характеристикам аналогичны чипам Micron MT29F1T08CMCBBJ4-37:B. Это значит, что восьмиканальный массив флеш-памяти в ADATA XPG SX8000 512 Гбайт работает с относительно невысоким двукратным чередованием, и модель терабайтной ёмкости будет несколько быстрее, а накопители меньшего объёма по той же причине окажутся заметно медленнее.

Необходимо подчеркнуть, что практикуемое ADATA изготовление микросхем флеш-памяти из кремниевых заготовок Micron собственными силами – палка о двух концах. С одной стороны, компания добивается снижения себестоимости, но с другой – она предъявляет гораздо меньшие, чем Micron, требования к качеству финальной продукции. Чем это может обернуться, мы имели возможность убедиться воочию при тестировании надёжности ADATA Ultimate SU800: выносливость получающейся памяти и SSD на её основе может оказаться ниже всякой критики.

Из массива флеш-памяти объёмом 512 Гбайт пользователю в распоряжение предоставляется примерно 477 ГиБ, оставшиеся же 7 процентов пространства отведены на работу технологий выравнивания износа, сборку мусора и т.п. Никакой дополнительной резервной ёмкости, как в накопителях на базе TLC 3D NAND компании Micron, в данном случае нет. Поэтому, в частности, в ADATA XPG SX8000 применяется динамическое SLC-кеширование, в то время как в основанном на том же контроллере Intel SSD 600p кеш имел постоянные параметры.

DRAM-буфер, необходимый для быстрых операций с таблицей трансляции адресов, в ADATA XPG SX8000 512 Гбайт представлен двумя чипами Nanya LPDDR3-1600 ёмкостью по 256 Мбайт каждый. В итоге размер буфера абсолютно типичен – по мегабайту на каждый гигабайт ёмкости накопителя.

Никакого сервисного программного обеспечения для ADATA XPG SX8000 производителем не предлагается, поэтому мы сразу переходим к тестированию скоростных характеристик.

⇡#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, 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, 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

С выходом процессоров Kaby Lake и наборов логики двухсотой серии мы решили обновить тестовую систему, которая используется для измерения производительности NVMe-моделей SSD. Всё-таки такие накопители в первую очередь покупают энтузиасты, переходящие на новые платформы, и поэтому логично было бы именно такую платформу использовать в тестовых испытаниях.

В итоге в качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Maximus IX Hero, процессором Core i5-7600K со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 630 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) 15.2.0.1020. Накопители с интерфейсом M.2 устанавливаются в соответствующий слот материнской платы, запитанный от чипсета. Накопители в виде карт PCI Express устанавливаются в слот PCI Express 3.0 x4, также работающий через чипсет.

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

⇡#Список участников тестирования

ADATA XPG SX8000 позиционируется как типичный SSD нового поколения, работающий по шине PCI Express и использующий протокол NVMe. Поэтому сравнивался он с другими распространёнными SSD того же класса. На сегодняшний день потребительских NVMe-накопителей выпущено уже немало, поэтому в итоге получился достаточно обширный перечень соперников:

• ADATA XPG SX8000 512 Гбайт (ASX8000NP-512GM-C, прошивка C2.2.1);
• Intel SSD 600p 512 Гбайт (SSDPEKKW512G7, прошивка PSF109C);
• Intel SSD 750 400 Гбайт (SSDPEDMW400G4, прошивка 8EV101F0);
• Patriot Hellfire M.2 480 Гбайт (PH480GPM280SSDR, прошивка E7FM02.1);
• Plextor M8Pe 512 Гбайт (PX-512M8PeG, прошивка 1.04);
• Samsung 960 EVO 500 Гбайт (MZ-V6E500, прошивка 2B7QCXE7);
• Samsung 960 PRO 512 Гбайт (MZ-V6P512, прошивка 1B6QCXP7);
• Toshiba OCZ RD400 512 Гбайт (RVD400-M22280-512G-A, прошивка 57CZ4102).

Используемые версии NVMe-драйверов:

• Intel Windows NVMe driver 1.8.0.1011;
• Microsoft Windows NVMe Driver 10.0.10586.0;
• OCZ NVMe Driver 1.2.126.843;
• Plextor NVMe Driver 1.4.0.0;
• Samsung NVM Express Driver 2.1.0.1611.

⇡#Последовательные операции чтения и записи

По первым же результатам тестов можно смело говорить, что ADATA XPG SX8000 пополнил собой подмножество NVMe SSD, которые рекорды производительности не ставят. По скорости последовательного чтения он лишь в полтора раза быстрее SATA SSD и в несколько раз отстаёт от добротных NVMe-решений, предлагаемых лидерами рынка. При линейной записи ситуация с производительностью не сильно лучше, но в этом случае немного помогает SLC-кеширование.

Проследить за тем, как работает технология ADATA Intelligent SLC Caching, можно по следующему графику, на котором показана скорость последовательной записи при заполнении всего объёма ADATA XPG SX8000 512 Гбайт.

Картина получается не совсем прямолинейной. Особенности микропрограммы ADATA XPG SX8000 приводят к тому, что при последовательной записи он может выдавать три различных варианта производительности. На первом этапе запись во флеш-память происходит в однобитном SLC-режиме со скоростью порядка 1,1 Гбайт/с. Здесь уместно напомнить, что используемый алгоритм кеширования позволяет занять под кеш до четверти свободной ёмкости накопителя, поэтому в реальной жизни пользователи будут встречаться с такой скоростью чаще всего.

Но SLC-режим рано или поздно заканчивается, и после этого накопитель переходит в «медленный» режим MLC-записи с одновременным автономным уплотнением той части массива флеш-памяти, которая до этого была заполнена в SLC-режиме. В этом случае скорость падает почти втрое – до 400 Мбайт/с.

После того как алгоритм уплотнения отработал, и ячеек, в которых информация хранится в однобитовом режиме, не остаётся, производительность возрастает, и до исчерпания всей своей ёмкости накопитель оказывается способен сохранять информацию со скоростью порядка 900 Мбайт/с. Этот, третий вариант скорости – самый экзотичный, и с ним при реальном использовании SSD столкнуться практически невозможно.

Впрочем, как бы то ни было, даже при работе в самом быстром SLC-режиме ADATA XPG SX8000 остаётся NVMe-накопителем с низкой скоростью последовательной записи. Почему это так, можно понять, если посмотреть, как масштабируется производительность последовательных операций при изменении глубины очереди запросов.

Скорость записи, очевидно, упирается в возможности MLC 3D-памяти Micron, которая, хоть и имеет четырёхбанковую структуру (против обычной двухбанковой), высокую пропускную способность обеспечить не может. Что же касается чтения, то тут прослеживаются явные проблемы в контроллере, который показывает достойную производительность на уровне 2,2 Гбайт/с лишь при увеличении очереди запросов до 8 команд или выше. К сожалению, в реальной жизни такие очереди запросов встречаются только в серверах, а пользователи обычных персональных компьютеров вынуждены мириться с вдвое-втрое более низкой производительностью.

⇡#Случайные операции чтения

С точки зрения скорости операций случайного чтения ADATA XPG SX8000 – один из самых слабых накопителей с NVMe-интерфейсом. Причина на этот раз – в контроллере SM2260, который не обладает должным уровнем вычислительной мощности.

Несмотря на то, что операции с глубокой очередью запросов для персональных компьютеров не характерны, мы всё же посмотрим, как зависит производительность рассматриваемого SSD от глубины очереди запросов при чтении 4-килобайтных блоков.

В отличие от последовательного чтения, при случайных операциях ситуация не выправляется и при росте глубины очереди запросов. Отстаёт от ADATA XPG SX8000 лишь только Intel SSD 600p, который основывается на том же контроллере SMI SM2260, но использует не MLC, а более медленную TLC 3D NAND.

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

При увеличении размеров блоков случайные операции начинают походить на последовательные, и в этом случае относительные показатели производительности ADATA XPG SX8000 оказываются не столь удручающими. Однако до NVMe SSD-конкурентов, основанных на планарной MLC NAND, новинка ADATA не может дотянуться ни в каком случае.

⇡#Случайные операции записи

В операциях записи ADATA XPG SX8000 помогает технология SLC-кеширования, поэтому при отсутствии очереди запросов этот накопитель оказывается способен составить конкуренцию отдельным популярным NVMe-моделям. Но это – скорее утешительный приз, поскольку в целом производительность XPG SX8000 энтузиазма не вызывает.

Не выходит в число лидеров накопитель ADATA и при увеличении очереди запросов. Об этом, например, говорит график, показывающий зависимость скорости произвольной записи 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов:

Более того, на глубоко конвейеризируемых операциях записи ADATA XPG SX8000 удаётся опередить лишь накопитель на базе платформы Phison E7. Флагманские же решения с контроллерами Marvell и Samsung работают заметно быстрее.

В дополнение к этому предлагаем посмотреть, как зависит от размера блока данных скорость случайной записи:

Подобную картину можно наблюдать и в том случае, когда запись происходит крупными блоками. Однако есть два отличия. Если на мелкоблочной записи ADATA XPG SX8000 опережает Patriot Hellfire M.2 с контроллером Phison, то с крупными блоками накопитель Patriot работает лучше. Зато производительность XPG SX8000 в этом случае оказывается выше, чем у популярного Samsung 960 EVO. Поблагодарить за такой исход следует динамическую технологию SLC-кеширования, которая в случае ADATA XPG SX8000 обеспечивает ускоренную запись для значительно больших объёмов данных, в то время как SLC-кеш у Samsung 960 EVO 512-гигабайтной ёмкости ограничен величиной 22 Гбайт.

⇡#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.

Компании Silicon Motion всегда удавалось создавать маломощные контроллеры, которые каким-то чудом показывали хорошие результаты при смешанной нагрузке. SMI SM2260 не отошёл от этой традиции. В результате при смешанных операциях производительность ADATA XPG SX8000 выглядит гораздо лучше, чем при рафинированных операциях чтения или записи. Здесь этот накопитель выдаёт результат даже выше, чем Samsung 960 EVO и Plextor M8Pe, что следует считать весьма неожиданным, но примечательным достижением.

Следующая пара графиков даёт более развёрнутую картину производительности при смешанной нагрузке, показывая зависимость скорости SSD от того, в каком соотношении приходят на него операции чтения и записи.

Графики только подчёркивают оптимизацию платформы SMI SM2260 под смешанные операции. В результате потенциал ADATA XPG SX8000 лучше всего раскрывается в том случае, если соотношение операций чтения и записи составляет 3 к 1 или около того. Это, конечно всё равно не делает из XPG SX8000 самый быстрый NVMe SSD, но, по крайней мере, приближает его к флагманским моделям.

⇡#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.

Изучение постоянства производительности ADATA XPG SX8000 при долговременной записи приводит к очень неожиданным результатам. Оказывается, SLC-кеширование слабо помогает при случайных операциях, оно даёт положительный эффект только при последовательных операциях. Более того, провал в производительности, который наблюдается после записи на SSD 128 Гбайт информации, – побочный эффект технологии ADATA Intelligent SLC Caching, который возникает из-за того, что контроллеру одновременно с обслуживанием потока входящих операций приходится тратить силы на уплотнение данных, изначально записанных в однобитном режиме. Если бы на это ему отвлекаться не приходилось, то XPG SX8000 вполне мог бы обеспечить производительность около 180K IOPS на всей своей ёмкости. С имеющейся же реализацией режима ускоренной записи примерно на половине объёма SSD производительность падает почти вдвое.

Что же касается постоянства производительность, то и с ней у продукта ADATA не всё хорошо. Если при первичном заполнении массива флеш-памяти моментальная скорость более-менее предсказуема, то в том случае, когда одновременно с записью контроллер занят освобождением блоков флеш-памяти, говорить о каком-либо постоянстве скорости не приходится. Иными словами, до уровня серверного продукта ADATA XPG SX8000 явно не дотягивает. Да и использовать его в RAID-массивах – не лучшая идея.

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.

В последнее время накопители, которые могут предложить автономную сборку мусора, встречаются реже и реже. И в этом нет ничего удивительного – поддержка TRIM появляется практически повсеместно. В NVMe-накопителях автономная сборка мусора требуется наиболее редко. Они предназначены для новых систем, а в RAID-массивах, отличных от интеловского программного RAID 0, они не используются. ADATA XPG SX8000 относится к числу решений, где автономной сборки мусора нет. В данном случае она выполнятся исключительно по команде TRIM, поступающей со стороны операционной системы. Однако такую особенность этого SSD вряд ли стоит относить к числу недостатков. Тем более к тому, как рассматриваемый накопитель реагирует на TRIM, никаких претензий нет.

Впрочем, один вопрос к разработчикам прошивки ADATA XPG SX8000 всё-таки остаётся. Совершенно непонятно, почему контроллер этого накопителя не пользуется простоями для того, чтобы расчищать место в SLC-кеше. Получается так, что текущая реализация технологии ADATA Intelligent SLC Caching завязана на получение команд TRIM от операционной системы, что, откровенно говоря, несколько снижает её полезность.

⇡#Результаты в CrystalDiskMark

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

Скорости для NVMe SSD откровенно низкие. Особенно серьёзное беспокойство вызывают показатели, полученные при последовательных операциях. Если взглянуть на скриншот, напрашивается мысль о том, что ADATA XPG SX8000 – это немного улучшенная версия печально известного Intel SSD 600p. Иными словами, любой из имеющихся на рынке SSD с интерфейсом PCI Express 3.0 x4 (кроме пресловутого Intel SSD 600p) сможет продемонстрировать заметно более высокие скоростные характеристики в CrystalDiskMark.

⇡#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.

Ничего иного и не ожидалось. Вариантов нагрузки, при которой ADATA XPG SX8000 может на равных соперничать с другими NVMe SSD, мы обнаружили не так много. Поэтому при тестировании этого накопителя в комплексных сценариях, позаимствованных из реальных приложений, оказывается, что его скорость находится на сравнительно невысоком уровне. Даже основанный на платформе Phison E7 накопитель компании Patriot может обеспечить на 30 процентов более высокую производительность. А Samsung 960 EVO, построенный на памяти с трёхбитовыми ячейками, обгоняет ADATA XPG SX8000 с MLC 3D NAND на 14 процентов. И это значит, что накопитель ADATA может выглядеть выигрышно лишь в двух ситуациях: при сопоставлении с основанным на том же контроллере Intel SSD 600p либо при сравнении с SATA SSD.

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

Тесты производительности при реальной нагрузке позволят 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.

Отдельные файловые операции в пределах накопителя выполняются ADATA XPG SX8000 со сравнительно неплохой скоростью – сказывается оптимизация его контроллера под смешанную нагрузку и эффективная схема SLC-кеширования, которая несколько ускоряет последовательные записи. Однако в целом назвать решение ADATA привлекательным вариантом всё же нельзя из-за невысокой скорости при разархивировании. Подобная нагрузка создаётся в том числе и при инсталляции программного обеспечения, поэтому назвать такой сценарий редким или неинтересным для массового пользователя невозможно.

Типичные для первичного системного накопителя задачи выполняются на ADATA XPG SX8000 хуже, чем на многих альтернативных SSD. Скорости чтения у этого накопителя ощутимо хромают, и это находит отражение при загрузке программного обеспечения. Впрочем, есть у предложения ADATA и плюсы. Благодаря использованию MLC 3D NAND этот накопитель здесь работает быстрее, чем популярный Samsung 960 EVO, поэтому при условии низкой цены XPG SX8000 всё же имеет право на жизнь.

⇡#Проверка температурного режима

Обычно NVMe-накопители отличаются горячим норовом, и при интенсивных операциях без специально организованного охлаждения они могут перегреваться и переходить в режимы с пониженной производительностью. В случае с ADATA XPG SX8000 ситуация дополнительно усугубляется тем, что его контроллер произведён по устаревшей 40-нм технологии и имеет большее, чем иные подобные чипы, тепловыделение. Отчасти компенсировать это может медная теплорассеивающая пластина, установленная на контроллере его разработчиками, однако основанный на том же чипе SMI SM2260 накопитель Intel SSD 600p всё равно перегревался очень быстро. Давайте посмотрим, как обстоит дело с температурами у накопителя ADATA.

Мы провели эксперимент, в рамках которого нагрузили ADATA XPG SX8000 512 Гбайт вызывающими наибольшие температурные проблемы последовательными операциями с глубиной очереди запросов в 32 команды. Испытания проводились на открытом стенде, какой-либо дополнительный обдув SSD воздушным потоком не производился.

При чтении никаких признаков перегрева не возникало.

Недоумение вызывает лишь тот факт, что ADATA XPG SX8000 сильно нагревается даже в состоянии простоя. Ещё до того, как мы начали совершать с этим накопителем какие-либо действия, его температура установилась на отметке 55 градусов. Для контроллера на XPG SX8000 – это совершенно обычное состояние. Но интенсивная нагрузка в виде чтения в тепловом режиме накопителя меняет немногое. Температура возрастает на 4 градуса и за 60-градусную отметку не выходит. Благодаря этому троттлинг не включается, а накопитель демонстрирует постоянную и стабильную производительность даже без применения специальных средств охлаждения.

При записи же всё оказывается гораздо хуже.

Критический перегрев наступает уже через 15 секунд непрерывной записи. Температурный предел, при котором включается троттлинг, у ADATA XPG SX8000 установлен в 68 градусов. Достичь его очень легко – ведь это всего на 12-13 градусов выше температуры накопителя в состоянии покоя. Иными словами, нормально эксплуатировать XPG SX8000 без дополнительного охлаждения попросту невозможно.

В итоге приходится констатировать, что ADATA XPG SX8000 – это наиболее подверженный перегреву NVMe-накопитель в M.2-формате среди моделей, протестированных нашей лабораторией. Даже Patriot Hellfire M.2, который до сих пор удерживал звание самого горячего NVMe SSD, мог функционировать под нагрузкой до 30 секунд без температурного троттлинга. В случае же ADATA XPG SX8000 критические температуры достигаются уже после записи примерно 16 Гбайт данных, и это значит, что с запредельными рабочими температурами будут вынуждены бороться все без исключения владельцы накопителя компании ADATA.

⇡#Выводы

Знакомство с ADATA XPG SX8000, который построен на контроллере SMI SM2260, даёт ясное понимание того, по каким причинам данная платформа не пользуется особой популярностью среди производителей твердотельных накопителей. Совершенно очевидным становится и то, почему в последний момент отменила выход своего накопителя на этом контроллере компания Micron. К сожалению, SM2260 по современным меркам весьма слаб, и добиться, чтобы накопители на его основе хоть как-то привлекали покупателей, можно лишь одним путём – через низкие цены. Здесь у SM2260 есть козырь в виде поддержки потенциально недорогой 3D NAND компании Micron, но успешно разыграть его получится лишь только тогда, когда такая память станет заметно дешевле планарной. На данный момент некое движение на этом направлении есть, но пока его всё-таки не хватает, чтобы NVMe SSD на контроллере SM2260 стали всерьез интересны для пользователей и, следовательно, для производителей.

Действительно, заметно более высокую, чем XPG SX8000, производительность могут предложить практически любые NVMe SSD на базе контроллеров Samsung и Marvell. Опережают накопитель ADATA и те многочисленные NVMe SSD, которые используют общедоступную платформу Phison E7. В итоге получается, что XPG SX8000 – одно из самых медленных решений, работающих по протоколу NVMe через шину PCI Express 3.0 x4. Фактически выигрывает ADATA XPG SX8000 лишь у использующего тот же контроллер в комплекте с TLC 3D NAND накопителя Intel SSD 600p, плюс у SATA SSD, скорость которых ограничена пропускной способностью интерфейса.

Таким образом, ADATA XPG SX8000 можно всерьёз рассматривать лишь в качестве NVMe SSD начального уровня, и оправданной покупкой этот накопитель может стать лишь в одном случае: если его цена будет ощутимо ниже, чем у конкурирующих NVMe SSD. Однако пока привлекательные цены компания ADATA не предлагает. Дешевле XPG SX8000 можно купить не только накопители семейства Phison E7, но и иногда даже некоторые производительные модели вроде Plextor M8Pe или Samsung 960 EVO.

Впрочем, ситуация с ценами ещё может поменяться, и если стоимость ADATA XPG SX8000 приблизится к цене Intel SSD 600p, то этот продукт вполне сможет представлять определённый интерес. Ведь если подходить к нему как к бюджетному решению в своём классе, то в нём можно увидеть немало плюсов: высокий ресурс, длительный срок гарантии, широкий модельный ряд и скорости, которые заметно выше, чем у привычных SATA SSD.