Третья версия Samsung 850 EVO: теперь на 64-слойной TLC 3D V-NAND

2017 год стал переломным моментом, когда флеш-память с трёхмерной организацией по объёмам выпуска смогла превзойти привычную планарную память. Это напрямую связано с тем, что к настоящему моменту большинство производителей чипов NAND смогли, наконец, освоить технологические процессы для изготовления трёхмерной памяти с 64 слоями. В частности, в настоящее время Micron производит 256-гигабитные 64-слойные кристаллы NAND с площадью 59 мм²; у Toshiba с конвейера сходят 512-гигабитные 64-слойные кристаллы BiCS3 площадью около 132 мм²; компания SK Hynix предлагает партнёрам 72-слойную память с кристаллами объёмом 512 Гбит; а первопроходец технологии 3D NAND, компания Samsung, массово штампует 512-гигабитные кристаллы с площадью примерно 129 мм². Приведённые числа наглядно показывают, что, благодаря внедрению очередного поколения технологии многослойной флеш-памяти, плотность получающихся полупроводниковых кристаллов повысилась столь серьёзно, что 3D NAND наконец-то стала действительно выгоднее планарной памяти. Превосходство в плотности хранения данных над лучшими по этой характеристике образцами планарной TLC NAND достигло трехкратного размера, и это наконец-то полностью перекрывает все преимущества старой технологии: то, что выпуск современной 15-нм памяти с однослойной организацией не требует технического перевооружения производства, что планарная память существенно проще и быстрее в изготовлении, а также что она позволяет получать заметно более высокий выход годной продукции.

Победа, одержанная технологией 3D NAND, заметна и по рынку потребительских продуктов. На прилавках магазинов начали массово появляться твердотельные накопители, построенные на 64-слойной памяти. Пока их, правда, не столь много, но почти все ведущие производители флеш-памяти уже отметились с массовыми моделями SSD, в которых устанавливается трёхмерная 64-слойная память. В качестве примеров следует упомянуть накопители-новинки Intel SSD 545s, Toshiba TR200, WD Blue 3D и SanDisk Ultra 3D. Удивительно лишь, что в этом списке SSD пока нет продукции Samsung: хотя эта компания и продемонстрировала первые образцы своей 64-слойной памяти более года тому назад, никаких свежих потребительских моделей SSD с SATA- или NVMe-интерфейсом, которые были бы на ней построены, с тех пор объявлено не было. Используя свою 64-слойную память, эта компания лишь запустила новую серию внешних твердотельных накопителей с интерфейсом USB 3.1 Gen 2 Type-C – Samsung Portable SSD T5.

Микросхемы 64-слойной TLC 3D V-NAND производства Samsung

Впрочем, говорить о том, что среди накопителей Samsung, устанавливаемых внутрь системных блоков, на сегодняшний день нет решений, где бы использовалась наиболее прогрессивная трёхмерная память, совершенно неверно. Такие модели существуют, просто их появление особо не афишируется. На самом же деле где-то в начале осени Samsung перевела на новую память свои наиболее востребованные продукты – 850 EVO и 960 EVO. И к настоящему моменту обновлённые версии этих накопителей начали достигать прилавков отечественных магазинов.

«Тайное» изменение начинки в поставляющихся на рынок накопителях – достаточно распространённая практика, ей пользуются не только подавляющее большинство компаний второго-третьего эшелона, но и некоторые лидеры рынка. Однако подход к таким махинациям может быть разным. Некоторые производители заменяют аппаратные компоненты, не особенно следя за тем, чтобы характеристики «усовершенствованной» версии продукта были не хуже, чем у изначальной. А некоторые, напротив, стараются пристально следить за тем, чтобы новые покупатели продолжали получать решения того же уровня, что и их предшественники. Samsung, судя по всему, относится ко второй группе. По крайней мере, когда трюк с заменой памяти эта компания проворачивала в прошлый раз – при переходе с 32-слойной на 48-слойную TLC 3D V-NAND, для конечных пользователей почти всё осталось по-старому. Начинка в 850 EVO тогда кардинально поменялась, но тесты показали, что реальные потребительские характеристики это практически не затронуло: производительность и надёжность остались на первоначальном уровне.

Теперь же Samsung решила провернуть тот же фокус ещё раз и вместо 850 EVO на базе 48-слойной TLC 3D V-NAND предложить покупателям другую, уже третью версию 850 EVO, в которой используется более новая 64-слойная память. И это снова вызывает вполне закономерные опасения: новая память имеет ядра вдвое большей ёмкости, а значит, степень параллелизма массивов флеш-памяти в накопителях серии 850 EVO снова уполовинивается. В теории это может вызвать не самые приятные последствия, однако представители компании уверяют, что переезд на новую элементную базу для конечных пользователей снова будет совершенно незаметен.

Однако мы не привыкли верить производителям на слово и поэтому, как только серийные образцы Samsung 850 EVO третьей версии оказались в пределах нашего доступа, взяли один экземпляр на тестирование. И теперь готовы рассказать, какие отличия и особенности есть у этой «тихой» новинки, по каким-то причинам представленной под старым именем.

⇡#Samsung 850 EVO версия 3.0: что изменилось

Стремление производителя перейти на использование более современной памяти вполне понятно. Её использование позволяет естественным образом снизить затраты на изготовление конечных изделий – твердотельных накопителей. А этим летом у Samsung как раз завершилось начатое в 2015 году строительство новой фабрики, расположенной в южнокорейском Пхёнтэке. Все появившиеся дополнительные производственные мощности предназначены для выпуска 64-слойной трёхмерной флеш-памяти, поэтому недостатка в такой 3D V-NAND у Samsung нет. Более того, прогнозируется даже, что к концу года новая память будет составлять как минимум половину всей флеш-продукции компании.

Экономический эффект от перехода на память c 64 слоями, которая относится уже к четвёртому поколению самсунговской 3D V-NAND, несмотря на всё возрастающую сложность производственного процесса, вполне очевиден. Себестоимость здесь снижается за счёт двух факторов: как из-за увеличения «этажности» размещения ячеек флеш-памяти на единице площади полупроводникового кристалла, так и в связи с очередным двукратным увеличением ёмкости самих кристаллов, которая доведена теперь до 512 Гбит. В результате, по сравнению со старой 48-слойной памятью, новая 64-слойная TLC 3D V-NAND обеспечивает примерно в полтора раза более высокую плотность хранения данных.

А это значит, что новые Samsung 850 EVO третьей версии, основанные на 64-слойной памяти с трёхбитовыми ячейками, оказываются банально выгоднее для производителя: с одной стороны, с ними можно наращивать норму прибыли, а с другой – можно с лёгкостью ввязываться в ценовые войны с конкурентами. Так, по имеющимся оценкам, третья версия Samsung 850 EVO суммарно оказалась рентабельнее прошлого варианта примерно на 10-20 процентов.

Однако выиграть от внедрения в 850 EVO 64-слойной памяти должен не только производитель. В TLC 3D V-NAND нового, четвёртого поколения внесены существенные архитектурные улучшения, которые позволили примерно в полтора раза сократить время, необходимое для программирования ячеек. Благодаря этому по скорости записи 64-слойная TLC 3D V-NAND компании Samsung превосходит стандартную планарную TLC-память уже почти вчетверо. Такие изменения в производительности чипов призваны эффективно компенсировать снижение параллелизма массива флеш-памяти, и новые Samsung 850 EVO по производительности записи должны не уступать накопителям прошлой версии, где использовались 256-гигабитные кристаллы 48-слойной TLC 3D NAND.

К тому же в наиболее критичных случаях, где уменьшение числа устройств NAND в массиве флеш-памяти действительно было способно отрицательно сказаться на быстродействии, инженеры Samsung решили использовать 64-слойную память с урезанными по ёмкости 256-гигабитными кристаллами. В частности, такие кристаллы устанавливаются в обновлённые Samsung 850 EVO ёмкостью 250 и 500 Гбайт.

Перевод модельного ряда 850 EVO на новое поколение 3D V-NAND не должен нанести удар и по надёжности, которая до сих пор была одним из сильных мест накопителей Samsung. В новой 64-слойной TLC-памяти компании Samsung разработчиками был произведён переход на сниженные входные напряжения устройств NAND, и это способно положительно сказаться на их ресурсе. В результате производитель говорит даже об увеличении реальной выносливости накопителей с новой памятью примерно на 20 процентов.

Вместе с тем, несмотря на существенные отличия новой памяти, никакие паспортные параметры у Samsung 850 EVO третьей версии не изменились. Компания продолжает заявлять для них скорости линейного чтения и записи на уровне 540 и 520 Мбайт/с, а производительность произвольных операций – 98 и 90 тысяч IOPS при чтении и записи соответственно. Нет перемен и в условиях гарантии. На накопители продолжает даваться пятилетняя гарантия, а объём записи, в пределах которого возможно гарантийное обслуживание, составляет 75 Тбайт для 250-Гбайт версии, 150 Тбайт – для накопителей ёмкостью 500 Гбайт и 1 Тбайт и 300 Тбайт – для наиболее вместительных модификаций.

Тем самым компания Samsung хочет показать, что, несмотря на второе за время жизни серии 850 EVO изменение её начинки, накопители сохраняют преемственность и стабильность характеристик. Тем не менее не стоит забывать, что эта серия на самом деле является неимоверно разнообразной с точки зрения внутренностей. В таких накопителях может использоваться три разных контроллера: MEX, MGX или MHX — три вида самсунговской TLC 3D V-NAND: второго, третьего или четвёртого поколения с 32, 48 и теперь 64 слоями.

⇡#Атака клонов: Samsung 850 EVO, Samsung 850 и Samsung 860 EVO

Третья версия Samsung 850 EVO приходит на рынок не слишком надолго. На самом деле это – некий переходный вариант, который в начале следующего года должен быть заменён полноценной новой моделью, название которой уже вовсю мелькает в новостях – 860 EVO. Для перспективного продукта инженеры Samsung готовят новый контроллер, но память там будет использоваться точно такая же, как в рассматриваемой в этом материале третьей версии 850 EVO, – 64-слойная TLC 3D V-NAND. Выход такой новинки поставит точку в модернизации аппаратной платформы, но каких-то существенных перемен в производительности ждать вряд ли следует: существующие 850 EVO выжимают возможности, предоставляемые интерфейсом SATA, практически полностью.

Поэтому, если вы хотите приобрести добротный SATA SSD сейчас, смысла ждать появления в продаже 860 EVO, скорее всего, нет. Третья версия Samsung 850 EVO с 64-слойной памятью достаточно хороша для того, чтобы удовлетворить запросы как простых пользователей, так и энтузиастов.

Понять же, какая версия Samsung 850 EVO перед вами, достаточно просто – для этого нужно обратиться к серийному номеру, указанному на коробке, на накопителе или в SMART. 48-слойная TLC 3D NAND третьего поколения стала попадать в накопители, когда их серийные номера достигли значений S2M000000000000. То же, что в конкретном SSD установлена новейшая 64-слойная TLC 3D NAND четвёртого поколения, можно распознать по значению серийного номера, превышающему S3L000000000000.

Никаких иных, более заметных признаков появления в накопителях 64-слойной памяти, к сожалению, нет. За одним важным исключением. При переводе серии 850 EVO на 48-слойную TLC 3D V-NAND компания Samsung исключила из ассортимента модификацию с ёмкостью 120 Гбайт. Поэтому доступные в продаже в настоящее время варианты 850 EVO имеют объём не менее 250 Гбайт. Но с переходом на 64-слойную память 120-гигабайтные версии возвращаются. Правда, доступны они будут лишь в отдельных странах (Россия в их число входит) и под немного видоизменённым названием – Samsung 850 (без окончания EVO).

Тем не менее такие накопители по своим основным характеристикам будут очень похожи на старые добрые 850 EVO 120 Гбайт первой версии – построенные на TLC 3D V-NAND c 32 слоями. Достигаться это будет благодаря тому, что в них будет применяться новая 64-слойная TLC 3D-память четвёртого поколения с усечённым до 256 Гбит объёмом кристаллов.

⇡#Samsung 850 EVO 500 Гбайт третьей версии: подробное знакомство

Для того чтобы в подробностях проверить, что представляет собой третья версия Samsung 850 EVO с 64-слойной памятью, мы по традиции взяли накопитель объёмом 500 Гбайт. Новая модификация ничем примечательным себя не выдавала. Единственный признак того, что память внутри накопителя обновилась, — это серийный номер. У нашего экземпляра он начинается с символов «S3N», что явно указывает на третью версию продукта (S3N – старше «точки отсчёта» S3L, с которой в самсунговские SSD стала попадать трёхмерная память четвёртого поколения).

Согласно серийному номеру, дата выпуска этого накопителя приходится на сентябрь 2017 года. Понять это можно по восьмому и девятому символу. В восьмом символе кодируется год выпуска (F – 2014, G – 2015, H – 2016, J – 2017, K – 2018), девятый – это порядковый номер месяца (ноябрь и декабрь кодируются буквами A и B соответственно). Больше ничего заслуживающего внимания во внешности отметить нельзя: корпус и информационная этикетка рассматриваемого Samsung 850 EVO совершенно стандартны, они не менялись за всё время жизни серии, с конца 2014 года.

Зато внутренности в очередной раз претерпели изменения. Впрочем, не слишком заметные. Дизайн печатной платы, сделанный с явной оглядкой на экономию текстолита, остался тем же, что и был. Но состав установленных на ней микросхем частично изменился.

Так, здесь можно наблюдать две новые микросхемы флеш-памяти, в которых упаковано по восемь 256-гигабитных кристаллов TLC 3D V-NAND с 64-слойной организацией. Эти микросхемы отличаются от предшественниц своей маркировкой: последний символ в третьей строке кодирует семейство памяти, и литера А соответствует четвёртому поколению самсунговской 3D V-NAND. Остальная элементная база сохранилась в неизменном виде. Накопитель управляется хорошо знакомым нам контроллером MGX, а помогает ему в работе оперативная память LPDDR3 SDRAM объёмом 512 Мбайт.

Таким образом, массив флеш-памяти в Samsung 850 EVO 500 Гбайт третьей версии составлен из шестнадцати устройств NAND, к которым контроллер обращается по восьми каналам с двукратным чередованием. Степень параллелизма кажется небольшой, однако этого вполне хватает для того, чтобы обеспечивать достаточную производительность операций записи. Архитектурные улучшения во флеш-памяти четвёртого поколения сделали своё дело, и, как и раньше, никакого падения скорости непрерывной записи при исчерпании объёма SLC-кеша у новой версии Samsung 850 EVO 500 Гбайт не наблюдается.

Кривая зависимости скорости линейной записи от объёма записанных данных выглядит как ровная линия, проходящая на уровне 500 Мбайт/с, несмотря на то, что объём SLC-кеша, реализованного в рамках фирменной технологии TurboWrite, у Samsung 850 EVO 500 Гбайт составляет всего 6 Гбайт.

В заключение нужно отметить и ещё один момент. Двухъядерный 550-мегагерцевый контроллер Samsung MGX оказался всеяден в плане поддерживаемой памяти. Он начал применяться ещё в Samsung 850 EVO первых версий и продемонстрировал свою способность нормально работать с трёхмерной памятью как с 32, так и с 48 и 64 слоями. При этом каждый раз его возможности инженеры «допиливали» микропрограммой. Это произошло и теперь, поэтому не стоит удивляться тому, что в новых Samsung 850 EVO вы встретите прошивку новой версии с номером EMT03B6Q – именно она и есть то самое ключевое звено, которое обеспечивает стыкование старого контроллера MGX с новой 64-слойной TLC 3D V-NAND.