Обзор SSD-накопителя c NVMe-интерфейсом Transcend MTE850

⇡#Методика тестирования

Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 10 Enterprise x64 Build 16299, 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

По своему позиционированию Transcend MTE850 представляет собой недорогой NVMe SSD, основанный на MLC NAND. Иными словами, он нацеливается на то, чтобы стать выгодным по соотношению цены и производительности решением нового поколения, работающим по шине PCI Express и использующим протокол NVMe. Поэтому сравнить его мы решили с другими распространёнными SSD с тем же интерфейсом. На сегодняшний день потребительских NVMe-накопителей выпущено уже немало, так что в итоге у новинки Transcendполучился достаточно обширный перечень соперников:

• ADATA XPG SX8000 512 Гбайт (ASX8000NP-512GM-C, прошивка C2.2.1);
• Intel SSD 600p 512 Гбайт (SSDPEKKW512G7, прошивка PSF121C);
• GOODRAM IRDM Ultimate 480 Гбайт (SSDPR-IRIDULT-480, прошивка E7FM04.5);
• Plextor M8Pe 512 Гбайт (PX-512M8PeG, прошивка 1.06);
• Plextor M8Se 512 Гбайт (PX-512M8SeY, прошивка 1.00);
• Samsung 960 EVO 500 Гбайт (MZ-V6E500, прошивка 2B7QCXE7);
• Samsung 960 PRO 512 Гбайт (MZ-V6P512, прошивка 2B6QCXP7);
• Toshiba OCZ RD400 512 Гбайт (RVD400-M22280-512G-A, прошивка 57CZ4102);
• Transcend MTE850 512 Гбайт (TS512GMTE850, прошивка C2.3.13);
• Western Digital Black SSD 512 Гбайт (WDS512G1X0C, прошивка B35500WD).

Используемые версии NVMe-драйверов:

• Microsoft Windows NVMe Driver 10.0.16299.15;
• OCZ NVMe Driver 1.2.126.843;
• Plextor NVMe Driver 1.4.0.0;
• Samsung NVM Express Driver 2.2.0.1703.

⇡#Производительность последовательного чтения и записи

При линейном чтении, которое выполняется одним потоком с минимальной глубиной очереди запросов, современные NVMe-накопители редко достигают заявленных скоростей. Особенно сильно эта проблема затрагивает накопители на базе контроллеров Phison и SMI. Как видно по приведённым диаграммам, при чтении Transcend MTE850 демонстрирует скорость на уровне 870 Мбайт/с, а при записи – до 1,0 Гбайт/с. Это – именно те показатели производительности последовательных операций, с которыми придётся иметь дело при реальном использовании рассматриваемого накопителя, и они невысоки. Особенно расстраивает положение дел с чтением: тот же Samsung 960 EVO способен выдать в два с половиной раза более высокий результат.

Несколько сгладить разрыв в производительности может увеличение глубины очереди запросов. На следующих графиках приводится зависимость производительности последовательных операций от числа команд в этой очереди.

Даже при заметном увеличении глубины очереди, когда производительность SSD доходит до максимальных значений за счёт распараллеливания запросов, Transcend MTE850 остаётся в числе накопителей с невысоким быстродействием. Производительность при чтении возрастает до 2,3 Гбайт/с, а при записи – до 1,1 Гбайт/с, но всё равно это скорее соответствует пропускной способности накопителя с интерфейсом PCI Express 3.0 x2. Иными словами, контроллер SM2260 – больше компромиссное, чем производительное решение, и любые SSD на его основе могут восприниматься лишь как доступные продукты с NVMe-интерфейсом. К счастью, Silicon Motion планирует в ближайшее время предложить значительно более быстродействующую альтернативу – процессор SM2262. Но пока он не получил широкого распространения, партнёрам этого разработчика придётся производить продукты вроде Transcend MTE850 – накопители, которые способны стать лишь начальным уровнем в мире NVMe SSD.

⇡#Производительность произвольного чтения

Стоит отметить, что оптимизации в микропрограмме Transcend MTE850 позволили немножко увеличить скорость этого накопителя по сравнению с ADATA XPG SX8000 на аналогичном контроллере. Но всё равно при случайном чтении новинка Transcend выглядит примерно так же, как и другие варианты того же класса, и не может предложить скорость уровня, обозначенного быстрыми NVMe SSD компаний Samsung, Toshiba и Plextor.

Но по следующему графику, где показано, как зависит производительность рассматриваемого SSD от глубины очереди запросов при произвольном чтении 4-килобайтных блоков, видно, что силён Transcend MTE850 только при небольшой глубине очереди запросов.

При росте параллельной нагрузки относительное быстродействие Transcend MTE850 отдаляется от показателей большинства конкурентов. Это означает, что вычислительная производительность контроллера SM2260 не слишком высока для использования в скоростных SSD с NVMe-интерфейсом, включаемых в систему по шине PCI Express 3.0 x4. Впрочем, никаким открытием это не является.

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

Примерно такая же тенденция прослеживается и при увеличении размеров блоков. Иными словами, выгодная для Transcend MTE850 нагрузка – это произвольное чтение небольших блоков данных при очень небольшой глубине очереди запросов. В остальных случаях производительность этого решения несколько ниже среднего уровня (относительно прочих NVMe SSD).

⇡#Производительность произвольной записи

Скорость случайной записи при отсутствии очереди запросов, которую может обеспечить Transcend MTE850, находится на сравнительно неплохом уровне. Рост очереди приводит к тому, что результаты этого накопителя остаются в средней части диаграммы. Любопытно, что результаты ADATA XPG SX8000 при этом немного выше, чем у Transcend MTE850. Видимо, микропрограмма накопителя Transcend как-то иначе работает с SLC-кешем, из-за чего и возникают небольшие различия в измеряемых синтетическими тестами скоростных показателях.

График, показывающий зависимость скорости произвольной записи 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов, отражает описанные проблемы с производительностью Transcend MTE850 более явно:

При увеличении глубины очереди запросов производительность Transcend MTE850 при записи случайных блоков упирается в предел в 0,5 Гбайт/с. В результате на длинных очередях этот SSD опережает лишь Plextor M8Se, WD Black SSD и Intel SSD 600p. Любые же другие NVMe SSD, включая и ADATA XPG SX8000, быстрее рассматриваемой новинки Transcend.

⇡#Производительность при смешанной нагрузке

Обычно SSD на базе контроллеров Silicon Motion отличаются неплохой производительностью при смешанных операциях. Именно это мы и видим в случае Transcend MTE850. Здесь он даже пытается затесаться в группу лидеров, и отчасти ему это удаётся. По крайней мере, MTE850 не только опережает решения с трёхбитовой памятью, но и показывает результат даже лучше, чем Plextor M8Pe.

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

⇡#Производительность в CrystalDiskMark

Transcend MTE850 512GB

Samsung 960 EVO 500GB

CrystalDiskMark – сравнительно простой тест, который мы используем для того, чтобы оценить производительность SSD при работе с небольшими объёмами данных, которые помещаются в SLC-кеш. Для сравнения рядом с показателями Transcend MTE850 приведены результаты, полученные на Samsung 960 EVO. И такое сопоставление оказывается явно не в пользу главного героя обзора. Он проигрывает аналогичному по позиционированию предложению Samsung по всем основным скоростным показателям.

⇡#Производительность в PCMark 8 Storage Benchmark 2.0

Несмотря на выявленные ранее небольшие различия в профиле производительности между Transcend MTE850 и ADATA XPG SX8000, в сценариях, воспроизводящих реальную нагрузку из приложений, данные накопители показывают практически идентичное быстродействие. И это означает, что рассматриваемый продукт скорее относится к числу NVMe-накопителей, которые стоит рассматривать в качестве компактной и чуть более быстрой замены SATA SSD. Никакого принципиального преимущества перед решениями, использующими старый интерфейс, он дать не в состоянии.

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.

⇡#Производительность при реальной нагрузке

При простом копировании файлов внутри накопителя результат Transcend MTE850 выглядит достаточно неплохо, однако если файловые операции носят несимметричный характер, как обычно бывает при работе с архиваторами или другими программами, преобразующими данные, показатели этого SSD оказываются хуже. В сумме же при файловых операциях Transcend MTE850 превосходит по производительности наиболее дешёвые NVMe-накопители вроде Intel SSD 600p, Plextor M8Se или WD Black SSD, но соперничать с доступным SSD компании Samsung ему тяжело. Преимущество Samsung 960 EVO в некоторых случаях доходит до двукратного.

Примерно полуторакратное ускорение на фоне среднестатистических SATA SSD рассматриваемый Transcend MTE850 может дать и при операциях системного характера: при загрузке операционной системы, игр или приложений. Среди же прочих NVMe SSD он занимает среднее положение, представляя собой альтернативу недорогим накопителям, основанным на памяти с трёхбитовыми ячейками.

⇡#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 Transcend MTE850 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 тестируемый SSD 128 Гбайт информации, – побочный эффект технологии ускоренной записи, 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 MTE850 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 производительности, то и с ней у продукта Transcend 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 Transcend MTE850 явно не дотягивает.

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 NVMe-накопителях автономная сборка мусора требуется редко. Они предназначены для новых систем, где поддержка TRIM заведомо есть, а в RAID-массивах почти не используются. Transcend MTE850 относится к числу решений, где автономной сборки мусора не предусмотрено. В данном случае этот алгоритм инициируется исключительно по команде TRIM, поступающей со стороны операционной системы. Однако такую особенность вряд ли стоит относить к числу недостатков. Тем более что к тому, как рассматриваемый накопитель реагирует на TRIM, никаких претензий нет.

⇡#Проверка температурного режима

Проверка температурного режима – одно из важных испытаний при тестировании M.2-накопителей с интерфейсом NVMe. Обычно быстродействующие накопители такого формата, лишённые какого-либо охлаждения, достаточно быстро перегреваются, что требует от пользователей специально заботиться об отводе тепла. Решения на базе контроллера SMI SM2260 в этом плане – далеко не самый удачный вариант. Данный контроллер отличается горячим норовом, и, например, тот же ADATA XPG SX8000 перегревается буквально за 15 секунд интенсивной записи. Давайте проверим, как обстоит дело с температурным режимом Transcend MTE850.

Мы провели эксперимент, в рамках которого нагрузили Transcend MTE850 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 возникло. Более того, операции чтения вообще практически не сказываются на температурном режиме.

Правда, некоторое недоумение вызывает то, насколько сильно Transcend MTE850 нагревается в состоянии простоя. Ещё до того, как мы начали совершать с ним какие-либо действия, его температура установилась на отметке в 61 градус! Но для контроллера SM2260 – это совершенно обычное состояние, подобным образом он ведёт себя и в накопителях других производителей.

Интенсивная нагрузка в виде чтения меняет в тепловом режиме накопителя немногое. Температура возрастает на пару-тройку градусов и в конечном итоге не выходит за 65-градусную отметку. То есть при чтении Transcend MTE850 вполне способен к устойчивой работе без каких-либо дополнительных средств охлаждения.

Но вот при записи всё оказывается гораздо хуже.

Критический перегрев возникает буквально через 20 секунд непрерывной записи. Предел, при котором включается температурная защита, у Transcend MTE850 установлен в 68 градусов. Достичь его очень легко – ведь это всего на 6-7 градусов выше температуры накопителя в состоянии покоя. Поэтому если MTE850 работает без установленной на нём какой-либо системы охлаждения, троттлинг сразу же значительно сбрасывает производительность. Иными словами, если Transcend MTE850 предполагается применять в режиме, отличном от «только для чтения», без дополнительного охлаждения с хорошей эффективностью ему не обойтись.

⇡#Выводы

Transcend MTE850 оказался совершенно типичным NVMe-накопителем на базе контроллера SMI SM2260 и памяти Micron 3D MLC NAND первого поколения. Хотя он и появился существенно позже ADATA XPG SX8000, различия между этими моделями прослеживаются лишь в малозначительных деталях. Ни на уровне аппаратной платформы, ни на уровне микропрограммы Transcend MTE850 никаких улучшений не получил. Поэтому впечатление он произвёл на нас точно такое же, как и ADATA XPG SX8000. В лице Transcend MTE850 мы встретили не слишком быстрый по современным меркам, но очень горячий в работе NVMe-накопитель. Иными словами, в существующей иерархии решений с NVMe-интерфейсом его можно поставить ближе к нижнему краю.

Безусловно, имеют право на существование и такие модели, вопрос лишь в их ценовом позиционировании. И вот здесь у Transcend MTE850 обнаруживается существенный недостаток. Перед завершением прошлого года флеш-память начала дешеветь, и ведущие производители твердотельных накопителей стали снижать цены на свою продукцию. Но компания Transcend, похоже, оказалась не готова к такому повороту событий. И сегодня MTE850 не только заметно превосходит по цене предложения подобного же класса на контроллерах Silicon Motion и Phison, но и продается даже дороже «эталонного» Samsung 960 EVO. Это делает приобретение Transcend MTE850 откровенно нерациональным поступком.

Впрочем, крест на Transcend MTE850 пока ставить рано. Рынок NVMe SSD активно движется в сторону массовых недорогих решений, которые можно охарактеризовать как «замена SATA SSD», и этот накопитель вполне может вписаться в такую струю. Нужно лишь, чтобы производитель смирился с тем, что альтернативой флагманским NVMe-накопителям MTE850 быть не может, и пересмотрел бы свою ценовую политику.

Кроме того, возможен и другой сценарий. Silicon Motion уже подготовила достойную замену чипу SM2260 – более новый NVMe-контроллер SM2262, который обладает куда лучшими возможностями. Поэтому Transcend MTE850, который сыграл роль «пробного шара», вполне может быть вскоре заменён усовершенствованной моделью, и она, в отличие от своей предшественницы, могла бы получить на формирующемся рынке NVMe SSD куда более достойное место.

А пока остаётся лишь констатировать, что, прежде чем NVMe-накопители компании Transcend смогут получить от нас положительную рекомендацию, они должны будут как-то измениться.