Обзор NVMe-накопителя Plextor M9Pe: первый SSD с RGB LED

На рынке потребительских SSD с NVMe-интерфейсом на данный момент безоговорочное лидерство удерживает Samsung. С момента анонса накопителей серий 960 PRO и 960 EVO прошло уже почти полтора года, но ни один из конкурентов южнокорейской компании пока так и не смог вывести на массовый рынок какую-либо альтернативу, способную предложить сравнимые характеристики. Да, компания Intel начала продажи Optane SSD 900P, который, строго говоря, быстрее флагманов Samsung (и намного), однако нужно учитывать, что это – продукт совсем иного калибра, который сравнивать с традиционными SSD на базе NAND-памяти некорректно хотя бы из-за их значительно более высокой цены. Поэтому нет ничего удивительного в том, что доля Samsung в сегменте NVMe SSD в России доходит сейчас почти до 60 процентов.

Столь слабая конкуренция среди производителей в этой рыночной нише во многом объясняется отсутствием качественных общедоступных контроллеров, которые позволили бы проектировать достойные по быстродействию решения. Те стандартные чипы, которые предлагают «вездесущие» Phison и Silicon Motion, заведомо слабее фирменного самсунговского процессора Polaris. Поэтому единственный путь, которым могут пойти многочисленные партнёры тайваньских разработчиков контроллеров, – пытаться привлечь хоть какое-нибудь внимание покупателей к своим продуктам за счёт ценовой политики.

Однако это не значит, что сложившееся господство Samsung невозможно поколебать никакими средствами. Компании масштаба Toshiba или Western Digital имеют вполне достаточно ресурсов для разработки собственных высококачественных контроллеров, и рано или поздно новаторские NVMe-продукты этих тяжеловесов, основанные на вертикально интегрированных платформах, должны будут сказать своё веское слово на розничном рынке. В частности, можно ожидать скорого выхода потребительской версии достаточно неплохого Toshiba XG5, а также появления в розничной продаже анонсированного на прошлой неделе Western Digital SN720. Что характерно, оба эти NVMe SSD разных производителей вдохновлены одной и той же BiCS3-памятью, которая среди современных разновидностей NAND с трёхбитовыми ячейками смотрится весьма выигрышно.

Другая потенциальная возможность для появления у накопителей Samsung реальных конкурентов обеспечивается тем, что процессоры для NVMe SSD проектирует ещё одна мощная независимая инженерная команда – Marvell, и некоторые предлагаемые этой фирмой варианты в теории способны развивать производительность, сравнимую с производительностью 960 PRO и 960 EVO. Правда, для того, чтобы воплотить такие решения в конечных продуктах, от производителей SSD требуется самостоятельная разработка микропрограммы, которую Marvell вместе со своими контроллерами не предлагает. С одной стороны, это действительно открывает практически безграничный простор для оптимизации, но с другой – отсеивает мелкие фирмы со слабым НИОКР-потенциалом. Поэтому NVMe-платформы Marvell решаются использовать лишь единичные компании, и в первую очередь это Plextor.

В ассортименте Plextor достаточно давно сосуществуют два NVMe SSD, построенных на контроллере Marvell 88SS1093, – M8Pe и M8Se. Но данные накопители используют планарную MLC- и TLC-память, выпускаемую компанией Toshiba, что обуславливает их стремительное моральное устаревание и низкую рентабельность для производителя. Неудивительно, что Plextor постаралась как можно скорее заменить эту пару моделей последователем с более прогрессивной начинкой – с трёхмерной памятью Toshiba BiCS3. Им стал новый NVMe-накопитель M9Pe, который с самого начала 2018 года уже продаётся в некоторых странах. К настоящему же моменту эта новинка, наконец, добралась и до России, и мы с огромным интересом взяли её на тестирование. Интрига заключается в том, что M9Pe вновь основывается на контроллере 88SS1093, то есть представляет собой уже третью итерацию в оптимизации микропрограммы Plextor для данного процессора. А если учесть, что в Plextor M9Pe к тому же применяется достаточно производительная по современным меркам флеш-память, то можно сделать предположение, что этот SSD имеет хороший шанс взять реванш у NVMe-накопителей Samsung.

⇡#Технические характеристики

Итак, Plextor M9Pe – это накопитель, построенный на старом и неплохо зарекомендовавшем себя NVMe-контроллере Marvell 88SS1093 (Eldora) и новой трёхмерной 64-слойной памяти с трёхбитовыми ячейками Toshiba BiCS3. Исходя из такого описания можно было бы предположить, что M9Pe выступает последователем M8Se, построенного на планарной 15-нм TLC NAND, но производитель метит выше. M9Pe позиционируется как современная замена M8Pe – накопителя, в котором использовалась планарная 15-нм MLC-память.

Возможно это во многом благодаря свойствам памяти Toshiba BiCS3. Хотя такая память и хранит по три бита информации в каждой ячейке, в сравнении с обычной TLC NAND её скорость – выше, а задержки – меньше.

Обеспечивает улучшение характеристик специальная архитектура, в которой заложена фирменная функция Full Sequence. Суть данного алгоритма заключается в возможности одновременного программирования сразу трёх страниц флеш-памяти при использовании меньшего числа последовательных шагов. В результате SSD получает заметно более высокие скорости записи и меньшее энергопотребление. Кроме того, Toshiba обещает для новой памяти BiCS3 почти такую же выносливость, как у MLC NAND, что обеспечивается пространственной ориентацией ячеек, в которых используется технология ловушки заряда.

В конечном итоге M9Pe действительно может похвастать характеристиками, позволяющими сопоставлять его с предыдущим флагманом Plextor.

Из приведённой таблицы хорошо видно, что, согласно официально заявленным спецификациям, Plextor M9Pe серьёзно превосходит M8Pe практически на всех типах операций.

Очевидно, что столь заметное улучшение скоростных параметров не может быть обусловлено одной лишь сменой памяти. Прогресс во многом связан с обновлённой и усовершенствованной микропрограммой, которая выжимает из чипа Marvell 88SS1093 больше, чем раньше. И действительно, начинка в этом контроллере заложена весьма впечатляющая: он построен на трёх ядрах Cortex R5, функционирующих на частоте 500 МГц, использует для общения с массивом флеш-памяти восемь каналов, а с основной системой общается по протоколу NVMe 1.1b, реализованному поверх шины PCI Express 3.0 x4. И кажется, что разработчики Plextor наконец-то смогли задействовать весь доступный потенциал на полную катушку.

Развивая тему про контроллер Marvell 88SS1093, нужно добавить ещё пару важных штрихов. Во-первых, этот чип способен обеспечивать высокую скорость случайных операций при невысокой глубине очереди запросов – для этого данный контроллер оптимизировался специальным образом. Во-вторых, в нём реализованы прогрессивные алгоритмы коррекции ошибок NANDEdge на основе LDPC-кодов, которые позволяют существенно продлить срок службы памяти, несмотря на её TLC-сущность.

В результате Plextor M9Pe получил следующие характеристики.

Выглядит всё это весьма многообещающе. Действительно, если поверить в те показатели производительности, которые приведены в таблице, то получается, что Plextor M9Pe почти дотягивает до уровня Samsung 960 PRO. Но есть один важный нюанс. BiCS3 3D NAND – это память с трёхбитовыми ячейками, а значит, в M9Pe должно применяться SLC-кеширование. И оно действительно есть. Технология ускоренной записи в этом накопителе носит название PlexNitro, и именно она обеспечивает те впечатляющие показатели быстродействия при операциях записи, которые приведены в таблице выше.

В прошлом NVMe SSD авторства Plextor с TLC-памятью, M8Se, SLC-кеш имел сравнительно небольшой размер, и выйти за его пределы даже при обычной пользовательской активности было не так сложно. В новом M9Pe ситуация с размерами кеша, к сожалению, осталась примерно такой же. Проиллюстрировать это можно следующим графиком, на котором мы показали, как изменяется скорость линейной записи при непрерывном заполнении данными Plextor M9Pe ёмкостью 512 Гбайт.

Как следует из графика, размер SLC-кеша у 512-гигабайтного накопителя составляет всего лишь 6 Гбайт. Иными словами, на каждые 256 Гбайт ёмкости SSD приходится всего по 3 Гбайт флеш-памяти, переведённой в быстрый режим. По современным меркам это – очень мало, особенно если учесть, что обещанные 2 Гбайт/с на линейной записи накопитель развивает только в пределах этого объёма. За пределами же SLC-кеша скорость значительно ниже – порядка 520 Мбайт/с. Впрочем, если сравнивать это значение с тем, какое быстродействие обычно показывают массивы флеш-памяти, составленные из разнообразной TLC NAND, показатель это всё же неплохой. Более быструю память c трёхбитовыми ячейками за пределами SLC-кеша предлагает разве только Samsung 960 EVO, да и то его преимущество не превышает 10-15 процентов.

Если же сопоставить скорость работы массива флеш-памяти у Plextor M9Pe и у его TLC-предшественника, M8Se, то прогресс впечатляет. Хотя размер SLC-кеш остался тем же, его скорость в новинке выросла почти вдвое. При этом, правда, массив памяти в TLC-режиме увеличил скорость записи совсем незначительно, но нужно понимать, что в M8Se использовалась флеш-память с 128-гигабитными ядрами, теперь же объём ядер NAND вырос вдвое. То есть скорость новинки не упала даже несмотря на то, что степень параллелизма её массива памяти сократилась вдвое. Всё это в сумме – очень убедительная иллюстрация того, насколько новая трёхмерная BiCS3-память лучше планарной TLC NAND.

Кстати сказать, увеличение ёмкости кристаллов BiCS3 3D TLC NAND поставило крест на возможности создания накопителя объёмом 128 Гбайт. Младшая модель в серии M9Pe теперь имеет объём 256 Гбайт, причём, из-за недостаточности параллелизма массива флеш-памяти, её скоростные показатели совсем не радуют. Фактически Plextor M9Pe 256 Гбайт – это компромиссная модель, которая даже не быстрее бюджетного NVMe SSD прошлого накопителя, M8Se. Этот факт нужно обязательно учитывать: нормальный уровень производительности обеспечивают лишь две старших версии Plextor M9Pe.

Есть у Plextor M9Pe и ещё одна странность. Данная серия преподносится производителем в качестве флагманского решения, и гарантийный срок на входящие в неё накопители установлен в 5 лет. Однако разрешённые объёмы нагрузки предполагают возможность записи на накопитель в пределах гарантийного срока лишь чуть более трети от полной ёмкости ежедневно. В абсолютных показателях это означает, что Plextor считает, будто выносливость BiCS3-памяти не выше, чем у планарной 15-нм TLC NAND производства Toshiba, что категорически расходится и с теорией, и с тем, что говорят про свои BiCS3-чипы их создатели.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Компания Plextor предусматривает для своих накопителей различные форм-факторы, которые позволяют пользоваться ими в компьютерах различного класса без необходимости приобретать дополнительные переходники или системы охлаждения. Так, предыдущие NVMe SSD компании, M8Pe и M8Se, были доступны и в виде карты расширения для слота PCI Express, и в виде «голого» M.2-модуля, и в виде M.2-модуля с предустановленным пассивным охлаждением. Эта стратегия хорошо работала в прошлые разы, поэтому Plextor решила придерживаться её и в случае M9Pe.

Для тестов мы получили полутерабайтную версию M9Pe в двух вариантах исполнения. Во-первых, PX-512M9PeY в виде карты PCI Express 3.0 x4 половинной длины и половинной высоты (HHHL), и, во-вторых, M.2-версию PX-512M9PeG, оснащённую радиатором. Сразу же стоит сказать, что раздельное тестирование производительности этих двух вариантов не имеет никакого смысла – она совершенно идентична. Дело в том, что PCIe-плата на самом деле представляет собой переходник, переносящий четыре линии PCI Express 3.0 из стандартного слота на материнской плате в расположенный на нём разъём M.2, куда вставлена стандартная M.2-модификация накопителя.

Но зато у PCIe-версии есть одно важное преимущество в плане температурного режима. Такое исполнение не накладывает жёстких ограничений на размер теплоотвода, поэтому на PCIe-карту установлен массивный алюминиевый радиатор. Он закрывает всю поверхность платы и эффективно рассеивает тепло, выделяемое накопителем. Как показало наше предшествующее знакомство с разными SSD на контроллере Marvell 88SS1093, греются они очень сильно. Поэтому качественное охлаждение – далеко не бесполезный элемент. И Plextor явно не пожалела на него металла: вес радиатора в PCIe-версии M9Pe составляет 125 грамм.

Кроме того, за счёт дизайна закрывающей поверхность накопителя системы охлаждения инженеры Plextor попытались придать своему SSD агрессивную «геймерскую» внешность. Радиатор, как и сама PCIe-плата PX-512M9PeY, имеет чёрную окраску, а его рёбра плавно обтекают красную вставку с эмблемой Plextor. Доминантой же в облике накопителя служит верхняя грань: на ней размещён небольшой, светящийся белым светом логотип, а также закрытая рассеивателем светодиодная RGB-полоса.

Управлять подсветкой нельзя, она всегда активна и работает по заранее заданному алгоритму. Во время дисковой активности RGB-полоса переливается всеми цветами радуги, а если обращений к накопителю нет, она размеренно пульсирует последовательно меняющимися цветами. Похожим образом работала подсветка и в Plextor M8Pe, но там она имела красный цвет, а M9Pe разработчики пошли дальше и создали первый в истории твердотельный накопитель с RGB-подсветкой.

Радиатор на PX-512M9PeY прижат к плате переходника четырьмя винтами, один из них изначально находится под пломбой, поэтому разобрать накопитель без потери гарантии не получится. Впрочем, ничего особенно интересного под ним нет: после разборки можно лишь убедиться в том, что накопитель состоит из двух карт и в переходнике действительно установлена ординарная M.2-версия M9Pe, которая контактирует с радиатором через теплопроводящую прокладку. Кстати сказать, M.2-модуль накопителя имеет одностороннее исполнение, так что с радиатором соприкасаются все использованные в конструкции накопителя чипы.

Благодаря светодиодной подсветке плата-переходник, использованная в составе PX-512M9PeY, имеет несколько более сложный дизайн по сравнению с прочими подобными переходниками. В дополнение к этому на ней реализован собственный преобразователь питания, который выдаёт нужные 3,3 В на M.2-карту, беря их из слота PCIe не напрямую, а получая это напряжение из 12 В. Такой подход позволяет разгрузить 3,3-вольтовые линии питания материнской платы и установить в слоты несколько PCIe-накопителей одновременно.

Исполнение радиатора на M.2-версии PX-512M9PeG не столь интересно. Он тоже украшен красной вставкой с логотипом Plextor и имеет неоднородный рельеф с невысокими рёбрами искривлённой формы. Однако по сути это лишь тонкая алюминиевая пластинка, способность которой к эффективному теплоотводу можно поставить под сомнение. По крайней мере, пока самый приличный радиатор для M.2-накопителя мы видели на GOODRAM IRDM Ultimate, и радиатору PX-512M9PeG до него очень и очень далеко.

Давайте ознакомимся с самым главным элементом Plextor M9Pe 512 Гбайт подробнее.

M.2-плата M9Pe выполнена на текстолите зелёного цвета и несёт на себе четыре микросхемы. Самая главная – это контроллер Marvell 88SS1093, точно такой же, как использовался в M8Pe и M8Se. Он соседствует с чипом LPDDR3-1600-памяти объёмом 512 Мбайт, который предназначается для хранения копии таблицы трансляции адресов и буферизации мелкоблочных операций. Любопытно, что в M9Pe используется вдвое меньше оперативной памяти, чем было в прошлом TLC-накопителе, Plextor M8Se.

Оставшиеся два чипа формируют массив флеш-памяти. Микросхемы произведены Toshiba и имеют маркировку TH58TFT1T23BAEF. В каждой такой микросхеме упаковано по восемь 256-гигабитных 64-слойных кристаллов TLC 3D NAND (BiCS3). Это значит, что контроллер в M9Pe 512 Гбайт работает с двукратным чередованием устройств в каждом канале, из-за чего производительность этой версии немного ниже, чем у терабайтного накопителя.

Как это обычно и бывает, полный объём массива флеш-памяти пользователю недоступен. Примерно 7 процентов от его ёмкости отрезано на внутренние нужды. Причём на подменный фонд, технологию выравнивания износа и работу алгоритмов сборки мусора выделяется только половина от зарезервированного пространства. Остальная же его часть нужна для размещения SLC-кеша, реализованного в рамках технологии PlexNitro.

Никакого сервисного программного обеспечения для Plextor M9Pe производителем (пока) не предлагается, поэтому мы сразу переходим к тестированию скоростных характеристик.