⇡#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 6.0.0
- 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 Coffee Lake и наборов логики трёхсотой серии мы решили обновить тестовую систему, которая используется для измерения производительности NVMe-моделей SSD. Всё же 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 X Hero, процессором Core i5-8600K со встроенным графическим ядром Intel UHD Graphics 630 и 8 Гбайт DDR4-2666 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) 15.9.0.1015. 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).
Отдельное пояснение следует сделать относительно закрытия процессорных уязвимостей Meltdown (CVE-2017-5754) и Spectre (CVE-2017-5715). Дело в том, что разработанные патчи заметно снижают производительность твердотельных накопителей, но учитывая важность тестирования SSD в реальных условиях, измерения мы проводили с установленными обновлениями микропрограммы процессора и операционной системы и с активированными «заплатками».
⇡#Список участников тестирования
Новая версия WD Black NVMe – многообещающий SSD, который претендует на то, чтобы попасть в пока сравнительно малочисленную группу накопителей с NVMe-интерфейсом, которые мы считаем действительно привлекательными по сочетанию цены и производительности вариантами. Поэтому в тестирование, помимо главного героя обзора, в первую очередь были вовлечены уже завоевавшие высокие оценки модели Samsung 970 EVO, Intel SSD 760p и ADATA XPG SX8200.
Кроме того, в тесте приняли участие первая версия WD Black и накопитель Plextor M9Pe, который можно условно считать гибридом старого и нового WD Black: в нём используется контроллер Marvell 88SS1093 и BiCS3-память.
К этому перечню в качестве ориентира мы добавили самый быстрый потребительский NVMe-накопитель Samsung 970 PRO, и в результате список протестированных моделей приобрёл следующий вид:
Используемые версии NVMe-драйверов:
- Intel Client NVMe Driver 4.0.0.1007;
- Microsoft Windows NVMe Driver 10.0.16299.371;
- Samsung NVM Express Driver 3.0.0.1802.
Стоит обратить внимание на то, что современные накопители весьма сильно расходятся по цене. Новый WD Black NVMe – это достаточно недорогая модель в своём классе, и прямыми конкурентами для неё являются не все SSD из списка участников тестирования. Для того чтобы дать полную картину, приведём средние цены по "Яндекс.Маркету" (для Москвы) на 26.07.2018:
⇡#Производительность последовательного чтения и записи
Первое впечатление о новой версии WD Black NVMe оказывается не слишком положительным. При тестировании линейных скоростей выясняется, что те показатели, которые были записаны в спецификации, достигаются исключительно на длинных и нереалистичных очередях запросов. Такая особенность была свойственна NVMe-накопителям прошлого поколения, но к настоящему моменту большинство разработчиков SSD смогли добиться того, чтобы высокие результаты можно было увидеть и при небольших очередях. Однако у инженеров Western Digital так не получилось, и по скорости последовательного чтения с обычными для десктопной нагрузки очередями запросов новый NVMe-накопитель Western Digital выигрывает лишь у своего предшественника, уступая всем остальным конкурентам.
Впрочем, результат WD Black NVMe образца 2018 года при записи не так уж и плох. Тут роль играет тот факт, что благодаря эффективному взаимодействию контроллера с BiCS3-памятью этот накопитель предлагает лучшую на сегодняшний день скорость прямой записи в TLC-память.
⇡#Производительность произвольного чтения
Скорость случайного чтения тоже трудно назвать сильной стороной нового WD Black NVMe. При типичной для персональных компьютеров невысокой глубине очереди запросов этот накопитель в лучшем случае может выдать лишь средние по современным меркам результаты. Любопытно, что при длинных очередях запросов относительная производительность WD Black NVMe выглядит значительно убедительнее, и это косвенно указывает на неплохой потенциал применённой в накопителе платформы. Однако это лишь теоретическое преимущество, реализовать которое на практике у разработчиков Western Digital пока не получилось. Тем не менее некоторая надежда, что это будет сделано позднее, с выходом последующих версий микропрограммы, всё-таки есть.
При этом нельзя не отметить, что прогресс, который демонстрирует свежая версия WD Black NVMe по сравнению с предшественницей, всё равно гигантский. Старый и новый SSD различаются принципиально, поэтому сейчас, когда на прилавках можно встретить одновременно оба варианта, трудно представить себе того, кто захочет осознанно отдать предпочтение прошлогодней версии.
⇡#Производительность произвольной записи
Хотя производительность WD Black NVMe при операциях чтения трудно было назвать впечатляющей, при случайной записи этот накопитель ставит настоящие рекорды, опережая не только все конкурирующие решения на базе TLC 3D NAND, но и даже флагманский Samsung 970 PRO с трёхмерной MLC-памятью. Это весьма интересный результат, который был бы очень значим, если бы речь шла о серверном SSD для хранения и обработки баз данных. Для большинства же потребительских сценариев скорость случайной записи – к сожалению, достаточно второстепенный показатель.
⇡#Производительность при смешанной нагрузке
А вот тут вот становится по-настоящему интересно. Вместе с самой высокой скоростью при операциях случайной записи обновлённому WD Black NVMe удаётся выдавать весьма впечатляющие результаты и при смешанных операциях, которые в типичных настольных системах встречаются повсеместно. Если речь идёт о смешанных линейных обращениях, то WD Black NVMe уступает лишь ADATA XPG SX8200 и Samsung 970 PRO, а при произвольных операциях он демонстрирует практически идентичные результаты с этими накопителями.
При этом нужно подчеркнуть, что хорошие скоростные характеристики WD Black NVMe демонстрирует почти на всём спектре распределения операций чтения и записи. Даже в том случае, когда на большинство операция чтения приходится незначительная доля операций записи, рассматриваемый накопитель остаётся в числе лидеров. А это значит, что высокой производительности от него вполне можно ожидать во многих реальных пользовательских сценариях.
⇡#Производительность в CrystalDiskMark
WD Black NVMe (2018) 500GB
|
|
|
Несмотря на то, что CrystalDiskMark – простой бенчмарк, который не создаёт комплексных нагрузок и работает лишь с SLC-кешем накопителей, его результаты тоже весьма показательны. Куда ни посмотри – новый WD Black NVMe почти везде оказывается способен предложить лучшую производительность, чем текущий бестселлер Samsung 970 EVO. Получается, что Western Digital действительно удалось спроектировать удачный дизайн, недостатки которого такой тест, как CrystalDiskMark, выявить попросту не может.
⇡#Производительность в PCMark 8 Storage Benchmark 2.0
Совершенно закономерно, что новый WD Black NVMe, поразивший нас хорошей производительностью при смешанных операциях, находится на высокой позиции и на диаграмме PCMark 2.0. По производительности в реальных пользовательских задачах, которая как раз и измеряется в этом бенчмарке, новый накопитель Western Digital – очень интересное решение. Более высокими результатами, чем у главного героя, могут похвастать лишь Samsung 970 PRO и (внезапно) Plextor M9Pe, который после выхода новой прошивки 1.05 получил существенный прирост производительности в смешанных сценариях.
Одновременно заслуживает внимания и разрыв между первой и второй версиями WD Black. Смена аппаратной платформы, которую провернула Western Digital, позволила нарастить показатели производительности в приложениях более чем на 40 процентов. И если раньше NVMe-накопитель WD можно было охарактеризовать лишь как решение начального уровня, то теперь перед нами SSD, который вполне можно рекомендовать для высокопроизводительных систем.
Интегральный результат PCMark 8 нужно дополнить и показателями производительности, выдаваемыми накопителями при прохождении отдельных тестовых трасс, которые моделируют различные варианты реальной нагрузки. Дело в том, что при разноплановой нагрузке флеш-накопители могут вести себя каким-либо особым образом.
⇡#Производительность при реальной нагрузке
Хорошая производительность новой версии WD Black NVMe при смешанных операциях выступает залогом того, что этот накопитель не ударяет лицом в грязь и при работе с файлами. Фактически в лице новинки Western Digital мы получили самое производительное на данный момент решение, ориентированное на интенсивные файловые операции. Хотя это и кажется удивительным, «чёрная» новинка превосходит здесь в том числе и «исключительный» Samsung 970 PRO.
Но в роли первичного SSD новый WD Black NVMe всё-таки не так хорош. Недостаточно высокая производительность при операциях случайного чтения даёт о себе знать, и при запуске игр и приложений лучшую производительность показывают такие модели на базе TLC 3D NAND, как ADATA XPG SX8200 или Plextor M9Pe (с новой прошивкой). Впрочем, мы совсем не хотим записать WD Black NVMe в число аутсайдеров. Более того, этот накопитель быстрее, чем Samsung 970 EVO и 960 EVO. И одно только это – прекрасный аргумент в пользу того, что вторая версия WD Black NVMe – очень достойный продукт.
⇡#Деградация и восстановление производительности
Наблюдение за изменением скорости записи в зависимости от объёма записанной на диск информации — 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.
Поведение WD Black NVMe абсолютно типично для накопителя, построенного на базе памяти с трёхбитовыми ячейками. На графике чётко прослеживается три варианта производительности. При записи в сравнительно небольшой SLC-кеш, которым располагает этот накопитель, производительность составляет порядка 120 тысяч IOPS. Затем, при переходе к прямой работе с памятью в TLC-режиме, скорость записи падает до 60 тысяч IOPS. И в конце концов, когда в массиве флеш-памяти исчерпываются свободные страницы, быстродействие снижается до менее чем 30 тысяч IOPS.
Это не такие уж высокие результаты, зато на всём протяжении тестирования обновлённый WD Black NVMe демонстрирует отменную стабильность моментальной производительности, что говорит о хорошей оптимизации контроллера и микропрограммы. Честно говоря, постоянство моментальных показателей скорости у нового WD Black NVMe SSD может быть достойно даже серверных решений. И это косвенно указывает на то, что трёхъядерный контроллер у инженеров Western Digital получился очень удачным. Ведь среди потребительских решений столь же «ровными» результатами при длительных нагрузках до сих пор могли похвастать разве только накопители Samsung, основанные на мощном пятиядерном контроллере.
Посмотрим теперь, как происходит восстановление скоростных характеристик 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.
Обработка команды TRIM никаких вопросов не вызывает — после её подачи производительность возвращается к первоначальному уровню. Это значит, что в современных операционных системах новый WD Black NVMe сможет жить без каких-либо признаков «старения» или «деградации».
Что же касается автономной работы технологии сборки мусора, то без конкретных указаний со стороны операционной системы она может высвободить под будущие операции лишь SLC-кеш. Подготовка же чистых страниц в основном массиве TLC-памяти при этом не ведётся. Тем не менее использовать WD Black NVMe в средах без поддержки TRIM вполне допустимо — это ещё одно положительное отличие данного накопителя от большинства конкурирующих решений.
Ещё один важный момент, связанный с TRIM, касается того, насколько большую нагрузку на контроллер вызывает обработка этой команды. Дело в том, что происходит это не так уже и незаметно для пользователя. Когда операционная система передаёт накопителю информацию о том, что какие-то сектора выводятся файловой системой из обращения, контроллер SSD должен консолидировать эти сектора и очистить освобождающиеся страницы флеш-памяти для выполнения будущих операций. Такая перегруппировка требует перезаписи и очистки областей памяти, и это не только занимает заметное время, но и серьёзно нагружает контроллер работой. В результате после удаления с диска больших объёмов данных владельцы SSD часто сталкиваются с эффектом временного замедления или даже с «фризами» накопителя. На практике это может вызвать серьёзный дискомфорт, ведь никто не ожидает, что SSD, основным достоинством которого является моментальная реакция на внешние воздействия, будет замирать на несколько секунд.
Поэтому мы добавили в методику дополнительное исследование, которое позволяет отслеживать, насколько незаметно для пользователя тот или иной SSD обслуживает команды TRIM. Способ проверки очень прост: сразу после удаления крупного файла — объёмом 32 Гбайт — мы проверяем, как накопитель справляется с операциями произвольного чтения данных, контролируя как скорость чтения, так и время ожидания, которое проходит с момента каждого запроса данных до ответа накопителя.
После удаления файла объёмом 32 Гбайт накопителю нужно около трёх секунд, чтобы привести себя в порядок. В течение этого срока он отвечает на внешние воздействия с заметной задержкой. Время отклика вырастает в 20-25 раз, а на одну секунду производительность падает до нуля даже при чтении. Поведение не из приятных, но справедливости ради стоит заметить, что у WD Black NVMe обработка TRIM происходит всё-таки быстрее, чем у конкурентов. Например, тот же Samsung 970 EVO 500 Гбайт после удаления аналогичного объёма информации тратил на приведение себя в порядок более 15 секунд, правда при этом он ни секунды не демонстрировал полного отказа от обработки поступающих на него команд.
⇡#Проверка температурного режима
Мы очень давно ждём, когда на рынке наконец появятся NVMe-накопители, которые не будут перегреваться без дополнительного охлаждения. Безусловно, сейчас найти подходящий радиатор для SSD совсем несложно, да и отводом тепла от слотов M.2 озаботились производители материнских плат. Тем не менее разработчики накопителей тоже не сидят сложа руки. Контроллеры переходят на более современные техпроцессы, а новый WD Black NVMe, согласно заверениям его создателей, в дополнение к этому получил термически оптимизированный дизайн печатной платы.
Для проверки того, как греется WD Black NVMe образца 2018 года на практике, мы последили за температурным режимом при его нагрузке последовательными операциями с глубиной очереди запросов в 32 команды. Измерения проводились на открытом стенде, какой-либо дополнительный обдув SSD воздушным потоком не производился.
При операциях интенсивного чтения ситуация выглядит достаточно позитивно. В простое температура накопителя составляет порядка 50 градусов, но включение нагрузки к существенному росту температуры не приводит. Иными словами, разогреть WD Black NVMe до троттлинга одним только чтением данных невозможно.
При записи рабочие температуры заметно повышаются, но до троттлинга дело вновь не доходит. Согласно спецификации, критическая температура для контроллера нового WD Black NVMe – 85 градусов. Но за пять минут интенсивной записи на SSD нам удалось разогреть тестовый накопитель лишь до 81 градуса, что не привело к вызванному срабатывающей термозащитой заметному снижению производительности.
Таким образом, WD Black NVMe можно смело отнести к числу NVMe-накопителей M.2-формата, практически не подверженных перегреву и троттлингу. В этом отношении его можно поставить на одну ступень с Samsung 970 EVO, тепловой режим которых тоже позволяет обходиться без применения каких-то специальных систем охлаждения.
⇡#Выводы
На рынок потребительских SSD с интерфейсом NVMe приходит настоящая конкуренция. Негласное правило о том, что лучшие накопители такого рода стоит искать среди предложений Samsung, окончательно утратило силу: рассмотренная сегодня новая версия WD Black NVMe – это уже третий продукт, который по сумме потребительских характеристик как минимум не хуже «эталонного» Samsung 970 EVO. Причём по ряду показателей быстродействия новому флагману Western Digital удаётся превзойти решение южнокорейского гиганта вообще без особого труда.
Секрет успеха переосмысленного WD Black NVMe во многом обусловлен появлением у этого производителя мощного контроллера, созданного для внутреннего использования инженерами SanDisk. Скомбинировав этот контроллер с 64-слойной TLC 3D NAND собственного производства, Western Digital получила отлично скроенную вертикально интегрированную платформу SSD, демонстрирующую блестящие показатели производительности на операциях записи и при смешанной нагрузке. И этого вполне хватило, чтобы первая же построенная на этой платформе модель предложила лидирующую производительность при двунаправленных файловых операциях или при работе в приложениях, обрабатывающих цифровой контент.
Вместе с тем новый WD Black NVMe оказался неплох и в других отношениях. Например, этот накопитель отличается достаточно умеренным тепловыделением. Условия гарантии выглядят как минимум не хуже, чем у того же Samsung 970 EVO. Для WD Black NVMe есть удобная и функциональная сервисная утилита. А кроме того, Western Digital, как и в случае с первой версией своего NVMe-накопителя, продолжает придерживаться достаточно демократичной ценовой политики. В этом списке преимуществ не хватает разве только поддержки аппаратного шифрования данных, но такая функция интересует лишь отдельных пользователей.
Правда, на данный момент наилучшее соотношение цены и быстродействия среди NVMe SSD потребительского класса предлагает всё-таки не новинка Western Digital, а протестированный нами пару месяцев назад ADATA XPG SX8200. Но у решения ADATA профиль производительности несколько смещён в сторону чтения и смешанных операций. А WD Black NVMe – вариант иного рода. Он будет явно выигрышнее при записи данных и в случае интенсивной работы с файлами. И нет ничего страшного в том, что SLC-кеш у накопителя Western Digital не столь объёмен, – WD Black NVMe может похвастать очень хорошей скоростью прямой записи непосредственно в TLC-память. Поэтому его можно смело выбирать для роли эдакого «рабочего диска»: с ней он справится заведомо успешнее любых других альтернатив.
Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
Подписаться