Обзор накопителя Intel Optane SSD 905P и его сравнение с Optane SSD 900P и 800P, а также с Samsung 970 PRO

⇡#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-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 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

Настоящее тестирование задумывалось не только как проверка в деле нового Intel Optane SSD 905P, но и как своеобразный «парад оптанов», в котором бы приняли участие все имеющиеся на рынке потребительские версии твердотельных накопителей на базе 3D XPoint-памяти.

Однако с учётом того, что такие сводные тесты принципиально иных накопителей приобретают гораздо больше смысла в том случае, если попутно они сравниваются с лучшими SSD традиционной конструкции, главными героями стали не только новый, улучшенный Optane SSD 905P, прошлый флагманский Optane SSD 900P и упрощённый Optane SSD 800P, но и самый быстрый потребительский твердотельный накопитель с MLC 3D NAND-памятью, Samsung 970 PRO.

Паспортные характеристики этих решений соотносятся следующим образом:

Даже из этой таблицы понятно, что сравнение будет интересным. Кажется, что NAND-накопители не намерены сдаваться без боя, и характеристики Samsung 970 PRO смотрятся вполне «на уровне» рядом с показателями старших Optane SSD. Но не стоит забывать, что главный козырь решений на 3D XPoint остаётся вне фокуса паспортных спецификаций. Решения серии Optane хороши своим чрезвычайно низким временем отклика, что выливается в высокие показатели производительности при случайных операциях с блоками небольшого размера, выполняемых с очередями запросов небольшой глубины. Именно за счёт этого от Optane SSD и следует ожидать выдающегося выступления в реальных сценариях.

К основной четвёрке участников, ради которых и затевалось это тестирование, мы подмешали ещё несколько SSD на базе TLC 3D NAND, которые пользуются заслуженной популярностью у пользователей. В результате список протестированных моделей приобрёл следующий вид:

• ADATA XPG SX8200 480 Гбайт (ASX8200NP-480GT, прошивка SVN105);
• Intel Optane SSD 905P 480 Гбайт (SSDPE21D480GA, прошивка E2010420);
• Intel Optane SSD 900P 480 Гбайт (SSDPED1D480GA, прошивка E2010325);
• Intel Optane SSD 800P 118 Гбайт (SSDPEK1W120GA, прошивка K4110410);
• Intel SSD 760p 512 Гбайт (SSDPEKKW512G8, прошивка 001C);
• Samsung 970 EVO 500 Гбайт (MZ-V7E500BW, прошивка 1B2QEXE7);
• Samsung 970 PRO 512 Гбайт (MZ-V7P512BW, прошивка 1B2QEXP7);
• Western Digital Black NVMe 500 Гбайт (WDS500G2X0C, прошивка 101020WD).

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.

⇡#Производительность последовательного чтения и записи

Последовательные операции – совсем не та дисциплина, в которой можно увидеть преимущества Optane SSD. Разработчики из Intel почему-то ограничили свой контроллер SLL3D по числу каналов и отказались от чередования оконечных устройств в них. В результате, SSD на базе NAND-памяти совсем не уступают Optane SSD. И даже больше того, при линейном чтении лучшие накопители с традиционной конструкцией уже научились полностью задействовать всю пропускную способность четырёх линий PCI Express 3.0. А Optane SSD до этого пока далеко.

В то же время новый Optane SSD 905P действительно стал побыстрее своего предшественника. Правда, преимущество новинки при линейном чтении совсем небольшое, но зато при последовательной записи рост скоростных характеристик достигает 8 процентов.

⇡#Производительность произвольного чтения

Чтобы увидеть всю силу технологии 3D XPoint, достаточно посмотреть на то, как лихо Optane SSD расправляются со случайными операциями чтения, которые не формируют глубоких очередей запросов. Тут Optane SSD в несколько раз быстрее накопителей на базе NAND-памяти. А новая модель, Optane SSD 905P стала ещё лучше предшественников, добавив к имевшемуся ранее преимуществу от 20 до 50 процентов.

Изменения, внесённые инженерами Intel в схему работы накопителей Optane с небольшими блоками, существенно повлияли и на ситуацию с глубокими очередями запросов. Как видно из графиков, Optane SSD 905P гораздо лучше справляется с любыми мелкоблочными операциями чтения, чем его предшественник. Составить конкуренцию моделям на базе 3D XPoint классические твердотельные накопители могут либо при совсем глубоких очередях запросов, либо при работе с очень большими блоками. Это закономерно: такие операции могут быть обработаны контроллером в «линейном» режиме, который хорошо даётся SSD на базе NAND.

⇡#Производительность произвольной записи

В случае произвольной записи преимущество Optane SSD никогда не было таким впечатляющим, как при чтении. Здесь накопители на базе NAND-памяти выручает буферизация данных в DRAM и многоканальность. Однако Optane SSD 905P, который поднял планку у решений на базе 3D XPoint, всё-таки смог стать лидером в тестах случайной записи.

Изменения микропрограммы, сделанные в новом Optane SSD 905P, особенно удачно проявляют себя при росте длины очереди запросов. Опираясь на результаты, полученные при такой нагрузке, утверждение о том, будто Optane SSD 905P предлагает минорные улучшения производительности по сравнению с Optane SSD 900P, можно поставить под сомнение. Рост скорости обработки мелкоблочных операций записи в случае глубокой очереди запросов у более новой модели Optane SSD доходит до полуторакратного размера.

⇡#Производительность смешанных операций

Смешанные операции – ещё один сценарий, для которого решения семейства Optane SSD подходят просто идеально. Никакого снижения производительности в том случае, когда накопителю приходится иметь дело с одновременными операциями чтения и записи, у Optane не наблюдается, в результате чего они оказываются в два – два с половиной раза лучше SSD, построенных на NAND-памяти.

При этом в случае такой разнонаправленной нагрузки новый Optane SSD 905P серьёзно превосходит своего предшественника. В то время как микропрограмма прошлой модели, Optane SSD 900P, была перенесена из серверных продуктов без серьёзных переделок, для более новой модификации сделаны важные оптимизации, направленные на повышение производительности именно в типичных десктопных сценариях. В результате, хотя в персональных компьютерах впечатляюще справляется со своей работой и более ранний Optane SSD 900P, от Optane SSD 905P можно ожидать дополнительного и заметного роста реального быстродействия.

⇡#Производительность в CrystalDiskMark

Intel Optane SSD 905P 480GB

Intel Optane SSD 900P 480GB

О том, что новый Optane SSD 905P лучше предшествующей модели, можно судить и по результатам, которые выдаёт CrystalDiskMark. Полученные здесь результаты служат ещё одним подтверждением того, что Intel переделала алгоритмы работы с блоками небольшого размера совсем не зря. Новая версия накопителя при случайных операциях показывает заметно более высокую скорость. И это значит, что при десктопных нагрузках от Optane SSD 905P можно ожидать куда большего, чем мы видели до этого.

Производительность в PCMark 8 Storage Benchmark 2.0

Все те улучшения в производительности, которые мы видели в синтетических тестах, должны были неминуемо выплыть и при измерении быстродействия в реальных сценариях. Например, в Futuremark PCMark 8, в бенчмарке, который моделирует работу пользователя в различных приложениях, новый Optane SSD 905P улучшает показатель Optane SSD 900P на достаточно заметные 15 процентов. Конечно, нельзя сказать, будто бы это что-то меняет принципиально. Вне конкуренции был и прошлый девятисотый Optane SSD. Но тем не менее Intel не остановилась на достигнутом и дополнительно улучшила свой флагманский продукт.

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

Несмотря на то, что скорость работы с файлами зависит не только (и не столько) от производительности мелкоблочных операций, но и (сколько)от линейных скоростей, Intel Optane SSD 905P удаётся продемонстрировать наилучшее быстродействие среди всех потребительских SSD. Причём произошедшее в этом накопителе улучшение характеристик пришлось как нельзя более кстати. Optane SSD 900P проигрывал в файловых тестах некоторым особенно удачным твердотельным накопителям на базе NAND-памяти. Новый же флагманский Optane SSD упрекнуть больше не в чем.

Наиболее ярко преимущества накопителей серии Optane SSD можно ощутить, если использовать их в роли системных дисков. Низкая латентность и потрясающе быстрые операции случайного чтения обеспечивают высокую скорость загрузки операционной системы, приложений и игр. Optane SSD 900P в таком сценарии использования оказывался быстрее, чем Samsung 970 PRO, на величину от 30 до 55 процентов. Теперь же, благодаря оптимизации внутренних алгоритмов, обновлённый Optane SSD 905P может похвастать ещё более убедительным превосходством над самым быстрым SSD на базе традиционной флеш-памяти. Оно возросло до 73 процентов при запуске игр и до 40 процентов – при старте приложений.

⇡#Постоянство 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.

На самом деле в данном обзоре можно было бы обойтись и без этого теста. То, что при длительной непрерывной нагрузке в виде операций записи мы не увидим ничего интересного, было ясно из теоретических основ – из архитектуры памяти 3D XPoint. Эта память не требует никакой подготовки для перезаписи, и для неё не нужны никакие предварительные операции стирания. Поэтому производительность Optane SSD 905P попросту не деградирует. Вообще. Сколь бы длительным нагрузкам ни подвергался этот SSD, его производительность в любой момент окажется такой же, какой и была в самом начале.

Никаких претензий нельзя предъявить и к постоянству быстродействия. Разброс в моментальной скорости обслуживания операций записи минимальный. Этим отличался и Optane SSD 900P, а более новая модель стала просто быстрее, не растеряв при этом преимуществ предшественницы.

⇡#Проверка температурного режима

Проверка температурного режима – одно из важных испытаний при тестировании накопителей с интерфейсом NVMe. Обычно быстродействующие накопители, особенно выполненные в M.2-форм-факторе, достаточно быстро перегреваются, и этот момент нужно учитывать, чтобы позаботиться об организации их охлаждения. Но с рассматриваемым в этом обзоре Intel Optane SSD 905P ситуация совсем иная. Во-первых, при тестировании прошлой версии Optane SSD никаких проблем с высокими температурами не отмечалось даже близко. Во-первых, новый накопитель выполнен в 2,5-дюймовом форм-факторе и обладает массивным алюминиевым корпусом с большой площадью поверхности, служащей радиатором. Поэтому, несмотря на то, что для Optane SSD 905P 480 Гбайт заявлен тепловой пакет на уровне 13 Вт, никаких проблем с перегревом возникать не должно.

Это подтвердили и тесты. В рамках эксперимента накопитель нагружался последовательными операциями с глубиной очереди запросов в 32 команды. Измерения температуры проводились на открытом стенде, какой-либо дополнительный обдув SSD воздушным потоком не производился.

При интенсивном чтении в течение почти пяти минут контроллер накопителя разогрелся лишь до 48 градусов, что по меркам современных SSD можно считать просто смешной температурой.

Не стала проблемой для температурного режима и интенсивная запись. В таком режиме Optane SSD 900P греется сильнее, чем при чтении, но очевидно, что даже в этом случае довести температуру до критических величин будет очень непросто.

Правда, достигнутый при записи 60-градусный нагрев – это более высокая температура по сравнению с той, что мы видели при тестировании Optane SSD 900P. Очевидно, что увеличение частоты контроллера и оптимизации микропрограммы определённое влияние на тепловой режим всё-таки оказали. И это нашло отражение в том числе и в паспортных характеристиках. Для Optane SSD 905P верхняя граница диапазона рабочих температур установлена в 85 градусов, в то время как для предшественника допускался нагрев контроллера не выше 70 градусов.

⇡#Выводы

Новая версия Optane SSD для радикальных энтузиастов, которую Intel вывела на рынок под именем Optane SSD 905P, оказалась неожиданно большим шагом вперёд по пути совершенствования потребительских решений на базе памяти 3D XPoint. Хотя по сравнению с первым Optane SSD 900P никто никаких явных улучшений не обещал, новая модификация Optane SSD превзошла предшественницу как при обработке мелкоблочных операций, так и в реальных сценариях, типичных для десктопного системного накопителя. Особенно выпукло это видно в синтетических тестах случайного чтения и при смешанных операциях, где преимущество Optane SSD 905P достигает полуторакратного размера. Причём столь серьёзно улучшить скоростные показатели у Intel получилось даже без аппаратных переделок в дизайне. Optane SSD 905P отличается от предшественника лишь тем, что его микропрограмма тщательно оптимизировалась именно под десктопное применение, а не просто была перенесена из серверного сегмента с минимальными правками.

В результате Intel Optane SSD 905P сразу же перенял у Optane SSD 900P звание самого производительного твердотельного накопителя современности. И если ожидаемый осенью Samsung Z-SSD сравнимую производительность предложить не сумеет, то Optane SSD 905P будет нести это звание и текущем, и в следующем году: никаких кардинальных обновлений в верхней части модельного ряда Optane SSD в обозримом будущем пока не предвидится. И очень жаль…

Дело в том, что произошедший прогресс «прокачал» у Intel Optane SSD 905P только те стороны, которые были сильны и у предшествующей модели. Главные же недостатки перешли новинке по наследству в изначальном виде. В первую очередь это касается цены: Intel Optane SSD 905P остаётся не просто дорогим, а безумно дорогим накопителем. Удельная цена за гигабайт ёмкости этого SSD зависла на отметке $1,2, но в то же время накопители на базе NAND-памяти стремительно дешевеют, и даже флагманский Samsung 970 PRO с MLC 3D NAND предлагает сегодня платить за гигабайт ёмкости всего $0,45.

Не устранена в Intel Optane SSD 905P и сравнительно невысокая скорость линейного чтения: передовые накопители на базе NAND-памяти способны полностью задействовать пропускную способность интерфейса PCI Express 3.0 x4, а Optane SSD отстаёт от них примерно на четверть, не выходя за границу в 2,5-2,6 Гбайт/с.

Кроме того, у Intel Optane SSD 905P появился ещё один минус. Младший представитель в обновлённом модельном ряду получил сравнительно большую ёмкость — 480 Гбайт, и это значит, что желающим приобрести быстрейший SSD на рынке придётся заплатить как минимум $600. Более же доступная 280-гигабайтная модификация предлагается лишь в прошлой серии Optane SSD 900P, и она медленнее.

Впрочем, покуда у Optane SSD нет никаких конкурентов, недостатки подобного рода ему несложно простить. В любом случае альтернатив этому решению пока не существует. При загрузке операционной системы и запуске «тяжёлых» приложений лучшая по сравнению с традиционными SSD отзывчивость Optane SSD 905P видна не только в показателях тестов, но и невооружённым глазом, поэтому этот накопитель легко найдёт себе достаточное число приверженцев. А на то, чтобы стать массовым решением даже в производительных конфигурациях, Optane SSD и не претендует. Для этой роли лучше подойдут SSD на базе флеш-памяти с NVMe-интерфейсом, которые за последнее время тоже заметно продвинулись вперёд с точки зрения быстродействия.