Накопители

Обзор NVMe-накопителей Toshiba: XG5-P, XG5 и BG3

⇣ Содержание

#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

В сегодняшнем обзоре тестируется сразу три накопителя компании Toshiba, и для сравнения с ними мы выбрали наиболее популярные потребительские NVMe SSD из разных ценовых категорий. Список протестированных моделей получил 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.

#Производительность последовательного чтения и записи

При линейных операциях накопители Toshiba никаких особо выдающихся результатов не показывают. Если говорить про XG5 и XG5-P, то они быстрее NVMe SSD младшего уровня, но проигрывают Samsung 970 EVO и близким к нему по производительности решениям. А безбуферный BG3 оказывается похож на Kingston A1000 – один из самых слабых накопителей с NVMe-интерфейсом.

Также нужно отметить, что объявленная в спецификациях накопителей Toshiba скорость чтения достигается лишь при увеличении глубины очереди запросов до 8 команд, что является совершенно нереалистичным сценарием.

#Производительность произвольного чтения

Результаты Toshiba XG5-P, XG5 и BG3 находятся в нижней части диаграммы и при тестах скорости случайного чтения. Накопители японского производителя проигрывают не только предложениям класса Samsung 970 PRO, но и более простым решениям уровня Samsung 970 EVO или ADATA XPG SX8200.

Любопытно, что при мелкоблочной нагрузке XG5 оказывается заметно быстрее, чем формально более скоростной XG5-P. Кроме того, несколько удивляет невысокий результат BG3. Да, это безбуферная модель, но как показывает пример Transcend SSD 110S, технология HMB может почти полностью компенсировать этот изъян в конструкции. Однако в случае с Toshiba BG3 так почему-то не получается.

#Производительность произвольной записи

При произвольной записи результаты рассматриваемых накопителей Toshiba выглядят несколько лучше, чем при других вариантах нагрузки. И в случае конвейеризации запросов флагманские предложения компании, XG5 и XG5-P, даже оказываются в группе лидеров вместе с WD Black NVMe и Samsung 970 PRO. Но BG3, в отличие от своих собратьев, при этом демонстрирует категорически низкие скорости, что вновь вызывает сомнения в корректности работы в этом накопителе технологии HMB.

#Производительность при смешанной нагрузке

Смешанные сценарии нагрузки – один из наиболее интересных тестов, лучше всего отражающих то, как накопители ведут себя в реальных условиях. И здесь Toshiba XG5 и XG5-P занимают место между NVMe SSD среднего и младшего уровня, а BG3 играет в «низшей лиге», где показывает достойную производительность лишь при последовательных операциях.

#Производительность в CrystalDiskMark

Toshiba BG3 512GB

Toshiba BG3 512GB

 
Toshiba XG5 1TB

Toshiba XG5 1TB

 
Toshiba XG5-P 2TB

Toshiba XG5-P 2TB

Любопытно, что результаты тестирования в любительском тесте CrystalDiskMark рисуют несколько иную картину по сравнению с тем, что мы видели в профессиональном бенчмарке IOMeter. Очевидно, что связано это с крайне небольшим размером тестового файла, который использует CrystalDiskMark. В результате, приведённые скорости – это та производительность, которая достигается, когда все данные попадают исключительно в SLC-кеш накопителя, а в случае BG3 – когда размера HMB-буфера хватает для обслуживания мелкоблочных обращений.

Удивительно, но по этим результатам производительность предложений Toshiba оказывается сопоставима со скоростью Samsung 970 EVO во всём, что касается однопоточных случайных операций. Проигрывают XG5, XG5-P и BG3 массовому накопителю южнокорейской компании лишь при линейной или многопоточной нагрузке.

#Производительность в PCMark 8 Storage Benchmark 2.0

В тесте PCMark8, который моделирует работу накопителей в различных приложениях, результаты Toshiba XG5 и XG5-P оказываются неожиданно высоки. Эти накопители уступают лишь только Samsung 970 PRO, превосходя всех конкурентов, использующих TLC 3D NAND разных типов.

Toshiba BG3, напротив, выдаёт очень низкий результат, похожий больше на показатель SATA-накопителя, и совсем нехарактерный для NVMe-модели, пусть и использующей лишь две линии PCI Express 3.0.

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

Обычная файловая нагрузка ставит накопители Toshiba в положение середнячков. XG5-P и XG5 проигрывают WD Black NVMe и выдают производительность на уровне ADATA XPG SX8200. Младшему BG3 при этом удаётся обойти Kingston A1000, что для безбуферной модели – весьма неплохое достижение.

В сценариях, связанных с запуском игр и программ результаты модели XG5-P вновь оказываются хуже, чем у «простого» XG5. Впрочем, оба эти накопителя предлагают вполне достойный уровень производительности и определённо могут использоваться в качестве системных. Более того, радует своими результатами и BG3. Это значит, что эта миниатюрная модель тоже может стать отличным системным диском – главное, не накладывать на неё слишком высокие нагрузки и не возлагать работу с большими объёмами данных.

В итоге, получается достаточно любопытная картина. В синтетических тестах IOMeter, в которых мы выполняем интенсивные обращения к большим объёмам данных, накопители Toshiba показывают достаточно блеклую производительность. Однако в реальных пользовательских сценариях, которые обращаются к накопителям в менее концентрированном режиме, предложения Toshiba сразу начинают смотреться значительно лучше. И это значит, что рассмотренные сегодня SSD – типично потребительские решения, которые можно применять в среднестатистических десктопах и ноутбуках, но не стоит ставить в рабочие станции или какие-то системы, где от дисковой подсистемы может требоваться высокая скорость в тяжёлых режимах.

#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 Toshiba XG5 и XG5-P абсолютно типично для накопителей, построенных на базе памяти с трёхбитовыми ячейками. На графике чётко прослеживается три варианта производительности: при записи в сравнительно небольшой SLC-кеш, при работе с памятью в TLC-режиме, и, в конце концов, после однократного заполнения массива флеш-памяти, когда пул свободных страниц полностью исчерпан. При этом на всём протяжении тестирования оба накопителя демонстрируют отменную стабильность моментальной производительности, что говорит о хорошей оптимизации контроллера и микропрограммы.

Подобный график для Toshiba BG3 мы строить не стали. Производительность этого безбуферного накопителя при работе с мелкоблочными операциями записи настолько низка, что он бы получился совершенно непоказательным. Кроме того, для полного заполнения BG3 данными при случайных операциях записи требуется почти шесть часов.

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 Toshiba XG5 и XG5-P смогут 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 не ведётся. Но это в целом – типичное положение дел для потребительских накопителей с интерфейсом NVMe.

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 Toshiba XG5 и XG5-P тратят на обработку TRIM в районе 7-8 секунд. Это не самый лучший показатель, но справедливости ради стоит отметить, что во время инициируемых командой TRIM операций с флеш-памятью производительность накопителей Toshiba не падает до нуля, и «в ступор» они не впадают. Если судить по скорости случайного чтения, быстродействие снижается всего лишь где-то на треть.

Обработка TRIM у Toshiba BG3 проходит с большим трудом. Здесь через некоторое время после удаления большого файла производительность падает на несколько секунд до нуля, а задержки вырастают до долей секунды. Иными словами, пользователям Toshiba BG3 придётся столкнуться с той самой неприятной ситуацией, когда после удаления крупных файлов обращения к накопителю будут приводить к «подвисаниям» всей системы на несколько секунд.

#Проверка температурного режима

Проектируя свои накопители с прицелом на интересы OEM-клиентов, Toshiba просто обязана была уделить особое внимание оптимизации тепловыделения. Потребители SSD японской компании в большинстве своём – это производители ноутбуков, а в мобильных системах организовать хорошее охлаждение для накопителя в форм-факторе M.2 не так-то просто.

И как показала практическая проверка, XG5 и XG5-P, действительно, перегреваются достаточно редко. Температурный лимит для всех накопителей Toshiba установлен в 80 градусов, и на графиках далее показано, как выглядит тепловой режим XG5 и XG5-P при интенсивной нагрузке. Для практической проверки мы нагружали тестовые накопители последовательными операциями с глубиной очереди запросов в 32 команды. Измерения проводились на открытом стенде, какой-либо дополнительный обдув SSD воздушным потоком не производился.

Наилучшим образом проявляет себя XG5: до того, как его температура достигает критической отметки, проходит почти три минуты. Столь продолжительные операции записи с максимальной скоростью в типичном персональном компьютере вряд ли возможны, поэтому этот накопитель можно считать условно не подверженным троттлингу. Тем более, что снижение скорости при достижении критической температуры у него практически незаметно.

XG5-P в этом плане похуже. До 80-градусной границы он разогревается где-то за минуту, а потом включается троттлинг, который срезает производительность примерно на четверть.

Но самый горячий SSD из участников сегодняшних тестов – Toshiba BG3. Даже при бездействии его температуры находятся в интервале от 70 до 75 градусов, и поэтому неудивительно, что перегрев возникает при любых сколь-нибудь серьёзных операциях почти сразу.

Троттлинг у BG3 в нашем эксперименте включился уже через 20 секунд после начала записи. Производительность при этом упала примерно вдвое и потеряла какую-либо стабильнось. И это значит, что несмотря на компактность данного устройства, полноценно использовать его в небольших корпусах без хорошего охлаждения будет проблематично. Более того, проблема с перегревом BG3 возникает не только при записи. Аналогичным образом этот накопитель ведёт себя и при чтении данных.

#Выводы

Накопители компании Toshiba нельзя отнести к числу абсолютных лидеров в своих классах, однако в целом они показывают себя достаточно неплохо. Японскому производителю удалось создать сразу несколько вертикально интегрированных платформ SSD, которые имеют неплохие шансы вписаться в имеющийся ландшафт на рынке потребительских твердотельных накопителей с интерфейсом NVMe. И пусть Samsung 970 EVO или WD Black NVMe кажутся более интересными и производительными решениями, у тех накопителей, что предлагает Toshiba, есть свои козыри.

Toshiba XG5 показал себя как неплохой NVMe-накопитель среднего уровня, который способен раскрывать свой потенциал при не слишком тяжёлых пользовательских нагрузках. Представляется, что такой SSD может стать достойным вариантом для ноутбуков, ведь XG5 имеет «тонкий» односторонний дизайн и отличается не слишком сильным нагревом.

Toshiba XG5-P похож по своим свойствам на ординарный XG5, но интересен существованием версии объёмом 2 Тбайт. Если брать в рассмотрение именно такой объём, то выбор M.2 NVMe-накопителей оказывается совсем невелик, и при такой постановке вопроса XG5-P может оказаться наиболее приемлемым вариантом.

Что же касается Toshiba BG3, то это – вообще единственный доступный на рынке M.2-накопитель форм-фактора 2230 и уже одно только это делает его имеющим право на жизнь.

Впрочем, с рассмотренными накопителями Toshiba есть одна серьёзная проблема: они редко встречаются в продаже и при этом отнюдь не дёшевы. 

 
← Предыдущая страница
⇣ Содержание
Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Материалы по теме
⇣ Комментарии
Прежде чем оставить комментарий, пожалуйста, ознакомьтесь с правилами комментирования. Оставляя комментарий, вы подтверждаете ваше согласие с данными правилами и осознаете возможную ответственность за их нарушение.
Все комментарии премодерируются.
Комментарии загружаются...
window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥