OCZ Vertex 3 и Agility 3 — SSD на чипе SandForce второго поколения

⇡#Введение

О контроллере SF-1200/1500, дебютном изделии компании SandForce, мы уже неоднократно писали. Этот чип обеспечивает быстродействие на пределе возможностей SATA 2, хорошо сбалансирован по скорости чтения и записи и лишь в тестах на произвольный доступ уступает контроллерам SSD от Intel, которые специально «заточены» под подобного рода нагрузку, — X25-M и SSD 320. Кроме того, диски на SF-1200 почти не теряют производительности даже после двух часов интенсивной забивки данными, в то время как конкуренты стремительно деградируют. Всеми перечисленными достоинствами SandForce обязан компрессии и дедубликации данных, которые выполняются на лету, и в результате на чипы памяти записывается гораздо меньше информации по сравнению с тем объемом, который отправила операционная система. Но вот если данные сжимаются плохо (например, аудио- и видеозаписи в формате со сжатием), то накопителю приходится туго: скорость записи становится куда более скромной и без компрессии ничто не может компенсировать падение производительности по мере истощения запаса свободных ячеек в массиве памяти. К счастью, большая часть файлов, которые хранятся на домашних компьютерах, прекрасно сжимаются, и в реальных задачах накопители на SF-1200/1500 выступают так же хорошо, как и в синтетических бенчмарках.

У подхода, который использует SandForce, есть и другие плюсы: накопители обходятся без отдельного буфера DRAM, и можно использовать более дешевую и менее надежную Flash-память. Наконец, одновременно с компрессией данных их достаточно легко шифровать. SF-1200/1500 по умолчанию шифрует содержимое накопителя, и, чтобы защитить файлы от посторонних глаз, достаточно задать пароль на включение компьютера в BIOS.

В SandForce второго поколения есть ряд важных нововведений. Во-первых, он поддерживает микросхемы NAND с интерфейсом ONFi 2.0, который поднимает планку быстродействия с 50 до 133 Мбайт/с и выше (речь идет об отдельном чипе, разумеется). Во-вторых, появилась поддержка SATA 3. В результате пиковые скорости, заявленные в спецификациях SF-2000, достигают 500 Мбайт/с при последовательном доступе и 60 тыс. оп./с при произвольном чтении и записи. Таким образом, новый контроллер примерно в два раза быстрее, чем SF-1200, при том что число каналов осталось прежним — восемь. SF-2000 может работать как с памятью, произведенной по техпроцессу 34 нм, так и с 25-нанометровой NAND Flash.

Остальные новшества увеличивают надежность хранения данных. SF-2000 использует 256-битный ключ AES-шифрования против 128-битного у SF-1200 и улучшенный механизм коррекции ошибок. Кроме того, SandForce по-прежнему выделяет часть объема, эквивалентную одному чипу NAND, для хранения блоков четности — примерно как RAID пятого уровня. Изрядный объем также достается фонду подменных пустых ячеек для выравнивания износа массива и компенсации падения скорости по мере того, как привод заполняется данными.

Модельный ряд чипов SF двухтысячной серии делится на две группы: SF-2100/2200 и 2500/2600. Физически они ничем не отличаются друг от друга, но прошивка дает старшим модификациям поддержку «суперконденсатора», который устанавливают в серверные приводы на случай аварийного отключения. Чипы SF-2100/2200 предназначены для потребительских продуктов, и SF-2100 урезан сильнее всех — в нем отключена поддержка SATA 3 и микросхем NAND с двумя кристаллами в упаковке. Последняя особенность весьма существенна, так как канал с двумя кристаллами «на конце» работает быстрее за счет их чередования.

⇡#Технические характеристики

Как Vertex 3, так и Agility 3 основаны на контроллере SF-2281. При этом Vertex 3 считается топовым продуктом, а его коллега стоит на полступеньки ниже. Если взглянуть на спецификации, то Agility 3 немного уступает в скорости последовательного чтения и существенно отстает в типичной скорости произвольной записи. Зато и стоит дешевле — 7 против 8 тысяч рублей в московских интернет-магазинах.

Приводы Vertex 3 имеют объем от 60 до 480 Гбайт, Agility 3 — максимум 240 Гбайт. При этом модели разного объема различаются еще и по скорости — см. таблицу. Накопители по 60 Гбайт больше всего потеряли в скорости произвольного чтения. 120-гигабайтные версии также в два раза медленнее 240-гигабайтных по этому показателю. Именно их нам и предстоит протестировать.

⇡#Комплект поставки, конструкция

Оба накопителя продаются в похожих коробках, только к Vertex 3, помимо бумажек, прилагается адаптер для установки в отсек 3,5 дюйма.

Сами устройства также внешне отличаются друг от друга только наклейками. Корпус — комбинированный, с пластиковой крышкой на металлическом основании.

Платы тоже — «найди десять отличий». У Vertex 3 и Agility 3 разные только микросхемы памяти.

Agility 3 укомплектован 25-нанометровыми асинхронными чипами, для каждого из которых максимальная скорость ограничена 50 Мбайт/с. У Vertex 3 чипы NAND перемаркированы логотипами OCZ, и выяснить их спецификации не так просто. Но ясно, что это более «благородная» синхронная память, за счет которой Vertex 3 работает быстрее и стоит дороже. На самом деле, благодаря компрессии данных, SF-2200 мало зависит от пропускной способности чипов, так что на практике между двумя моделями вряд ли будет выявлена большая разница.

Контроллер на платах один и тот же — SandForce SF-2281.

⇡#Методика тестирования

Для тестирования накопителей мы используем два популярных бенчмарка: HD Tune Pro 4.60 и Iometer 1.1.0 RC1. Первая программа дает упрощенную оценку основных аспектов производительности, а вторая применяется для более подробных и точных измерений. В дополнение к синтетическим тестам мы измеряем скорость копирования файлов на диске, разбитом на разделы, и время архивации/извлечения данных с помощью WinRAR 3.93 X64.

При тестировании твердотельных приводов прогоны бенчмарков перемежаются очисткой содержимого диска с помощью TRIM. Кроме того, данные, которые записываются на диск перед каждым обнулением, рассчитаны таким образом, чтобы не превысить его доступный пользователю объем. В сочетании с алгоритмами компрессии данных, которые используются в современных контроллерах SSD, эти меры предотвращают падение скорости записи по мере выполнения тестовых нагрузок.

Вот полный список тестов.

HD Tune 4.60

• Линейное чтение и линейная запись блоков по 64 Кбайт в пределах небольших диапазонов адресов, расположенных равномерно во всем объеме диска.
• Произвольный доступ к данным во всем объеме диска с использованием блоков размером 4 Кбайт.

Iometer 1.1.0 RC1

• Линейное чтение (запись) данных с использованием блоков данных размером от 512 байт до 2 Мбайт и глубиной очереди запросов, равной четырем. Тест с блоками каждого размера продолжается в течение одной минуты, поэтому полученные результаты справедливы лишь для доступа к данным в «начале» диска. Благо у SSD скорость чтения и записи одинакова во всем объеме накопителя. Результатом теста являются график зависимости скорости передачи данных от размера блока и среднее значение скорости.
• Произвольное чтение (запись) данных во всем объеме диска с использованием блоков данных размером от 512 байт до 2 Мбайт и глубиной очереди запросов, равной четырем. Тест с блоками определенного размера продолжается в течение 30 секунд. В результате выводится график зависимости производительности от размера блока и ее среднее значение. Границы блоков данных выравниваются относительно «линейки» с шагом 4 Кбайт. Т.к. SSD-накопители считывают и записывают информацию в виде т.н. страниц именно такого или кратного размера, выравнивание нагрузки позволяет избежать ситуаций, когда для чтения или записи одного логического блока требуется использовать дополнительные страницы.
• Произвольное чтение (запись) данных во всем объеме диска с использованием блоков данных по 512 байт и глубиной очереди запросов, равной единице. Тест идет в течение 10 минут, поэтому большую часть времени дисковый буфер оказывается заполненным, что дает возможность оценить устоявшееся время отклика накопителя. Блоки данных в этом тесте также выровнены относительно 4-килобайтной «сетки».
• Многопоточная нагрузка. В ходе этого теста с диском одновременно работают от одной до четырех копий тестовой утилиты (workers, в терминологии Iometer), выполняющих последовательное чтение (запись) блоков данных размером 64 Кбайт с глубиной очереди запросов, равной единице. Каждая копия имеет доступ к данным в отдельном адресном пространстве объемом 16 Гбайт. Адресные пространства расположены в объеме диска вплотную друг к другу, начиная с нулевого сектора. Измеряется совокупная производительность всех worker’ов.

⇡#Копирование файлов

Для проведения тестов с реальными данными диск разбивается на два раздела объемом 16 Гбайт, расположенных вплотную друг к другу без отступа от «начала» диска. Разделы форматируются в файловой системе NTFS с размером кластера по умолчанию.

Тестовая нагрузка заключается в копировании набора файлов в пределах раздела, а затем — на соседний раздел. Измеряется время выполнения каждой операции и вычисляется средняя скорость передачи данных.

Тестовые пакеты состоят из файлов различного размера. Так, в тесте с RAR-архивом файл всего один, тест с фонотекой в формате MP3 включает файлы размером 10—20 Мбайт, а в пакет Windows входит содержимое каталога System32 операционной системы Windows Server 2008 R2 (в двойном объеме — для увеличения надежности теста), которое представляет собой тысячи мелких файлов. В таблице ниже приведены характеристики каждого набора файлов.

⇡#WinRAR 3.93 X64

Для того чтобы оценить быстродействие диска при работе с архиватором, пакет файлов Windows из предыдущего теста, скопированный на первый (от «начала» диска) раздел подопытного накопителя, упаковывается при помощи WinRAR со степенью сжатия по умолчанию. Архив создается на том же разделе, где находятся исходные файлы, а затем распаковывается туда же в отдельный каталог. Измеряется время выполнения каждой операции.

⇡#Выносливость SSD

Производительность твердотельного привода падает по мере его заполнения информации. Сохранять форму накопителю помогают компрессия данных и алгоритмы удаления «мусора». Для оценки эффекта от этих мер мы с помощью Iometer в течение 30 минут бомбардируем накопитель произвольными запросами на запись блоков по 4 Кбайт с глубиной очереди 32. Данные для записи генерируются случайным образом, чтобы затруднить компрессию, которую может выполнять контроллер. Затем процедура продляется еще на полтора часа. У свежего привода и после обоих циклов заполнения измеряется скорость произвольной записи 4-килобайтных блоков при глубине очереди в 4 запроса, с использованием как повторяющихся, так и случайных данных.

Также представляет интерес результативность очистки SSD с помощью команды TRIM, которую в нашем тесте выполняет встроенная в Windows 7 и Windows 2008 R2 утилита форматирования.

В этом тесте за небольшое время имитируется «износ» накопителя, который происходит в процессе длительной (и весьма интенсивной) повседневной эксплуатации. Побеждают модели с эффективной компрессией данных, большой объем также дает преимущество в этом тесте.

⇡#Тестовый стенд

В качестве тестовой платформы использовался компьютер с материнской платой MSI 890GXM-G65 и процессором AMD Phenom II X2 560 Black Edition. Диск подключался к контроллеру, встроенному в чипсет платы, и работал в режиме AHCI. Операционная система — Windows Server 2008 R2 (в отношении работы с накопителями является полным аналогом Windows 7).

⇡#Производительность, синтетические тесты

Новинки от OCZ будут соревноваться с приводами на конкурирующей платформе — Marvell 88SS9174-BKK2, которые также поддерживают SATA 3. Заодно посмотрим, насколько устройства на SF-2200 оторвались от своих предшественников на SF-1200: Silicon Power V20 и Apacer Turbo II AS602. Прошивку обоих накопителей перед испытанием обновили до версии 2.11.

Так вот, по скорости линейного доступа разница между поколениями SandForce почти двукратная. По сравнению с Intel SSD 510 и Plextor продукты OCZ лишь немного быстрее считывают блоки, а вот запись оказывается шустрее на добрых две сотни мегабайт в секунду при интенсивной нагрузке в Iometer. В HD Tune очередь запросов меньше, и разница между соперниками не столь велика.

При произвольном чтении Vertex 3 не так уж сильно опережает привод Silicon Power V20 на чипе SF-1222, но и мало отстает от Intel X25-M, который традиционно силен в этой дисциплине. А вот Agility 3 уступает не только своему старшему брату, но и Silicon Power V20 — подвела асинхронная память.

По скорости произвольной записи приводы OCZ вне конкуренции. Огромный отрыв от соперников обеспечивает высокий пик графика на уровне 4 Кбайт.

Время отклика у Vertex 3 и Agility 3 примерно одинаково и в абсолютных значениях довольно велико.

Приводы получают огромный бонус к быстродействию от увеличения числа потоков. При одном потоке Vertex 3 и Agility 3 заметно медленнее Intel SSD 510. Отсюда вывод — при слабой нагрузке SF-2200 не раскрывает в полной мере свой потенциал.

⇡#Производительность, реальные задачи

В тесте на копирование файлов ярко проявилась зависимость SF-2200 от компрессии данных. В нашей стандартной методике в качестве файлов среднего и крупного размера используются MP3-записи и архив RAR, то бишь изначально сжатые файлы, плохо поддающиеся дополнительной компрессии. В таких условиях Intel SSD 510 и его аналог от Plextor оказались недосягаемыми для устройств OCZ при работе со средними и крупными файлами, хотя имеют большие проблемы с файлами мелкого размера.

Чтобы дать Vertex 3 и Agility 3 второй шанс, мы заменили большой и средние файлы на RAR-архивы сопоставимого размера, созданные без сжатия из файлов мелкого калибра, которые использовались в оригинальной методике. Вот теперь SF-2200 выстрелил как следует! Vertex 3 стал лидером теста, а Agility 3 лишь немного уступает SSD 510 и Plextor PX-256M2S.

В работе с RAR-архивом Vertex 3 и Agility 3 продемонстрировали результаты, сопоставимые с таковыми у приводов на основе SandForce первого поколения, и оставили далеко позади Intel SSD 510 вместе с Plextor, так как совершенно не боятся файлов мелкого размера.

⇡#Компрессия данных, выносливость SSD

Тест показывает, что SF-2200 еще сильнее зависит от компрессии данных, чем контроллер предыдущего поколения, — она обеспечивает трехкратный прирост быстродействия, а в условиях, когда компрессия затруднена, Agility 3 опускается аж до уровня Silicon Power V20.

Накопитель на базе SF-1200, как мы помним, продемонстрировал удивительную устойчивость к двухчасовому заполнению случайными данными — скорость записи хорошо сжимаемых данных почти не пострадала после такого издевательства, и только данные, которые сжимаются плохо, стали записываться гораздо медленнее. Видимо, компрессия настолько ускоряет выполнение произвольных запросов, попавших на оставшиеся свободные блоки массива, что это с лихвой компенсирует замедление записи в блоки, забитые «мусором».

Vertex 3 и Agility 3 оказались не столь выносливыми. Скорость записи случайных данных после заполнения катастрофически падает, но и работа с повторяющимися данными замедляется очень сильно. Возможно, все дело в исходном быстродействии накопителя — за время, отведенное на процедуру, он просто успевает сильнее заполниться.

На команду TRIM новинки также реагируют вяло и не спешат очищать память. Как следствие, восстановить производительность «забитого» привода может только обнуление с помощью OCZ Toolbox или аналогичной программы.

⇡#Выводы

Контроллер SandForce SF-2000 — весьма удачное обновление чипа SF-1200/1500. Производитель усилил все достоинства своего дебютного продукта, и в результате — колоссальный прирост быстродействия. В проведенных нами бенчмарках OCZ Vertex 3 и Agility 3 оставили далеко позади накопители на платформе SandForce предыдущего поколения и в целом оказались более быстрыми и сбалансированными по сравнению с Intel SSD 510 и аналогичными SSD с контроллером Marvell 88SS9174-BKK2. Однако SF-2000 еще сильнее полагается на компрессию данных, и при записи заранее сжатых файлов скорость может падать аж в три раза. Стоит иметь эту особенность в виду, хотя, повторимся, для большинства сценариев использования домашнего ПК это редкая ситуация. Кроме того, чтобы полностью раскрыть потенциал новинки, нужен контроллер SATA 3 и достаточно интенсивная нагрузка. При щадящей эксплуатации топовые современные SSD не могут работать в полную силу.

Разница между Vertex 3 и Agility 3, как и ожидалось, невелика — вряд ли кто-то вообще сможет почувствовать ее на практике. Старшую модификацию имеет смысл покупать только при по-настоящему серьезной нагрузке или в том случае, если вы любитель самого лучшего железа и не пойдете на компромисс ради какой-то тысячи рублей.