Методика тестирования накопителей образца 2021 года
Основной проблемой флэш-памяти с самого ее появления в 80-е годы прошлого века являются высокие цены. Постоянно снижающиеся — но до сих пор есть на рынке накопителей и более дешевые технологии. Правда их не во всех сегментах удается использовать, а иногда такие попытки оказываются хуже, чем NAND-флэш со всех точек зрения, включая и цену. Бывало и так, что сначала по цене удавалось обеспечить преимущество, но дальше флэш дешевел быстрее конкурентов, так что из образовавшейся ниши их со временем вытеснял. К примеру, можно вспомнить IBM Microdrive и его наследников. Это всего лишь типовые жесткие диски, но на пластинах дюймового диаметра и с соответствующим уменьшением головок и прочей механики, что позволило впихнуть получившийся продукт в габариты популярных (тогда) карт CompactFlash. Скорость получалась очень низкой, вся конструкция — хрупкой и ненадежной, но спрос был — поскольку обычная флэш-карта такого формата и такой емкости стоила слишком дорого. Поэтому микродрайвы активно использовались профессиональными фотографами, а потом на их базе начали выпускать огромное количество популярных (опять же — тогда) МР3-плееров и даже пробовали пристроить такие носители и к первым смартфонам. Однако флэш-память дешевела очень быстро — так что, спустя несколько лет, с дюймовыми винчестерами расправилась. Потом на свалку истории отправились и жесткие диски с пластинами по 1,8 дюйма. Сейчас ближайший кандидат на вылет обычные «ноутбучные» диски с пластинами на 2,5″ — они всё еще дешевле, но по совокупности характеристик проигрывают флэш-накопителям, почему и быстро теряют позиции. Десктопные же винчестеры пока держатся. Проигрывая по скорости и плотности хранения информации (SSD на 30 ТБ в разы компактнее, нежели жесткий диск на 20 ТБ), но иногда этим можно пренебречь ради экономии. Разница в стоимости хранения информации постоянно сокращается, но всё еще остается такой, что большие массивы информации (особенно не слишком активно обновляемой — так что скорость не так и важна) лучше хранить именно на «больших» винчестерах.
Такое динамическое равновесие — флэш применяется там, где без него обойтись сложно или вовсе невозможно, но основные объемы хранимой информации на деле и сейчас приходятся не на него. Да и не могут — объемы производства ниже, чем нужно, чтобы захватить весь рынок. Поэтому и цены снижаются во многом благодаря наличию альтернатив (в первую очередь — жестких дисков), без которых пока обойтись невозможно. Но и без флэш-памяти — тоже уже невозможно. Просто не всегда она пока оказывается оптимальным решением. Только и всего.
Производители памяти об этой проблеме знают лучше прочих. И старательно ее решают — как экстенсивными, так и интенсивными методами. С первыми все просто — технологии производства полупроводниковых кристаллов постоянно совершенствуются, так что и дешевеют. С интенсивными — сложнее. Ячейка флэш-памяти и без того является самой простой среди всех технологий — это всего лишь один полевой транзистор, при том, что даже для DRAM нужен транзистор и конденсатор, а дальше сложность только растет. Но транзистор — прибор аналоговый, так что хранит некий «непрерывный» заряд. А вот сколько бит информации будет храниться в каждой ячейки, зависит от того, как мы его будем оцифровывать. Чем больше бит, тем больше сложность соответствующих схем — но «размазывается» она на большие массивы данных, так что такое разделение труда (простые ячейки и сложная, но общая обвязка) оказывается выгодным. И увеличение плотности хранения информации тоже выгодно. Тем более, что эта метрика и без того является одним из достоинств флэш-памяти, так что его нужно усиливать. Вот этим все и занимаются, причем процесс этот непрерывный. Когда-то работали с двумя уровнями, храня в ячейке один бит данных, затем освоили два, потом три… Сейчас всё более массово используются и четыре бита, да и процесс на этом точно не кончится.
Но есть у него и побочные эффекты. Работать с двумя или, хотя бы, четырьмя уровнями напряжения просто — устойчиво разделять 16 намного сложнее. Поэтому при росте плотности постоянно снижается скорость и надежность каждой ячейки. Иногда этим можно пренебречь — когда ячеек в одном накопителе очень много, нагрузка на каждую в процессе эксплуатации снижается, да и скорость можно наращивать благодаря высокому параллелизму. Поскольку емкость полезна сама по себе, получается такой самоподдерживающийся процесс. Например, серверные SSD с 20—30 ТБ QLC-памяти внутри отлично справляются с 99% рабочих сценариев. В персональном компьютере справились бы и со 146%, но есть одна толстая тонкость — для конечного пользователя они всё еще слишком дороги в абсолютном исчислении. Какой-нибудь Solidigm SSD D5-P5316 на 30 ТБ прекрасный накопитель, но стоит он дороже трех тысяч долларов, т. е. как несколько жестких дисков, суммарной емкостью 100 ТБ (может уже и больше, но порядок примерно такой). В ноутбук не поместится ни то, ни другое, а NAS или настольный компьютер обычно лучше теми винчестерами по старинке и набивать. Просто добавив еще один или несколько небольших SSD для задач, критичных к скорости. Глобально несколько десятков терабайт на флэше могли бы оказаться и «лучше» по многим параметрам — но намного дороже. Почему такая концепция редко рассматривается частными покупателями.
У последних разными оказываются и требования к общему объему хранимой информации — что усугубляется и тем, что не всю ее обязательно держать на SSD. Возьмем, например, такой частый случай, как модернизация старого настольного компьютера или ноутбука. Заниматься этим приходится вовсе не от хорошей жизни — иначе проще было бы купить новый. Но и старички до сих пор способны справляться со многими несложными задачами — особенно когда оказываются не основным компьютером, а дополнительным к прочим. На дорогой и емкий SSD при этом может не хватать денег — тем более, он и не нужен. Если в стареньком десктопе был, допустим, терабайтный жесткий диск «для всего», то его можно и оставить для «холодных» данных, установив операционную систему и основные программы на свежекупленный твердотельный накопитель небольшой емкости. А в старом ноутбуке, используемом ныне просто как пишмашинка или интернет-терминал такого и одного будет достаточно. Гигабайт так на 256 — поскольку покупая 128 сэкономить в нынешних условиях можно совсем копейки, а больше вроде и не нужно. Если только на будущее — но его у SATA-накопителей всё равно уже нет, а другие в старую систему не подойдут (вообще или, хотя бы, без плясок с бубном).
Проблема в том, что QLC-память такие емкости в принципе противопоказаны — тормозить будет жестоко, но, возможно, недолго. А ведь ради удешевления некоторые производители ее и в таких устройствах уже используют, причем всё чаще и чаще. Да и современная TLC более «оптимизирована» на применение в SSD от терабайта и далее, так что «четвертинки» и на ней не слишком быстры. Проблему можно было бы решить использованием MLC — но это идет вразрез с изначальной бюджетностью данного сегмента: SATA небольшой емкости. Да и вообще от выпуска такой памяти все производители давно отказались — экономически нецелесообразно. Спрос-то есть, но небольшой — и не по той цене, которая бы позволила окупить производство.
К счастью, на рынке встречаются и остатки MLC-памяти старого производства. Чаще всего у компаний из материкового Китая, где она соседствует с древними же контроллерами. Из-за чего есть и гипотеза, что появляется такое благодаря утилизации старых вышедших из строя SSD. Правда это или нет — неизвестно. Возможно всякое — что популярности этим накопителям не добавляет. Тем более, что и стоят они дороже, чем принято ожидать от «китайцев», да и обмануть с таким могут легко. В ряде случаев деваться все равно некуда — поэтому недавно мы и тестировали «реактивную» USB-флэшку на такой платформе: альтернатив ей нет на рынке. Но в плане основного накопителя для пусть даже не основного компьютера большинству покупателей хочется чего-то менее экзотического. И иногда такое получается и сейчас.
Digma Run P1 256 ГБ
Вообще говоря серия P1 у этого производителя (отличающегося повышенной открытостью в плане спецификаций) включает в себя модели на контроллере Phison S11 с разной TLC-памятью. Чаще всего 96-слойной Kioxia BiCS4, но этот момент точно не задокументирован — в отличие от контроллера. Который сам по себе достаточно старый — появился еще в середине прошлого десятилетия, так что дебютировал еще в паре с разнообразной MLC-памятью. И вот именно такие «гости из прошлого» навестили российские магазины в конце прошлого года. На данный момент неизвестно, разовая ли это акция или будут повторы. Также непонятно, «зацепит» ли другие емкости. Пока можно утверждать лишь одно — выпущенные в августе 2022 года Digma P1, емкостью 256 ГБ (и только такой!) укомплектованы 15 нм MLC-памятью Toshiba (в Kioxia она превратилась куда позднее разработки и выпуска этой памяти) с кристаллами по 128 Гбит. Поэтому решено было купить и попробовать — как оно работает. В любом случае накопитель очень дешевый, а Phison S11 из используемых ныне в таких продуктах один из самых вменяемых контроллеров (хотя бы потому, что в большинстве конфигураций не перебарщивает с SLC-кэшированием), так что и в официальном варианте это достаточно интересное предложение. Не говоря уже о таких сюрпризах.
От которых, впрочем, не стоит ожидать слишком многого. Условия гарантии, например, писаны именно под бюджетный SSD на TLC (в частности, дополнительным ограничением является «пробег» всего в 120 ТБ на срок в три года), да и рассчитывать на какую-то «сверхживучесть» старой планарной MLC не стоит. То есть понятно, что она должна быть выше, чем у аналогичной TLC, но вот сравнительно с современной 3D как дело обстоит — вопрос открытый. Тем более, любая память бывает разной по разбраковке, да и пути появления старой в современных накопителях неисповедимы. И контроллер бюджетный одноядерный двухканальный, так что во многих сценариях сам по себе будет ограничивать производительность. Так что если кто-то надеется, что Digma Run P1 может считаться полным (за исключением цены) аналогом какого-нибудь Samsung 860 Pro (фактически последняя серия SSD на MLC) — зря надеется. Нет ничего общего ни по производительности (но об этом позже), ни по гарантии — но и по цене тоже. Однако в этом классе и при такой емкости использование MLC может оказаться полезным. Хотя бы в части сценариев.
Например, вот так выглядит график полной прописи данными в AIDA64. На самом деле из 256 ГБ современной TLC выжать можно не меньше, а иногда и больше — что мы в свое время установили при тестировании младшей модификации Kingston KC2500. Но для этого как правило требуются контроллеры посерьезнее, а таковые и без DRAM не обходятся. И при низкой емкости это на цене заметно сказывается — никаких полутора тысяч рублей в итоге точно не выйдет. Тысячи три на распродаже — вполне возможно, но это в два — два с половиной раза дороже. Да и искать такое как правило придется не в SATA-сегменте — что не всегда возможно.
Для сравнения — вот так было бы с 64- или 96-слойной 3D TLC Kioxia (BiCS3/BiCS4), что как бы не чаще всего давно уже встречается в паре с S11. И в большинстве Digma Run P1 как раз именно BiCS4 и стоит. Производительность по емкости особо не масштабируется, т. е. вот эта сотня с небольшим вне маленького SLC-кэш типична для всех емкостей от 256 ГБ и выше. А 256 ГБ на MLC дает все 275 МБ/с. Развернутые комментарии излишни. И для образовавшейся в последнее время секты свидетелей «скорости записи за кэшем» такого будет уже достаточно. Но мы пока спешить не будем, а рассмотрим и другие сценарии.
Тестирование
Методика тестирования
Методика подробно описана в отдельной статье, в которой можно более подробно познакомиться с используемым программным и аппаратным обеспечением. Здесь же вкратце отметим, что мы используем тестовый стенд на базе процессора Intel Core i9-11900K и системной платы Asus ROG Maximus XIII Hero на чипсете Intel Z590, что дает нам два способа подключения SSD — к «процессорным» линиям PCIe 4.0 и «чипсетным» PCIe 3.0, но ни первое, ни второе нам сегодня не пригодится. В отличие от «чипсетного» же контроллера SATA600 — он нужен будет всем участникам.
Образцы для сравнения
SATA-накопители такой емкости мы по этой версии тестовой методики не тестировали. Впрочем, устройства на базе MLC-памяти по ней не тестировались вообще. Поэтому подойдем к вопросу творчески — взяв две модели по пол-терабайта. WD Blue SA510 стал помедленнее и попроще своих предшественников, но его тоже можно отнести к среднему уровню — раз уж «низкий» в последнее время только снижается, всё в него не попадающее «всплывает». А KingSpec MT-512 как раз к низкому и относится — в нем безбуферный контроллер Maxio MAS1102 (кстати — тоже двухканальный, как и Phison S11) и QLC-память. Которая постепенно становится всё более частой в моделях такой емкости, да и покупая особо дешевый SSD из Китая есть уже немалый риск получить QLC и при 256 ГБ емкости. Что будет даже хуже, чем 512 ГБ ее же — но в сортах известно чего смысла разбираться, пожалуй, что уже нет. Точнее, есть — но не до такой степени.
Предельные скоростные характеристики
Низкоуровневые бенчмарки в целом и CrystalDiskMark 8.0.1 в частности давно уже пали жертвой в неравной борьбе с SLC-кэшированием — так что ничего, кроме самого кэша, протестировать и не могут. Однако и публикуемая производителями информация о быстродействии устройств тоже ограничена его пределами, так что проверить их всегда полезно. Тем более, что вся работа над кэшированием как раз и ведется для того, чтобы и в реальной жизни как можно чаще «попадать в кэш». И демонстрировать высокие скорости, несмотря на снижение стоимости памяти.
Для большинства контроллеров SSD давно уже камнем преткновения является однопоточный режим как чтения, так и записи. Но многие бюджетные продукты (особенно не слишком новые — что к Phison S11 в полной мере применимо) в многопоточном режиме производительность только снижают — что свойственно и жестким дискам. Почему на это никто не обращает внимания — ведь конкурировать им приходится в первую очередь с последними, а не с SSD среднего и высокого уровня. Так что есть смысл оценить картину и под таким углом. Для двух участников — поскольку KingSpec мы так не тестировали.
И в данном случае результаты Digma Run P1 резко улучшаются — в многопоточном режиме не справлялся именно контроллер. WD Blue SA510 всё равно быстрее по записи, но это объяснимо — там SLC=кэш побольше размерами, чего тесту и хватило. Так что повторимся -—использовать простые низкоуровневые бенчмарки для оценки скорости современных SSD нужно осторожно. Особенно если речь идет о моделях на медленной памяти — с их помощью определить это всё равно невозможно, поскольку всё нивелирует SLC-кэширование.
В WD при разработке контроллера ставили перед инженерами простую практическую задачу — не отставать от предыдущих моделей. А самым простым бюджетным безбуферным контроллерам выйти на аналогичный уровень может позволить разве что MLC. Косвенным образом — кристаллы-то в Run P1 в восемь раз меньше по емкости, чем в двух других накопителях, так что даже при меньшем суммарном объеме их в четыре раза больше. Что улучшает степень параллелизма и повышает производительность.
А с записью в пределах SLC-кэш KingSpec MT-512 на длинных очередях справляется даже лучше, чем Blue SA510 — но это меркнет на фоне того, как от обоих отрывается Digma Run P1. Хотя практического значения это не имеет — ввиду того, что таковые именно на практике и не встречаются. Но сам факт любопытный. Но объяснен выше — просто мелкие кристаллы памяти в больших количествах могут «вытянуть» и слабый относительно контроллер.
Вопреки расхожему заблуждению, на скорость работы реального ПО подобные операции оказывают куда большее влияние: «длинным» очередям, как уже сказано, взяться на практике неоткуда — зато блоки, отличные от 4К байт, встречаются очень часто. Количество операций в секунду на «больших» блоках немного снижается, но сами они больше — так что результирующая скорость в мегабайтах в секунду оказывается более высокой. Поэтому по возможности все и стараются работать именно так. И оптимизировать накопители под такие сценарии — тоже. Точнее, их контроллеры — насколько уж получится. И тут старенький Phison S11 похвалить особо не за что. Но поддержка со стороны быстрой памяти позволяет в итоге получить неплохую скорость. Далеко не рекордную — но рекорды вообще давно уже принято искать в совсем других классах.
Вот с записью фокус не удался — из-за активного использования современными накопителями SLC-кэширования, которое заметно нивелирует разницу между быстрой и медленной памятью. Соответственно, на одной лишь последней не выедешь.
Смешанный режим тоже важен — ведь в реальности (а не в тестовых утилитах) редко бывает такое, что долгое время данные приходится только писать или только читать. Особенно в многозадачном окружении — и с учетом богатой внутренней жизни современных операционных систем. Но оценивать его по результатам низкоуровневых тестов в настоящее время можно без опаски лишь при сравнении накопителей примерно одного класса. Просто потому, что последние не могут пробиться через SLC-кэширование, так что, например, нюансы быстродействия разной памяти никак не определяют.
Работа с большими файлами
Но, как бы ни были хороши показатели в низкоуровневых утилитах, достигнуть таких скоростей на практике удается далеко не всегда. Хотя бы потому, что это всегда более сложная работа — тот же CrystalDiskMark работает с небольшими (относительно) порциями информации, причем внутри одного файла. Во-первых, таковой в современных условиях практически всегда и гарантировано располагается в SLC-кэше все время тестирования, во-вторых, не нужно отвлекаться на служебные операции файловой системы — реальная запись одного файла это еще и модификация MFT, и журналы (основные используемые в работе файловые системы журналируемые — и не только NTFS), так что писать приходится не в одно место последовательно, а в разные (и частично — мелким блоком). В общем, большую практическую точность дает Intel NAS Performance Toolkit. При помощи которого можно протестировать не только кэш. И не только на пустом устройстве, где он имеет максимальные размеры — а и более приближенный к реальности случай, когда свободного места почти нет. Что мы всегда и делаем.
Работа в один поток — самый частый (146% случаев), но и самый сложный сценарий. Правда сложным он является для топовых моделей — снабженных совсем другим интерфейсом. А упереться в ограничения SATA дело не хитрое для большинства современных контроллеров, но Phison S11 этого еще не умел. С закономерным итогом.
Впрочем, в многопоточном режиме это еще более заметно. Но представляет собой лишь теоретический интерес — на практике и таких скоростей как правило достаточно. Сотня мегабайт в секунду ничего не решает — этих сотен и без хватает.
Вот с записью проблемы не просто возможны до сих пор, но и случается такое всё чаще и чаще — поскольку память становится в среднем всё медленнее и медленнее. Маскируют это SLC-кэширования, но размера кэш может банально не хватить — особенно при недостаточном запасе свободного места на накопителе, что скорее правило, чем исключение. Модели на MLC-памяти, естественно, от этой проблемы если и страдают, то в куда меньшей степени. А вот QLC — в максимальной. Что мы и видим на этой диаграмме.
И на этой — тоже, благо механизм возникновения проблем одинаковый. Хотя и здесь видна слабость контроллера в многопоточном режиме, но на фоне тормозов по вине медленной памяти она значения не имеет.
А в данном случае (причем синтетичным его не назвать) относительная слабость контроллера сказывается. Во-первых, у нас тут не один поток, а два — чего для Phison S11 уже многовато. Во-вторых, и сами по себе скорости в обоих направлениях ограничены. Но многое зависит от того, с чем сравнивать. «Приличный» SSD на TLC-памяти оказывается быстрее, «неприличный» на QLC тоже — но лишь когда ему хватает места для быстрой записи. Результаты же Digma Run P1 в тестируемой конфигурации невысокие, зато стабильные.
Повторение пройденного. Критичным ресурсом для современных бюджетных SSD является не просто наличие места, а наличие свободного места — это радикально сказывается и на скорости. Альтернативный подход предлагает WD, но, справедливости ради, это всяко не QLC — иначе могло бы выйти и еще хуже. А с остальными всё понятно: медленную память можно замаскировать SLC-кэшированием. Когда не получается — всё плохо. Быструю маскировать не нужно — она способна вытянуть и устаревший недорогой контроллер на приличный уровень сама по себе.
Комплексное быстродействие
На данный момент лучшим комплексным бенчмарком для накопителей является PCMark 10 Storage, с кратким описанием которого можно познакомиться в нашем обзоре. Там же мы отметили, что не все три теста, включенных в набор, одинаково полезны — лучше всего оперировать «полным» Full System Drive, как раз включающим в себя практически все массовые сценарии: от загрузки операционной системы до банального копирования данных (внутреннего и «внешнего»). Остальные два — лишь его подмножества, причем, на наш взгляд, не слишком «интересные». А вот этот — полезен в том числе и точным измерением не только реальной пропускной способности при решении практических задач, но и возникающих при этом задержек. Усреднение этих метрик по сценариям с последующим приведением к единому числу, конечно, немного синтетично, но именно что немного: более приближенных к реальности оценок «в целом», а не только в частных случаях, все равно на данный момент нет. Поэтому есть смысл ознакомиться с этой.
В принципе, одного теста достаточно -остальные нужны лишь для любителей большого количества циферок самих по себе, либо чтобы разобраться: что же в каком месте идет не так. В общем и целом же видно, что тот же Maxio MAS1102 быстро работать умеет. А вот QLC-память, да еще и в малых количествах (а 512 ГБ применительно к ней такими точно является) на данный момент не умеет. Но все это можно замаскировать SLC-кэшированием — и получить прекрасную (для SATA SSD) производительность. Однако при отсутствии запаса свободного места рассчитывать на какие-то рекорды уже не стоит. Мы критиковали WD Blue SA510 за то, что он стал медленнее предшественников (что не удивительно — при создании этого семейства в компании в первую очередь старались сэкономить, а потом уже всё остальное), но по нынешним меркам это хорошее решение — поскольку предсказуемое. И не менее предсказуемый результат можно получить даже при использовании устаревших бюджетных контроллеров, которые когда-то считались дном сегмента. Если… Если работать они будут в паре с быстрой памятью, которая справится с работой даже в небольших по сегодняшним меркам количествах. Правда на практике это делают редко — в большинстве случаев тот же Phison S11 давно уже работает в паре с TLC-, а то и QLC-памятью. Чем и интересны подобные «взбрыки» как сегодня. Рекордов они не ставят. Но позволяют выпускать «мелкие» и дешевые, но достаточно шустрые SSD.
Итого
Главный вопрос, который мог возникнуть в процессе чтения: «Ну и чо?» Действительно — чуда не вышло. Бюджетный контроллер даже в паре с MLC-памятью всё равно не позволяет получить высокую производительность. Разве что всё получается достаточно ровно и предсказуемо, что не так уж и мало. Но не так уж и много. Всегда есть возможность подыскать устройство более высокого класса и большей емкости — которое работать будет не менее стабильно, но и быстрее. Разве что стоить дороже, хотя в настоящее время и терабайтник большую дыру в семейном бюджете не пробьет. А SSD низкой емкости приобретаются чаще всего тогда, когда ничего, кроме цены, и не интересует. В конце концов с основными для «системного» диска нагрузками практически любой твердотельный накопитель справляется куда лучше любого же жесткого диска. Чего многим покупателям и достаточно.
Поэтому фарш невозможно провернуть назад. Для любителей скорости есть емкие накопители с интерфейсом PCIe. Для решения простой задачи немного ускорить запуск операционной системы и приложений подходят и самые дешевые SSD. Да хоть те же «четвертинки» на QLC — ужас в циферках, но всяко лучше жесткого диска. И цена при удачном стечении обстоятельств может оказаться смешной — дешевле, чем год-два назад принято было платить за 128 ГБ. Так что MLC уже не вернется никогда, а в бюджетных SATA-накопителях, возможно, вскоре массово и TLC не останется (если они сами не вымрут как класс до того момента, конечно). Но это в общем и целом. А частные случаи бывают разными. Вплоть до появления таких забавных конфигурация, как протестированная сегодня. Получился в итоге одновременно дешевый и один из самых быстрых из продаваемых сегодня SSD такой емкости. Правда появление их в продаже вообще трудно прогнозировать, да и сама память рано или поздно кончится. Но в целях повышения общей образованности есть смысл знакомиться и с такими отступлениями от магистральной линии прогресса. Чем нас такая конкретная партия Digma Run P1 и заинтересовала.