Методика тестирования накопителей образца 2018 года

Твердотельные накопители на базе QLC-памяти массово поставляются уже более года, однако многие покупатели до сих пор относятся к ним насторожено. Все-таки чем большее количество битов производители «запихивают» в тот же один полевой транзистор (который и представляет собой атомарную ячейку в NAND-флэш), тем больше проблем со скоростью записи и износом. По мере производства технические параметры улучшаются, но улучшаются они у памяти всех типов. А так современная QLC всегда хуже (в житейском понимании) современной же TLC — но и дешевле. Поэтому ее экспансия идет двумя путями, где недостатки менее заметны, чем достоинства. Конечно, в самые дешевые SSD начального уровня. Тут все понятно: идет борьба за каждый рубль, так что не до рекордов производительности. Особенно когда покупаешь не себе, а «на фирму», и без особых требований — потому что в качестве системного накопителя среднего офисного ПК такая бюджетка будет работать долго, счастливо и не заставляя страдать пользователя. Уж точно она лучше винчестера, да и дешевле. Второе направление тоже приводит к непосредственной конкуренции с винчестерами: в накопители высокой емкости. Таковые в абсолютном исчислении стоят достаточно дорого, но при больших объемах памяти как раз особенно заметна экономия за счет QLC. Тем более, производительность SSD от емкости зависит — и в таких условиях это уже тоже сказывается.

Поэтому мы решили вернуться к линейке Intel SSD 660p и протестировать самую емкую ее модификацию — на 2 ТБ. Самую дорогую, да — но очень интересную как раз в плане реальной покупки, а если заглянуть в прайс-листы розничных магазинов, то даже самую интересную. У младшей модели очень уж много конкурентов — всегда можно подобрать что-нибудь дешевле, но на TLC-флэш, не сильно «пострадав» и в плане интерфейса и/или гарантийных условий. Для терабайтника это тоже справедливо, но у него конкурентов уже меньше. А хороших бюджетных моделей емкостью 2 ТБ (или около того) не так уж много, и соответствующий 660р оказывается одним из самых дешевых, конкурируя только с бюджетными SATA-устройствами — да и те обычно стоят дороже, даже если говорить о продукции «второго эшелона» и с короткой гарантией. У 660р гарантия тоже сильно ограничена «пробегом», но это ограничение тоже зависит от емкости. Для 2 ТБ полный объем записи не должен превышать 400 ТБ за пять лет, то есть в среднем можно записывать по 200 ГБ в день. Понятно, что это далеко выходит за рамки потребностей не только лишь среднестатистического пользователя. Кроме того, мало чем можно «забить» такой накопитель «под завязку», так что и SLC-кэширование будет работать эффективнее. И вообще, со скоростными показателями все должно быть немного лучше, чем у младших моделей, которые мы тестировали в прошлом году — а сегодня решили закончить работу.

Intel 660p 512 ГБ

Intel 660p 1024 ГБ

Intel 660p 2048 ГБ

Все представители этой линейки очень похожи друг на друга. В частности, все используют кристаллы 64-слойной QLC NAND емкостью по 1 Тбит, причем у старших моделей они и «упакованы» в чипы одинаково — только количество самих чипов отличается. Контроллер — четырехканальный Silicon Motion SM2263. В паре с ним работает 256 МБ DRAM — обычно емкость зависит от количества флэша (что логично), но Intel в данном случае решила сэкономить. Экономия, к счастью, не радикальная: в бюджетном сегменте давно уже правят бал контроллеры без DRAM, типа SM2263ХТ, которые, кроме всего прочего, еще и не умеют записывать данные «мимо» SLC-кэша, так что при большом объеме записи скорость падает ниже 100 МБ/с даже при использовании TLC-памяти в количестве полутерабайта. Впрочем, в линейке 660р Intel использует ту же стратегию кэширования, но делает это вынужденно: все-таки «собственные» возможности QLC пока еще достаточно скромны, чтобы на них полагаться. Однако дьявол, как обычно, кроется в деталях.

Графики похожи качественно, но различаются количественно. В частности, любой изначально «чистый» 660р на полной скорости записывает порядка 12% своей емкости. А емкость эта разная, так что получается порядка 60, 120 и 240 ГБ данных; первого на практике может быть иногда маловато, последнего — вряд ли. За буфером скорость падает резко — но до разных значений. Младшая модификация может продолжать принимать данные лишь со скоростью 40-60 МБ/с — это медленнее ноутбучных винчестеров на внутренних дорожках (где скорость минимальная). Терабайтный накопитель уже способен на 70-110 МБ/с — что не хуже тех же ноутбучных винчестеров и в «быстрых» областях. Старшая же модель в линейке не опускается ниже 110 МБ/с. Почему это важно? А ровно такова минимальная скорость десктопных винчестеров на 7200 об/мин. То есть в таком изначально «плохом» для SSD и «хорошем» для винчестеров сценарии минимальная производительность оказывается одинаковой, и хуже винчестера Intel 660p 2 ТБ не может быть в принципе. А намного лучше — легко, благо сценарии, удобные для любого SSD, но смертельные для «механики», на практике встречаются куда чаще. Поэтому в роли замены винчестеров накопители на QLC-памяти не хуже более привычных TLC-моделей: пусть они не настолько быстрее, зато дешевле.

Образцы для сравнения

Поскольку основными героями у нас сегодня является тройка 660р, наибольший интерес представляет собой их сравнение друг с другом. А для того, чтобы лучше привязаться к местности, мы взяли результаты пары Intel 760p — на 512 и 1024 ГБ. Выглядят они как «старшие братья» 660p: восьмиканальный контроллер Silicon Motion SM2262 вместо четырехканального SM2263, 2 МБ DRAM на каждый гигабайт флэша, а не 256 МБ «всего», проверенная временем 3D TLC NAND «второго поколения», а не пугающая QLC — в итоге и ограничения гарантии почти в три раза более мягкие. Но и стоят они соответствующих денег, а потому непосредственной конкуренции между этими двумя линейками при одинаковой емкости нет. Впрочем, и купить два терабайта 660p по цене одного терабайта 760p тоже не получится. Поэтому мы и говорим, что в тестировании нужен просто ориентир — и, желательно, «родственный», чтобы картинка была более четкой. Тогда сразу будет видно, в каких случаях экономия оправдана, а в каких она приводит к слишком большим потерям.

Тестирование

Методика тестирования

Методика подробно описана в отдельной статье. Там можно познакомиться с используемым аппаратным и программным обеспечением.

Производительность в приложениях

Специфика системных нагрузок (и эмулирующих их тестовых пакетов) — преобладание операций чтения, причем ограниченных объемов данных. Да и запись (когда возникает) обычно такая же. Во всяком случае, если говорить о ситуациях, когда требуется высокая скорость последней, т. е. «сбросе» информации откуда-нибудь из памяти. Инсталляции игры по сети может привести к записи и сотни гигабайт — только вот ее скорость будет лимитироваться пропускной способностью самой сети (о чем некоторые иногда забывают). А теперь вспоминаем, что с чтением отлично справляются любые SSD, а небольшие объемы записи эффективно обрабатываются кэшированием — и итог очевиден. «В быту» QLC вполне достаточно — не менее, чем TLC той же емкости. Даже если попробовать убрать задержки со стороны прочих компонентов системы — не говоря уже о случаях, когда именно они все и ограничивают. А для твердотельных накопителей это выполняется практически всегда.

Заметим, что предыдущая версия пакета, оперирующая нагрузками, типичными, для более «старых» приложений, слишком «легкими» для современных систем, демонстрирует большую разницу между накопителями — так и должно быть. И, казалось бы, однозначно агитирует за 760р — хотя и эта-то линейка по нынешним временам не является чем-то сверхскоростным. С другой стороны, уровень сопоставимый. И (что наиболее важно в рамках сегодняшнего тестирования) производительность в серии 660р растет вместе с емкостью.

Последовательные операции

Казалось бы... но нет. Вспоминаем, что контроллер SM2263 — четырехканальный, так что (как и прочим подобным) ему не нужен PCIe 3.0 x4 — хватило бы и х2 с любой памятью. Терабитные кристаллы 64-слойного QLC-флэша IMFT к самым быстрым не относятся, но уже четырех таковых достаточно, чтобы выйти на 1,3 ГБ/с, а 8 или 16 существенной прибавки в таких условиях дать не могут. Понятно, что этот уровень радикально выше, чем могут обеспечить любые SATA-накопители, а вот «конкуренция» в рамках NVMe-сегмента «зарублена» изначально.

Зато при записи в пределах SLC-кэша она вполне возможна — а все 660р используют агрессивную схему кэширования. Впрочем, однократного чередования в младшей модификации все равно недостаточно, чтобы догнать представителей семейства 760р, которые и сами по себе далеко не рекордсмены, а вот старшие модели линейки на такое способны. Друг от друга же отличаются незначительно, но в их случае сложно было бы ожидать обратного: принципиальная разница в организации заканчивается при переходе от 512 к 1024 ГБ.

Случайный доступ

Поведение основных испытуемых в этих сценариях совсем не похоже на виденное выше. В частности, тесты чтения благосклонно относятся к любому способу увеличить параллелизм, так что получаем аккуратную лесенку. Вкупе с «умением» современных контроллеров Silicon Motion (точнее, их прошивок) использовать SLC-кэш именно как кэш, что важно для программ, создающих файлы непосредственно перед использованием (а таковы практически все низкоуровневые тестовые утилиты, включая и используемую нами пару) это позволяет «в попугаях» обгонять и решения более высокого уровня даже в рамках ассортимента одного производителя.

Для записи же, похоже, более весомо количество чипов, нежели организация каждого из них, так что как-то выделяется лишь старшая модификация. Но и она заметно медленнее, чем 760р на 512 ГБ (а временами — и 256 ГБ): все-таки использование QLC-памяти в таких сценариях дает о себе знать. И пусть «длинные» очереди персональному компьютеру несвойственны, поскольку даже бюджетные SSD успевают отработать запросы системы быстрее, чем таковая (точнее, прикладные программы) их генерировать, но с научно-познавательной точки зрения это различие интересно.

Что из «нелинейных» нагрузок на практике встречается часто, так это чтение разными блоками, но «без очереди». А основным влияющим на скорость такового фактором оказывается латентность самой памяти — причем при использовании NAND-флэш варьирующаяся в очень небольших пределах. Независимо от конкретного типа (в отличие от записи) и/или используемых интерфейсов и протоколов — это характеристика самого носителя. Задержки «механики» радикально (в 20 и более раз) выше, 3D XPoint или, тем более, DRAM — намного ниже. А флэш — он и есть флэш. Что, как мы уже не раз говорили, особенно «на руку» недорогим SSD. В том числе, и использующим QLC NAND — с такими нагрузками она справляется не хуже прочих, а именно они оказывают самое большое влияние на производительность накопителей в качестве «системных дисков».

Работа с большими файлами

Младшие модификации с четырьмя или восемью кристаллами памяти, упакованными в две микросхемы, на практике неспособны загрузить работой даже бюджетный четырехканальный контроллер, старшей это удается немногим лучше. Все равно медленно для данного сегмента, конечно, но вообще бюджетные NVMe-накопители должны конкурировать не с «небюджетными», а с разнообразными SATA-моделями — и это-то им отлично удается.

Если свободного места на накопителе много (в данном случае даже из 512 ГБ общей емкости пустует 3/4), в полную силу может развернуть динамический SLC-кэш, так что скорость записи оказывается выше чтения, да и более дорогие SSD посрамлены. Понятно, что для QLC это идеальный случай — при таком подходе разницы между типами памяти вообще не будет, поскольку все они работают в одинаковом режиме, но бывает и так. На практике — тоже: когда объемы записываемых данных укладываются в кэш, что встречается достаточно часто.

Но если устройство «забито» данными под завязку, выделить много места под кэширование не получается, а статическая часть кэша невелика — так что, если все данные «прогонять через нее», параллельно с процессом записи новых данных приходится и уплотнять старые. От этой проблемы избавлен только 760р, умеющий записывать данные «мимо» SLC-кэша прямо в массив памяти — в итоге и скорость оказывается практически одинаковой, независимо от количества свободного места. А некоторые модели «первой волны», типа взятого нами как пример Intel SSD 600p 512 ГБ (поскольку 760р такой емкости мы так не тестировали), изначально писали данные медленно — так что тут тоже формально лишь небольшое падение, а фактически речь идет о скоростях в 200-250 МБ/с: с пола падать некуда. Или почти некуда — твердотельные накопители на базе QLC-памяти небольшой емкости неспособны и на такое, что уже было показано выше на низком уровне. На высоком же... 660р 512 ГБ записывает данные на скорости порядка 70 МБ/с — это лишь немногим больше, чем на внутренних дорожках жестких дисков для ноутбуков и медленнее, чем у таковых на внешних. Терабайтная модификация обходит ноутбучные винчестеры всегда и даже способна пободаться с настольными моделями — но лишь на (медленной) части пластины. А вот увеличение емкости до 2 ТБ приводит к тому, что даже в таких очень жестких условиях (свободно лишь 5% емкости — что, вообще говоря, не рекомендуется даже для файловых систем независимо от физических накопителей) позади остаются уже и любые винчестеры, и очень многие SSD. И не обязательно слишком старые. Размер решает.

Как и в этом случае. Откуда такой радикальный прорыв? Вспоминаем, что емкость статической части SLC-кэша (которая есть всегда) в этой линейке составляет 6 ГБ на каждые 512 ГБ емкости, а объем записи в этом тесте составляет 16 ГБ (еще столько же читается)... Соответственно, двухтерабайтник в этом сценарии как раз кэшем и может ограничиться. Увеличь мы объем данных — картина бы чуть сгладилась, уменьши — могло бы «повезти» и младшим SSD линейки. Стабильности нет, но переход количества в качество возможен — в том числе, и на практике.

Рейтинги

Производительность винчестеров зависит от емкости пластин (точнее, плотности данных на них), но не от их количества — такой «параллелизм» в механических накопителях не реализован. У SSD же важны и «плотность», и количество — что особенно заметно на скорости операций записи. Что касается чтения, то тут производительность нередко ограничивает контроллер — и в плане «внешнего» интерфейса, и внутреннего тоже (количество поддерживаемых каналов как раз и определяет степень параллелизма массива флэш-памяти). В итоге зависимость производительности от внутренней конструкции становится более сложной, но в первом приближении главным является то, что она растет вместе с емкостью. Конечно, это справедливо лишь в пределах одной линейки: даже топовый 660р с точки зрения тестов низкого уровня отстает от 760р меньшей емкости, в которых и память, и контроллер более быстрые. Но у них, повторим, и цена совсем другая, что имеет не меньшее значение, чем емкость. Понятно, что и 512 ГБ во многих случаях достаточно, даже если в системе нет других накопителей — но 2 ТБ вообще перекрывает запросы как бы не большинства массовых пользователей. Особенно если говорить о бюджетных компьютерах, где 1-2 ТБ дискового пространства на всё про всё — до сих пор обыденность. Да и конкурируют за кошелек покупателя в этом сегменте до сих пор не разные SSD друг с другом, а бюджетные твердотельные накопители с винчестерами.

При этом и «маленькие» 660р к медленным накопителям не отнесешь даже в пределах своего класса — просто в таких условиях некоторые «умеют работать» заметно быстрее, однако на практике ради экономии на это можно закрыть глаза. Встречались нам и более медленные с точки зрения массовых нагрузок устройства даже той же емкости (не говоря уже о меньшей), а возникновение «совсем неудобных» ситуаций в реальной жизни происходит не слишком часто. Более же емкие модели линейки в них будут попадать еще реже, да и в обычной работе окажутся пошустрее. В общем, конечно, накопители на QLC-памяти пока еще все равно сложно считать универсальными, но модели вроде Intel SSD 660p 2 ТБ в типовом персональном компьютере можно использовать и в гордом одиночестве. Это будет дешевле, чем та же емкость в исполнении топовых устройств, и в среднем быстрее (а также всегда удобнее) разнообразных гибридных схем. Во всяком случае, если сравнивать с самой популярной схемой «SSD+HDD» — чем они и интересны.

Итого

Изменилось ли наше отношение к накопителям на базе QLC-флэш в целом и линейки Intel SSD 660p в частности после изучения старшего ее представителя? Вообще говоря, нет. По сути своей, этот тип памяти и использующие ее устройства нельзя считать в той же степени универсальными, что и более привычную (но когда-то пугавшую не меньше) TLC-память. Однако сферы применения для нее есть, и в первую очередь это дополнительные накопители высокой емкости для ситуаций, не предполагающих большого объема записи. Впрочем, в ряде случаев такие накопители могут быть основными и единственными в компьютере, не вызывая заметных проблем. Тем более, что, как хорошо видно по результатам тестов, сама по себе высокая емкость позволяет нивелировать некоторые недостатки технологии, повышая ту же скорость до приемлемого уровня — выше, чем обеспечивают винчестеры или многие бюджетные SSD. И это в «неудобных» условиях, а уж в «хороших»-то!.. Например, в игровом ПК такие накопители будут отлично справляться с работой: высокая емкость нужна, поскольку одна современная игра может занимать десятки гигабайт дискового пространства, высокая скорость чтения потребуется для быстрой загрузки самой игры и уровней, а проблем с записью нет, поскольку установка и обновление игр осуществляются через интернет (так что скорость будет лимитироваться сетевым подключением), а в «работе» много писать не требуется. Понятно, что накопитель на базе TLC-памяти формально все равно будет быстрее — но он будет и дороже за счет цены самой памяти. А пытаться сблизить цены при равной емкости экономией на контроллере и DRAM — значит потенциально «просадить» скорость до еще более низкого уровня, несмотря на более дорогую и быструю TLC-память.

Отметим, что в обновленной линейке 665р компания Intel отказалась от модификации на 512 ГБ — теперь она начинается с 1 ТБ. Кроме того, 96-слойный флэш позволил немного повысить скорость, да и условия гарантии стали чуть более мягкими — теперь полный объем записи ограничен 300/600 ТБ, а не 200/400 ТБ, как у 660р (для емкостей 1/2 ТБ). Соответственно, повышается и «применимость» таких SSD для работы и отдыха. Не в том плане, что их можно будет рекомендовать для всех сценариев использования, но ситуации, когда они придутся к месту, будут встречаться чаще. А так и 660р свое место в жизни находит. Главное не требовать от накопителей большего, чем то, на что они рассчитаны. В первую очередь, они призваны заменить винчестеры в области работы с «теплыми» данными — для долговременного хранения «холодных» цены винчестеров все-таки пока еще слишком привлекательны даже на фоне QLC. А новый уровень высокоскоростных SSD — это не про них, несмотря на быстрый интерфейс.