Твердотельные накопители нашли широкое применение в персональных компьютерах, особенно, когда требуется максимальная производительность подсистемы хранения данных.
Независимо от того, какова модель использования: будь то профессиональная рабочая станция, либо домашний системный блок энтузиаста или любителя компьютерных игр — SSD обеспечивает большее быстродействие, чем самые лучшие из «винчестеров».
Основной недостаток твердотельных дисков — их высокая цена, но по мере совершенствования технологических процессов производства флэш-памяти стоимость хранения 1 ГБ информации упала ниже психологической отметки в 1 доллар США.
Что касается конструктивного исполнения, то наибольшее распространение получили твердотельные накопители форм-факторе 2,5” с интерфейсом SATA 6 Гбит/с, что позволяет устанавливать такие устройства как в корпуса системных блоков, в том числе формата MiniITX, так и в ноутбуки. В последних, особенно ультратонких моделях, нашли применение SSD в конструктивном исполнении mSATA.
Этим же разъемом любят снабжать свои системные платы компании Gigabyte и, с недавних пор, MSI. Но наиболее производительными и, пожалуй, самыми экзотическими являются флэш-драйвы, предназначенные для установки в слоты PCI Express, такие как Intel SSD 910 или OCZ RevoDrive 3.
С недавних пор выпуском SSD занялась… компания ASUS, которая анонсировала свой первый твердотельный накопитель — RAIDR Express. Вопреки распространенной практике брендирования ОЕМ-изделий сторонних производителей, в ASUS пошли своим путем, разработав уникальный во всех отношениях продукт.
Новинка относится к семейству Republic of Gamers, которое создано, в первую очередь, для любителей компьютерных игр, требовательных пользователей и любителей разгона. Но, глядя на спецификации RAIDR Express нельзя исключать и его профессионального применения, впрочем, судите сами: ниже приведены технические характеристики героя сегодняшнего обзора.
| Модель | ASUS RAIDR Express |
| Емкость | 240 Гбайт |
| Скорость последовательного чтения, МБ/с | 830 |
| Скорость последовательной записи, МБ/с | 810 |
| Максимальная скорость случайного чтения (для блоков 4 КБ), IOPS | 100 000 |
| Максимальная скорость случайной записи (для блоков 4 КБ), IOPS | 100 000 |
| MTBF, часов | 620 000 |
| Защита данных | 128bit AES |
| Интерфейс | PCI Express 2.0 x2 |
| Размеры, мм | 157 х 120 х 20 |
| Масса, г | 243 г |
| Диапазон рабочих температур, °C | 0–70 |
| Дополнительные возможности | DuoMode, SSD TweakIt, RAMDisk, ROG HybriDisk |
Комплект поставки
Твердотельный накопитель ASUS RAIDR Express поставляется в коробке, оформленной в стиле серии Republic of Gamers, для которой характерен эффектный, но лаконичный дизайн.
С обратной стороны пользователь может ознакомиться с основными спецификациям, а также узнать о фирменных особенностей RAIDR Express, среди которых поддержка функции DuoMode. Она обеспечивает совместимости устройства как со старыми системными платами, у которых в качестве прошивки используется традиционный BIOS, так и с новыми «материнками», управляющий микрокод которых основан на UEFI.
Упаковка имеет фальш-крышку, под которой находится прозрачное пластиковое окошко, а на её развороте содержится масса полезной информации. Например, функция RAMDisk при помощи комплектного ПО позволяет создать виртуальный логический диск в области ОЗУ, а технология ROG HybriDisk дает возможность поднять быстродействие жестких дисков путем использования твердотельного накопителя для кэширования часто используемых данных.
Помимо самого накопителя комплект поставки ASUS RAIDR Express включает лишь DVD-диск с драйверами и программным обеспечением, а потому, мы переходим к изучению особенностей дизайна новинки.
Дизайн
Твердотельный накопитель ASUS RAIDR Express выполнен в виде платы, монтируемой в слот расширения PCI Express. С обеих сторон устройство защищено металлическим кожухом, на лицевой стороне которого имеется множество отверстий, очевидно — для лучшей вентиляции.
Обратная сторона SSD также «закована в броню», которая защищает печатную плату от механических повреждений, но, отнюдь не способствует охлаждению накопителя.
ASUS RAIDR Express имеет непривычный интерфейс PCI Express 2.0 x2 с пропускной способностью в 1 Гбит/с, который конструктивно несовместим с разъемами PCI-E x1, коих в избытке на любой современной системной плате. Поэтому, для установки твердотельного накопителя придется использовать слоты PCI Express x4 или PCI Express x16.В правой части печатной платы находится микропереключатель, отвечающий за выбор режима DuoMode, и светодиод, загорающийся при включении UEFI Mode. Никаких других органов управления RAIDR Express не имеет.
После снятия кожуха обнаруживается, что большая часть печатной платы накрыта массивным радиатором, размерам которого позавидуют иные видеокарты.
Заметим, что в процессе работы SSD ощутимо разогревался, так что, использование такой системы охлаждения кажется нам оправданным.
С обеих сторон печатной платы размещаются 16 микросхем флэш-памяти Toggle NAND MLC производства Toshiba. Емкость каждого чипа составляет 16 ГБ, а суммарный объем твердотельного накопителя равен 256 ГБ, но из них пользователю доступны только 240 ГБ, тогда как оставшиеся дисковое пространство зарезервировано для хранения контрольных сумм циклических кодов и «подменного фонда» ячеек памяти, компенсирующих неравномерный износ. Микросхемы, промаркированные как TH58TEG7DDJBA4C, изготовлены по 19-нм технологическому процессу, а их ключевой особенностью является использование 16К страниц вместо привычных 4К. На практике, это означает увеличение быстродействия в линейных операциях, но может не лучшим образом отразиться на производительности при работе с мелкими файлами. Увеличение размера страниц памяти также может негативно сказаться на ресурсе накопителя, ведь при модификации небольших объемов данных контроллеру придется перезаписывать блок размером 16К. Скорее всего, поэтому производитель установил среднее время наработки на отказ на уровне 620 000 часов, тогда как многие конкуренты декларируют MTBF в 1 млн. часов.
После демонтажа радиатора становится очевидной внутренняя организация ASUS RAIDR Express. Фактически, накопитель состоит из двух отдельных SSD емкостью по 120 ГБ, каждый из которых управляется собственным контроллером LSI SandForce SF-2281 — не самым современным решением. Недостатки SF-2281 давно известны, к ним относится неэффективная фоновая «уборка мусора», а также деградация скорости записи в процессе эксплуатации из-за несовершенной реализации TRIM.
Две «половинки» RAIDR Express объединены в массив RAID 0, который в идеальных условиях может обеспечить двукратный прирост быстродействия по сравнению с одиночным дисковым накопителем. В качестве аппаратного RAID-контроллера используется микросхема Marvell 88SE9230. Исходя из спецификаций логично предположить, что каждый из SF-2281 работает по интерфейсу SATA 6 Гбит/с, тогда как для связи системной логикой материнских плат используются две линии PCI Express 2.0. Аппаратные возможности Marvell 88SE9230 позволяют также организовывать RAID 1, так что опытные пользователи смогут поэкспериментировать с внутренней организацией ASUS RAIDR Express.
На фоне всех преимуществ описанное выше решение имеет несколько спорных моментов. Так, для SSD, объединенных в RAID, нельзя выполнить процедуру Secure Erase, а также обновить управляющий микрокод. Для выполнения этих простых операций потребуется «разобрать» массив, выполнять желаемое действие, после чего снова «собрать» RAID. Кроме того, у массивов есть определенные проблемы с поддержкой команды TRIM, которая сообщает твердотельному накопителю о том, какие блоки данных уже не содержатся в файловой системе и могут быть физически удалены. В результате, без этой команды по мере использования SSD скорость записи может упасть до катастрофических величин. Впрочем, компания ASUS смело заявляет о поддержке TRIM в накопителе RAIDR Express, и мы обязательно проверим её реализацию во время практической части сегодняшнего обзора, а пока, предлагаем рассмотреть комплектный «софт».
Комплектное ПО
Вместе с ASUS RAIDR Express пользователи получают программный продукт SSD TweakIt, предназначенный для оптимизации производительности и обслуживания твердотельного накопителя. Прежде всего, утилита предлагает выполнять автоматическую конфигурацию операционной системы для достижения наибольшего быстродействия SSD.
Опытным пользователям дается возможность самостоятельно настроить опции, повышающие скорость работы. Например, SSD TweakIt предлагает перенести на твердотельный накопитель кэши интернет-браузеров и системные папки с временными файлами.
Для увеличения ресурса накопителя пользователям предоставляется возможность отключить файл подкачки, режим гибернации, а также фиксацию времени последнего доступа к файлам.
Наконец, программа SSD TweakIt позволяет активировать опцию I/O Booster, которая повышает скорость выполнения операций ввода-вывода.
Здесь же включаются функция обновления прошивки накопителя и подается команда Secure Erase.
Вначале мы обрадовались, что разработчикам ASUS удалось каким-то образом обойти ограничения драйвера RAID-массива, реализовав такие полезные опции, но вскоре выяснилось, что для выполнения указанных выше операций необходимо выполнить загрузку с комплектного DVD-диска.
Вот только что делать пользователям, которые отказались от оптических приводов?
Дальше еще интереснее, после загрузки облегченной версии Linux выяснилось, что для обновления прошивки или выполнения Secure Erase необходимо «разобрать» RAID-массив, но сделать это можно только войдя в BIOS накопителя, для чего придется переключать SSD в режим BIOS_Mode.
Такой себе ребус… Правда, тем, кто решит эту головоломку до конца будет дана возможность восстановить быстродействие ASUS RAIDR Express до первоначального состояния.Помимо программы SSD TweakIt вместе с новинкой пользователи получают утилиту HybridDisk, которая позволяет повысить быстродействие традиционных винчестеров путем кэширования часто используемых данных.
Для этого можно использовать весь доступный объем SSD или выделить область дискового пространства, а оставшееся на флеш-драйве место использовать для установки программ, игр и так далее.
Алгоритм работы HybridDisk не отличается от большинства подобных программ, утилита копирует в область на SSD данные, считываемые с жесткого диска, а при повторном запросе обращении к ним происходит с твердотельного накопителя.
Именно по этому, при первом проходе синтетических тестов результаты «гибридной» подсистемы хранения данных не отличаются от таковых для одиночного «винчестар», тогда как быстродействие во второй и последующих итерациях приближаются к показателям SSD. Увы, в реальных задачах такие ситуации возникают не часто, а значит, эффект от использования HybridDisk заметен далеко не всегда.
Третья программа, заслуживающая внимания — RAMDisk, первая встреча с которой состоялась во время знакомства с материнской платой ASUS Maximus VI Hero. Очевидно, что наибольшая целесообразность применения RAMDisk наблюдается как раз в паре с производительным SSD.
В этом случае данные, которые загружаются на виртуальный жесткий диск, хранятся на быстром твердотельном накопителе, что сокращает время готовности системы.
На фоне всех преимуществ, которые дают комплектные программы ASUS, мы разглядели три существенных недостатка. Во-первых, среди утилит нет инструмента, который позволил бы выполнить перенос данных с жесткого диска пользователя на вновь приобретенный RAIDR Express. Во-вторых, отсутствует программа, позволяющая отслеживать состояние накопителя, его температуру и степень износа. И, наконец, программистам ASUS стоит задуматься про добавление в функции SSD TweakIt возможности создания загрузочной USB-флешки, которая поможет во время непростой процедуры обновления прошивки и выполнения Secure Erase.Тестовый стендДля тестирования твердотельного накопителя ASUS RAIDR Express мы использовали стенд следующей конфигурации:
- процессор: Intel Core i7-4770K (3,5 ГГц, 8 Мбайт кэш L3);
- кулер: Noctua NH-U14S (2 вентилятора Noctua NF-A15 PWM 140 мм, 1500 об/мин);
- термопаста: Noctua NT-H1;
- материнская плата: ASUS Maximus VI Hero (Intel Z87, UEFI setup 0224 от 03.06.2013);
- оперативная память: G.Skill TridentX F3-2400C10D-8GTX (2×4 ГБ, DDR3-2400, CL10-12-12-31);
- видеокарта: ASUS HD7950-DC2T-3GD5 (Radeon HD 7950);
- жесткий диск: WD VelociRaptor WD1500HLHX (150 ГБ, 10000 об/мин, SATA 6 Гбит/с);
- блок питания: Seasonic X-650 (650 Вт);
- операционная система: Windows 7 Enterprise 64 bit SP1;
NVMe-накопители в разных режимах работы интерфейса PCI Express:
Методика тестирования накопителей образца 2016 года
Если спросить, какой интерфейс следует использовать для твердотельного накопителя с поддержкой протокола NVMe, то любой человек (вообще знающий, что такое NVMe) ответит: конечно PCIe 3.0 x4! Правда, с обоснованием у него, скорее всего, возникнут сложности.
В лучшем случае получим ответ, что такие накопители поддерживают PCIe 3.0 x4, а пропускная способность интерфейса имеет значение. Иметь-то имеет, однако все разговоры об этом начались только тогда, когда некоторым накопителям на некоторых операциях стало тесно в рамках «обычного» SATA.
Но ведь между его 600 МБ/с и (столь же теоретическими) 4 ГБ/с интерфейса PCIe 3.0 x4 — просто пропасть, причем заполненная массой вариантов! А вдруг и одной линии PCIe 3.0 хватит, поскольку это уже в полтора раза больше SATA600? Масла в огонь подливают производители контроллеров, грозящиеся в бюджетной продукции перейти на PCIe 3.
0 x2, а также тот факт, что у многих пользователей и такого-то нет. Точнее, теоретически есть, но высвободить их можно, лишь переконфигурировав систему или даже что-то в ней поменяв, чего делать не хочется.
А вот купить топовый твердотельный накопитель — хочется, но есть опасения, что пользы от этого не будет совсем никакой (даже морального удовлетворения от результатов тестовых утилит).
Но так это или нет? Иными словами, нужно ли действительно ориентироваться исключительно на поддерживаемый режим работы — или все-таки на практике можно поступиться принципами? Именно это мы сегодня и решили проверить.
Пусть проверка будет быстрой и не претендующей на исчерпывающую полноту, однако полученной информации должно оказаться достаточно (как нам кажется) хотя бы для того, чтобы задуматься… А пока вкратце ознакомимся с теорией.
PCI Express: существующие стандарты и их пропускная способность
Начнем с того, что́ представляет собой PCIe и с какой скоростью этот интерфейс работает. Часто его называют «шиной», что несколько неверно идеологически: как таковой шины, с которой соединены все устройства, нет.
На деле имеется набор соединений «точка—точка» (похожий на многие другие последовательные интерфейсы) с контроллером в середине и присоединенными к нему устройствами (каждое из которых само по себе может быть и концентратором следующего уровня).
Первая версия PCI Express появилась почти 15 лет назад. Ориентация на использование внутри компьютера (нередко — и в пределах одной платы) позволила сделать стандарт скоростным: 2,5 гигатранзакции в секунду.
Поскольку интерфейс последовательный и дуплексный, одна линия PCIe (x1; фактически атомарная единица) обеспечивает передачу данных на скоростях до 5 Гбит/с. Однако в каждом направлении — лишь половина от этого, т. е.
2,5 Гбит/с, причем это полная скорость интерфейса, а не «полезная»: для повышения надежности каждый байт кодируется 10 битами, так что теоретическая пропускная способность одной линии PCIe 1.x составляет примерно 250 МБ/с в каждую сторону.
На практике нужно еще передавать служебную информацию, и в итоге правильнее говорить о ≈200 МБ/с передачи пользовательских данных.
Что, впрочем, на тот момент времени не только покрывало потребности большинства устройств, но и обеспечивало солидный запас: достаточно вспомнить, что предшественница PCIe в сегменте массовых системных интерфейсов, а именно шина PCI, обеспечивала пропускную способность в 133 МБ/с.
И даже если рассматривать не только массовую реализацию, но и все варианты PCI, то максимумом были 533 МБ/с, причем на всю шину, т. е. такая ПС делилась на все подключенные к ней устройства. Здесь же 250 МБ/с (поскольку и для PCI приводится обычно полная, а не полезная пропускная способность) на одну линию — в монопольном использовании.
А для устройств, которым нужно больше, изначально была предусмотрена возможность агрегирования нескольких линий в единый интерфейс, по степеням двойки — от 2 до 32, т. е. предусмотренный стандартом вариант х32 в каждую сторону мог передавать уже до 8 ГБ/с. В персональных компьютерах х32 не использовался из-за сложности создания и разведения соответствующих контроллеров и устройств, так что максимумом стал вариант с 16 линиями. Использовался он (да и сейчас используется) в основном видеокартами, поскольку большинству устройств столько не требуется. Вообще, немалому их количеству и одной линии вполне достаточно, но некоторые применяют с успехом и х4, и х8: как раз по накопительной теме — RAID-контроллеры или SSD.
Время на месте не стояло, и около 10 лет назад появилась вторая версия PCIe. Улучшения касались не только скоростей, но и в этом отношении был сделан шаг вперед — интерфейс начал обеспечивать 5 гигатранзакций в секунду с сохранением той же схемы кодирования, т. е. пропускная способность удвоилась.
И еще раз она удвоилась в 2010 году: PCIe 3.0 обеспечивает 8 (а не 10) гигатранзакций в секунду, но избыточность уменьшилась — теперь для кодирования 128 бит используется 130, а не 160, как ранее. В принципе, и версия PCIe 4.
0 с очередным удвоением скоростей уже готова появиться на бумаге, но в ближайшее время в железе мы ее массово вряд ли увидим. На самом деле и PCIe 3.0 до сих пор в массе платформ используется совместно с PCIe 2.0, потому что и производительность последней для многих сфер применения просто… не нужна.
А где нужна — работает старый добрый метод агрегации линий. Только каждая из них стала за прошедшие годы вчетверо быстрее, т. е. PCIe 3.0 х4 — это PCIe 1.0 x16, самый быстрый слот в компьютерах середины нулевых. Именно этот вариант поддерживают топовые контроллеры SSD, и именно его рекомендуется использовать.
Понятно, что если такая возможность есть — много не мало. А если ее нет? Будут ли возникать какие-то проблемы, и если да, то какие? Вот с этим-то вопросом нам и предстоит разобраться.
Методика тестирования
Провести тесты с разными версиями стандарта PCIe несложно: практически все контроллеры позволяют использовать не только поддерживаемый ими, но и все более ранние. Вот с количеством линий — сложнее: нам хотелось непосредственно протестировать и варианты с одной-двумя линиями PCIe.
Используемая нами обычно плата Asus H97-Pro Gamer на чипсете Intel H97 полного набора не поддерживает, но кроме «процессорного» слота х16 (который обычно и используется) на ней есть еще один, работающий в режимах PCIe 2.0 х2 или х4. Вот этой тройкой мы и воспользовались, добавив к ней еще и режим PCIe 2.
0 «процессорного» слота, дабы оценить, есть ли разница. Все-таки в этом случае между процессором и SSD посторонних «посредников» нет, а вот при работе с «чипсетным» слотом — есть: собственно чипсет, фактически соединяющийся с процессором тем же PCIe 2.0 x4.
Можно было добавить еще несколько режимов работы, но основную часть исследования мы все равно собирались провести на другой системе.
Дело в том, что мы решили воспользоваться случаем и заодно проверить одну «городскую легенду», а именно поверие о полезности использования топовых процессоров для тестирования накопителей.
Вот и взяли восьмиядерный Core i7-5960X — родственника обычно применяемого в тестах Core i3-4170 (это Haswell и Haswell-E), но у которого ядер в четыре раза больше. Кроме того, обнаруженная в закромах плата Asus Sabertooth X99 нам сегодня полезна наличием слота PCIe x4, на деле способного работать как х1 или х2.
В этой системе мы протестировали три варианта х4 (PCIe 1.0/2.0/3.0) от процессора и чипсетные PCIe 1.0 х1, PCIe 1.0 х2, PCIe 2.0 х1 и PCIe 2.0 х2 (во всех случаях чипсетные конфигурации отмечены на диаграммах значком (c)).
Есть ли смысл сейчас обращаться к первой версии PCIe, с учетом того, что вряд ли найдется хоть одна плата с поддержкой только этой версии стандарта, способная загрузиться с NVMe-устройства? С практической точки зрения — нет, а вот для проверки априори предполагаемого соотношения PCIe 1.1 х4 = PCIe 2.0 х2 и подобных оно нам пригодится.
Если проверка покажет, что масштабируемость шины соответствует теории, значит, и неважно, что нам не удалось пока получить практически значимые способы подключения PCIe 3.0 x1/х2: первый будет идентичен как раз PCIe 1.1 х4 или PCIe 2.0 х2, а второй — PCIe 2.0 х4. А они у нас есть.
В плане ПО мы ограничились только Anvil’s Storage Utilities 1.1.0: разнообразные низкоуровневые характеристики накопителей она измеряет неплохо, а ничего другого нам и не нужно. Даже наоборот: любое влияние других компонентов системы является крайне нежелательным, так что низкоуровневая синтетика для наших целей безальтернативна.
В качестве «рабочего тела» мы использовали Patriot Hellfire емкостью 240 ГБ. Как было установлено при его тестировании, это не рекордсмен по производительности, но его скоростные характеристики вполне соответствуют результатам лучших SSD того же класса и той же емкости.
Да и более медленные устройства на рынке уже есть, причем их будет становиться все больше. В принципе, можно будет повторить тесты и с чем-нибудь более быстрым, однако, как нам кажется, необходимости в этом нет — результаты предсказуемы.
Но не станем забегать вперед, а посмотрим, что же у нас получилось.
Результаты тестов
Тестируя Hellfire, мы обратили внимание на то, что максимальную скорость на последовательных операциях из него можно «выжать» лишь многопоточной нагрузкой, так что это тоже надо принимать во внимание на будущее: теоретическая пропускная способность на то и теоретическая, что «реальные» данные, полученные в разных программах по разным сценариям, будут больше зависеть не от нее, а от этих самых программ и сценариев — в том случае, конечно, когда не помешают обстоятельства непреодолимой силы 🙂 Как раз такие обстоятельства мы сейчас и наблюдаем: выше уже было сказано, что PCIe 1.x x1 — это ≈200 МБ/с, и именно это мы и видим. Две линии PCIe 1.x или одна PCIe 2.0 — вдвое быстрее, и именно это мы и видим. Четыре линии PCIe 1.x, две PCIe 2.0 или одна PCIe 3.0 — еще вдвое быстрее, что подтвердилось для первых двух вариантов, так что и третий вряд ли будет отличаться. То есть в принципе масштабируемость, как и предполагалось, идеальная: операции линейные, флэш с ними справляется хорошо, так что интерфейс имеет значение. Флэш перестает справляться хорошо на PCIe 2.0 x4 для записи (значит, подойдет и PCIe 3.0 x2). Чтение «может» больше, но последний шаг дает уже полутора-, а не двукратный (каким он потенциально должен быть) прирост. Также отметим, что заметной разницы между чипсетным и процессорным контроллером нет, да и между платформами тоже. Впрочем, LGA2011-3 немного впереди, но на самую малость.
Все ровно и красиво. Но шаблоны не рвет: максимум в этих тестах составляет лишь немногим больше 500 МБ/с, а это вполне по силам даже SATA600 или (в приложении к сегодняшнему тестированию) PCIe 1.0 х4 / PCIe 2.0 х2 / PCIe 3.0 х1.
Именно так: не стоит пугаться выпуску бюджетных контроллеров под PCIe х2 или наличию лишь такого количества линий (причем версии стандарта 2.0) в слотах М.2 на некоторых платах, когда больше-то и не нужно.
Иногда и столько не нужно: максимальные результаты достигнуты при очереди в 16 команд, что для массового ПО не типично. Чаще встречается очередь с 1-4 командами, а для этого обойтись можно и одной линией самого первого PCIe и даже самым первым SATA.
Впрочем, накладные расходы и прочее имеют место быть, так что быстрый интерфейс полезен. Однако излишне быстрый — разве что не вреден.
А еще в этом тесте по-разному ведут себя платформы, причем с единичной очередью команд — принципиально по-разному. «Беда» вовсе не в том, что много ядер — плохо. Они тут все равно не используются, разве что одно, и не настолько, чтоб вовсю развернулся буст-режим.
Вот и имеем разницу где-то в 20% по частоте ядер и полтора раза по кэш-памяти — она в Haswell-E работает на более низкой частоте, а не синхронно с ядрами. В общем, топовая платформа может пригодиться разве что для вышибания максимума «йопсов» посредством максимально многопоточного режима с большой глубиной очереди команд.
Жаль только, что с точки зрения практической работы это совсем уж сферическая синтетика в вакууме 🙂
На записи положение дел принципиально не изменилось — во всех смыслах. Но, что забавно, на обеих системах самым быстрым оказался режим PCIe 2.0 х4 в «процессорном» слоте. На обеих! И при многократных проверках/перепроверках. Тут уж поневоле задумаешься, нужны ли эти ваши новые стандарты или лучше вообще никуда не торопиться…
При работе с блоками разного размера теоретическая идиллия разбивается о то, что повышение скорости интерфейса все же имеет смысл. Результирующие цифры такие, что хватило бы пары линий PCIe 2.0, но реально в таком случае производительность ниже, чем у PCIe 3.0 х4, пусть и не в разы. И вообще тут бюджетная платформа топовую «забивает» в куда большей степени.
А ведь как раз такого рода операции в основном в прикладном ПО и встречаются, т. е. эта диаграмма — наиболее приближенная к реальности. В итоге нет ничего удивительного, что никакого «вау-эффекта» толстые интерфейсы и модные протоколы не дают.
Точнее, переходящему с механики — дадут, но ровно такой же, какой ему обеспечит любой твердотельный накопитель с любым интерфейсом.
Итого
Для облегчения восприятия картины по больнице в целом мы воспользовались выдаваемым программой баллом (суммарным — по чтению и записи), проведя его нормирование по «чипсетному» режиму PCIe 2.
0 x4: на данный момент именно он является наиболее массово доступным, поскольку встречается даже на LGA1155 или платформах AMD без необходимости «обижать» видеокарту. Кроме того, он эквивалентен PCIe 3.0 x2, который готовятся освоить бюджетные контроллеры.
Да и на новой платформе AMD АМ4, опять же, именно этот режим как раз можно получить без влияния на дискретную видеокарту.
Итак, что мы видим? Применение PCIe 3.0 x4 при наличии возможности является, безусловно, предпочтительным, но не необходимым: NVMe-накопителям среднего класса (в своем изначально топовом сегменте) он приносит буквально 10% дополнительной производительности.
Да и то — за счет операций в общем-то не столь уж часто встречающихся на практике. Для чего же в данном случае реализован именно этот вариант? Во-первых, была такая возможность, а запас карман не тянет. Во-вторых, есть накопители и побыстрее, чем наш тестовый Patriot Hellfire.
В-третьих, есть такие области деятельности, где «атипичные» для настольной системы нагрузки — как раз вполне типичные. Причем именно там наиболее критично быстродействие системы хранения данных или, по крайней мере, возможность сделать ее часть очень быстрой.
Но к обычным персональным компьютерам это все не относится.
https://www.youtube.com/watch?v=rzKJLfbN4a0\u0026t=37s
В них, как видим, и использование PCIe 2.0 x2 (или, соответственно, PCIe 3.0 х1) не приводит к драматическому снижению производительности — лишь на 15-20%. И это несмотря на то, что потенциальные возможности контроллера в этом случае мы ограничили в четыре раза! Для многих операций и такой пропускной способности достаточно. Вот одной линии PCIe 2.
0 уже недостаточно, поэтому контроллерам имеет смысл поддерживать именно PCIe 3.0 — и в условиях жесткой нехватки линий в современной системе это будет работать неплохо.
Кроме того, полезна ширина х4 — даже при отсутствии поддержки современных версий PCIe в системе она все равно позволит работать с нормальной скоростью (пусть и медленнее, чем могло бы потенциально), если найдется более-менее широкий слот.
В принципе, большое количество сценариев, в которых узким местом оказывается собственно флэш-память (да, это возможно и присуще не только механике), приводит к тому, что четыре линии третьей версии PCIe на этом накопителе обгоняют одну первой примерно в 3,5 раза — теоретическая же пропускная способность этих двух случаев различается в 16 раз.
Из чего, разумеется, не следует, что нужно спешно бежать осваивать совсем медленные интерфейсы — их время ушло безвозвратно. Просто многие возможности быстрых интерфейсов могут быть реализованы лишь в будущем.
Или в условиях, с которыми обычный пользователь обычного компьютера никогда в жизни непосредственно не столкнется (за исключением любителей меряться известно чем). Собственно, и всё.
SSD NVMe: всё о современных высокопроизводительных SSD-накопителях PCI-E
Привет, друзья. Кто из постоянных читателей интересуется компьютерным железом наверняка просматривал цикл публикаций сайта о комплектации игровых сборок ПК на базе актуальных комплектующих 2019 и 2020 года с разным бюджетом.
В этих статьях одним из важных критериев выбора комплектующих компьютера мы определили наличие на его борту SSD-накопителя нового стандарта NVMe – накопителя, работающего через интерфейс PCI-E и поддерживающего технологию передачи данных NVMe.
Последняя обеспечивает обработку большего, по сравнению со старым протоколом передачи данных AHCI, количества запросов за единицу времени (IOPS). И, соответственно, мы имеем значительно большую скорость работы SSD-накопителя.
Насколько эта скорость значительна? И какие нюансы нам необходимо знать, если мы захотим добавить на борт своего ПК накопитель SSD NVMe? Давайте во всём разбираться.
Что такое SSD NVMe
Итак, друзья, SSD NVMe – это твердотельные накопители нового стандарта. Как упоминалось, они работают через интерфейс PCI-E, тогда как обычные накопители подключаются через интерфейс SATA. Как и обычные SATA SSD, накопители SSD NVMe – это устройства флеш-памяти с типами памяти MLC, TLC, QLC.
Так, SATA SSD, подключённые через интерфейс SATA III, работают в рамках пропускной способности этого интерфейса и обладают линейной скоростью считывания данных, если брать по максимуму, немногим свыше 500 Мб/с, а скоростью записи данных – свыше 400 Мб/с. Накопители же SSD NVMe могут выдавать в разы большие линейные скорости обработки данных. На интерфейсе PCI-E 3.
0 у них максимальная линейная скорость чтения может быть до 3500 Мб/с, а максимальная линейная скорость записи – до 3300 Мб/с. Примером накопителя, выдающим на PCI-E 3.0 такие скорости обработки данных, является популярный Samsung 970 EVO Plus. На интерфейсе же PCI-E 4.0 максимальные линейные скорости чтения могут достигать 7000 Мб/с, записи — 5000 Мб/с.
Если мы захотим купить себе SSD NVMe, при выборе накопителя этого типа достаточно на торговой интернет-площадке установить фильтр «NVMe». И мы получим перечень моделей SSD-накопителей с поддержкой технологии NVMe. Но в характеристиках мы столкнёмся ещё с некоторыми идентифицирующими параметрами, в которых будет фигурировать M2. Иногда указываемый как интерфейс и форм-фактор.Иногда сам тип накопителей SSD может в фильтрах значится как М.2 NVMe. И так же именуется его интерфейс.А иногда в качестве интерфейса будут указываться расширенные параметры – поколения и линии PCI-E, они же будут представлены в качестве отдельных фильтров.Что значат эти идентифицирующие параметры SSD NVMe?
Интерфейс
Интерфейс подключения SSD NVMe – PCI-E через аппаратный разъём М.2.Как и SATA SSD, накопители SSD NVMe универсальные, могут быть подключены к разным типам компьютерных устройств – ПК, ноутбукам, ультрабукам.У интерфейса подключения SSD NVMe PCI-E есть разновидности – поколения (версии) и число линий PCI-E: PCI-E 3.0 2х, PCI-E 3.0 4x, PCI-E 4.0 4x. Интерфейс PCI-E 3.0 2x – это третье поколение и две линии передачи данных, реализован в бюджетных накопителях. Одна линия способна пропускать данные на максимальной скорости почти 1 Гб/с (985 Мб/с), следовательно, две линии будут работать с суммарной скоростью немногим менее 2 Гб/с.Интерфейс PCI-E 3.0 4x – это то же третье поколение и 4 линии передачи данных. Если каждая из линий передаёт данные на максимальной скорости чуть менее 1 Гб/с, то все линии дадут максимальную скорость чуть меньше 4 Гб/с. Это самая актуальная на сегодняшний день разновидность интерфейса PCI-E SSD-накопителей, она позволяет раскрыть потенциал самых быстрых из них.Интерфейс PCI-E 4.0 4x – это уже четвёртое поколение PCI-E и 4 линии передачи данных. И это интерфейс будущего. Одна линия этого поколения передаёт данные с максимальной скоростью немногим менее 2 Гб/с. Следовательно 4 линии смогут обеспечить передачу данных с максимальной скоростью немногим менее 8 Гб/с (точнее 7,88 Гб/с).Потенциал интерфейсов SSD может ограничиваться интерфейсами, реализованными на материнских платах. Поэтому если не на перспективу замены материнской платы, то брать SSD NVMe с более быстрым PCI-E, тогда как на материнке реализован более медленный, нет смысла. Накопители с большим числом линий и более нового поколения совместимы с интерфейсами на материнских платах раннего поколения и с меньшим числом линий.Это всё, что касается непосредственно интерфейса накопителей SSD NVMe. Что же касается М.2, то это аппаратный разъём подключения и форм-фактор накопителей NVMe.
Разъём подключения М.2
Как аппаратный разъём М.2 являет собой слот в материнской плате ПК или в ноутбуке для крепления и подключения накопителей с форм-форм-фактором М.2.Соответственно, для возможности использования SSD NVMe материнская плата должна предусматривать аппаратный разъём М.2 с интерфейсом PCI-E.
Аппаратный разъём М.2 обеспечивает возможность повышенной производительности SSD-накопителей при пониженном потреблении системных ресурсов, что важно для портативных устройств. Также М.2 имеет потенциал – он предусматривает технологическое усовершенствование твердотельных накопителей в будущем. У него утапливаемое крепление в разъёмах материнских плат, что избавляет нас от необходимости использования шлейфа передачи данных и кабеля питания. И, соответственно, убирает из числа возможных проблем с носителями таковые из-за шлейфа передачи данных или кабеля питания.
Примечание: друзья, о подключении SSD M.2 PCI-E к компьютеру настройке работы накопителя в BIOS смотрите в статье сайта «Как подключить SSD M.2 к компьютеру».
Размеры SSD М.2
Как форм-фактор М.2 являет собой физическую форму накопителя. И у этой формы есть свои размеры. На втором скриншоте, друзья, мы видим, что на одной из торговых площадок в характеристиках накопителя форм-фактор указан как М.2 2280. Цифра 2280 указывает на ширину и длину SSD, это необходимо для определения совместимости со слотом М.
2 на материнской плате. Ширина и длина накопителя определяет тип слота М.2 на материнке. В первых двух цифрах закодирована ширина накопителя, в двух последних – длина. На сегодняшний день накопители SSD М.2 идут с одинаковой шириной 22 мм, но длина у них разная. Вот какие размеры форм-фактора М.
2 можно встретить у накопителей и современных материнских плат с наличием слота М.2:
- Тип 2230 для накопителей длиной 30 мм;
- Тип 2242 для накопителей длиной 42 мм;
- Тип 2260 для накопителей длиной 60 мм;
- Тип 2280 для накопителей длиной 80 мм;
- Тип 22110 для накопителей длиной 110 мм.
Современные материнские платы обычно поддерживают несколько типов форм-фактора.Разная длина накопителей М.2 обусловлена разной их вместимостью. Чем длиннее форма SSD, тем больше микросхем Nand в него поместится. Т.е., чем больше длина накопителя, тем он больше в объёме.
Технология NVMe
NVMe (Non-Volatile Memory Express) – это программное решение на уровне базовой прошивки компьютера (BIOS), технология, обеспечивающая взаимодействие накопителя с остальными компонентами компьютерной системы. NVMe – это ещё одна составляющая в довесок к разъёму подключения М.2 и интерфейсу PCI-E, обеспечивающая высокую производительность SSD.
NVMe — это самая передовая на сегодняшний день технология передачи данных, она делает возможным работу SSD на указанных выше линейных скоростях обработки данных:
- чтение – до 3500 Мб/с, запись – до 3300 Мб/с на интерфейсе PCI-E 3.0;
- чтение – до 7000 Мб/с, запись – до 5000 Мб/с на интерфейсе PCI-E 4.0
NVMe поддерживает многопоточность, формируя множественные очереди команд для обработки данных многоканальным контроллером накопителя в параллельном режиме. NVMe соединяет процессор и накопитель напрямую, без посредников.
Тогда как у SATA-устройств, работающих со старым протоколом передачи данных AHCI, есть промежуточные звенья — SATA-контроллер и транслятор SATA-команд, преобразующий принятые в AHCI обращения к ячейкам памяти в запросы данных из страниц флеш-памяти. Технология NVMe изначально разработана для SSD с учётом их особенностей, с акцентом на параллельный доступ и минимизацией задержек.Друзья, SSD M.
2 и SSD NVMe – это не всегда одно и то же. SSD NVMe является SSD М.2, поскольку существует в форм-факторе М.2 и имеет разъём подключения М.2. А вот SSD М.2 может не быть SSD NVMe и поставляться без поддержки технологии NVMe, а с поддержкой устаревшего протокола AHCI. Обычно это накопители с интерфейсом PCI-E 2.0, созданные на заре эпохи накопителей типа М.
2, такие устройства выдают меньшую скорость обработки данных. Такие накопители ещё называют M.2 NGFF, их мало в продаже, их практически вытеснили с рынка SSD NVMe.Технология NVMe может быть реализована только для SSD PCI-E, для SSD SATA она недоступна. Накопители с интерфейсом PCI-E 3.0 и 4.0 практически все с технологией NVMe.
Материнская плата с поддержкой SSD NVMe
SSD NVMe с каждым днём становятся доступнее массам. Цены на накопители с интерфейсом PCI-E 4.0, конечно, кусаются, но накопители с интерфейсом PCI-E 3.0 стоят на уровне хороших SSD SATA. Проблема SSD NVMe заключается больше в поддержке слота М.2 PCI-E и технологии NVMe материнскими платами ПК и ноутбуками. Это только новые устройства, выпущенные не ранее 2015 года.
Только материнские платы ПК и ноутбуки, выпущенные не ранее 2015 года нативно предусматривают подключение SSD NVMe. Нативная поддержка SSD NVMe материнской платой включает:
- Поддержку слота М.2 PCI-E одного или нескольких;
- Реализацию для М.2 интерфейса PCI-E 3.0 4x или PCI-E 4.0 4x, актуальных на сегодняшний день, а, соответственно, поддержку ключа M;
- Поддержку типа форм-фактора М.2 в зависимости от длины накопителя (2242, 2260, 2280, 22110);
- Поддержку технологии NVMe на уровне BIOS;
- Поддержку процессорами (только для AMD).
Все эти нюансы, друзья, нужно смотреть в спецификациях материнской платы ПК или ноутбука.
Вот, например, спецификации поддержки SSD-накопителей одной из современных материнок Asus.Всё это очень тонкие нюансы, детально о них можете узнать в статье сайта «Как узнать, есть ли M.2 на компьютере». Здесь же лишь, друзья, в завершение статьи отмечу, что если у материнской платы нет разъёма М.
2, то SSD PCI-E с этим форм-фактором можно подключить к обычному разъёму PCI-E с использованием специального адаптера-переходника.С помощью адаптера-переходника мы сможем подключить к системе и SSD AHCI, и SSD NVMe. Но вот установить Windows и загружаться в дальнейшем с накопителя SSD NVMe сможем не в каждом случае.
Для этой возможности в BIOS UEFI материнской платы должна быть активна технология NVMe. Если её нет, BIOS UEFI можно попытаться обновить. Возможно, в обновлении базовой прошивки производитель материнской платы реализовал поддержку драйверов NVMe.
Но, увы, не всегда помогает обновление с использованием ПО на официальном сайте производителя материнки, иногда BIOS нужно перепрошивать с использованием модифицированной версии. ПО для модифицированной перепрошивки необходимо искать на сторонних ресурсах, ну и, соответственно, друзья, это всегда будет определённый риск.
Поддержку NVMe лучше реализовать путём комплексного апгрейда – если у вас базовая начинка ПК в хорошем состоянии, вы можете продать связку «материнка + процессор + кулер + оперативная память» на вторичном рынке и приобрести такую же связку нового поколения. Ну и, соответственно, в этой связке материнская плата должна быть с поддержкой SSD NVMe и интерфейса как минимум PCI-E 3.0 4x.
Как вообще выбрать материнскую плату для современного ПК, смотрите в статье сайта «Как выбрать материнскую плату ПК в 2022 году».
Друзья, больше информации о SSD NVMe — информации в контексте сравнения этих накопителей с обычными SSD SATA — смотрите в статье «SSD NVMe или SSD SATA: какой выбрать накопитель». Также рекомендую к прочтению статью «Типы интерфейса SSD», в ней детально описывается отличия разъёма М.2 для интерфейсов PCI-E и SATA. Также можете глянуть все публикации сайта о твердотельных накопителях SSD.
tagsКлючевые слова
Железо и периферия, Жёсткий диск
Загрузка...
