ВведениеРаньше массового покупателя интересовало главным образом лишь два типа твердотельных накопителей: либо высокоскоростные модели премиального уровня вроде Samsung 850 PRO, либо выгодные по соотношению цены и производительности предложения, такие как Crucial BX100 или SanDisk Ultra II. То есть, сегментация рынка SSD была крайне слабой, а конкуренция между производителями хоть и разворачивалась по направлениям производительности и цены, разрыв между решениями верхнего и нижнего уровня оставался достаточно небольшим. Такое положение дел было отчасти обусловлено тем, что технология SSD сама по себе существенно улучшает ощущения пользователя от работы с компьютером, и поэтому вопросы конкретной реализации для многих отходят на второй план. По этой же причине потребительские твердотельные накопители были вписаны в старую инфраструктуру, которая изначально ориентировалась на механические жёсткие диски. Это существенно облегчило их внедрение, однако заключило SSD в достаточно узкие рамки, которые во многом сдерживают как рост пропускной способности, так и снижение латентности дисковой подсистемы.

Но до определённых пор такое положение дел всех устраивало. Технология SSD была в новинку, и пользователи, переходящие на твердотельные накопители, оставались довольны своим приобретением даже несмотря на то, что по сути они получали продукты, которые на самом деле работают далеко не на пределе своих возможностей, а их производительность сдерживается искусственными барьерами. Однако к сегодняшнему дню SSD, пожалуй, можно считать уже самым настоящим мэйнстримом. Любой уважающий себя владелец персонального компьютера если и не имеет хотя бы один SSD в своей системе, то очень серьёзно настроен на его приобретение в самое ближайшее время. И в этих условиях производители просто вынуждены задумываться о том, чтобы развернуть, наконец, полноценную конкуренцию: разрушить все барьеры и перейти к выпуску более широких линеек продукции, принципиально различающихся по предлагаемым характеристикам. Благо для этого подготовлена вся необходимая почва, и, в первую очередь, большинство разработчиков SSD имеют желание и возможности для того, чтобы заняться выпуском продуктов, работающих не через наследственный SATA-интерфейс, а через куда более производительную шину PCI Express.

Поскольку пропускная способность SATA ограничена величиной 6 Гбит/с, максимальная скорость флагманских SATA SSD не выходит за величину порядка 500 Мбайт/с. Тем не менее, современные накопители, основанные на флеш-памяти, способны на гораздо большее: ведь если задуматься, то они имеют больше общего с системной памятью, нежели с механическими жёсткими дисками. Что же касается шины PCI Express, то сейчас она активно применяется в качестве транспортного уровня при подключении графических карт и прочих дополнительных контроллеров, нуждающихся в обмене данными с высокой скоростью, например, Thunderbolt. Одна линия PCI Express второго поколения обеспечивает пропускную способность на уровне 500 Мбайт/с, а линия PCI Express 3.0 может развивать скорость до 985 Мбайт/с. Таким образом, интерфейсная карта, устанавливаемая в слот PCIe x4 (с четырьмя линиями), может обмениваться данными на скорости до 2 Гбайт/с в случае PCI Express 2.0 и до почти 4 Гбайт/с – при использовании PCI Express третьего поколения. Это отличные показатели, которые вполне подходят и для современных твердотельных накопителей.

Из сказанного закономерно следует, что на рынке помимо SATA SSD должны постепенно находить распространение высокоскоростные накопители, использующие шину PCI Express. И это действительно происходит. В магазинах можно найти несколько моделей потребительских твердотельных накопителей от ведущих производителей, выполненных в виде карт расширения или M.2-плат, которые используют разные варианты шины PCI Express. Мы решили собрать их вместе и сравнить между собой по производительности и другим параметрам.

Участники тестирования

Intel SSD 750 400 Гбайт

На рынке твердотельных накопителей компания Intel придерживается довольно-таки нестандартной стратегии и разработке SSD для потребительского сегмента уделяет не слишком серьёзное внимание, концентрируясь на продуктах для серверов. Однако её предложения от этого не становятся неинтересными, особенно если речь идёт о твердотельном накопителе для шины PCI Express. В данном случае Intel решила адаптировать для использования в высокопроизводительном клиентском SSD свою самую прогрессивную серверную платформу. Именно таким образом и родился Intel SSD 750 400 Гбайт, который получил не только впечатляющие характеристики быстродействия и ряд технологий серверного уровня, отвечающих за надёжность, но и поддержку новомодного интерфейса NVMe, о котором несколько слов стоит сказать отдельно.

Если говорить о конкретных улучшениях NVMe, то в первую очередь упоминания заслуживает снижение накладных расходов. Например, пересылка наиболее типичных 4-килобайтных блоков в новом протоколе требует подачи лишь одной команды вместо двух. А весь набор управляющих инструкций упрощён настолько, что их обработка на уровне драйвера снижает загрузку процессора и возникающие при этом задержки как минимум вдвое. Второе важное нововведение – поддержка глубокой конвейеризации и многозадачности, заключающаяся в возможности параллельно создавать множественные очереди запросов вместо имевшейся ранее единой очереди на 32 команды. Интерфейсный протокол NVMe способен обслуживать до 65536 очередей, причём каждая из них может содержать до 65536 команд. Фактически какие-либо ограничения ликвидируются вообще, и это очень важно для серверных сред, где на дисковую подсистему может возлагаться огромное количество одновременных операций ввода-вывода.

Но несмотря на работу через интерфейс NVMe, Intel SSD 750 – это всё же не серверный, а потребительский накопитель. Да, почти такая же аппаратная платформа, как в этом накопителе, используется в SSD серверного класса Intel DC P3500, P3600 и P3700, но в Intel SSD 750 применена более дешёвая ординарная MLC NAND, а кроме того модифицирована прошивка. Производитель считает, что благодаря таким изменениям получившийся продукт понравится энтузиастам, поскольку он сочетает высокую мощность, принципиально новый интерфейс NVMe и не слишком пугающую стоимость.

Intel SSD 750 представляет собой PCIe x4 карту половинной высоты, которая может задействовать четыре линии стандарта 3.0 и развивать последовательные скорости передачи данных до 2,4 Гбайт/с, а скорость случайных операций – до 440 тысяч IOPS. Правда, наибольшей производительностью отличается наиболее ёмкая модификация на 1,2 Тбайт, полученная же нами на тесты версия объёмом 400 Гбайт немного помедленнее.

Плата накопителя полностью закрыта бронёй. С лицевой стороны это алюминиевый радиатор, а с оборотной – декоративная металлическая пластина, которая на самом деле с микросхемами не соприкасается. Следует отметить, что применение здесь радиатора – необходимость. Основной контроллер интеловского SSD выделяет немало тепла, и при высокой нагрузке даже оснащённый таким охлаждением накопитель может разогреваться до температур порядка 50-55 градусов. Но благодаря предустановленному охлаждению никаких намёков на троттлинг не наблюдается – производительность остаётся постоянной даже в процессе непрерывного и интенсивного использования.

В основе Intel SSD 750 лежит контроллер серверного уровня Intel CH29AE41AB0, который работает на частоте 400 МГц и обладает восемнадцатью (!) каналами для подключения флеш-памяти. Если учесть, что большинство контроллеров для потребительских SSD располагают либо восемью, либо четырьмя каналами, становится понятно, что Intel SSD 750 действительно может прокачивать по шине значительно больше данных, чем привычные модели SSD.

Что касается используемой флеш-памяти, то в этой части Intel SSD 750 не проводит никаких инноваций. Он основывается на обычной MLC NAND интеловского же производства, выпущенной по 20-нм техпроцессу и имеющей ядра объёмом и 64, и 128 Гбит вперемежку. Следует заметить, что большинство прочих производителей SSD достаточно давно отказались от подобной памяти, перейдя на чипы, сделанные по более тонким нормам. Да и сама Intel начала перевод на 16-нм память не только своих потребительских, но и серверных накопителей. Однако несмотря на всё это, в Intel SSD 750 устанавливается более старая память, которая предположительно имеет более высокий ресурс.

Серверное происхождение Intel SSD 750 прослеживается ещё и в том, что общий объём флеш-памяти у этого SSD составляет 480 ГиБ, от которых пользователю доступно лишь около 78 процентов. Остальное отводится на подменный фонд, сборку мусора и технологии защиты данных. В Intel SSD 750 реализована традиционная для флагманских накопителей RAID 5-подобная схема на уровне кристаллов MLC NAND, что позволяет успешно восстанавливать данные даже в том случае, когда один из чипов полностью выходит из строя. Кроме того, интеловский SSD обеспечивает полную защиту данных от перебоев питания. На Intel SSD 750 имеется два электролитических конденсатора, и их ёмкости хватает для штатного завершения работы накопителя в автономном режиме.

Kingston HyperX Predator 480 Гбайт

Kingston HyperX Predator – это куда более традиционное по сравнению с Intel SSD 750 решение. Во-первых, работает оно через протокол AHCI, а не NVMe, а во-вторых, для подключения к системе этому SSD требуется более распространённая шина PCI Express 2.0. Всё это делает вариант Kingston несколько медленнее – пиковые скорости при последовательных операциях не превышают 1400 Мбайт/с, а случайные – 160 тысяч IOPS. Но зато HyperX Predator не накладывает никаких специальных требований на систему – он совместим с любыми, в том числе и старыми платформами.

Вместе с этим, накопитель имеет не совсем простую двухкомпонентную конструкцию. Сам SSD представляет собой плату в форм-факторе M.2, которая дополнена PCI Express переходником, позволяющим подключать M.2-накопители через обычные полноразмерные PCIe слоты. Переходник выполнен в виде PCIe x4 карты половинной высоты, задействующей все четыре линии PCI Express. Благодаря такой конструкции Kingston продаёт свой HyperX Predator в двух вариантах: как PCIe SSD для десктопов и как M.2-накопитель для мобильных систем (в этом случае переходник в поставку не включается).

Kingston HyperX Predator базируется на контроллере Marvell Altaplus (88SS9293), который с одной стороны поддерживает четыре линии PCI Express 2.0, а с другой – имеет восемь каналов для подключения флеш-памяти. На данный момент это – самый быстрый серийно выпускаемый SSD-контроллер фирмы Marvell с поддержкой PCI Express. Однако вскоре у Marvell появятся и более быстрые последователи с поддержкой NVMe и PCI Express 3.0, которой у чипа Altaplus нет.

Поскольку сама компания Kingston не производит ни контроллеров, ни памяти, собирая свои SSD из элементной базы, закупаемой у других производителей, нет ничего странного в том, что в основе HyperX Predator PCIe SSD лежит не только сторонний контроллер, но и 128-гигабитные 19-нм чипы MLC NAND компании Toshiba. Такая память имеет невысокую закупочную цену и ставится сейчас во многие продукты Kingston (и других фирм), и в первую очередь в ширпотребные модели.

Однако использование подобной памяти породило парадокс: несмотря на то, что по своему формальному позиционированию Kingston HyperX Predator PCIe SSD – это продукт премиального класса, на него даётся всего лишь трёхлетняя гарантия, а заявленное среднее время наработки на отказ значительно меньше, чем у флагманских SATA SSD других производителей.

Никаких особенных технологий защиты данных в Kingston HyperX Predator также не предусматривается. Но накопитель имеет сравнительно большую скрытую от глаз пользователя область, размер которой составляет 13 процентов от полной ёмкости накопителя. Входящая в неё резервная флеш-память используется для сборки мусора и выравнивания износа, но в первую очередь расходуется на подмену вышедших из строя ячеек памяти.

Остаётся лишь добавить, что в конструкции HyperX Predator не предусмотрено никаких специальных средств для отвода тепла от контроллера. В отличие от большинства прочих высокопроизводительных решений, радиатора у этого накопителя нет. Тем не менее, к перегреву этот SSD совершенно не склонен – его максимальное тепловыделение лишь немного превышает 8 Вт.

OCZ Revodrive 350 480 Гбайт

OCZ Revodrive 350 с полным правом можно назвать одним из самых старых потребительских твердотельных накопителей с интерфейсом PCI Express. Ещё в те времена, когда никто из прочих производителей о выпуске клиентских PCIe SSD даже не задумывался, в модельном ряду компании OCZ имелся RevoDrive 3 (X2) – прообраз современного Revodrive 350. Однако уходящие в прошлое корни PCIe-накопителя OCZ делают его несколько странным предложением на фоне актуальных конкурентов. В то время как большинство производителей высокопроизводительных накопителей для ПК пользуются современными контроллерами с врождённой поддержкой шины PCI Express, в Revodrive 350 реализована очень замысловатая и явно неоптимальная архитектура. Он базируется на двух или четырёх (в зависимости от объёма) контроллерах SandForce SF-2200, которые собраны в RAID-массив нулевого уровня.

Если говорить о принявшей участие в этом тестировании модели OCZ Revodrive 350 объёмом 480 Гбайт, то в её основе, фактически, лежат четыре SATA SSD ёмкостью по 120 Гбайт, каждый из которых базируется на собственном чипе SF-2282 (аналоге широко распространённого SF-2281). Затем эти элементы объединены в единый четырёхкомпонентный RAID 0-массив. Однако для этой цели используется не совсем привычный RAID-контроллер, а фирменный процессор виртуализации (VCA 2.0) OCZ ICT-0262. Впрочем, очень похоже на то, что под этим именем скрывается перелицованная микросхема Marvell 88SE9548, представляющая собой четырёхпортовый RAID-контроллер SAS/SATA 6 Гбит/с с интерфейсом PCI Express 2.0 x8. Но даже если и так, то инженеры OCZ написали для этого контроллера собственную прошивку и драйвер.

Уникальность программной составляющей RevoDrive 350 заключается в том, что в нём реализован не совсем классический RAID 0, а некое его подобие с интерактивной балансировкой нагрузки. Вместо разбиения потока данных на блоки фиксированного размера и последовательной их передачи на разные контроллеры SF-2282, технология VCA 2.0 предполагает анализ и гибкое перераспределение операций ввода-вывода в зависимости от текущей занятости контроллеров флеш-памяти. Поэтому RevoDrive 350 выглядит для пользователя как монолитный твердотельный накопитель. В его BIOS нельзя зайти, а обнаружить, что в недрах этого SSD скрывается RAID-массив, без подробного знакомства с аппаратной начинкой невозможно. Более того, в отличие от обычных RAID-массивов, в RevoDrive 350 поддерживаются все типичные функции SSD: SMART-мониторинг, TRIM и операция Secure Erase.

RevoDrive 350 выпускается в виде плат с интерфейсом PCI Express 2.0 x8. Несмотря на то, что все восемь линий интерфейса реально используются, заявленные показатели производительности заметно ниже их суммарной теоретической пропускной способности. Максимальная скорость последовательных операций ограничивается величиной 1800 Мбайт/с, а производительность произвольных операций не превышает 140 тысяч IOPS.

Стоит отметить, что выполнен OCZ RevoDrive 350 в виде PCI Express x8 платы полной высоты, то есть этот накопитель физически больше, чем все остальные участвующие в тестировании SSD, и поэтому он не может быть установлен в низкопрофильные системы. Лицевая поверхность платы RevoDrive 350 закрыта декоративным металлическим кожухом, по совместительству выступающим радиатором для базовой микросхемы RAID-контроллера. Контроллеры SF-2282 расположены на оборотной стороне платы и какого-либо охлаждения лишены.

Для формирования массива флеш-памяти OCZ воспользовалась микросхемами своей материнской компании – Toshiba. Используются чипы, производимые по 19-нм техпроцессу и имеющие ёмкость 64 Гбит. Общий объём флеш-памяти в RevoDrive 350 480 Гбайт составляет 512 Гбайт, но 13% зарезервировано под внутренние нужды – выравнивание износа и сборку мусора.

Стоит отметить, что архитектура RevoDrive 350 не уникальна. На рынке представлены ещё несколько моделей подобных SSD, работающих по принципу «RAID-массив из SATA SSD на базе контроллеров SandForce». Однако все такие решения, как и рассматриваемый PCIe-накопитель OCZ отличаются неприятным недостатком – их производительность на операциях записи деградирует со временем. Связано это с особенностями внутренних алгоритмов контроллеров SandForce, операция TRIM у которых не возвращает скорость записи до первоначального уровня.

Тот бесспорный факт, что RevoDrive 350 стоит на ступеньку ниже PCI Express накопителей нового поколения подчёркивается и тем, что на этот накопитель даётся всего трёхлетняя гарантия, а его гарантируемый ресурс записи составляет лишь 54 Тбайт – в разы меньше, чем у конкурентов. Более того, несмотря на то, что RevoDrive 350 основывается на том же дизайне, что и серверный Z-Drive 4500, никакой защиты от перепадов напряжения питания он не имеет. Однако всё это не мешает OCZ с присущей ей дерзостью позиционировать RevoDrive 350 в качестве премиального решения уровня Intel SSD 750.

Plextor M6e Black Edition 256 Гбайт

Сразу же необходимо отметить, что накопитель Plextor M6e Black Edition является прямым последователем хорошо известной модели M6e . Похожесть новинки на предшественницу прослеживается почти во всём, если говорить о технической, а не эстетической составляющей. Новый SSD точно так же имеет двухкомпонентную конструкцию, включая в себя собственно накопитель в формате M.2 2280 и переходник, который позволяет устанавливать его в любой обычный слот PCIe x4 (или более скоростной). В его же основе лежит восьмиканальный контроллер Marvell 88SS9183, общающийся с внешним миром по двум линиям PCI Express 2.0. Так же, как и в прошлой модификации, в M6e Black Edition используется MLC-флеш-память компании Toshiba.

И это значит, что несмотря на то, что M6e Black Edition в сборе выглядит как карта половинной высоты с интерфейсом PCI Express x4, на самом деле этот SSD пользуется лишь двумя линиями PCI Express 2.0. Отсюда и не слишком впечатляющие скорости, которое лишь немного превышают быстродействие традиционных SATA SSD. Паспортная производительность на последовательных операциях ограничивается величиной 770 Мбайт/с, а на произвольных – 105 тысяч IOPS. Стоит отметить, что работает Plextor M6e Black Edition по наследственному AHCI-протоколу, и это обеспечивает его широкую совместимость с различными системами.

Несмотря на то, что Plextor M6e Black Edition, как и Kingston HyperX Predator, представляет собой комбинацию из PCI Express переходника и «ядра» в формате M.2-платы, с лицевой стороны определить это невозможно. Весь накопитель спрятался под фигурным чёрным алюминиевым кожухом, в центре которого врезан красный радиатор, который должен отводить тепло от контроллера и чипов памяти. Расчёт дизайнеров понятен: подобное цветовое решение повсеместно применяется в различном игровом железе, поэтому Plextor M6e Black Edition будет гармонично смотреться рядом со многими геймерскими материнскими платами и видеокартами большинства ведущих производителей.

Массив флеш-памяти в Plextor M6e Black Edition набран 19-нм чипами MLC NAND компании Toshiba второго поколения с ёмкостью 64 Гбит. На резерв, используемый для подменного фонда и работы внутренних алгоритмов выравнивания износа и сборки мусора отведено 7 процентов от общего объёма. Всё остальное – доступно пользователю.

Из-за использования достаточно слабого контроллера Marvell 88SS9183 с внешней шиной PCI Express 2.0 x2 накопитель Plextor M6e Black Edition стоит считать достаточно медленным PCIe SSD. Однако это не мешает производителю относить этот продукт в верхнюю ценовую категорию. С одной стороны, он всё-таки быстрее SATA SSD, а с другой – обладает неплохими характеристиками надёжности: имеет продолжительное время наработки на отказ и покрывается пятилетней гарантией. Впрочем, никаких специальных технологий, способных защитить M6e Black Edition от перепадов напряжения или увеличить его ресурс, в нём не реализовано.

Samsung SM951 256 Гбайт

Samsung SM951 – самый неуловимый накопитель в сегодняшнем тестировании. Дело в том, что изначально это – продукт для сборщиков компьютеров, поэтому в розничной продаже он представлен достаточно блекло. Тем не менее, при желании, купить его всё-таки возможно, поэтому отказываться от рассмотрения SM951 мы не стали. Тем более, если судить по характеристикам, это – весьма быстродействующая модель. Она ориентирована на работу по шине PCI Express 3.0 x4, использует протокол AHCI и обещает впечатляющие скорости: до 2150 Мбайт/с на последовательных операциях и до 90 тысяч IOPS – на произвольных. Но самое главное, при всём при этом Samsung SM951 дешевле многих прочих PCIe SSD, так что его поиски в продаже могут иметь под собой вполне конкретное экономическое обоснование.

Ещё одна особенность Samsung SM951 заключается в том, что поставляется он в M.2-виде. Изначально это решение ориентировано на мобильные системы, поэтому никаких переходников для полноразмерных слотов PCIe в комплекте с накопителем не прилагается. Тем не менее, это вряд ли можно считать серьёзным недостатком – большинство флагманских материнских плат имеют на своём борту и интерфейсные слоты M.2. Кроме того, необходимые платы-переходники широко представлены в продаже. Сам же Samsung SM951 представляет собой плату форм-фактора M.2 2280, разъём которой имеет ключ типа M, указывающий на потребность SSD в четырёх линиях PCI Express.

В основе Samsung SM951 лежит исключительно мощный контроллер Samsung UBX, разработанный производителем специально для SSD c интерфейсом PCI Express. Он базируется на трёх ядрах с ARM-архитектурой и в теории способен работать как c AHCI-, так и с NVMe-командами. В рассматриваемом SSD в контроллере включён лишь AHCI-режим. Но NVMe-версию данного контроллера в скором времени можно будет увидеть в новом потребительском SSD, который Samsung должен запустить этой осенью.

Из-за OEM-направленности для рассматриваемого накопителя не сообщается ни сроков гарантии, ни прогнозируемой выносливости. Декларировать эти параметры должны сборщики систем, в которые будет установлен SM951, либо продавцы. Однако следует отметить, что трёхмерная V-NAND, которая сейчас активно продвигается Samsung в потребительских SSD как более быстродействующая и надёжная разновидность флеш-памяти, в SM951 не используется. Вместо этого в нём применена обычная планарная Toggle Mode 2.0 MLC NAND, производимая, предположительно, по 16-нм технологии (некоторые источники предполагают 19-нм техпроцесс). Это означает, что ожидать от SM951 столь же высокой выносливости, как у флагманского SATA-накопителя 850 PRO, явно не следует. По этому параметру SM951 ближе к обычным моделям среднего уровня, к тому же на резервирование в этом SSD отводится только 7 процентов от массива флеш-памяти. Нет в Samsung SM951 и каких-то особых технологий серверного уровня для защиты данных от сбоев питания. Иными словами, акцент в этой модели сделан исключительно на скорости работы, а всё остальное отсечено для снижения стоимости.

Стоит отметить и ещё один момент. При высокой нагрузке Samsung SM951 демонстрирует достаточно серьёзный нагрев, который в конечном итоге может даже приводить ко включению троттлинга. Поэтому в высокопроизводительных системах для SM951 желательно организовать как минимум обдув, а лучше – закрыть его радиатором.

Сравнительные характеристики протестированных SSD

Вопросы совместимости

Как и всякая новая технология, твердотельные накопители с интерфейсом PCI Express пока не могут похвастать 100-процентной беспроблемной работоспособностью с любыми платформами, особенно старыми. Поэтому выбирать подходящий SSD приходится не только исходя из потребительских характеристик, но и с оглядкой на совместимость. И здесь важно иметь в виду два момента.

В первую очередь, разные SSD могут использовать разное количество линий PCI Express и разные поколения этой шины - 2.0 или 3.0. Поэтому перед покупкой PCIe накопителя нужно убедиться в том, что в системе, куда его планируется установить, есть свободный слот с нужной полосой пропускания. Конечно, более скоростные PCIe SSD имеют обратную совместимость с медленными слотами, однако в этом случае приобретение высокоскоростного SSD имеет не слишком много смысла – он попросту не сможет раскрыть весь заложенный в него потенциал.

Наиболее широкой совместимостью в этом смысле обладает Plextor M6e Black Edition – он требует всего две линии PCI Express 2.0, и такой свободный слот наверняка найдётся на практически любой материнской плате. Для Kingston HyperX Predator нужно уже четыре линии PCI Express 2.0: такие слоты PCIe тоже есть на многих платах, но некоторые дешёвые платформы лишними слотами с числом линий PCI Express четыре или более могут и не обладать. Особенно это касается материнок, построенных на чипсетах нижнего уровня, общее число линий у которых может быть урезано до шести. Поэтому перед приобретением Kingston HyperX Predator обязательно проверьте, что в системе есть свободный слот с четырьмя или большим числом линий PCI Express.

OCZ Revodrive 350 задаёт задачку посложнее – ему уже требуется восемь линий PCI Express. Такие слоты обычно реализуются уже силами не чипсета, а процессора. Поэтому оптимальным местом применения такого накопителя являются LGA 2011/2011-3-платформы, где PCI Express контроллер процессора располагает избыточным числом линий, позволяющим обслуживать более чем одну видеокарту. В системах же с LGA 1155/1150/1151-процессорами OCZ Revodrive 350 будет уместен лишь в том случае, если используется встроенная в CPU графика. В противном случае в пользу твердотельного накопителя придётся отнять половину линий у GPU, переведя его в режим PCI Express x8.

Intel SSD 750 и Samsung SM951 в чём-то похожи на OCZ Revodrive 350: их тоже предпочтительнее использовать в слотах PCI Express, питаемых от процессора. Однако причина тут не в количестве линий – им требуется всего четыре линии PCI Express, а в поколении этого интерфейса: оба эти накопителя способны задействовать увеличенную пропускную способность PCI Express 3.0. Однако есть и исключение: новейшие интеловские наборы системной логики сотой серии, предназначенные для процессоров семейства Skylake, получили поддержку PCI Express 3.0, поэтому в новейших LGA 1151-платах их без зазрений совести можно устанавливать и в чипсетные PCIe-слоты, к которым подведено как минимум четыре линии.

У проблемы совместимости есть и вторая часть. Ко всем ограничениям, связанным с пропускной способностью различных вариаций слотов PCI Express добавляются ещё и ограничения, связанные с используемыми протоколами. Наиболее беспроблемными в этом смысле являются SSD, которые работают через AHCI. Благодаря тому, что в них эмулируется поведение обычного SATA-контроллера, они могут работать с любыми, даже старыми, платформами: они видятся в BIOS любых материнских плат, могут быть загрузочными дисками, а для их работы в операционной системе не требуется и никаких дополнительных драйверов. Иными словами, Kingston HyperX Predator и Plextor M6e Black Edition – это два самых беспроблемных PCIe SSD.

А что же другая пара AHCI-накопителей? С ними ситуация немного сложнее. OCZ Revodrive 350 работает в операционной системе через собственный драйвер, но даже несмотря на это проблем с тем, чтобы сделать этот накопитель загрузочным, нет никаких. Хуже дело обстоит с Samsung SM951. Хотя этот SSD и общается с системой посредством наследственного протокола AHCI, он лишён собственного BIOS, и поэтому его инициализацию должен проводить BIOS материнской платы. К сожалению, поддержка данного SSD есть далеко не во всех материнках, в особенности старых. Поэтому с полной уверенностью можно говорить лишь о его совместимости с платами на базе последних интеловских чипсетов девяностой и сотой серии. В остальных случаях он может попросту не видеться материнской платой. Конечно, это не помешает использовать Samsung SM951 в операционной системе, где его легко инициализирует AHCI-драйвер, но в таком случае о возможности загрузки со скоростного SSD придётся забыть.

Но самые большие неудобства способен причинить Intel SSD 750, работающий через новый интерфейс NVMe. Драйверы, которые необходимы для поддержки твердотельных накопителей, работающих по этому протоколу, присутствуют только в новейших операционных системах. Так, в Linux поддержка NVMe появилась в версии ядра 3.1; «врождённый» драйвер NVMe имеется в микрософтовских системах, начиная с Windows 8.1 и Windows Server 2012 R2; а в OS X совместимость с NVMe-накопителями была добавлена в версии 10.10.3. Кроме того, NVMe SSD поддерживается далеко не всеми материнскими платами. Для того чтобы такие накопители можно было использовать в качестве загрузочных, BIOS материнской платы должен тоже располагать соответствующим драйвером. Однако производители встроили необходимую функциональность лишь в самые последние версии прошивок, выпущенные для наиболее свежих моделей материнок. Поэтому поддержка загрузки операционной системы с NVMe-накопителей есть лишь на самых современных платах для энтузиастов, основанных на наборах логики Intel Z97, Z170 и X99. В более старых и дешёвых платформах пользователи смогут воспользоваться NVMe SSD лишь как вторыми дисками в ограниченном наборе ОС.

Несмотря на то, что мы постарались описать все возможные комбинации платформ и PCI Express накопителей, основной вывод из сказанного таков: совместимость PCIe SSD с материнскими платами – вопрос далеко не такой очевидный, как в случае с SATA SSD. Поэтому перед приобретением любого высокоскоростного твердотельного накопителя, работающего через PCI Express, обязательно уточните его совместимость с конкретной материнской платой на сайте производителя.

Тестовая конфигурация, инструментарий и методика тестирования

Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 8.1 Professional x64 with Update, корректно распознающей и обслуживающей современные твердотельные накопители. Это значит, что в процессе прохождения тестов, как и при обычном повседневном использовании SSD, команда TRIM поддерживается и активно задействуется. Измерение производительности выполняется с накопителями, находящимися в «использованном» состоянии, которое достигается их предварительным заполнением данными. Перед каждым тестом накопители очищаются и обслуживаются с помощью команды TRIM. Между отдельными тестами выдерживается 15-минутная пауза, отведённая для корректной отработки технологии сборки мусора. Во всех тестах, если не указано иное, используются рандомизированные несжимаемые данные.

Используемые приложения и тесты:

Iometer 1.1.0

Измерение скорости последовательного чтения и записи данных блоками по 256 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Оценка скоростей выполняется в течение минуты, после чего вычисляется средний показатель.
Измерение скорости случайного чтения и записи блоками размером 4 Кбайт (такой размер блока используется в подавляющем большинстве реальных операций). Тест проводится дважды - без очереди запросов и с очередью запросов глубиной 4 команды (типичной для десктопных приложений, активно работающих с разветвлённой файловой системой). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов (в пределах от одной до 32 команд). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с блоками разного размера. Используются блоки объёмом от 512 байт до 256 Кбайт. Глубина очереди запросов в течение теста составляет 4 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Измерение производительности при смешанной многопоточной нагрузке и установление её зависимости от соотношения между операциями чтения и записи. Тест проводится дважды: для последовательных чтений и записей блоками объёмом 128 Кбайт, выполняемыми в два независимых потока и для случайных операций с блоками объёмом 4 Кбайт, которые выполняются в четыре потока. В обоих случаях соотношение между операциями чтения и записи варьируется с шагом 20 процентов. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.
Исследование падения производительности SSD при обработке непрерывного потока операций случайной записи. Используются блоки размером 4 Кбайт и глубина очереди 32 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Продолжительность теста составляет два часа, измерения моментальной скорости проводятся ежесекундно. По окончании теста дополнительно проверяется способность накопителя восстанавливать свою производительность до первоначальных величин за счёт работы технологии сборки мусора и после отработки команды TRIM.

CrystalDiskMark 5.0.2
Синтетический тест, выдающий типовые показатели производительности твердотельных накопителей, измеренные на 1-гигабайтной области диска «поверх» файловой системы. Из всего набора параметров, которые можно оценить с помощью этой утилиты, мы обращаем внимание на скорость последовательного чтения и записи, а также на производительность произвольных чтения и записи 4-килобайтными блоками без очереди запросов и с очередью глубиной 32 команды.
PCMark 8 2.0
Тест, основанный на эмулировании реальной дисковой нагрузки, которая характерна для различных популярных приложений. На тестируемом накопителе создаётся единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объём, и в PCMark 8 проводится тест Secondary Storage. В качестве результатов теста учитывается как итоговая производительность, так и скорость выполнения отдельных тестовых трасс, сформированных различными приложениями.
Тесты копирования файлов
В этом тесте измеряется скорость копирования директорий с файлами разного типа, а также скорость архивации и разархивации файлов внутри накопителя. Для копирования используется стандартное средство Windows – утилита Robocopy, при архивации и разархивации – архиватор 7-zip версии 9.22 beta. В тестах участвует три набора файлов: ISO – набор, включающий несколько образов дисков c дистрибутивами программ; Program – набор, представляющий собой предустановленный программный пакет; Work – набор рабочих файлов, включающий офисные документы, фотографии и иллюстрации, pdf-файлы и мультимедийный контент. Каждый из наборов имеет общий объём файлов 8 Гбайт.

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Z97-Pro, процессором Core i5-4690K со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 4600 и 16 Гбайт DDR3-2133 SDRAM. Диски с SATA-интерфейсом подключается к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI. Накопители с интерфейсом PCI Express устанавливаются в первый полноскоростной слот PCI Express 3.0 x16. Используется драйверы Intel Rapid Storage Technology (RST) 13.5.2.1000 и Intel Windows NVMe driver 1.2.0.1002.

Объём и скорость передачи данных в бенчмарках указываются в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт).

Помимо пяти главных героев этого теста – клиентских твердотельных накопителей с интерфейсом PCI Express, мы добавили к ним в компанию и самый быстрый SATA SSD – Samsung 850 PRO.

В результате, список протестированных моделей приобрёл следующий вид:

Intel SSD 750 400 Гбайт (SSDPEDMW400G4, прошивка 8EV10135);
Kingston HyperX Predator PCIe 480 Гбайт (SHPM2280P2H/480G, прошивка OC34L5TA);
OCZ RevoDrive 350 480 Гбайт (RVD350-FHPX28-480G, прошивка 2.50);
Plextor M6e Black Edition 256 Гбайт (PX-256M6e-BK, прошивка 1.05);
Samsung 850 Pro 256 Гбайт (MZ-7KE256, прошивка EXM01B6Q);
Samsung SM951 256 Гбайт (MZHPV256HDGL-00000, прошивка BXW2500Q).

Производительность

Последовательные операции чтения и записи

Новое поколение твердотельных накопителей, переведённых на шину PCI Express, должно в первую очередь выделяться высокими скоростями последовательного чтения и записи. И именно это мы видим на графике. Все PCIe SSD оказываются производительнее лучшего SATA SSD – Samsung 850 PRO. Однако даже такая простая нагрузка как последовательное чтение и запись показывает огромные различия между SSD различных производителей. Причём, вариант используемой шины PCI Express не имеет определяющего значения. Лучшую производительность здесь может выдать PCI Express 3.0 x4 накопитель Samsung SM951, а на втором месте – Kingston HyperX Predator, работающий через PCI Express 2.0 x4. Прогрессивный же NVMe-накопитель Intel SSD 750 оказался лишь на третьем месте.

Случайные операции чтения

Если же говорить о случайном чтении, то как видно из диаграмм, PCIe SSD не особенно отличаются по скорости от традиционных SATA SSD. Причём, это касается не только AHCI-накопителей, но и того продукта, который работает с протоком NVMe. Фактически лучшую, чем Samsung 850 PRO производительность при случайных операциях чтения на небольших очередях запросов могут продемонстрировать лишь три участника этого теста: Samsung SM951, Intel SSD 750 и Kingston HyperX Predator.

Несмотря на то, что операции с глубокой очередью запросов для персональных компьютеров не свойственны, мы всё же посмотрим, как зависит производительность рассматриваемого SSD от глубины очереди запросов при чтении 4-килобайтных блоков.

По графику хорошо видно, насколько решения, работающие через PCI Express 3.0 x4, могут превосходить все другие SSD. Кривые, соответствующие Samsung SM951 и Intel SSD 750 находятся существенно выше графиков других накопителей. По приведённой диаграмме можно сделать и ещё одно заключение: OCZ RevoDrive 350 – это позорно медленный твердотельный накопитель. На случайных операциях чтения он где-то вдвое отстаёт от SATA SSD, что обусловлено его RAID-архитектурой и использованием устаревших контроллеров SandForce второго поколения.

В дополнение к этому предлагаем посмотреть, как зависит скорость случайного чтения от размера блока данных:

Здесь картина немного иная. С ростом размера блоков операции начинают походить на последовательные, поэтому роль начинает играть не только архитектура и мощность контроллера SSD, но и пропускная способность используемой ими шины. На блоках больших размеров лучшую производительность обеспечивают Samsung SM951, Intel SSD 750 и Kingston HyperX Predator.

Случайные операции записи

Где-то преимущества интерфейса NVMe, обеспечивающего низкие латентности, и контроллера Intel SSD 750 с высоким уровнем параллелизма должны были проявиться. К тому же имеющийся в этом SSD вместительный DRAM-буфер позволяет организовать очень эффективное кеширование данных. И в результате Intel SSD 750 выдаёт непревзойдённую скорость произвольной записи даже в том случае, если очередь запросов имеет минимальную глубину.

Более явно увидеть, что происходит с производительностью случайной записи при увеличении глубины очереди запросов, можно на следующем графике, показывающем зависимость скорости произвольной записи 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов:

Масштабирование производительности Intel SSD 750 происходит до тех пор, пока глубина очереди не достигнет 8 команд. Это – типичное поведение для потребительских SSD. Однако новинка Intel отличается тем, что её скорости при случайной записи значительно выше, чем у любых других твердотельных накопителей, в том числе и у быстрейших PCIe-моделей вроде Samsung SM951 или Kingston HyperX Predator. Иными словами, при случайной нагрузке в виде записи данных Intel SSD 750 предлагает принципиально лучшую производительность, чем любые другие SSD. Иными словами, переход на использование интерфейса NVMe позволяет прокачать скорость случайной записи. И это – безусловно важная характеристика, но в первую очередь для серверных накопителей. Собственно, Intel SSD 750 как раз и является близким родственником таких моделей как Intel DC P3500, P3600 и P3700.

Следующий график отражает зависимость производительности случайных записей от размера блока данных.

По мере увеличения размеров блоков Intel SSD 750 теряет своё безоговорочное преимущество. Примерно такую же производительность начинают выдавать Samsung SM951 и Kingston HyperX Predator.


По мере удешевления твердотельные накопители перестают использоваться в качестве исключительно системных и становятся обычными рабочими дисками. В таких ситуациях на SSD поступает не только рафинированная нагрузка в виде записи или чтения, но и смешанные запросы, когда операции чтения и записи инициируются разными приложениями и должны обрабатываться одновременно. Однако работа в дуплексном режиме для современных контроллеров SSD остаётся существенной проблемой. При смешивании операций чтения и записи в одной очереди скорость большинства твердотельных накопителей потребительского уровня заметно проседает. Это стало поводом для проведения отдельного исследования, в рамках которого мы проверяем, как работают SSD при необходимости обработки последовательных операций, поступающих вперемежку. Следующая пара диаграмм демонстрирует наиболее характерный для десктопов случай, когда соотношение количества операций чтения и записи составляет 4 к 1.

При последовательной смешанной нагрузке с преобладающими операциями чтения, что характерно для обычных персональных компьютеров, наилучшую производительность выдают Samsung SM951 и Kingston HyperX Predator. Случайная смешанная нагрузка оказывается более тяжёлым испытанием для SSD и оставляет в лидерах Samsung SM951, но на второе место выдвигает Intel SSD 750. При этом Plextor M6e Black Edition, Kingston HyperX Predator и OCZ RevoDrive 350 вообще оказываются заметно хуже обычного SATA SSD.

Следующая пара графиков даёт более развёрнутую картину производительности при смешанной нагрузке, показывая зависимость скорости SSD от того, в каком соотношении приходят на него операции чтения и записи.

Всё сказанное выше хорошо подтверждается и на приведённых графиках. При смешанной нагрузке с последовательными операциями лучшее быстродействие показывает Samsung SM951, который чувствует себя как рыба в воде при любой работе с последовательными данными. При произвольных смешанных операциях ситуация немного отличается. Оба накопителя компании Samsung, и работающий через PCI Express 3.0 x4 SM951, и обычный SATA 850 PRO, в этом тесте выдают очень хорошие результаты, обходя по производительности почти все остальные SSD. Противостоять им в отдельных случаях может лишь Intel SSD 750, который благодаря системе команд NVMe отлично оптимизирован под работу со случайными записями. И когда в потоке смешанных операций доля записей возрастает до 80 процентов или выше, он резко вырывается вперёд.

Результаты в CrystalDiskMark

CrystalDiskMark - это популярное и простое тестовое приложение, работающее «поверх» файловой системы, которое позволяет получать результаты, легко повторяемые обычными пользователями. Полученные в нём показатели производительности должны дополнить подробные графики, построенные нами на основании тестов в IOMeter.

Приведённые четыре диаграммы представляют лишь теоретическую ценность, показывая пиковую производительность, не достижимую в типичных клиентских задачах. Глубины очереди запросов в 32 команды в персональных компьютерах никогда не бывает, но в специальных тестах она позволяет получить максимальные показатели производительности. И в этом случае лидирующее быстродействие с большим отрывом выдаёт Intel SSD 750, который имеет архитектуру, унаследованную от серверных накопителей, где большая глубина очереди запросов – вполне в порядке вещей.

А вот эти четыре диаграммы представляют уже практический интерес – на них отображена производительность при нагрузке, которая характерна для персональных компьютеров. И здесь лучшую производительность выдаёт уже Samsung SM951, который отстаёт от Intel SSD 750 лишь при случайных 4-килобайтных записях.

PCMark 8 2.0, реальные сценарии использования

Тестовый пакет Futuremark PCMark 8 2.0 интересен тем, что он имеет не синтетическую природу, а напротив - основывается на том, как работают реальные приложения. В процессе его прохождения воспроизводятся настоящие сценарии-трассы задействования диска в распространённых десктопных задачах, и замеряется скорость их выполнения. Текущая версия этого теста моделирует нагрузку, которая взята из реальных игровых приложений Battlefield 3 и World of Warcraft и программных пакетов компаний Abobe и Microsoft: After Effects, Illustrator, InDesign, Photoshop, Excel, PowerPoint и Word. Итоговый результат исчисляется в виде усреднённой скорости, которую показывают накопители при прохождении тестовых трасс.

Тест PCMark 8 2.0, оценивающий производительность систем хранения данных в реальных приложениях, недвусмысленно говорит нам о том, что существует лишь два PCIe-накопителя, скорость которых принципиально выше, чем у привычных моделей с SATA-интерфейсом. Это - Samsung SM951 и Intel SSD 750, которые побеждают и во многих других тестах. Другие же PCIe SSD, например, Plextor M6e Black Edition и Kingston HyperX Predator отстают от лидеров более чем в полтора раза. Ну а OCZ ReveDrive 350 демонстрирует откровенно плохое быстродействие. Он медленнее лучших PCIe SSD более чем вдвое и при этом уступает по скорости даже Samsung 850 PRO, который работает через SATA-интерфейс.

Интегральный результат PCMark 8 нужно дополнить и показателями производительности, выдаваемыми флеш-дисками при прохождении отдельных тестовых трасс, которые моделируют различные варианты реальной нагрузки. Дело в том, что при разной нагрузке флеш-приводы зачастую ведут себя немного по-разному.

О каком бы приложении ни шла речь, в любом случае наивысшую производительность выдаёт один из SSD с интерфейсом PCI Express 3.0 x4: либо Samsung SM951, либо Intel SSD 750. Что интересно, остальные PCIe SSD в ряде случаев вообще выдают скорость лишь на уровне SATA SSD. Фактически, преимущество тех же Kingston HyperX Predator и Plextor M6e Black Edition над Samsung 850 PRO можно увидеть лишь в Adobe Photoshop, Battlefield 3 и Microsoft Word.

Копирование файлов

Имея в виду, что твердотельные накопители внедряются в персональные компьютеры всё шире и шире, мы решили добавить в нашу методику измерение производительности при обычных файловых операциях – при копировании и работе с архиваторами – которые выполняются «внутри» накопителя. Это – типичная дисковая активность, возникающая в том случае, если SSD исполняет роль не системного накопителя, а обычного диска.

В тестах копирования в лидерах оказываются всё те же Samsung SM951 и Intel SSD 750. Однако если речь идёт о больших последовательных файлах, то конкуренцию им может составить Kingston HyperX Predator. Надо сказать, что при простом копировании почти все PCIe SSD оказываются быстрее Samsung 850 PRO. Исключение лишь одно – Plextor M6e Black Edition. А OCZ RevoDrive 350, который в остальных тестах стабильно оказывался в положении безнадёжного аутсайдера, неожиданно обходит не только SATA SSD, но и самого медленного PCIe SSD.

Вторая группа тестов проведена при архивации и разархивации директории с рабочими файлами. Принципиальное отличие этого случая заключается в том, что половина операций выполняется с разрозненными файлами, а вторая половина – с одним большим файлом архива.

Похожая ситуация и при работе с архивами. Отличие лишь в том, что тут Samsung SM951 удаётся уверенно оторваться от всех конкурентов.

Работа TRIM и фоновой сборки мусора

Испытывая различные твердотельные накопители, мы всегда проверяем то, как они отрабатывают команду TRIM и способны ли они собирать мусор и восстанавливать свою производительность без поддержки со стороны операционной системы, то есть в такой ситуации, когда команда TRIM не передаётся. Такое тестирование было проведено и в этот раз. Схема этого испытания стандартна: после создания длительной непрерывной нагрузки на запись данных, которая приводит к деградации скорости записи, мы отключаем поддержку TRIM и выжидаем 15 минут, в течение которых SSD может попытаться самостоятельно восстановиться за счёт собственного алгоритма сборки мусора, но без помощи со стороны операционной системы, и замеряем скорость. Затем на накопитель принудительно подаётся команда TRIM - и после небольшой паузы скорость измеряется ещё раз.

Результаты такого тестирования приведены в следующей таблице, где для каждой протестированной модели указано, реагирует ли она на TRIM очисткой неиспользуемой части флеш-памяти и может ли она заготавливать чистые страницы флеш-памяти под будущие операции, если команда TRIM на неё не подаётся. Для накопителей, которые оказались способны осуществлять сборку мусора и без команды TRIM, мы также указали тот объём флеш-памяти, который был самостоятельно освобождён контроллером SSD под будущие операции. Для случая эксплуатации накопителя в среде без поддержки TRIM это - как раз тот объём данных, который можно будет сохранить на накопитель с высокой первоначальной скоростью после простоя.

Несмотря на то, что качественная поддержка команды TRIM стала отраслевым стандартом, некоторые производители считают допустимым продавать накопители, в которых эта команда не отрабатывается в полной мере. Такой отрицательный пример демонстрирует OCZ Revodrive 350. Формально TRIM он понимает, и даже что-то пытается сделать при получении этой команды, но о полном возвращении скорости записи к первоначальным значениям говорить не приходится. И в этом нет ничего странного: в основе Revodrive 350 лежат контроллеры SandForce, которые отличаются своей необратимой деградаций производительности. Соответственно присутствует она и в Revodrive 350.

Все же остальные PCIe SSD работают с TRIM как и их SATA-собратья. То есть, идеально: в операционных системах, которые подают эту команду на накопители, производительность остаётся на неизменно высоком уровне.

Однако мы хотим большего – качественный накопитель должен уметь проводить сборку мусора и без подачи команды TRIM. И здесь выделяется Plextor M6e Black Edition – накопитель, который способен самостоятельно освободить под предстоящие операции значительно больше флеш-памяти, чем его конкуренты. Хотя, конечно, в той или иной мере автономная сборка мусора работает у всех протестированных нами SSD, за исключением Samsung SM951. Иными словами, при обычном использовании в современных средах производительность Samsung SM951 деградировать не будет, однако в тех случаях, когда TRIM не поддерживается, применять этот SSD не рекомендуется.

Выводы

Начать подводить итоги, наверное, следует с констатации факта, что потребительские SSD с интерфейсом PCI Express – это уже не экзотика и не какие-то экспериментальные продукты, а целый рыночный сегмент, в котором играют наиболее быстродействующие твердотельные накопители для энтузиастов. Естественно, это же и означает, что с PCIe SSD уже давно нет никаких проблем: они поддерживают все функции, что есть в SATA SSD, но при этом более производительны и порой обладают некоторыми новыми интересными технологиями.

В то же время рынок клиентских PCIe SSD не столь переполнен, и войти в когорту производителей таких твердотельных накопителей пока смогли лишь компании, обладающие высоким инженерным потенциалом. Это связано с тем, что у независимых разработчиков массовых контроллеров SSD пока нет решений-конструкторов, позволяющих приступить к выпуску PCIe-накопителей с минимальными инженерными усилиями. Поэтому каждый из представленных в настоящее время на полках магазинов PCIe SSD по-своему самобытен и уникален.

В этом тестировании нам удалось собрать вместе пять самых популярных и наиболее распространённых PCIe SSD, ориентированных на эксплуатацию в составе персональных компьютеров. И по результатам знакомства с ними становится понятно, что покупателям, желающим перейти на пользование твердотельными накопителями с прогрессивным интерфейсом, никакие серьёзные муки выбора пока не грозят. В большинстве случаев выбор будет однозначным, настолько сильно отличаются по своим потребительским качествам протестированные модели.

В целом, наиболее привлекательной моделью PCIe SSD оказался Samsung SM951 . Это – блестящее решение от одного из лидеров рынка, работающее через шину PCI Express 3.0 x4, которое не только оказалось способно обеспечить наивысшую производительность в типичных общеупотребительных нагрузках, но и к тому же заметно дешевле всех остальных PCIe-накопителей.

Однако Samsung SM951 всё же не идеален. Во-первых, в нём нет никаких специальных технологий, ориентированных на повышение надёжности, а в продуктах премиального уровня их всё-таки хотелось бы иметь. Во-вторых, этот SSD достаточно тяжело найти в продаже в России – по официальным каналам он в нашу страну не поставляется. К счастью, мы можем предложить обратить внимание и на неплохую альтернативу – Intel SSD 750 . Этот SSD тоже работает через PCI Express 3.0 x4, и всего лишь немного отстаёт от Samsung SM951. Зато он является прямым родственником серверных моделей, а потому имеет высокую надёжность и работает по протоколу NVMe, что позволяет ему демонстрировать непревзойдённую скорость на операциях случайной записи.

В принципе, на фоне Samsung SM951 и Intel SSD 750 остальные SSD с интерфейсом PCIe смотрятся достаточно слабо. Однако всё-таки существуют ситуации, когда предпочесть им придётся какую-то другую модель PCIe SSD. Дело в том, что передовые накопители Samsung и Intel совместимы лишь с современными материнскими платами, построенными на интеловских чипсетах девяностой или сотой серии. В более же старых системах они способны работать лишь в роли «второго диска», а загрузка с них операционной системы окажется невозможной. Поэтому для модернизации платформ прошлых поколений ни Samsung SM951, ни Intel SSD 750 не подойдут, и выбор придётся остановить на накопителе Kingston HyperX Predator , который с одной стороны может обеспечить неплохую производительность, а с другой – гарантированно не имеет никаких проблем совместимости со старыми платформами.

27. 05.2017

Блог Дмитрия Вассиярова.

Интерфейс SATA — особенности и характеристики данного порта

Доброго времени суток дорогие друзья.

Вы часто встречаете словосочетание «интерфейс SATA», о нем говорят ваши знакомые, а вы понятия не имеете, что это? Тогда вам стоит прочесть эту статью, из которой вы получите ответ не только на данный вопрос, но и научитесь разбираться в поколениях разъемов этого семейства.

Разбор полётов

Начнем с того, что собой представляет интерфейс. Это средство взаимодействия между двумя устройствами; в данном случае между материнкой и жестким диском. Оно состоит из контроллера, сигнальных линий и специального протокола - правил, по которым работает именно этот вид интерфейса. Чтобы вам было понятнее, физически он является разъемом в материнской плате, куда вставляется HDD.

SATA на английском языке расшифровывается как Serial Advanced Technology Attachment, что в переводе - «последовательное применение новейших технологий». Первое слово в данном случае играет ключевую роль, так как именно оно определяет вид данного интерфейса - он последовательный.

Это значит, что данные передаются бит за битом - по одному - за определенный промежуток времени. Я акцентирую внимание на этом не случайно, ведь предшественником SATA является PATA () - параллельный интерфейс, который передавал информацию по несколько бит сразу. В настоящее время он считается устаревшим, поэтому не используется.

Разработки сата стартовали в 2000 году передовыми компаниями компьютерного рынка того и нынешнего времени, среди которых Dell, Seagate, Maxtor, APT Technologies, Quantum и пр. Повсеместно интегрировать разъем в платы начали в 2003 году.

Преимущества

SATA считается лучше, чем тем, что быстрее передает информацию, имеет тоньше провод. Еще один плюс - сниженное рабочее напряжение из-за сокращенного числа контактов и микросхем, поэтому контроллеры выделяют меньше тепла, следовательно, не перегреваются и дольше служат.

Судите сами, SATA обладает 7 контактами, в то время как у PATA их было 40. Также усовершенствованная форма кабеля обеспечивает ему устойчивость к многократным подключениям.

Вдобавок устаревший интерфейс предполагал подсоединение 2х устройств к одному шлейфу, в то время как в современном выделены отдельные провода для каждого гаджета. Таким образом, все приборы могут работать одновременно, устранены задержки в передаче данных и возможные проблемы при сборке комплектующих.

Виды SATA

Для работы с любым интерфейсом SATA применяются 2 кабеля: на 7 контактов для обмена информацией и на 15 контактов для подключения питания. Вместо последнего может применяться разъём Molex с 4 контактами. Силовой кабель отдает напряжение 5 и 12 В. Ширина провода составляет 2,4 см.

Отличия между видами состоят в скорости передачи данных и частоте работы шины. Рассмотрим существующие поколения:

• SATA. Модель, вышедшая первой. Сейчас практически не используется. Ее шина функционировала на частоте 1,5 ГГц, из-за чего пропускная способность не превышала 150 Мб/с.
• SATA 2. Впервые интерфейс появился в 2004 году на чипсете nForce 4 бренда «NVIDIA». Внешне: то же, что и предыдущий вариант. Увеличена частота до 3 ГГц, благодаря чему повысилась скорость обмена информацией до 300 Мб/с.
• SATA 3. Релиз состоялся в 2008 году. По традиции, производительность стала больше в 2 раза (600 Мбайт/с). Сохранена совместимость между девайсами, предназначенными для предыдущих поколений.

После выхода данного интерфейса были выпущены еще 2 его модификации:

— 3.1 (2011 год). Из нововведений: Zero-power оптического дисковода (не потребляет энергию в спящем режиме), mSATA (разъем для портативных и твердотельных винчестеров, нетбуков и мобильных гаджетов), Queued TRIM Command (повышает продуктивность SSD-накопителей), Hardware Control Features (выполняет хост-идентификацию возможностей девайса). Данные передаются с той же скоростью, что и в 3 поколении.

— 3.2 - SATA Express (2013 год). Произошло слияние этого семейства и PCIe, то есть интерфейс по программному обеспечению совместим с SATA, но несущим разъемом считается PCIe.

Физически данная модель выполнена в качестве двух рядом расположенных портов SATA, поэтому можно одновременно подключать устройства, предназначенные для интерфейсов предыдущих поколений и - непосредственно для Express. Скорость передачи данных существенно повысилась: до 8 Гб/с, если задействован 1 разъем, и до 16 Гб/с - если оба.

eSATA

Этот вид интерфейса стоит выделить в отдельную группу. Потому что он предназначается для подключения устройств с внешней стороны. На это указывает первая буква в названии, которая несет в себе понятие «External» (внешний). Разъем появился в 2004 году.

В сравнении с первым поколением SATA:

• Более надежное исполнение;
• Провод удлинен с 1 м до 2 м;
• Используются различные уровни сигнала.

Минусом этой версии является необходимость в специальном кабеле для подсоединения гаджетов. Недостаток упразднен в следующей модификации - eSATAp - путем внедрения технологии USB 2.0, при этом информация передается по проводам с напряжением 5 и 12 В.

Определяем версию интерфейса.

Как узнать, какой разъем SATA предполагает ваша материнская плата и подключенные к ней устройства? Есть несколько способов сделать это:

• Почитать технические характеристики вашей модели в инструкции или на официальном сайте.
• Посмотреть надписи непосредственно на материнке.

• Воспользоваться утилитой CrystalDiskInfo. После установки откроется окно, где будет представлена полная информация о вашем железе.

Вот оф сайт этой програмки: http://crystalmark.info/software/CrystalDiskInfo/index-e.html

Если вы соберетесь покупать новый винт, но понравившаяся модель не будет соответствовать разъему на материнке, не спешите отказываться от своего выбора, так как продаются специальные переходники под интерфейс SATA.

Жду вас на страницах моего блога снова.

Первые SSD , или твердотельные накопители, использующие флэш-память , появились в 1995 году, и использовались исключительно в военной и аэрокосмической сферах. Огромная на тот момент стоимость компенсировалась уникальными характеристиками, позволяющими эксплуатацию таких дисков в агрессивных средах при широком диапазоне температур.

В масс-маркете накопители SSD появились не так давно, но быстро стали популярны, так как являются современной альтернативой стандартному жёсткому диску (HDD ). Разберёмся, по каким параметрам нужно выбирать твердотельный накопитель, и что он из себя вообще представляет.

Устройство

По привычке, SSD называют «диском», но его скорее можно назвать «твердотельным параллелепипедом », поскольку движущихся частей в нём нет, и ничего по форме похожего на диск – тоже. Память в нём основана на физических свойствах проводимости полупроводников, так что SSD – полупроводниковое (или твердотельное) устройство, тогда как обычный жёсткий диск можно назвать электро-механическим устройством.

Аббревиатура SSD как раз и означает «solid-state drive », то есть, буквально, «твердотельный накопитель ». Он состоит из контроллера и чипов памяти.

Контроллер – наиболее важная часть устройства, которая связывает память с компьютером. Основные характеристики SSD – скорость обмена данных, энергопотребление, и т.п., зависят именно от него. Контроллер имеет свой микропроцессор, работающий по предустановленной программе, и может выполнять функции исправления ошибок кода, предотвращения износа, чистки от мусора.

Память в накопителях может быть как энергонезависимой (NAND ), так и энергозависимой (RAM ).

NAND-память поначалу выигрывала у HDD только в скорости доступа к произвольным блокам памяти, и только с 2012 года скорость чтения/записи также многократно выросла. Сейчас в масс-маркете накопители SSD представлены моделями именно с энергонезависимой NAND -памятью.

RAM память отличается сверхбыстрыми скоростями чтения и записи, и построена по принципы оперативной памяти компьютера. Такая память энергозависима – при отсутствии питания данные пропадают. Используется как правило в специфичных сферах, вроде ускорения работы с базами данных, в продаже встретить трудно.

Отличия SSD от HDD

SSD отличает от HDD в первую очередь, физическое устройство. Благодаря этому он может похвастаться некоторыми преимуществами, но имеет и ряд серьёзных недостатков.

Основные преимущества:

· Быстродействие. Даже по техническим характеристикам видно, что скорость чтения/записи у SSD выше в несколько раз, но на практике быстродействие может различаться в 50-100 раз.
· Отсутствие движущихся частей, а соответственно, шума. Также это означает высокую стойкость к механическим воздействиям.
· Скорость произвольного доступа к памяти гораздо выше. В результате скорость работы не зависит от расположения файлов и их фрагментации.
· Гораздо меньшая уязвимость к электромагнитным полям.
· Малые габариты и вес, низкое энергопотребление.

Недостатки:

· Ограничение ресурса по циклам перезаписи. Означает, что перезаписать отдельную ячейку можно определённое количество раз – в среднем, этот показатель варьируется от 1 000 до 100 000 раз.
· Стоимость гигабайта объёма пока достаточно высока, и превосходит стоимость обычного HDD в несколько раз. Однако, этот недостаток со временем исчезнет.
· Сложность или даже невозможность восстановления удалённых или утерянных данных, связанная с применяемой накопителем аппаратной командой TRIM , и с высокой чувствительностью к перепадам напряжения питания: при таком повреждении чипов памяти информация с них теряется безвозвратно.

В целом, у твердотельных накопителей есть ряд преимуществ, которыми стандартные жёсткие диски не обладают – в случаях, когда главную роль играют быстродействие, скорость доступа, размеры и устойчивость к механическим нагрузкам, SDD настойчиво вытесняет HDD .

Какой объём SSD понадобится?

Первое, на что стоит обратить внимание при выборе SSD – его объём. В продаже есть модели с ёмкостью от 32 до 2000 Гб.

Решение зависит от варианта использования – вы можете установить на накопитель только операционную систему, и ограничиться объёмом SSD в 60-128 Гб , что будет вполне достаточно для Windows и установки основных программ.

Второй вариант – использовать SSD как основную медиа-библиотеку, но тогда вам понадобится 500-1000%20%D0%93%D0%B1%0A" rel="noopener nofollow">диск объёмом в 500-1000 Гб , что выйдет довольно дорого. Это имеет смысл, только если вы работаете с большим количеством файлов, к которым нужно обеспечить действительно быстрый доступ. Применительно к рядовому пользователю – не очень рациональное соотношение цена/скорость.

Но есть и ещё одно свойство твердотельных накопителей – в зависимости от объёма скорость записи может сильно отличаться. Чем больше объём диска, тем, как правило, больше скорость записи. Это связано с тем, что SSD способен параллельно использовать сразу несколько кристаллов памяти, а количество кристаллов растёт вместе с объёмом. То есть в одинаковых моделях SSD с разной ёмкостью в 128 и 480 Гб разница в скорости может различаться примерно в 3 раза.

Учитывая данную особенность, можно сказать, что сейчас наиболее оптимальным по цене/скорости выбором можно назвать 120-240 гигабайтные модели SSD , их хватит для установки системы и наиболее важного софта, а может быть, и для нескольких игр.

Интерфейс и форм-фактор

2.5" SSD

Самым распространённым форм-фактором SSD является формат 2,5 дюйма. Представляет собой «брусок» размерами примерно 100х70х7мм, у разных производителей они могут слегка различаться (±1мм). Интерфейс у 2.5” накопителей, как правило, SATA3 (6 Гбит/с ).

Преимущества формата 2.5":

• Распространённость на рынке, доступен любой объём
• Удобство и простота использования, совместим с любыми материнскими платами
• Демократичная цена

Недостатки формата:

• Относительно низкая скорость среди ssd - максимально до 600 Мб/с на один канал, против, например 1 Гб/с у интерфейса PCIe
• Контроллеры AHCI, которые были разработаны для классических жёстких дисков

Если вам нужен накопитель, который удобно и легко монтировать в корпус ПК, а ваша материнская плата имеет только разъёмы SATA2 или SATA3 , то2.5%E2%80%9D%20SSD%20%D0%BD%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BF%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%0A" rel="noopener nofollow"> 2.5” SSD накопитель – это ваш выбор. Система и офисные программы будет загружаться очевидно быстрее по сравнению с HDD, а большой разницы с более скоростными решениями обычный пользователь не заметит.

mSATA SSD

Существует более компактный форм-фактор - mSATA , размерами 30х51х4 мм. Имеет смысл использовать в ноутбуках и любых других компактных устройствах, где установка обычного 2.5” накопителя нецелесообразна. Если у них, конечно, есть разъём mSATA . По скорости - это всё та же спецификация SATA3 (6 Гбит/с ), и не отличается от 2.5".

M.2 SSD

Есть ещё один, самый компактный M.2%0A" rel="noopener nofollow">форм-фактор M.2 , постепенно сменяющий mSATA . Предназначен, главным образом, для ноутбуков. Размеры - 3.5х22х42(60,80) мм. Есть три разных длины планок - 42, 60 и 80 мм, обратите внимание на совместимость при установке в свою систему. Современные материнские платы предлагают, по крайней мере, один слот U.2 под формат M.2.

M.2 может быть как с интерфейсом SATA , так и PCIe . Разница между этими вариантами интерфейса в скорости, и при том довольно большая - SATA накопители могут похвастаться скоростью в среднем 550 Мб/с, тогда как PCIe, в зависимости от поколения, может предложить 500 Мб/с на одну линию для PCI-E 2.0 , и скорость до 985 Мб/с на одну линию PCI-E 3.0 . Таким образом, твердотельный накопитель, установленный в слот PCIe x4 (с четырьмя линиями), может обмениваться данными на скорости до 2 Гб/с в случае PCI Express 2.0 и до почти 4 Гб/с – при использовании PCI Express третьего поколения.

Различия в цене при этом существенны, диск форм-фактора M.2 с интерфейсом PCIe обойдётся в среднем в два раза дороже интерфейса SATA при одинаковом объёме.

Форм-фактор имеет разъём U.2, который может иметь коннекторы, отличающиеся друг от друга ключами – специальными «вырезами» в них. Существуют ключи B и , а также B&M . Отличаются скоростью по шине PCIe : ключ М обеспечит скорость до PCIe х4 , ключ M скорость до PCIe х2 , как и совмещённый ключ B&M .

{4:medium}{6:medium}

B -коннектор несовместим с M -разъёмом, M -коннектор соответственно, с B -разъёмом, а B&M коннектор совместим с любым. Будьте внимательны, приобретая SSD%0A%20%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B0%20M.2%0A" rel="noopener nofollow">SSD формата M.2 , так как материнская плата, ноутбук или планшет должны иметь подходящий разъём.

PCI-E SSD

Наконец, последний существующий форм-фактор – SSD%0A,%20%D0%BA%D0%B0%D0%BA%20%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D1%82%D0%B0%20%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%88%D0%B8%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F%20PCI-E%0A" rel="noopener nofollow">SSD , как плата расширения PCI-E . Монтируется, соответственно в слот PCI-E , обладают самой высокой скоростью, порядка 2000 Мбайт/с на чтение, и 1000 Мбайт/с на запись . Такие скорости встанут вам очень дорого: очевидно, что выбирать такой накопитель стоит для профессиональных задач.

NVM Express

Существуют также SSD , имеющие новый логический NVM%20Express%0A" rel="noopener nofollow">интерфейс NVM Express , разработанный специально для твердотельных накопителей. От старого AHCI он отличается ещё более низкими задержками доступа и высокой параллельностью работы чипов памяти за счёт нового набора аппаратных алгоритмов.
На рынке есть модели как c разъёмом M.2 , так и в PCIe . Минус PCIe тут только в том, что он займёт важный слот, который может пригодиться и под другую плату.

Поскольку стандарт NVMe предназначен именно для флэш-памяти, он учитывает её особенности, тогда как AHCI всё же только компромисс. Поэтому, NVMe - будущее твердотельных накопителей, и со временем он будет только оптимизироваться.

Какой тип памяти в SSD лучше?

Разберёмся в типах памяти SSD . Это одна из главных характеристик SSD, определяющая ресурс перезаписи ячеек и скорость.

MLC (Multi-Level Cell) - наиболее популярный тип памяти. Ячейки содержат 2 бита, в отличии от 1-го бита в старом типе SLC , который уже почти не продаётся. Благодаря этому – больший объём, а значит, меньшая стоимость. Ресурс записи от 2000 до 5000 циклов перезаписи. При этом «перезапись» означает перезапись каждой ячейки диска. Следовательно, для модели в 240 Гб, например, можно записать как минимум 480 Тб информации. Так что, ресурса такого SSD даже при постоянном интенсивном использовании должно хватить лет эдак на 5-10 (за которые он уже всё равно сильно устареет). А при домашнем использовании его хватит и вовсе на 20 лет, так что ограниченность циклов перезаписи можно вообще не брать во внимание. MLC – это лучшее сочетание надёжность/цена.

TLC (Triple-Level Cell) - из названия следует, что здесь в одной ячейки хранится сразу 3 бита данных. Плотность записи здесь в сравнении с MLC выше на целых 50% , а значит, ресурс перезаписи меньше – всего от 1000 циклов. Скорость доступа тоже ниже из-за большей плотности. Стоимость сейчас не сильно отличается от MLC . Давно и широко используется во флэшках. Срок службы также достаточный для домашнего решения, но подверженность неисправимым ошибкам и «отмиранию» ячеек памяти заметно выше, причём во время всего срока службы.

3D NAND – это скорее форма организации памяти, а не её новый тип. Существует как MLC , так и TLC 3D NAND . Такая память имеет вертикально размещённые ячейки памяти, и отдельный кристалл памяти в ней имеет несколько уровней ячеек. Получается, что у ячейки появляется третья пространственная координата, отсюда и приставка "3D" в названии памяти - 3D NAND . Отличается очень низким количеством ошибок и высокой выносливостью из-за более крупного техпроцесса в 30-40нМ.
Гарантия производителя на отдельные модели достигает 10 лет использования, но стоимость высока. Самый надёжный тип памяти из существующих.

Отличия дешёвых SSD от дорогих

Диски одного и того же объёма могут даже у одного производителя сильно отличаться по цене. Дешёвый SSD от дорого может отличаться следующими моментами:

· Более дешёвый тип памяти. По возрастанию стоимости/надёжности, условно: TLC ≥ MLC ≥ 3D NAND .
· Более дешёвый контроллер. Также влияет на скорость чтения/записи.
· Буфер обмена. Самый дешёвые SSD могут вовсе не иметь буфера обмена, это не сильно удешевляет их, но заметно снижает быстродействие.
· Системы защиты. Например, в дорогих моделях есть защита от прерывания питания в виде резервных конденсаторов, позволяющих корректно завершить операцию записи, и не потерять данные.
· Брэнд. Само собой, более раскрученный брэнд будет дороже, что не всегда означает техническое превосходство.

Вывод. Что выгоднее купить?

Можно с уверенностью сказать, что современные SSD накопители достаточно надёжны. Боязнь потери данных и негативное отношение к твердотельным накопителям, как классу, на данный момент уже совсем неоправданны. Если говорить о более-менее популярных брэндах, то даже дешёвая TLC память подойдёт для бюджетного домашнего использования, и её ресурса хватит вам на несколько лет как минимум. Многие производители к тому же дают гарантию в 3 года.

Итак, если вы ограничены в средствах, то ваш выбор – это SSD%0A%20%D1%91%D0%BC%D0%BA%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C%D1%8E%20%D0%B2%2060-128%20%D0%93%D0%B1%0A" rel="noopener nofollow">SSD ёмкостью в 60-128 Гб для установки системы и часто используемых приложений. Тип памяти не столь критичен для домашнего использования – TLC это будет или MLC , диск устареет раньше, чем выработается ресурс. При прочих равных, конечно, стоит выбрать MLC .

Если вы готовы заглянуть в средний ценовой сегмент и цените надёжность, то лучше рассмотреть SSD MLC на 200-500 Гб . За старшие модели придётся выложить около 12 тысяч рублей. При этом, объёма вам хватит практически для всего, что должно работать быстро на домашнем пк. Также можно взять модели ещё более повышенной надёжности с 3D%20NAND%0A" rel="noopener nofollow">кристаллами памяти 3D NAND .

Если ваша боязнь износа флэш-памяти достигает панического уровня, то стоит смотреть на новые (и дорогие) технологии в виде 3D%20NAND%0A" rel="noopener nofollow">формата накопителей 3D NAND . А если без шуток, то это будущее SSD – высокая скорость и высокая надёжность здесь объединены. Подобный накопитель подойдёт даже для важных баз данных серверов, поскольку ресурс записи здесь достигает петабайт , а количество ошибок минимально.

В отдельную группу хочется выделить SSD %20%D0%BD%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BF%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D0%B8%20%D1%81%20%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B5%D1%80%D1%84%D0%B5%D0%B9%D1%81%D0%BE%D0%BC%20PCI-E " rel="noopener nofollow">SSD накопители с интерфейсом PCI-E . Он обладают высокой скоростью чтения и записи (1000-2000 Мб/с ), и в среднем дороже прочих категорий. Если во главу угла ставить именно быстродействие, то это лучший выбор. Недостаток - занимает универсальный слот PCIe, у материнских плат компактных форматов слот PCIe может быть всего один.

Вне конкуренции - SSD с логическим интерфейсом NVMe , скорость чтения которых переваливает за 2000 Мб/с. В сравнении с компромиссной для SSD логикой AHCI , имеет гораздо большую глубину очереди и параллелизм. Высокая стоимость на рынке, и лучшие характеристики - выбор энтузиастов или профессионалов.

Для многих пользователей интерфейс SATA Express возник практически из ниоткуда, стремительно ворвавшись в привычную среду компьютерной техники. А все благодаря компании Intel и ее партнерам. Первая обеспечила его интеграцию в чипсетах Intel 9-й серии, а вторые - имплементацию в новых материнских платах, созданных на основе указанных наборов системной логики. Примечательно, что до весны 2014 года о разработке спецификации SATA Express (SATA 3.2) знали по большому счету лишь компьютерные энтузиасты и профильные специалисты. Что собой являет SATA Express? Откуда он пришел и какова его цель? К чему нам следует готовиться в будущем?

Чтобы дать исчерпывающие ответы на эти вопросы давайте заглянем в историю ATA-интерфейсов, ведь все в нашей жизни взаимосвязано и любое событие является, с одной стороны, логическим завершением породивших его причин, а с другой - причиной для последующих происшествий.

Итак, мысленно вернемся в 2003 год, когда была представлена спецификация интерфейса SATA первого поколения, известного как SATA 1,5 Гбит/с. Он пришел на смену AT Attachment, впоследствии переименованного в Parallel ATA (PATA). Поскольку AT Attachment в свое время «вырос» из стандарта Integrated Drive Electronics (IDE), разработанного компанией Western Digital, то многие помнят его именно как IDE. Почему же возникла необходимость замены PATA-интерфейса? Во-первых, проблематичным вопросом стало дальнейшее повышение его пропускной способности, которая за историю его существования возросла с 16 до 133 МБ/с. Во-вторых, имела место довольно сложная и дорогая реализация кабелей, в которых использовалось 40 или 80 линий. К тому же они были неудобными при укладке в компьютерных корпусах, занимая много места. В-третьих, следует напомнить о невозможности «горячей» замены PATA-накопителей. В-четвертых, не следует забывать о проблематичной реализации протоколов очередности при обработке данных. Эти и другие причины заставили отказаться от параллельного интерфейса и перейти к более компактному и перспективному последовательному.

Интерфейс SATA довольно быстро эволюционировал и уже в 2009 году появилась версия SATA 6 Гбит/с с максимальной теоретической пропускной способностью на уровне 600 МБ/с или 4,8 Гбит/с. На практике скорости достигают 550 МБ/с, чего на данный момент более чем достаточно большинству обычных пользователей, например, для работы SSD-накопителей.

Но практически те же причины, которые в свое время привели к отказу от PATA и переходу к SATA, стали на пути дальнейшего развития этого интерфейса - круг замкнулся и его жизненный цикл вышел на финальный отрезок. Когда специалисты начали работу над очередным увеличением пропускной способности SATA (спецификация SATA 12 Гбит/с или SAS 3.0), они заметили, что добиться желаемого результата довольно трудно. Во-первых, существенно усложняется реализации логики, что ведет к необходимости интеграции дополнительных блоков, увеличению площади контроллера и повышению затрат на его производство. Во-вторых, значительно возрастает сложность имплементации протокола функционирования. В-третьих, не все линии работают стабильно при повышении скорости передачи данных до 12 Гбит/с. Еще одним негативным моментом стало увеличение потребляемой мощности, что абсолютно недопустимо в современных реалиях, ведь энергоэффективность является одним из приоритетов при разработке новых устройств. В конечном итоге для эффективной работы на предельных показателях производительности интерфейсу SATA 12 Гбит/с потребовалось бы еще несколько лет, поэтому его интеграция вряд ли окупилась бы в домашних системах.

Каковым же стал выход из этого положения? Довольно простым: взять знакомый и перспективный интерфейс, который уже успел себя хорошо зарекомендовать. Речь идет о PCI Express. Напомним, что в спецификации PCI Express 2.0 одна линия обеспечивает передачу информации со скоростью 500 МБ/с в каждом направлении, то есть получаем общий показатель на уровне 1 ГБ/с, что существенно выше 600 МБ/с для SATA 6 Гбит/с. Количество задействованных линий можно увеличивать, что гарантирует отличную масштабируемость в будущем, а переход к новым версиям стандарта также позволит повысить скоростные показатели. В частности, версия PCI Express 3.0 уже предполагает скорость на уровне 985 МБ/с в каждом направлении (1970 МБ/с в двух направлениях). Для PCI Express 4.0 этот показатель уже будет находиться на уровне 1969 МБ/с (3938 МБ/с в двух направлениях). Как видим, потенциал огромен.

Что же еще может предложить PCI Express? Во-первых, очень широкую интеграцию, ведь абсолютно все десктопные процессоры имеют в своем составе контроллер этой шины. Во-вторых, он достаточно энергоэффективен. В-третьих, применение архитектуры Separate Reference Clock with Independent Spread Spectrum Clocking или SRIS, которая была разработана и реализована инженерами компании ASUS, позволяет отказаться от использования хост-контроллером отдельного тактового генератора. Это обеспечивает переход на более дешевые PCIe-кабели и гарантирует корректное распознавание SATA Express-устройств.

Складывание всех этих факторов дает нам простоту конечной реализации, легкость наращивания уровня производительности, сравнительно низкие финансовые затраты на дальнейшую разработку и достаточно высокую энергоэффективность.

И опять же отмечаем схожие исторические моменты: для лучшей совместимости SATA Express базируется на стандарте SATA, как и в свое время SATA использовал базу ATA для более простой замены интерфейса PATA. Кто сказал, что история не повторяется?

Как вы уже догадались, SATA Express по сути является лишь «мостом», который переводит компьютерную технику на скоростные возможности интерфейса PCI Express, сохраняя при этом совместимость с традиционным разъемом. Именно поэтому IT-специалисты определяют SATA Express в первую очередь как спецификацию нового типа коннектора, позволяющего осуществлять маршрутизацию сигналов интерфейсов PCI Express и SATA.

Вместе с SATA Express на сцену активно вышел и интерфейс M.2, который является просто уменьшенной реализацией того же SATA Express, но с дополнительным использованием линий USB 3.0. Однако конечное предназначение у этих интерфейсов одинаково: осуществить переход от возможностей SATA до потенциала PCI Express.

Что же мы имеем на данный момент? Первые материнские платы используют интерфейс SATA Express с двумя линиями PCI Express 2.0. То есть их максимальная пропускная способность составляет 2 ГБ/с или 16 Гбит/с. На практике же показатель достигает лишь отметки 10 Гбит/с. Компания ASRock в материнской плате ASRock Z97 Extreme6 использовала четыре линии PCI Express 3.0 для слота Ultra M.2, что теоретически увеличило его пропускную способность до 32 Гбит/с. Потенциал, как говорится, на лицо.

Что же касается интерфейса SATA 6 Гбит/с, то он все еще будет присутствовать на рынке длительное время, и лишь постепенно будет вытесняться интерфейсом SATA Express или последующими версиями PCI Express. Например, компания Western Digital прекратила отгрузку PATA-накопителей лишь в конце 2013 года. То есть еще 5-7 лет (а может и больше) интерфейс SATA будет активной составляющей компьютерных систем.

Твердотельные накопители серии Intel SSD DC P3700 с интерфейсом NVM Express

Для наиболее производительных SSD-накопителей, которые используются в серверах и облачных хранилищах, уже разработан и активно используется интерфейс NVM Express . Он является оптимизированной версией PCI Express, предназначенной исключительно для твердотельных накопителей, представленных в виде карт расширения и традиционных 2,5-дюймовых устройств. При этом последовательные скорости чтения и записи данных достигают 2800 и 2000 МБ/с соответственно. В будущем эти решения должны появиться и на рынке массовых систем.

А теперь давайте перейдем к герою данного обзора, накопителю (A256TU1D190004 SSD 256), и на его примере изучим практическую пользу от применения интерфейса SATA Express.

Спецификация

Производитель и модель		(A256TU1D190004 SSD 256)
Форм-фактор
Интерфейс
Используемый контроллер		ASMedia ASM1062R
Внутренние накопители
		Memoright MS 801
	Количество
	Суммарный объем, ГБ
	Режим работы
Габариты, мм		100 х 70 х 9,5
Сайт производителя

Так как новинка является своеобразным концептом, то на официальном сайте найти информацию о ней не представляется возможным. Поэтому рассматривать особенности тестируемого решения мы будем по мере знакомства с ним.

Внешний вид

К нам на тестирование поступил концепт накопителя, следовательно, информационное наполнение упаковки нам оценить не получится. Отметим, что коробка, в которой поставляется ASUS HYPER EXPRESS, имеет довольно большие размеры и отлично защищает его от внешних повреждений в процессе транспортировки.

Внутри упаковки находится сам носитель и кабель для передачи данных и подачи питания. Вполне возможно, что розничный образец будет содержать в комплекте также инструкцию и некоторые дополнительные «бонусы», но для большинства пользователей будет достаточно и такого минимального набора.

Накопитель имеет приятную внешность благодаря наклейке на верхней крышке, рисунок на которой имитирует шлифованный металл. Корпус новинки и вправду металлический, но имеет обычное черное матовое покрытие. Обратная сторона ASUS HYPER EXPRESS содержит несколько наклеек, указывающих его серийный номер и список полученных сертификатов. Надпись «Concept Edition» говорит о том, что мы имеем дело не с инженерным образцом, а концептом нового устройства. Следовательно, розничный вариант накопителя может быть еще заметно доработан и улучшен.

Корпус новинки выполнен в стандартном 2,5-дюймовом формате и имеет толщину 9,5 мм. При этом все крепежные отверстия также находятся на привычных местах, что делает его совместимым с соответствующими отсеками для обычных SSD.

Одна из главных особенностей носителя - интерфейс для передачи данных, представленный новейшим SATA Express. Далее мы еще рассмотрим его более подробно.

Внутреннее устройство

Откручивание четырех винтов позволяет нам получить доступ к аппаратному обеспечению накопителя. Оно представлено печатной платой с размещенными на ней элементами, в том числе и двумя портами mSATA для установки накопителей соответствующего форм-фактора.

В роле внутренних SSD используются два носителя Memoright MS 801 (MRMAL5A256GTUM2C00) объемом по 256 ГБ. Их техническая спецификация выглядит следующим образом:

Производитель и модель		Memoright MS 801 (MRMAL5A256GTUM2C00)
Форм-фактор
Интерфейс		SATA 6 Гбит/с
Объем, ГБ
Используемый контроллер		Marvell 88SS9187
Тип памяти
Температура хранения, °C
Рабочая температура, °C
Влажность, %
Максимальная последовательная скорость передачи данных, МБ/с
Максимальная скорость передачи случайных блоков размером 4 КБ, IOPS
Время наработки на отказ, часов (MTBF)
Габаритные размеры, мм
Сайт производителя

Центральное место в данных накопителях занимает контролер Marvell 88SS9187 . В качестве чипов памяти используются банки Toshiba TH58TEG9DDJBA89 с многоуровневой структурой, изготовленные по 19-нм техпроцессу. Чипы размещены с обеих сторон накопителей, а объем каждого из них составляет 64 ГБ. Также имеет место применение дополнительной кэш-памяти производства Micron (маркировка 2TE12). Новинки поддерживают целый ряд сертификатов, среди которых присутствуют FCC, CE и RoHS.

Среди преимуществ комплектных SSD следует отметить значительное время наработки на отказ, которое составляет более 2 100 000 часов, что весьма важно, ведь данные накопители работают в режиме RAID 0, а выход одного из них приведет к потере всей хранящейся на них информации.

Отметим, что общая емкость двух накопителей равна 512 ГБ, но 1/16 этого объема (32 ГБ) зарезервирована системой для эффективного использования всех ячеек памяти благодаря специальным алгоритмам.

Внутри ASUS HYPER EXPRESS применяется печатная плата собственного производства, на что недвусмысленно намекает надпись «ASUS COOPER».

Видное место на плате занимает контроллер ASMedia ASM1062R, предназначенный для создания массива RAID 0 с двумя установленными накопителями. Судя по многочисленным отзывам в сети, он не поддерживает технологию TRIM, которая предназначена для полного удаления информации из ячеек памяти и освобождения их для записи новых данных.

Утилита trimcheck-0.6 подтвердила данный факт. Насколько он повлияет на работу накопителя сказать трудно, так как сама технология призвана исключить постепенное падение скорости работы SSD-накопителей при удалении ненужных данных. Следовательно, ее отсутствие может проявить себя лишь спустя некоторое время.

Комплектный кабель с одной стороны имеет разъем SATA Express для подключения к системной плате, с другой - соответствующий интерфейс для подключения накопителя. Дополнительно присутствует также стандартный разъем SATA для подачи питания на новинку.

На стендовой материнской плате ASUS Z97-DELUXE присутствуют два интерфейса SATA Express. Один из них (SATA Express_1) работает под управлением контроллера ASMedia ASM106SE и совмещен с расположенным рядом интерфейсом M.2, следовательно, одновременно работать может только один из них. Работа второго разъема, обозначенного SATA Express_E1, обеспечена чипсетом Intel Z97, при этом он также совмещен с двумя портами USB 3.0 (USB3_E56) и интерфейсом PCI Express x16 (PCIe x16_3). По умолчанию системная плата автоматически определяет, к которому из указанных разъемов подключены устройства.

При этом в нижнем правому углу платы также присутствуют специальные разъемы (SATA_E_1_CLK и SATA_E_E1_CLK), замыкание которых позволяет указать на использование соответствующих интерфейсов SATA Express. Они позволяют избежать некоторых неприятных моментов, например, когда накопитель с интерфейсом SATA Express не определяется системой. Замыкание контактов приводит к тому, что на устройство подается синхронизирующий сигнал определенной частоты, следовательно, BIOS платы корректно распознает накопитель. Необходимость в использовании перемычек в скором времени должна быть устранена, так как генератор частоты будет размещаться непосредственно на печатной плате накопителя (архитектура SRIS). Мы обязательно проверим скоростные показатели новинки в режиме автоматического определения и с установленным на переключателе CLK-джампером, чтобы выяснить, какой из них более предпочтителен для конечного пользователя.

Утилита HD Tune Pro подтверждает отсутствие поддержки технологии TRIM, при этом отмечает поддержку накопителем системы мониторинга S.M.A.R.T. и аппаратной установки очередности команд NCQ:

• NCQ (native command queuing) - аппаратная установка очередности команд, которая позволяет оптимизировать производительность работы накопителя;
• S.M.A.R.T. (self-monitoring, analysis and reporting technology) - система мониторинга, следящая за состоянием накопителя, благодаря чему возможно спрогнозировать время выхода его из строя.

Файловая система

Объем памяти новинки составляет 447 ГБ или 480 млрд. байт. Несовпадение со значением 480 ГБ связано с десятичным переводом единиц измерения памяти. Такой маркетинговый ход производители накопителей используют во всем ассортименте продукции.

Тестирование

Для тестирования SSD-накопителя ASUS HYPER EXPRESS использовался следующий тестовый стенд:

Материнская плата	ASUS Z97-DELUXE (Intel Z97, Socket LGA1150, DDR3, ATX)
Процессор	Intel Core i7-4770K (LGA1150, 3,5 ГГц, 8 МБ кэш-памяти L3)
Кулер для процессора
Оперативная память	2 x 4 ГБ DDR3-2400 TwinMOS TwiSTER 9DHCGN4B-HAWP
Видеокарта	AMD Radeon HD 6970 2 ГБ GDDR5
Жесткий диск	Seagate Barracuda 7200.12 ST3500418AS, 500 ГБ, SATA-300, NCQ
Оптический привод	ASUS DRW-1814BLT SATA
Блок питания	Seasonic X-660 Gold (SS-660KM Active PF), 650 Вт, 120 мм Fan
Операционная система	Microsoft Windows 7 64-bit

Первый вывод, который можно сделать по результатам тестирования ASUS HYPER EXPRESS, - использование интерфейса SATA Express позволяет достичь действительно выдающихся показателей. Так, в нашем случае речь идет о скорости работы до 690 - 820 МБ/с (в зависимости от используемой утилиты), при этом даже наиболее производительные решения с интерфейсом SATA 6 Гбит/с демонстрировали максимальные результаты на уровне около 500 МБ/с.

Давайте рассмотрим полученные показатели более подробно. Утилиты CrystalDiskMark и AS SSD Benchmark демонстрируют очень похожие результаты. Так, скорость чтения с носителя составила 616 - 674 МБ/с, а запись происходит даже немного быстрее - на уровне 688 - 735 МБ/с. В EVEREST показатели линейного чтения новинки также высоки и составляют 665 - 715 МБ/с. Другие SSD в данном тестировании, как видим, не превышают отметки в 500 МБ/с.

Несмотря на столь высокие показатели во многих бенчмарках, рекордные результаты тестируемого накопителя были получены в утилите Intel NAS Perfomance Toolkit. Так, при записи видео на ASUS HYPER EXPRESS скорость копирования составила 769 - 820 МБ/с. Немного меньшими, но все равно впечатляющими оказались скорости проигрывания HD-видео в 2 и 4 потока - от 689 до 742 МБ/с. Благодаря таким высоким показателям средний результат новинки в Intel NAS PT составил 467 - 513 МБ/с, тогда как возможности обычных SSD находились в пределах 280 - 360 МБ/с.

А вот известная утилита HD Tune Pro, пожалуй, единственная, результаты которой не вписываются в общую картину, полученную с помощью других программ. О причинах данного обстоятельства говорить довольно трудно, так как каждое из приложений для тестирования имеет свои алгоритмы. При этом результаты четырех других утилит четко демонстрируют значительное преимущество новинки над обычными SSD.

Что касается джампера CLK, то, как показало тестирование, его лучше всего замыкать, ведь в таком режиме в большинстве случаев наблюдается заметное увеличение производительности.

Выводы

Знакомство с накопителем позволило нам также исследовать возможности новой версии последовательного интерфейса для передачи данных - SATA Express .

Применение SATA Express в тестируемом носителе позволяет достичь скорости до 820 МБ/с. Данный показатель не является максимумом для этой спецификации или для накопителя, поскольку ограничителем в данном случае выступают возможности mSATA-решений Memoright MS 801. Следовательно, использование более производительных носителей внутри ASUS HYPER EXPRESS позволит создать еще более скоростной накопитель. Но и полученный в процессе тестирования результат очень хорош, так как в обычных условиях он достижим либо при создании RAID-массива, либо в случае применения SSD с интерфейсом PCIe, которые сейчас очень дорогие. Хотя ради справедливости отметим, что стоимость тестируемой новинки также пока остается неизвестной.

Технологично в ASUS HYPER EXPRESS для достижения высокой скорости используется именно массив RAID 0 из двух накопителей mSATA. Поскольку компания ASUS не выпускает собственных SSD данного формата, то созданное устройство можно рассматривать как карман для установки двух компактных носителей. Более того, в сети имеется информация о возможной продаже новинки без накопителей, следовательно, и выбор в таком случае уже ложится на пользователей, что можно расценивать только как позитивный шаг навстречу покупателю.

Как показало тестирование, в случае использования накопителя с интерфейсом SATA Express более предпочтительным будет режим с установленной перемычкой SATA_CLK, что позволит еще несколько повысить и без того немалую производительность. В дальнейшем же повсеместная интеграция архитектуры SRIS позволит отказаться от необходимости применения этой перемычки.

Итак, мы узнали, в каком направлении будут развиваться интерфейсы для подключения накопителей в ближайшее время. Теперь нам остается понаблюдать, насколько быстро грядущие SSD смогут исчерпать пропускную способность интерфейса SATA Express и потребовать чего-то еще более скоростного. Как быстро это произойдет - пока трудно сказать, поживем - увидим.

Достоинства:

• высокие скорости работы, возможные благодаря высокой пропускной способности;
• приятный внешний вид;
• применение стандартного форм-фактора 2,5-дюйма с соответствующими креплениями.

Особенности:

• желательно установить джампер на системной плате (SATA_CLK);
• бесшумность работы;
• высокая надежность благодаря отсутствию движущихся частей;
• низкая чувствительность к вибрации;
• малое энергопотребление.

Недостатки:

• отсутствие поддержки технологии TRIM.

Выражаем благодарность украинскому представительству компании ASUS за предоставленный для тестирования накопитель.

Выражаем благодарность компаниям AMD , ASUS , Intel , Kingston и Sea Sonic за предоставленное для тестового стенда оборудование.

Статья прочитана 14110 раз(а)

Подписаться на наши каналы

Обзор ASRock Z97 Extreme6 и Samsung XP941 | Высокопроизводительный накопитель на материнской плате

Когда десять лет назад интерфейс AHCI был введён в эксплуатацию, он предназначался для механических дисков и, по правде говоря, отлично заменил предыдущий способ подключения – IDE. И даже когда появились SSD-накопители, данный программный интерфейс для SATA был всё ещё достаточно хорош. По крайней мере, в самом начале.

Сейчас он ограничивает возможности SSD-накопителей. Им не требуется соответствовать механическим дискам по форм-фактору или тому же типу программного интерфейса. В материале "Обзор пяти материнских плат на чипсете Intel Z97 Express по цене от $120 до $160" был показан пример того, как контроллер-концентратор (Platform Controller Hub) предлагает новейшие возможности подключения SSD-накопителей разных типов и форм-факторов. Таким образом, мы отказываемся от исчезающего как вид SATA/AHCI в пользу PCIe и SATA Express, которые ещё более чётко подчёркивают разницу между механическими и твердотельными накопителями.

Всё большее количество материнских плат поддерживает интерфейсы нового поколения - M.2 PCIe- и SATA Express. Изначально ни один из этих разъёмов не принесёт вам массу преимуществ, но зато они помогут проложить путь к новому поколению накопителей для настольных ПК и мобильных устройств. Для устаревших жёстких дисков предназначен разъём SATA, а новые интерфейсы уже используются для новых SSD-накопителей. В будущем в определённый момент мы сможем отказаться и от AHCI, и вместо этого воспользоваться преимуществами твердотельных накопителей, используя интерфейс NVMe, который придёт ему на смену.

Знакомимся с ASRock Z97 Extreme6

Мы не были особенно поражены изменениями в новой платформе, но не могли не задаться вопросом: сможет ли этот чипсет выявить все достоинства накопителей? Между тем, отличий между Z97 и Z87 не так уж много.

На плате имеются десять портов SATA 6 Гбит/с, шесть из которых принадлежат Intel Z97 Express PCH, а ещё четыре относятся к паре контроллеров ASMedia ASM1061. Один разъём соединён с интерфейсом eSATA на задней панели.

Коннектор SATA Express совмещён с двумя SATA-портами и разъёмом M.2. Как видите, стремление Intel реализовывать новые разработки в сфере хранения данных на базе логики ядра обуславливает некоторые ограничения, о которых мы привыкли говорить, ведя речь о графике (о совместном использовании линий PCI-Express и тому подобном).

Удивительно, что хоть SATA Express и является абсолютно новым интерфейсом, его присутствие – это не самая большая особенность платы. Скорее, к таковой можно отнести разъём Ultra M.2 x4. Он не подсоединён к PCH (как, например, M.2 на портах 13 и 14 наряду с SATA Express), поэтому не испытывает тех же ограничений, а вместо этого использует четыре полосы PCI Express 3.0, забирая их у процессора и выдавая пропускную способность 32 Гбит/с. Хотя производительность выше 4 Гбит/с получить не удастся, правильный SSD-накопитель может показать очень интересные результаты при тестировании.

Угадайте, что мы приготовили для нашего испытания? Samsung XP941 , который входит в число накопителей, ориентированных на OEM-сборщиков. Он задействует четыре линии PCI Express, и для него есть соответствующее железо. Это позволит нам определить, смогут ли Intel Z97 Express и ASRock Z97 Extreme6 совместными усилиями осуществить наши мечты относительно скорости передачи данных.

Обзор ASRock Z97 Extreme6 и Samsung XP941 | Обсуждаем интерфейсы M.2 и SATA Express

M.2 PCIe

Intel обеспечивает гибкость и практичность Z97 незамысловатым, но действенным способом. Это достигается при помощи портов 13 и 14 на чипсете, которые стали более гибкими, чем были в прошлом, когда они обеспечивали работу двух из шести SATA-интерфейсов. Сейчас большая гибкость позволяет им взаимодействовать с двумя высококлассными интерфейсами подключения – SATA Express и M.2 PCIe.

Интерфейс M.2 PCIe нельзя назвать новинкой. Ранее мы опубликовали материал "SSD SanDisk A110 c интерфейсом PCIe: новый коннектор M.2" , а не так давно – "Обзор SSD Plextor M6e 256 Гбайт с интерфейсом PCI Express: форм-фактор M.2 в настольном ПК" , протестировав SSD-накопитель с интерфейсом M.2 PCIe на плате малого форм-фактора, имеющей половинные значения от стандартной длины и высоты. Нам сообщили, что Plextor также планировала разработать версию накопителя без адаптера, что предполагало выпуск материнских плат с соответствующими двухполосными разъёмами. Вот и настал этот день, хотя даже с началом продаж плат с двумя M.2 PCIe портами, SSD-накопители данного форм-фактора для них всё ещё являются немногочисленными и встречаются довольно редко.

На самом деле, легко спутать M.2 для PCIe и SATA, и здесь та же история, что и с путаницей вокруг mSATA для mini-PCIe-разъёмов. До сегодняшнего дня было всё труднее различать накопители M.2 с SATA-контроллерами и совместимые с PCIe. Так что давайте просто забудем о SATA-решениях и сосредоточимся на накопителях, которые предназначены для шины PCI Express и имеют форм-фактор М.2.

Гибкость такого форм-фактора заключается в возможности установки на множество односторонних и двухсторонних печатных плат. Устройство М.2 шириной 22 мм легко размещается вместе с процессором и модулями памяти NAND, а на более длинной печатной плате, таким образом, будет больше места для памяти. Учитывая, что Samsung может разместить свой накопитель Samsung 840 EVO mSATA ёмкостью 1 Тбайт примерно на такой же площади, какую занимает форм-фактор M.2 2260 (60 мм в длину), большие перспективы открываются при работе с M.2 22110 (длиной 110 мм). По мере развития производственного процесса и повышения плотности записи, сложно себе представить, когда M.2 достигнет своего потолка в вопросе ёмкости.

Размеры M.2 в мм	42 мм (M.2 2242)	60 мм (M.2 2260)	80 мм (M.2 2280)	110 мм (M.2 22110)
Двухсторонняя печатная плата	924 мм²	1320 мм²	1760 мм²	2420 мм²
Односторонняя печатная плата	1848 мм²	2640 мм²	3520 мм²	4840 мм²

Большинство SSD-накопителей M.2 PCIe будет использовать две линии PCI Express (в случае с Z97 Express это означает скорость передачи данных, свойственную устройствам второго поколения). В свою очередь, Samsung XP941 уникален тем, что задействует больше четырёх линий, так что именно он и является идеальным накопителем для тестирования материнской платы ASRock Z97 Extreme6 и её четырёхполосного разъёма PCI Express 30 Ultra M.2.

SATA Express

На замену SATA 6 Гбит/с пришёл SATA Express. Независимая организация Serial ATA International Organization, которая занимается развитием и стандартизацией технологии SATA, осознала непрактичность подхода, который был призван удвоить скорость интерфейса SATA. Директор по маркетингу компании Marvell Пол Вассенберг (Paul Wassenberg) ещё в прошлом году на выставке Flash Memory Summit 2013 сказал нам, что разработка SATA Express является гораздо более осмысленным занятием.

Пока рабочая группа, тестировавшая новый способ подключения, увеличивала количество линий PCIe от одной до восьми, уровень энергопотребления, по мере подключения дополнительных линий, буквально взлетел. Но с использованием всего двух линий, имеющих пропускную способность третьего поколения, энергопотребление практически не повысилось по сравнению с устройством SATA 6 Гбит/с, тогда как относительно уровня производительности было отмечено значительное превосходство. Учитывая проблемы интерфейса SAS со скоростью 12 Гбит/c, стало ясно, что достижение экономической эффективности в случае с SATA весьма проблематично, в отличие от SATA Express, учитывая его связь с PCI Express.

В отличие от M.2 PCIe, использующего до четырёх линий, SATA Express задействует лишь две, но если устройство M.2 PCIe крепится прямо к плате, то SATA Express позволяет использовать удалённое подключение при помощи кабелей, как и в случае с SATA. Но есть и проблемы. Внешнему SSD-накопителю на PCIe нужно получать сигнал от генератора тактовой частоты, и его придётся передавать при помощи экранированного и более дорогого кабеля. Так что без затрат здесь можно обойтись в том случае, если связь будет обеспечивать сам твердотельный накопитель.

Используем один порт, теряем другой

С реализацией интерфейса SATA Express на Z97 при использовании новой технологии вы теряете доступ к двум контроллерам SATA 6 Гбит/с и интерфейсу M.2, и наоборот, если задействуете M.2 (всё-таки этих устройств гораздо больше), то использовать SATA Express уже не удастся.

Для большей ясности выше мы изобразили схему, куда включили M.2 PCIe и SATA Express, наряду с протоколами AHCI и NVMe.

Таким образом, интерфейсы M.2 и SATA Express в Z97 являются взаимоисключающими, и использовать их одновременно не получится. В некоторые платы Asus добавляет сторонние контроллеры SATA Express и, очевидно, они способны работать независимо друг от друга. А в случае с ASRock для разъёма Ultra M.2 задействуются четыре линии контроллера PCI Express. Давайте изучим эту систему более подробно.

Обзор ASRock Z97 Extreme6 и Samsung XP941 | Z97 Express: те же самые ограничения пропускной способности

Для нас не стал сюрпризом тот факт, что пропускная способность контроллера-концентратора платформы Z97 при подключении к хост-процессору ограничена интерфейсом Intel DMI, который базируется на PCI Express 2.0, и обеспечить скорость третьего поколения не удастся из-за микроархитектуры Skylake, отстающей на два поколения. Но чипсету Intel не требуется задействовать все преимущества пропускной способности PCIe 3.0, поскольку он может в большей мере получить реальную отдачу от восьми линий PCIe, которые используются на данный момент.

Мы знаем это, потому что уже видели, с какими ограничениями сталкиваются массивы SSD-накопителей на портах Intel 6 Гбит/с. В прошлом году мы тестировали ряд накопителей SSD DC 3500 на материнской плате ASRock C226 WS (англ.), и предел был достаточно очевиден. На ASRock Z87 Express располагалось шесть портов 6 Гбит/с, однако трёх обычных SSD-накопителей было достаточно для того, чтобы насытить ограниченную пропускную способность DMI. Предельной стала скорость 1600 Мбайт/с.

Ну а в четырёхполосном Ultra-разъёме Samsung XP941 взлетает выше планки в 1000 Мбайт/с. В принципе, такого же результата могут достичь самые быстрые устройства с интерфейсом SATA 6 Гбит/c в массиве RAID 0.

Скорость произвольных операций

Измерение производительности произвольных операций является ещё одним важным показателем. Мы уже знаем, что ограничения пропускной способности не являются большой проблемой при перемещении небольших блоков данных. Обычно интерфейса SATA 6 Гбит/c достаточно для тяжёлых последовательных нагрузок.

Скорость произвольных операций чтения блоками по 4 Кбайт

Учитывая то, что мы видели выше, легко предположить, что Samsung XP941 способен показать высочайшую производительность при передаче малого количества блоков.

120000 IOPS – это впечатляющий результат, но он не отражает аппаратный потенциал Samsung, в отличие от произвольных операций. И четырёхполосный слот Ultra M.2 даёт более высокие результаты. На графике недостаёт масштаба, чтобы показать, насколько понизилась производительность при использовании двухполосного интерфейса.

Результаты использования всех трёх интерфейсов примерно равны до достижения глубины очереди 16 команд. Рабочим нагрузкам, характерным для настольных компьютеров, не настолько свойственен параллелизм, поэтому Samsung XP941 не обладает очевидным преимуществом.

Скорость произвольных операций записи блоками по 4 Кбайт

Случилось в основном то же, что мы ожидали, основываясь на прошлой работе SSD-накопителя с интерфейсом PCIe и протоколом AHCI. Побеждает Samsung 840 Pro , хоть это и не самый быстрый накопитель в мире. Samsung XP941 с двухполосным разъёмом M.2 не производит совершенно никакого впечатления. Немного лучше дела обстоят при подключении к четырёхполосному интерфейсу, но недостаточно для того, чтобы выбрать его вместо SATA.

Вывод: скорость произвольных операций у SSD-накопителя с разъёмом PCIe является совсем уж пешеходной по сравнению с впечатляющей производительностью в последовательных операциях, во многом благодаря AHCI. Впрочем, если вы не наблюдали за работой другого бенчмарка, то могли подумать, что Samsung XP941 является лучшим в истории SSD-накопителем для настольных систем. Однако наше тестирование при помощи Iometer необязательно отражает производительность устройства в реальных условиях. Так что нам необходимо более подробное исследование.

Tom"s Hardware Storage Bench v.1.0

Большинство материнских плат Z97 Express будет оснащено шестью портами SATA 6 Гбит/с, а некоторые из них получат двухполосный интерфейс M.2, который мы тестируем сейчас. Другие будут оборудованы SATA Express. Наиболее значительным отличием в ASRock Z97 Extreme6 является слот M.2 x4, связанный с Intel LGA 1150.

Мы пока ещё не занимались тестированием SATA Express, ведь большинство первых устройств подобного рода будет базироваться на AHCI, а значит, они не будут слишком отличаться от таких накопителей, как SanDisk A110 , которые мы уже тестировали. Взгляните на результаты Samsung XP941 при подключении к двухполосному интерфейсу M.2 и рассмотрите данный интерфейс в качестве замены SATA Express. С поддержкой NVMe будет ещё интереснее.

Наш собственный тест, Storage Bench v1.0, использует информацию об операциях ввода-вывода из трассировки, записанной в течение двух недель. Повторно воспроизводя данный шаблон с целью проверить производительность накопителя, мы получаем результаты, которые, на первый взгляд, трудно истолковать. В результатах практически не учтены периоды простоя, то есть мы можем принимать во внимание только время, в течение которого накопитель был в активном состоянии и исполнял команды хоста. Таким образом, вычислив соотношение времени работы накопителя к объёму данных, обработанных в ходе трассировки, мы получаем показатель средней скорости передачи данных (в Мбайт/с), по которому можем сравнивать участников теста.

Эта система измерений не идеальна. Изначальная трассировка регистрирует команды TRIM в процессе транзита, но так как трассировка организована на накопителе без файловой системы, TRIM не будет работать, даже если её направили во время повторного воспроизведения трассировки (что, к сожалению, не так). Но всё же тестирование при помощи трассировки – отличный способ зафиксировать периоды времени, когда накопитель действительно работает, что имеет преимущества в сравнении с синтетическими тестами типа Iometer.

Средняя скорость передачи данных

Трассировка в Storage Bench генерирует более 140 Гбайт операций записи в ходе тестирования. Очевидно, это ставит в заведомо невыгодное положение SSD ёмкостью ниже 180 Гбайт и благоприятствует тем участникам теста, ёмкость которых превышает 256 Гбайт.

В этом сокращённом анализе производительности мы не показываем результаты множества накопителей на SATA 6 Гбит/с, которые встречались в наших графиках. Результаты генерируются в ОС Windows 8.1, в то время как наша библиотека данных базируется на Windows 7. Впрочем, мы столкнулись с некоторыми проблемами при работе с разъёмом Ultra M.2 под более старой операционной системой – если в Windows 7 за накопители c интерфейсом PCIe отвечал драйвер MSAHCI.SYS, то в Windows 8 - STORAHCI.SYS. Мы нашли более новый драйвер для менее последовательной задержки и времени до возобновления обслуживания, что резко повлияло на производительность. Между тем, Samsung 840 Pro управляется драйвером Intel RST, так что для него это не имеет значения. Тогда мы исследовали последствия работы обоих драйверов в обзоре SSD-накопителя Plextor M6e 256 Гбайт с интерфейсом PCI Express: форм-фактор M.2 в настольном ПК.

Наиболее высокий показатель средней скорости передачи данных достигается накопителем Samsung XP941 в разъёме Ultra M.2. Он же занимает и второе место – уже в разъёме M.2. Следом за ним располагается Samsung 840 Pro с интерфейсом SATA 6 Гбит/c, который оставляет позади себя подключающийся к шине PCI Express SanDisk A110 , а также замыкающий эту таблицу накопитель Plextor M6e .

Однако в таком тесте наиболее важным показателем является время до возобновления обслуживания.

Время до возобновления обслуживания

Ниже представлен график показателей времени до возобновления обслуживания чтения и записи (оси х и у соответственно). Эти значения гораздо более важны, по сравнению со средней скоростью передачи данных. Используя обе метрики, мы можем получить наиболее точные результаты производительности устройства с реальными нагрузками.

Как обычно, предпочтительнее видеть эти значения снизу в левой части графика. Лучшую производительность можно заметить в том месте, где значения располагаются ближе к началу.

Не стоит сравнивать эти результаты с другими из наших предыдущих обзоров. Они были получены под ОС Windows 8.1, которая меньше адаптирована к SSD-накопителям с интерфейсом PCIe из-за использования драйвера STORAHCI. Мы рассчитываем, что ситуация немного изменится с внедрением NVMe, но сейчас Windows 8 позволяет нам в равной степени запускать AHCI-диски.

Пропускная способность

Трассировка Adobe Photoshop с применением высоких нагрузок является наиболее интенсивной, именно поэтому мы используем все его 18 индивидуальных этапов для определения уровня задержки и пропускной способности.

Попробуйте догадаться, какая из линий на графике соответствует производительности Samsung XP941 .

Если вы ещё не догадались, мы подскажем: у данного накопителя на графике самый высокий результат, причём с большим преимуществом. В каждом из этапов его скорость достигает 700 Мбайт/с, и при наибольшем истощении ёмкости накопителя она падает до 500 Мбайт/с – это невероятный результат. Даже при подключении к двухполосному слоту M.2 он по-прежнему работает очень быстро, просто поддержка со стороны интерфейса недостаточна для обеспечения такого уровня производительности.

Наш первый четырёхполосный SSD-накопитель с интерфейсом M.2

Настоящая революция в сфере накопителей должна произойти позже, когда будет заметен эффект NVMe и появятся накопители для подключения через SATA Express. Ближе к внедрению Intel Skylake больше внимания будет уделяться повышению производительности SSD-накопителей с поддержкой PCIe 3.0 контроллеров-концентраторов.

В ходе тестирования ASRock Z97 Extreme6 мы использовали несколько SSD-накопителей с интерфейсом М.2. ASRock умно подошла к вопросу расположения разъёмов для накопителей, которые находятся между слотами PCIe, – в этом случае диски физически не могут конфликтовать с графическими процессорами и RAID-картами. Разъём Ultra M.2 может быть полезен только в том случае, если производители смогут создать накопители для подключения к нему. Безусловно, к накопителям с высочайшей скоростью есть интерес, и присутствие такого разъёма на одной плате от одного производителя может стать чем-то вроде культового хита. Помните, что скоро ожидается выход X99, и процессоры с архитектурой Haswell-E будут иметь линии PCIe. Увидим ли мы снова разъём Ultra M.2 на плате ASRock?

Хотелось бы верить. SSD-накопители с интерфейсом PCIe существовали в течение нескольких лет, и они первыми показали, насколько безвкусно выглядит подключение SATA-устройств к адаптерам HBA, а теперь мы видим, что существуют компактные решения для подключения по шине PCI Express. Неприличная стоимость накопителей с интерфейсом PCIe, из-за которой их было не найти в настольных системах энтузиастов, уже осталась в прошлом. А производительности Samsung XP941 соответствуют гораздо более дорогие накопители корпоративного уровня.

Вот почему стоит задуматься о SSD-накопителях с интерфейсом M.2 PCIe, если вы планируете произвести апгрейд. ASRock достойна похвалы за применение инноваций в ASRock Z97 Extreme6 , где на одной плате можно осуществить четырёхполосное подключение и использовать четыре линии на процессоре для того, чтобы обеспечить фантастическую пропускную способность безо всяких ограничений DMI. Очень жаль, что экосистема и рынок сейчас настолько далеки от такой идеи. Гораздо проще будет в этом убедиться в начале 2015 года, когда все оценят NVMe (как интерфейс), а также SATA Express и M.2 (как форм-факторы). Надеемся, что к тому времени всё больше материнских плат смогут раскрыть весь потенциал суперскоростных SSD-накопителей.