Сравнение: NVMe против SSD | firstvds.ru

Скоростные NVMe-диски появились в 2013 году, но использовать их в своей инфраструктуре мы решились только сейчас, когда не осталось сомнений в надежности технологии.

До сих пор SSD-диски были самым быстрым хранилищем, доступным на виртуальных серверах. Теперь NVMe могут оспорить это звание. В этой статье разберемся, как работает технология NVMe, и сравним производительность разных технологий.

Что такое NVMe

NVMe — это новый стандарт SSD-накопителей. Обычные SSD работают по интерфейсу SATA, который передает информацию медленнее, чем на это способен сам накопитель. NVMe работает по интерфейсу PCI Express, производительности которого хватает с головой. Диск NVMe выдает бо́льшую скорость чтения-записи данных.

Другая особенность — протокол по которому происходит взаимодействие диска с остальным компьютером. SSD используют устаревший протокол AHCI, который изначально разрабатывался для жёстких магнитных дисков. Он абсолютно не учитывает особенности работы твердотельного накопителя, ограничивает его. Для NVMe компания Intel разработала собственный интерфейс — диски стали эффективнее работать с большим количеством одновременных запросов, быстрее обращаться в оперативную память за данными. Диск NVMe обеспечивает обработку бо́льшего количества запросов в единицу времени (IOPS).

Дружественный проект 1DEDIC разместил чуть больше технических подробностей.

Тестируем скорость

Диски NVMe опережают SSD по скорости работы примерно в 2-3 раза, однако в различных режимах работы разница может быть как более, так и менее ощутимой.

Постарались оценить производительность виртуального сервера с разных сторон — не только скорость чтения-записи, но и то, как эта скорость влияет на прикладные задачи.

Тестировать и сравнивать между собой будем SSD-накопители на интерфейсе SATA3 и NVMe-накопители на интерфейсе U.2.

Тактико-технические характеристики платформы: 

• Платформа: Intel S2600WFT
• Процессор: Intel(R) Xeon(R) Gold 5115 CPU @ 2.40GHz — 2шт.
• ОЗУ: 64 ГБ DDR4 2666Mhz
• Накопители: 

— INTEL SSD DC P4510 (SSDPE2KX010T8) на 1 Тб

— INTEL SSD D3-S4510 (SSDSC2KB019T8) на 1920 Гб по 2 шт

— система установлена на отдельный накопитель Micron 5100 PRO (MTFDDAK480TCB) на 480 Гб

• Операционная система: CentOS Linux 7 со штатным ядром — 3.10 (на момент тестирования версия ядра 3.10.0-862.14.4.el7.x86_64). Планировщик ввода-вывода — none.

Тактико-технические характеристики накопителей

 

Битрикс

Развернем стандартную редакцию CMS Битрикс Старт на двух VDS и запустим встроенный тест производительности.

Производительность движка Битрикс:

• 36 попугаев на SSD
• 79 попугаев на NVMe (больше — лучше)

Резервные копии

Владельцы крупных сайтов сталкиваются с ситуацией, когда долго создается резервная копия. Важно, чтобы нагрузка на дисковую подсистему и время выполнения дисковых операций были минимальными. Это напрямую влияет на скорость работы сервера и время открытия самих сайтов.

Попробуем создать бэкап всё того же сайта на Битрикс.

Скорость создания бэкапа в Битрикс:

• 27 секунд на SSD
• 18 секунд на NVMe (меньше — лучше)

Скорость открытия сайта

Так ли влияет наличие быстрого NVMe-диска на скорость открытия сайта? Проверим скорость открытия сайта на Битрикс — насколько быстро он загружается из разных точек.

Скорость открытия страницы:

• 1,2 секунды на SSD
• 0,6 секунды на NVMe (меньше — лучше)

Скорость чтения/записи и количество запросов в секунду (IOPS)

Напоследок выполним основные тесты для проверки производительности диска — измерим и сравним:

• линейное чтение
• случайное чтение
• линейную запись
• случайную запись
• IOPS

 
Буду измерять показания утилитой fio при глубине очереди 16, блоками по 4K, 8K, 16K, 32K, 64K, 128K, 1M, 4M (4М не является обязательным вариантом). Условия теста исключительно синтетические, позволяют выжать из накопителей максимальные показатели.

Если хотите посмотреть все цифры — по ссылке pdf с данными в таблицах.

 

NVMe выходит на пиковую скорость линейного чтения на блоках с 1М до 4М. А SSD выходит на свой «потолок» на блоках размером в 128К и зажимается пропускной способностью шины SATA. 

В операциях же со случайным чтением SSD выходит на максимальную скорость на блоках в 128К, в то время как у NVMe картина не меняется.

В операциях линейной записи NVMe выходит на максимальную скорость уже на блоках в 8К, SSD — с 16к-32к. В операциях случайной записи картина схожая.

Примечательно, что результаты тестов подтверждают обещания производителя. А IOPS’ов получилось даже больше.

 

Заключение

По всем тестам NVMe демонстрирует уверенное преимущество над SSD. Конечно, тесты получились не очень чистыми — виртуалки с NVMe открываются на новых платформах Xeon Scalable. Они производительнее серверов Xeon E5, которые мы использовали до этого.

Опробовать мощь новой технологии можете на стандартных тарифах с диском NVMe или на Форсаже 2.0. В кластерах с этими услугами используем точно такую же платформу, как и в тестировании.

 

Что такое диски NVMe и стоит ли их покупать

Самое большое обновление, которое Вы можете сделать на своем старом ПК, — это более быстрое хранилище. Другие компоненты, такие как процессор и графический процессор, безусловно, улучшились за последнее десятилетие, но все оценят более быстрое хранилище.

NVMe — это новейший и лучший интерфейс хранения данных для ноутбуков и настольных компьютеров, который предлагает гораздо более высокую скорость чтения и записи, чем старые интерфейсы. Это дорого, поэтому в зависимости от того, для чего Вы используете компьютер, покупка диска NVMe может не иметь смысла.

Что такое NVMe диск

Non-Volatile Memory Express (NVMe) — это интерфейс хранилища, представленный в 2013 году. «Non-Volatile» означает, что хранилище не стирается при перезагрузке компьютера, а «Express» относится к тому факту, что данные передаются по PCI Express (PCIe) интерфейс на материнской плате Вашего компьютера. Это дает накопителю прямое соединение с материнской платой, поскольку данные не должны проходить через контроллер SATA.

Диски NVMe намного, намного быстрее, чем диски SATA, которые выпускались годами. PCIe 3.0 — текущее поколение стандарта PCI Express — имеет максимальную скорость передачи 985 мегабит в секунду (Мбит/с) на каждой линии. Диски NVMe могут использовать 4 линии PCIe, что означает теоретическую максимальную скорость 3,9 Гбит/с (3940 Мбит/с). Между тем, один из самых быстрых твердотельных накопителей SATA — Samsung 860 Pro — развивает скорость чтения и записи около 560 Мбит/с.

Диски NVMe выпускаются в нескольких различных форм-факторах. Наиболее распространенным из них является карта m.2. Их ширина 22 мм, длина 30, 42, 60, 80 или 100 мм. Они достаточно тонкие, чтобы лежать на материнской плате, поэтому они идеально подходят для компьютеров и ноутбуков малого форм-фактора. Имейте в виду, что некоторые твердотельные накопители SATA используют этот же форм-фактор, поэтому Вам следует обратить пристальное внимание и убедиться, что Вы ошибочно не приобрели более медленный диск. Samsung 970 EVO является примером накопителя NVMe m.2.

Далее идет форм-фактор PCIe-3.0. Это похоже на графический процессор и другие аксессуары в том, что он подключается к любому из слотов PCIe-3.0 на материнской плате. Это хорошо для полноразмерных корпусов ATX и материнских плат, но ограничено для ПК малого форм-фактора и невозможно в корпусе ноутбука. Твердотельный накопитель Intel 750 является примером привода PCIe-3.0 NVMe.

Если Вы покупаете NVMe SSD

Если Вам нужны более высокие скорости, то все зависит от Вашей рабочей нагрузки. В то время как диски NVMe дешевеют Вам не нужно спешить с заменой SATA SSD.

SATA SSD включит Ваш компьютер уже через несколько секунд, сразу запустит программы и позволит Вам сравнительно быстро копировать и перемещать файлы. Но если Вы работаете с большим количеством огромных видео — будь то из базы данных, редактирования видео или копирования Blu-Rays — дополнительные затраты могут окупиться, позволив Вам работать быстрее.

Сейчас нет смысла тратить деньги на накопитель NVMe. Если у Вас все еще работает Ваш SATA SSD или Вам что-то нужно сейчас, просто знайте, что диски NVMe начинают дешеветь. Обновляйте и тратьте деньги, когда Вам нужно, и ни на минуту раньше.

Что такое NVMe (M.2) SSD и в чем его отличие от обычных SSD дисков

Содержимое статьи:

В данной статье мы рассмотрим основные вопросы, которые возникают при покупке новых SSD дисков, форм-фактора M.2 с интерфейсом PCI-E, а также их достоинства, недостатки и отличия от обычных SSD и HDD дисков с интерфейсом SATA.

Описание

Возможно, что во время выбора SSD накопителя у вас возникал вопрос: «Что такое NVMe и чем он отличается от обычного твердотельного накопителя» или «Какие у него преимущества и за что именно мне придётся переплатить». Тоже сталкивались с этими вопросами и не знаете ответ? Не стоит волноваться, специально для такого случая мы и подготовили этот материал.

В этой статье вы сможете найти большинство ответов на свои вопросы, которые могли возникнуть у вас при выборе SSD диска. В дополнение мы разберём, в чем заключаются отличия SSD диска с механизмом AHCI от SSD диска, работающего на новой спецификации NVMe, и как вообще разобраться в этих сокращениях и понять, как всё устроено и работает на самом деле.

К сожалению, просто объяснить всё в паре предложений, а именно почему твердотельный диск с поддержкой NVMe спецификации лучше или почему вам не нужно ждать и уже сейчас стоит задуматься о покупке твердотельного накопителя с поддержкой NVMe, так просто не получится. Для этого нам придётся совершить небольшой экскурс в прошлое и понять, какие причины привели к появлению и закреплению на рынке NVMe спецификации для твердотельных накопителей.

Краткий курс истории и появление NVMe спецификации.

Как мы отметили ранее, эту статью нужно начать с краткого экскурса в ускоренный курс истории и дать представление для всех без исключения пользователей, как появилась тенденция к развитию технологий хранения информации и что этому способствовало.

В то время как жесткие диски (HDD) продолжают использовать металлические пластины вращающиеся в пределах одной оси для записи и хранения информации, твердотельный накопитель (SSD) начали использовать каскад энергонезависимых микросхем (флеш-памяти) для хранения информации.

Необходимость в развитии и прогрессии технологии хранения и работы с информации, а точнее переход к использованию флеш-памяти, это естественный процесс развития параллельного вычисления, который описан в Законе Мура. В 2000-х годах развитие технологии работы с жесткими дисками начало отставать от постоянно увеличивающихся мощностей процессоров, пропускной способности памяти и компьютерных шин. На тот момент пропускная способность, которую могли обеспечить магнитные жесткие диски и интерфейс их подключения, стала «узким местом» и не позволяла обрабатывать очерёдность команд или производить чтение / запись на должном уровне, которая бы позволяла раскрыть весь потенциал процессора и других составляющих компьютера.

Первые наработки в технологии твердотельных накопителей появились в далёком 1978 году, но первые прототипы были введены в опытную эксплуатацию только в 2007 году. Первым, кому довелось испытать новую технологию, стали пользователи новой модели нетбука EEE PC 701 от копании ASUS. А уже следом в 2008 году был выпущен первый SSD накопитель с объемом 128 Gb.

С 2010 года технология твердотельных накопителей получила всеобщее распространение на рынке, и пользовательские решения стали доступны каждому желающему, хоть и по более высокой цене в перерасчете на 1 Gb / $.

С момента появления первого параллельного интерфейса подключения жестких дисков — IDE (англ. Integrated Drive Electronics) или PATA (Parallel ATA) в далёком 1986 году и ATA (англ. Advanced Technology Attachment) механизма, в который была заложена основная логика работы жесткого диска. IDE интерфейс не изменялся и не получал никаких значимых изменений и улучшений, и в какой-то момент попросту перестал обеспечивать необходимую от него пропускную способность и возможность последовательного чтения / записи.

В 2003 году на смену морально и физически устаревшему IDE пришел новый проприетарный последовательный интерфейс подключения — SATA (англ. Serial ATA), который на момент своей первой ревизии уже обеспечивал пропускную способность, равную ~150 Мбайт/с по сравнению со скоростью до 133 Мбайт/с для IDE интерфейса подключения.

Переход от IDE к SATA добавил и новую логику работы с жесткими дисками — AHCI (Advanced Host Controller Interface), которая смогла обеспечить полноценную эмуляцию ATA и с точки зрения операционной системы и драйверов не отличалась от контроллера параллельного интерфейса, но могла обрабатывать более длинную очерёдность команд и запросов в секунду.

В отличие от IDE SATA интерфейс не остановился в своей прогрессии, и уже в 2008 году появилась новая ревизия интерфейса под номером 3.0, которая на текущий момент остаётся эталонным решением и используется во всех без исключения материнских платах.

Следующая ревизия SATA интерфейса под номером 3.2 добавила новую надстройку для SATA интерфейса — SATA Express, что позволило перенести возможность подключения напрямую на шину PCI Express и снять ограничение скорости третьей ревизии SATA в 6 Гбит/с. В дополнении, переход на SATA Express добавил поддержку нового протокола доступа и работы с твердотельным накопителям — NVM Express (NVMe).

NVMe, в отличии от AHCI, получил полный набор команд и спецификаций для полноценной работы с твердотельными накопителями и возможность обрабатывать до 65000 (в то время как AHCI мог обеспечить глубину из 32 запросов) операций ввода-вывода в секунду, что позволило снять ограничения, которые были заложены в логику AHCI при работе с твердотельными жесткими дисками, и снизить задержки между циклами команд.

В силу того, что разъём SATA Express не получил должного распространения, а использование шины PCI Express оказалось довольно громоздким и не всегда целесообразным решением, у него появилась надстройка в виде разъёма M.2.
Фактически M.2 является более компактной реализацией SATA Express с поддержкой шины PCI Express 3.0 и SATA 3.0, в дополнение в надстройку M.2 была добавлена эмуляция интерфейса USB 3.0, что позволяет использовать M.2 не только для подключения твердотельных дисков, но и различных плат расширения, например Wi-Fi или Bluetooth.

В дополнение M.2 начал использоваться как замена mSATA и Mini PCI-E, которые получили распространение в мобильных решениях, различных тонких клиентах и ноутбуках.

Хоть все эти сокращения и аббревиатуры являются неотъемлемой частью в формирования понятия и представления о жестких и твердотельных дисков, их не стоит путать.

Давайте сделаем краткую выжимку из текста выше и попробуем расставить всё на свои места:

1. IDE (в последствии был переименован в PATA) — это параллельный интерфейс для подключения жестких дисков.

2. SATA — это последовательный интерфейс для подключения жестких дисков, который на протяжении своего жизненного цикла получил несколько номерных ревизий и улучшений.

3. Режим AHCI — это механизм или набор логики, который появился в SATA интерфейсе и используется для работы с накопителями информации.

Хотелось бы отметить, что для работы режима AHCI операционная система вашего компьютера должна поддерживать данный режим. Полноценная поддержка режим AHCI была добавлена в операционные системы Windows начиная с Windows Vista.

4. NVMe (NVM Express) — это спецификация протокола доступа и работы с твердотельным накопителям (SSD), которые подключены по шине PCI Express.

И только теперь после формирования у вас понятия и представления об интерфейсах и механизмах работы накопителей информации мы можем ответить на главный вопрос: «Что такое NVMe и чем он отличается от обычного твердотельного накопителя».

NVMe SSD — это твердотельный диск с поддержкой спецификации, которая оптимизирована специально для работы с твердотельными накопителями информации и позволяет раскрыть весь потенциал флеш-памяти, которая используется в совеременных SSD.

Интерфейсы подключения NVMe (M.2) SSD дисков

На момент написания статьи на рынке есть большое количество моделей SSD NVMe дисков с различными интерфейсами подключения, такими как SATA III (самый старый), PCI-E 2.0 x2, PCI-E 2.0 x4, PCI-E 3.0 x4, PCI-E 4.0 x4 (самый новый). И неподготовленному человеку довольно трудно понять, что значат все эти аббревиатуры и какая из них лучше. Поэтому постараемся ответить на этот вопросы как можно более простым языком. Ниже вы можете увидеть таблицу с теоретическими скоростями, которые позволяет достичь каждый из интерфейсов:

Интерфейс подключения	ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ пропускная способность	РЕАЛЬНАЯ пропускная способность (по тестам)
SATA III	6.0 Gb/s (750 MB/s)	~ 4.8 Gb/s (600 MB/s)
PCI-E 2.0 x2	8 Gb/s (1000 MB/s)	~ 6.4 Gb/s (800 MB/s)
PCI-E 2.0 x4	16 Gb/s (2000 MB/s)	~ 12.8 Gb/s (1600 MB/s)
PCI-E 3.0 x4	32 Gb/s (4000 MB/s)	~ 31.5 Gb/s (3900 MB/s)
PCI-E 4.0 x4	64 Gb/s (8000 MB/s)	~ 63 Gb/s (7877 MB/s)

Как видно из таблицы, на текущий момент самым быстрым является интерфейс PCI-E 4.0 x4, т.к. он дает огромную скорость чтения и записи, а самым медленным SATA III.

Очень важно понимать, что для того, чтобы получить максимальную производительность, необходимо не только купить SSD NVMe с как можно более скоростным интерфейсом, но и материнская плата, на которую данный диск будет устанавливаться, должна поддерживать работу с NVMe дисками именного с этим интерфейсом. Потому что, если вы купите быстрый и дорогой диск с интерфейсом PCI-E 4.0 x4, а ваша материнская плата (купленная несколько лет назад) будет поддерживать лишь PCI-E 2.0 x4, то диск заработает, НО его скорость работы будет очень сильно ограничена из-за данного интерфейса и общая производительность будет сильно ниже, чем могла бы быть, если бы материнская плата поддерживала современный интерфейс подключения

Размеры NVMe (M.2) SSD дисков (форм-фактор)

В данный момент наиболее распространенными форм-фактором для NVMe дисков является M.2 2280 (т.е. размером 22мм х 80мм), также на рынке существуют и другие размеры, наиболее популярными из которых являются M.2 2230 (22мм х 30мм), M.2 2242 (22мм х 42мм), M.2 2260 (22мм х 60мм), M.2 22110 (22мм х 110мм). Более наглядно вы можете это увидеть на картинке ниже:

Большинство современных материнских плат поддерживают все размеры, вплоть до M.2 22110. Т.е. можно будет установить диск любого размера, вплоть до 110мм, но перед покупкой необходимо ОБЯЗАТЕЛЬНО найти спецификацию материнской платы и убедиться, что в нее можно устанавливать диски таких габаритов, иначе можно столкнуться с проблемой, что диск просто не влезет в отведенное для него место, нарушая работу системы. Особенно это актуально для ноутбуков, т.к. там на многих моделях поддерживаются диски максимальным размером до M.2 2280 (22мм х 80мм) и новенький диск M.2 22110 физически просто не влезет в отведенное для него место установки. Поэтому обязательно проверяйте перед покупкой спецификации вашей модели материнской платы.

Стоит ли покупать NVMe (M.2) SSD диск?

Все зависит от того, для чего он вам нужен. NVME диск идеально подойдет в случае, если вы ставите операционную систему на этот диск (не важно Windows, Linux или что то другое), т.к. благодаря огромной скорости чтения и записи информации, ваша ОС будет загружаться очень быстро, а также будет минимум тормозов в процессе работы, если остальные комплектующие подобраны правильно. Также, если вы используете ресурсоемкие программы (видеоредакторы, моделирование и графика, компьютерные игры), то будет очень заметное увеличение производительности (например, скорость загрузки различных уровней в современных компьютерных играх). Одним словом любые программы, которые при своей работе должны много информации считывать с диска, либо наоборот записывать будут работать намного быстрее, чем если бы они были запущены со старого HDD или SSD диска.

Если же у вас уже есть какой-нибудь старый SSD диск, форм-фактора 2.5″, на который установлена ОС, а компьютер вы используете исключительно чтобы посмотреть ютуб и посидеть в социальных сетях, либо же редактировать документы Word, то особого смысла в покупке NVMe диска нет, т.к. хоть он и даст увеличение производительности в некоторых задачах, это не будет так заметно, как при переходе с HDD на SSD

а есть ли разница? Страсти по NVMe

Параметр	AHCI	NVMe
Максимальная глубина очереди запросов	Одна очередь, до 32 команд в очереди	65 536 очередей до 65 536 команд в каждой очереди
Некэшируемые доступы к регистрам (2 000 циклов каждый)	Шесть на команды вне очереди; девять на команды очереди	Два на команду
MSI-X и управление прерываниями	Одно прерывание, управление отсутствует	2 048 прерываний, передаваемых сообщениями или MSI-X (Message Signaled Interrupt Extended)
Многопоточность и параллелизм	Требуется фиксация синхронизации для выдачи команды	Не требуется
Эффективность для команд 4 Кбайт	Параметры команды требуют два серийных запроса DRAM	Все параметры получаются в одном 64-байтном запросе

Иначе говоря, перед нами высококлассное решение, а, зная цели и задачи обычных потребительских ПК, а также характер возникающих в них нагрузок, мы можем понять, что NVMe обладает огромным запасом возможностей, которые на сегодняшний день больше интересны корпоративному классу для эксплуатации в серверах, нежели обычным потребителям.

Но что есть, то есть: протокол NVMe в последние несколько лет активно продвигается маркетологами на потребительский рынок. Одна проблема: хоть с момента дебюта NVMe прошло уже немало времени, инфраструктуры под этот протокол не так уж и много.

Суровая действительность: NVMe – много головной боли

Даже сегодня абсолютно совместимым с протоколом NVMe является только совсем небольшой процент домашних ПК. Все остальное – от тех или иных ограничений до полной несовместимости. Причем речь идет не о каких-то совсем старых «печатных машинках» на базе, например, Intel Celeron Socket 478, мы говорим о вполне современных системах.

Наиболее сложно обстоят дела у AMD. Даже материнские платы под актуальные Socket FM2+ и Socket AM3+ отнюдь не всегда могут в совершенстве работать с NVMe SSD. Фактически полноценная поддержка реализована только для тех немногочисленных материнских плат нового поколения, где посадочное место M.2 есть изначально (вроде ASRock Fatal1ty 990FX Killer, ASRock A88M-G/3.1, ASUS 970 PRO Gaming/Aura (обзор которой сейчас готовится) или Gigabyte GA-990FX-Gaming). Впрочем, наличие M.2 не является обязательным внешним атрибутом: загрузка с NVMe SSD возможна на материнской плате MSI AMD 990FXA Gaming, на которой посадочное место M.2 отсутствует.

И есть небольшое количество моделей, где поддержка была внедрена много позднее их выпуска. Например, мне известно только две таких материнских платы: ASUS Sabertooth 990FX R2.0 (которой владею я сам), где в выпущенной два месяца назад версии BIOS 2901 даже появились дополнительные настройки NVMe, и ASUS A88X-PRO (если не ошибаюсь, начиная с версии BIOS 1803, датированной мартом прошлого года). Других подтвержденных случаев удачной загрузки с NVMe PCIe SSD на платформе AMD мне пока неизвестно, причём проблема усугубляется ещё необходимостью наличия OpROM. Дефицит отзывов во многом объясняется тем, что подобные SSD приобретают чаще с прицелом на эксплуатацию в Intel-системах, всё же Socket AM3+ предлагает только PCI-E 2.0, а у меня самого такие материнские платы редко бывают на тестировании — устаревшая платформа.

С платформой Intel немного проще, хотя и на ней хаоса предостаточно: протокол NVMe поддерживается почти всеми материнскими платами LGA1151 и LGA2011v3, значительным числом материнских плат на наборах системной логики Intel Z97/H97 и некоторым количеством – на Intel Z87. С более старыми платами на Intel X79, Intel Z77 и т.д. всё ещё сложнее и запутаннее. Но даже с новыми моделями материнских плат все равно надо быть осторожным. Например, материнская плата EVGA X99 Micro (не путать с EVGA X99 Micro2), по отзывам, с NVMe SSD загружаться не умеет.

Небольшая ремарка. Samsung SM951 в версии с протоколом AHCI отнюдь не является универсальным и полностью совместимым с всеми материнскими платами со слотами PCI-Express, в которые можно установить переходник M.2>PCIe. Тут возникает еще один фактор: в микрокоде контроллера Samsung SM951 (обеих версий) отсутствует модуль OpROM (как и у его предшественника Samsung XP941), поэтому материнская плата должна уметь грузиться с PCIe SSD самостоятельно. OpROM есть у Samsung 950 Pro, а также (по крайней мере, присутствовал на момент тестирования) в более старых Plextor M6e, Plextor M6e Black Edition и Kingston HyperX Predator. Относительно Plextor M8e, Patriot Hellfire, ADATA XPG SX8000 и ряда других SSD информации у меня пока нет. А проблему поддержки именно NVMe в ряде систем все-таки можно решить нестандартным способом. Для этого материнская плата должна отвечать трём условиям: должна иметь UEFI BIOS (напомню, что некоторые материнские платы Gigabyte на базе Intel P67/Z68 были выпущены сначала с AWARD BIOS, а потом получили обновление на UEFI BIOS), уметь загружаться с SSD без OpROM (если выбранная модель SSD его лишена), а владелец оной материнской платы должен обладать, выражаясь простонародным языком, «правильными версиями brain.dll и hands.dll». Точнее, суметь по общедоступной инструкции пересобрать BIOS, добавив необходимый модуль NVMe, и затем записать полученный микрокод во флеш-память материнской платы. Таким образом можно «привить» поддержку NVMe даже Intel P67.

В том случае, если материнская плата не умеет загружаться с NVMe SSD и не опознает таковые, а желания или возможности вмешиваться в микрокод BIOS нет, то остается вариант использования NVMe PCIe SSD только в качестве дополнительного накопителя. Для этого в операционной системе необходимо иметь соответствующий драйвер.

Но с программной частью у пользователя также будет немало проблем. Для операционных систем Linux первый драйвер был включен в состав ядра 3.3 (январь 2012 года), но он обладал некоторыми недостатками, а более продвинутая и производительная реализация была осуществлена лишь в ядре 3.13 (январь 2014 года). Для OpenBSD поддержка была реализована и вовсе только в версии 6.0, выпущенной меньше двух месяцев назад (1 сентября 2016 года).

С творениями софтверного гиганта из Редмонда ситуация чуть проще. Соответствующий драйвер в операционные системы Windows был встроен, начиная с версии 8.1 (октябрь 2013 года). Для Windows 7 был выпущен отдельный пакет-обновление. Более ранние версии Windows драйвер NVMe не получили. Но простота ориентирования в Windows осложняется тем, что драйвер, созданный специалистами Microsoft, не настроен на максимальную производительность.

Драйвер «nvme» за авторством Microsoft оснащен дополнительной защитой данных от потери питания, а потому для накопителей, лишенных полной защиты от внезапного обесточивания, операции записи данных производятся с флагом запрета на буферизацию в оперативной памяти NAND-контроллера через команды FUA (Force Unit Access). В итоге все трансферы данных производятся в флеш-память напрямую, не позволяя микрокоду контроллера производить упорядочивание операций записи, что приводит к дополнительным издержкам и частичной потери производительности.

Отчасти проблему можно обойти, установив настройки как на скриншоте выше. Но для достижения максимальной производительности и полноценной работы необходима установка специального драйвера, который перенастроен надлежащим образом. На момент написания этих строк только три компании предлагали для своих накопителей такой драйвер: Samsung, Toshiba OCZ и Plextor. Причем для накопителей Plextor драйвер был опубликован только что. А вот Phison (например, Patriot Hellfire) и Silicon Motion (например, ADATA XPG SX8000) специальных драйверов пока не публиковали.

Суммируя все вышесказанное, при наличии желания обновить достаточно актуальную и производительную по современным меркам систему нужно крайне аккуратно подходить к реализации этого желания.

Протокол Non-Volatile Memory Express (NVMe)

как шаг к светлому будущему SSD с интерфейсом PCIe

Мы протестировали уже далеко не один твердотельный накопитель с интерфейсом PCIe, но все попадавшие к нам в руки SSD старательно эмулировали «традиционные» дисковые устройства. Что, впрочем, не мешало им демонстрировать высокую производительность, потому что, во-первых, SSD по определению быстрее «механики», а во-вторых (как следствие), для них уже актуален вопрос пропускной способности интерфейса подключения, в чем несколько линий PCIe однозначно превосходят SATA. Однако нужна ли массиву ячеек памяти способность «прикидываться» априори медлительным блочным устройством, типа винчестера или даже накопителя на оптических дисках? Очевидно, что производительности промежуточные уровни иерархии не добавляют: чем прямее путь, тем выше скорости. Конечно, с точки зрения совместимости «стандартные» интерфейсы предпочтительнее, но ведь PCIe эту самую совместимость ограничивает изначально. Поэтому как только речь зашла об использовании этого интерфейса, производители сразу же задумались и о соответствующей программной прослойке: чтоб в ней не было ничего лишнего для SSD, зато учитывались все их особенности. Так появился интерфейс NVMe: Non-Volatile Memory Express.

Сейчас постепенно начинается и его продвижение в массовый сектор — по причинам, указанным нами в предыдущей статье цикла: PCIe-накопители наконец-то получили стандарт универсального воплощения, пригодного для широкого класса компьютеров, в виде М.2. Однако есть сомнения, что на этом пути все будет гладко, о чем мы сегодня и поговорим. А также оценим плюсы и минусы NVMe на примере пары устройств корпоративного класса, где эта технология применяется уже почти год, благо там и проблем с внедрением меньше.

От дискет к AHCI

Для начала устроим небольшой экскурс в историю — лет этак на 30 назад, во времена появления первых персональных компьютеров. Несмотря на то, что и сегодняшние «монстры» в определенной степени совместимы с тогдашними «мастодонтами», подход к конструкции последних был совсем иным, нежели принят сейчас. Например, оригинальная IBM PC не только не снабжалась винчестером, но и могла работать даже без дисковода — с бытовым магнитофоном. Естественно, стандартизовать тогда интерфейс для подключения быстрых накопителей не было нужды, да и накопителей таких в массовом исполнении особо не водилось, ибо стоили они слишком дорого (это сейчас флэш-память продается по цене менее доллара за гигабайт, а когда-то килобайт на жестком диске стоил дороже). Впрочем, уже в РС ХТ винчестер появился, а необходимый для него контроллер, как и следовало ожидать, устанавливался в разъем шины расширения на системной плате. Время было такое — все контроллеры именно так и подключались 🙂

Некоторое время жесткие диски в персональных компьютерах использовали интерфейс ST-506/412, где вся управляющая логика была вынесена в контроллер компьютера, а плата электроники самого винчестера содержала только модули аналоговой обработки и управления шпиндельным двигателем, позиционером и коммутатором головок. Опять же, время было такое — торопиться было особо некуда, и много дисков подключать тоже, так что всех устраивало подключение не более двух винчестеров, для чего приходилось использовать аж три кабеля (два в случае одного накопителя). Скорость передачи данных от винчестера к компьютеру по интерфейсу была даже ниже способностей тогдашних тихоходов. В общем, такое вот странноватое решение, тем не менее работавшее и относительно недорогое.

Однако производительность компьютеров росла, что давало им возможность решать все более широкий круг задач, а это, в свою очередь, не могло не сказаться на периферийном оборудовании: хотелось подключать большее число более разнообразных устройств, работающих с более высокой скоростью. ST-506/412 такие потребности «не тянул». Результатом чего были попытки разработать улучшенный интерфейс жестких дисков (ESDI) или портировать на персоналки привычный по рабочим станциям интерфейс SCSI, но все кончилось тем, что стандартом стал интерфейс IDE (он же ATA). Общим между всеми перечисленными являлось то, что немалое количество электроники «переехало» на плату винчестера, что позволило последнему полностью инкапсулировать в себе все свои особенности, обмениваясь с компьютером стандартными командами и блоками информации. Различия, как всегда, крылись в деталях реализации, сложности и цене. Так, например, при создании ESDI производители постарались сделать нечто максимально похожее на ST-506/412 внешне, но более быстрое и не слишком сложное. SCSI изначально поражал своей гибкостью и универсальностью, но стоил слишком дорого (а так оно всегда и бывает). Создатели же АТА делали дешевый и простой интерфейс. Именно поэтому он был очень похож на ST-506/412 программно, но обходился одним кабелем, не был, в отличие от SCSI, рассчитан на внешние устройства (что сильно упрощало работу и снижало стоимость), а первое время вообще ориентировался только на винчестеры. Позднее появилось расширение ATAPI, представлявшее собой, по сути, реализацию SCSI-команд поверх физического интерфейса АТА, и… Он надолго стал стандартом для персональных компьютеров, со временем «встроившись» непосредственно в чипсеты.

Спустя несколько лет, впрочем, выяснилось, что АТА «выбрал» все возможности модернизации. За это время пропускная способность интерфейса выросла до 133 МБ/с, однако дальнейшее ее увеличение на параллельном интерфейсе было затруднительным. Кроме того, недостатком АТА можно было считать устаревшую схему подключения двух дисковых устройств на один канал, фактически унаследованную еще от ST-506/412. Справиться с подключением нескольких устройств можно было увеличением числа каналов (что к тому моменту уже было сделано — большинство «чипсетных» АТА-контролеров поддерживало два канала, т. е. до четырех устройств), а вот их взаимное влияние друг на друга и «дележка» пропускной способности оказывались неустранимыми особенностями — неустранимыми, во всяком случае, без изменения концепции. Поэтому пришлось заняться концепцией и перейти с параллельного АТА на последовательный SATA. Попутно перешли и к звездообразной топологии, когда каждый канал стал независимым от других за пределами контроллера, а также увеличилась пропускная способность интерфейса до 150 МБ/с с возможностью дальнейшего роста.

В принципе, еще во времена параллельного АТА пропускная способность стала несколько избыточной для тогдашних устройств, основными из которых продолжали оставаться винчестеры и оптические накопители. Собственно, немудрено, что разработчики озадачились и другими вопросами. В частности, реальную производительность дисковых устройств можно повысить путем грамотной оптимизации запросов — чтобы минимизировать перемещение головок. Но для того, чтобы оптимизировать обращения к диску, надо не спешить их выполнять, а создавать очередь команд, которую потом и переупорядочивать. Такие механизмы появились еще до внедрения SATA, но TCQ стандартом не стала, а вот NCQ — давно уже стандартная функция для всех SATA-контроллеров. Очередь команд обычно имеет небольшую глубину, поскольку все, что нам нужно в случае винчестера — оптимизировать последовательность «перебора» цилиндров, и очередь эта одна, поскольку никакого внутреннего параллелизма в массовых «механических» накопителях просто нет. Он может появиться только при использовании нескольких дисковых устройств и объединении их в RAID-массив, чем и пользуются соответствующие контроллеры — причем чипсетные это делают редко: хотя производительность чтения данных в двухдисковом массиве RAID1, например, можно удвоить, используя чередование запросов к дискам, чипсеты Intel это не используют. И даже задействование RAID-функциональности в чипсетных дисковых контроллерах не является массовым, а уж более сложные RAID-контроллеры и вовсе встречаются лишь в специфических нишах. Собственно, именно по этой причине (большинство компьютеров снабжаются лишь одним-двумя «последовательными однозадачными» накопителями) никакой параллелизм стандартам подключения дисковых устройств был не нужен. А большие «внутренние» задержки при доступе к информации, вызванные работой механики, позволяли не слишком заботиться и о накладных расходах на обеспечение работы интерфейса.

Так AHCI и работает. И, в общем-то, долгое время протокол устраивал всех. Однако приход твердотельных накопителей в массовый сегмент заставил производителей задуматься…

Non-Volatile Memory Express: что нового

Причина этой глубокой задумчивости хорошо видна на картинке. В общем-то, как давал наибольший вклад в задержки собственно «носитель данных», так ничего и не изменилось, но… Но для механических накопителей средние задержки при выполнении команд составляли порядка 2 мс, а использование флэш-памяти позволяет сократить это время примерно в 20 раз — до 100 мкс. 25-30 мкс по вине драйверов и контроллеров просто теряются на фоне первого значения, но на фоне второго они уже очень заметны. «Устранение» из цепочки SATA-контроллера путем эмуляции его функций собственно контроллером твердотельного накопителя в «AHCI PCIe SSD» экономит более 10 мкс, а прекращение эмуляции AHCI и переход на специализированный программный интерфейс и вовсе сокращают накладные расходы до пяти микросекунд. Повторимся: основным виновником задержек продолжает оставаться собственно флэш-память, но суммарно задержки сокращаются в полтора раза. Соответственно, ожидать такого же взрывного эффекта, как при отказе от механики, не стоит (все-таки 20 раз — это не 1,5 раза, но и получить «на пустом месте» полуторакратное уменьшение задержек тоже хорошо. Тем более что суммарный эффект оказывается кумулятивным — к нему добавляется и общее увеличение пропускной способности интерфейса, присущее SSD с подключением к PCIe.

На чем еще можно выгадать? На увеличении параллелизма при обработке команд. Как уже было сказано выше, винчестеры обрабатывают команды последовательно, поскольку блок головок в каждый момент времени может находиться только над одним конкретным цилиндром. Все, что дает очередь команд — возможность оптимизировать перемещения головок чтения/записи, что тоже немало, однако слабо применимо к SSD, которые, по сути своей, являются параллельными устройствами. Даже самые простые контроллеры поддерживают четыре канала флэш-памяти, при «традиционном» подходе объединяющиеся в один для полной эмуляции AHCI. Но если эмуляция AHCI нам не нужна, то все каналы можно считать независимыми накопителями. Соответственно, задачей драйвера и контроллера является «раскидывание» запросов по каналам, а дальше каждый из них будет обрабатывать свои команды наиболее эффективным образом. То есть очередей должно быть несколько и, желательно, максимально глубоких — это позволит выжать из флэш-памяти всё (например, пока одни блоки будут перезаписываться, в идеале из других можно читать данные, не дожидаясь окончания длительных операций). Но AHCI, где очередь команд всего одна на каждое устройство, да еще и глубиной в 32 команды, нам здесь ничем не поможет. «Родные» же для NVMe возможности куда серьезнее: до 64К (65536 в «некомпьютерных единицах») очередей и до 64К команд в каждой. Разумеется, сегодня такой простор пока не используется, но запас на будущее внушает оптимизм 🙂

Конечно, есть в стандарте и другие оптимизации, но главное уже понятно: в отличие от AHCI, который разрабатывался для максимальной совместимости с разными устройствами, уже существовавшими на тот момент, NVMe является специализированной разработкой, во многом нацеленной в будущее. И не стоит зацикливаться только на флэш-памяти: есть подозрения, что некоторые возможности протокола раскроются при освоении новых стандартов энергонезависимой памяти, в особенности — с низкими собственными задержками. Но пока многообразия твердотельных накопителей на рынке нет, так что NVMe используется именно с устройствами на флэше. Для механических накопителей интерфейс NVMe, очевидно, не нужен. А есть ли смысл переводить на него хотя бы все SSD? В перспективе — возможно. Прямо сейчас — есть…

Подводные камни совместимости

Вернемся к протоколу AHCI и вспомним, что́ мы о нем знаем. Во-первых, появился он очень давно, так что непосредственно поддерживается не только современными, но и устаревшими операционными системами. Во-вторых, собственно «поддержка» в его случае достаточно проста: в идеале системе вообще не нужно вдаваться в особенности функционирования конкретного устройства, поскольку все инкапсулируется на уровне контроллера. Для компьютера такой твердотельный накопитель с интерфейсом PCIe — это всего лишь очередной дисковый контроллер, работать с которыми «учили» еще DOS и BIOS. Соответственно, даже очень старая система должна легко «переваривать» его добавление, благо и на аппаратном уровне никаких особенностей нет.

Что в этом плане меняет NVMe? Да практически всё: ведь основной целью его разработки является упразднение промежуточных уровней — как раз привычных и проверенных временем. В частности, придется забыть о загрузке в Legacy-режиме — только UEFI. Также возможны проблемы с прошивками некоторых системных плат, на которые мы наткнулись, и даже с чипсетами — Intel, например, гарантирует поддержку NVMe для чипсетов «девятого» семейства, а вот с предыдущими возможны варианты. Кроме того, потребуется специальный драйвер. Поддержка NVMe, впрочем, уже встроена в Windows 8.1, Windows Server 2012 R2 и Linux начиная с версии ядра 3.10, но этими системами список используемых потребителями не ограничивается. А драйверная поддержка более старых систем остается на усмотрение производителя и может быть ограниченной: к примеру, только х64-версии Windows 7, но не х86. В частности, с этим мы столкнулись, получив два SSD корпоративной серии Intel — в итоге оказалось невозможно протестировать их по «стандартной методике» для накопителей, так как на обычно используемом стенде с платой на базе чипсета Z77 они вообще не заработали (а если бы даже и определились, легче бы от этого не стало: мы используем Windows 7 x86, а она на тот момент Intel не поддерживалась). Кстати, есть и еще одна проблема с внедрением стандарта: во-первых, контроллеры с поддержкой NVMe рассчитаны в основном на PCIe 3.0, а во-вторых, раз уж речь заходит о минимизации задержек, максимальная производительность достигается при подключении устройства непосредственно к процессору без промежуточных хопов в виде чипсета. Что из этого следует? То, что весь потенциал технологии NVMe без проблем может быть раскрыт только на системах с LGA2011-3 (или, в крайнем случае, предыдущей версией этого сокета), поскольку процессоры для этой платформы в избытке снабжены линиями PCIe 3.0. Что же касается массовой LGA1150, то там придется «урезать» по пропускной способности шины видеокарту: в наличии всего 16 линий PCIe 3.0, а использование SSD в «чипсетных» слотах вообще противопоказано.

Разъем SFF-8639: новый путь к многодисковым конфигурациям

Проблемы совместимости на этом не заканчиваются. То есть при желании установить в систему один накопитель — все просто: достаточно найти соответствующий слот PCIe (что, впрочем, как уже было сказано, не всегда просто), и всё. Но ведь степень параллелизма можно увеличить одновременным использованием нескольких устройств. Это делалось даже с «обычными» дисками, а уж объединение в один массив NVMe-устройств средствами, учитывающими их специфику, вообще открывает безграничные возможности (по крайней мере, в теории). Вопрос только, как этого добиться в условиях обычных для компьютерных шасси ограничений?

Очевидно, вариант с установкой нескольких накопителей непосредственно в слоты PCIe на системной плате не является оптимальным: их мало. Тем более, они будут использоваться неэффективно — сегодняшним SSD достаточно четырех линий PCIe, а в серверах, к примеру, более массово встречается PCIe x8. Подходящим, на первый взгляд, кажется формат М.2, благо там как раз есть нужный нам PCIe x4, однако установка нескольких таких разъемов на плату — явление редкое. К тому же топовые накопители высокой емкости вообще очень плохо упаковываются в формат компактных карт. Да еще и ни PCIe, ни M.2 не поддерживают горячую замену, что сильно ограничивает привлекательность RAID-массивов на такой «физической основе».

Таким образом, идеальным вариантом является возврат к форм-фактору винчестеров с пластинами диаметром 2,5 дюйма, благо таковые активно используются в серверах и корзины для них есть, а размеры корпуса толщиной 15 мм (как раз таковы серверные «двухсполовинойдюймовочки») позволяют установить в него несколько терабайт флэш-памяти. Остается только один вопрос: как соединять устройство с собственно шиной PCIe? Ближе всех к решению задачи интерфейс SATA Express, однако при создании последнего никто не подумал о том, что устройству может понадобиться не две, а четыре линии PCIe. Но ничего страшного: разъемы SATA Express, по сути, представляют собой известный еще по SAS разъем типа SFF-8680. Если не «закладываться» на устройства высотой 7 мм (что SATA Express в теории может понадобиться, а «2,5-дюймовым» NVMe SSD — нет), то можно добавить еще рядок контактов (увеличив их количество с 29 до 68) и экранирование, как раз реализовав «недостающие» линии PCIe. Так и получился SFF-8639. Заметим, что этот разъем по-прежнему поддерживает и SAS/SATA-устройства, но есть серьезное отличие от того же SATA Express: последний умеет автоматически определять тип подключенного устройства и выбирать соответствующий режим работы (SATA или PCIe), а вот в случае SFF-8639 вся ответственность за правильность подключения возлагается на сборщика.

А коль скоро разъем на устройстве у нас есть, и кабели тоже, дальше все просто: другой конец кабеля втыкается во вполне обычную низкопрофильную плату PCIe. Обычным делом является использование одного кабеля на пару портов, так что платы могут быть разные: слот PCIe х8 позволит подключить как раз пару накопителей одним кабелем, слот х16 — соответственно, два кабеля и четыре устройства. В принципе, можно ожидать скорого появления соответствующих разъемов непосредственно на серверных материнских платах, что сделает карты-райзеры ненужными и позволит использовать накопители и в компактных серверах.

Преимущества перед непосредственным использованием PCIe-слотов (свойственным «бытовым» устройствам) очевидны: компактность (особенно при отказе от райзеров), более экономное использование линий PCIe (если есть только один слот х16, можно либо установить в него один SSD «на карте», либо подключить к нему четыре накопителя), возможность использования стандартных корзин с горячей заменой устройств. Но, повторимся, применение SFF-8639 «в быту» разработчиками не планируется — ориентация взята на серверы и многодисковые конфигурации. Там, где нужен одиночный накопитель, стандартным по-прежнему будет оставаться использование «обычных» карт расширения либо (в перспективе) M.2.

Intel DC P3600 и P3700

Как известно, любая теория суха, если ее не закрепить практикой 🙂 В качестве последней мы познакомимся с парой накопителей Intel, поддерживающих NVMe.

Первым из них является DC P3600 емкостью 800 ГБ. Выполнен он в уже привычном форм-факторе — низкопрофильная карта расширения PCIe x4. В отличие от многих других накопителей с интерфейсом PCIe, изученных нами ранее и представляющих собой карту формата M.2 в комплекте с адаптером-переходником, выглядит он как законченное решение и снабжен весьма внушительным радиатором (о чем пару слов скажем ниже).

А вот DC P3700 на 400 ГБ как раз имеет исполнение в «винчестерном» стиле, о котором говорилось выше. Надо заметить, с его подключением нам пришлось попотеть: пока на рынке избытка корзин и кабелей, требуемых для подключения этих устройств, не наблюдается.

На что стоит обратить внимание? Цифры потребляемого тока по линии +12 В внушают уважение: как видите, накопитель требует почти 30 Вт. На самом деле, не все так страшно: на наклейке приведена общая информация для всей линейки, и даже старшая модель (емкостью 2 ТБ) потребляет 25/11 Вт при записи/чтении данных, а нашим героям достаточно 12/9 Вт. Впрочем, и это немало. Для сравнения — многие винчестеры для ноутбуков вполне ограничиваются пятью ваттами, т. е. такой твердотельный накопитель в разы прожорливее. Массовые же SSD в настоящее время нередко укладываются в десятые доли ватта, так что разрыв с ними еще больше. Это и объясняет наличие массивных радиаторов у всего семейства, а также сразу дает понять, что в портативных компьютерах подобным устройствам делать нечего.

Что же касается внутреннего устройства, то оно во всех трех линейках (есть еще и Р3500) примерно одинаковое — отличаются только микросхемы флэш-памяти, что дает немного разные скоростные показатели и весьма заметно различающуюся выносливость: для наших героев это 4,38 и 7,3 PBW соответственно. Ценой же устройства не только различаются между собой, но и сильно отличаются от накопителей потребительского сегмента — речь идет о 1,5-2 долларах за гигабайт, т. е. в пару раз больше, чем для самых быстрых «пользовательских» SSD, что, впрочем, для знакомых с корпоративным сегментом не ново — за более высокую надежность принято платить.

А основой всех трех упомянутых «корпоративных» линеек и более дешевого Intel 750 (нацеленного на рынок персональных компьютеров и рабочих станций) является собственный контроллер Intel Ch39AE41AB0. Он поддерживает восемнадцать каналов для подключения флэша, в то время как «бытовые» контроллеры ограничиваются восемью, а то и четырьмя. Высокий параллелизм (которым, как уже было сказано выше, именно NVMe-устройства способны распорядиться наилучшим образом) является залогом высокой производительности, но есть у него и побочный эффект: максимального быстродействия можно ожидать лишь от старших (и самых дорогих!) модификаций. А вот 400 и даже 800 ГБ, столь внушительных на фоне наиболее продаваемых в розницу SSD — маловато, что мы ниже и увидим.

Практическое экспресс-тестирование

Столкнувшись с определенными проблемами совместимости, о чем было сказано выше, мы пришли к выводу, что протестировать эти модели по нашей стандартной методике не получится. Впрочем, мы не слишком расстроились: в ближайшее время будут готовы результаты «бытовой» модели Intel 750, с которой проблем оказалось существенно меньше. Поэтому (раз уж у нас материал сегодня более теоретический) мы решили вкратце посмотреть, чего можно и чего нельзя ожидать от внедрения NVMe.

Для тестирования P3600 и P3700 нами был собран стенд на базе платформы LGA2011-3, поскольку для данного сегмента такие накопители в основном и рекомендуются. Соответственно, нам пришлось использовать довольно мощный процессор Core i7-5960X, но на результаты дисковых тестов (особенно тех, которые мы используем сегодня) это не влияет. Объем памяти на всякий случай постарались ограничить, взяв всего один модуль DDR4-2133 емкостью 4 ГБ. А для сравнения мы приведем результаты Kingston HyperX Predator и OCZ RevoDrive 350, как раз недавно протестированных в «стандартных» условиях.

Итак, что касается последовательного чтения, то тут мы сразу столкнулись с тем, что при таком количестве каналов контроллера «медленными» оказываются даже модели емкостью 400 ГБ! При 800 ГБ потенциальные возможности PCIe 3.0 раскрываются более полно. А при записи мы опять сильно упираемся не в интерфейс, а в сам флэш со всеми вытекающими: производительность обеих моделей Intel оказалась более низкой, нежели у банального Kingston Predator, не поддерживающего NVMe и работающего всего лишь с PCIe 2.0. Впрочем, удивления это у нас не вызвало — понятно, что собственно NVMe при таких типах нагрузки ничего дать не может, а потенциальные возможности скоростных шин надо еще суметь утилизировать.

А что со случайным чтением блоками по 4К, которое как раз обещали ускорить? Вот здесь — показательно: действительно стало заметно быстрее, даже если сравнивать наших героев с OCZ RevoDrive, по сути своей являющимся массивом RAID0 из четырех SSD. Predator же еще медленнее — в его случае отставание от DC P3600 более чем двукратное (формально более быстрому Р3700 продолжает мешать низкая емкость флэш-памяти).

На записи RevoDrive пытался не отстать, но и у него это не вышло. Что еще более интересно — результаты «однопоточной» записи: ускорить ее при помощи RAID-массивов и подобных ухищрений невозможно, а вот NVMe радикально меняет положение дел. Фактически, эти два устройства Intel оказались первыми из попавших к нам в руки, демонстрирующими скорости «однопоточной» записи выше 100 МБ/с. Забегая вперед, сообщим, что Intel 750 в этом плане не хуже — и даже лучше: на нем удалось получить почти 300 МБ/с. Ну а все AHCI SSD (не только представленные на диаграмме, но и прочие модели) по этому показателю «болтаются» в районе 50-60 МБ/с, так что можно говорить о революционном изменении ситуации.

Впрочем, сама по себе революция — лишь в достаточно узкой области. С точки зрения простого пользователя, работающего за компьютером, разницы между различными современными SSD нет, независимо от интерфейсов или протоколов работы. Это нам в очередной раз подтверждает PCMark 🙂

Итого

Как видим, NVMe не панацея, что было понятно априори — пропускную способность шины эта технология не увеличивает, а уменьшение задержек по масштабу не идет ни в какое сравнение с тем, что было получено при переходе от механики к флэш-памяти. С другой стороны, технология не тянет за собой «груз совместимости» с той самой механикой и вообще ориентирована как раз на полупроводниковые носители информации, причем не обязательно на флэш-память — просто другие технологии пока еще не вышли за стены лабораторий. Однако подготовиться к их появлению можно и заранее — главное, что потенциально NVMe подойдет и для них. А если при этом будут снижены собственные задержки памяти, значит, применение подобных технологий более чем оправданно, поскольку они лучше традиционного SATA.

Некоторый эффект есть и сейчас. Стоит ли за ним гоняться? На наш взгляд, пока рановато делать это массово, поскольку он не слишком значителен. Большинству пользователей по-прежнему прекрасно подойдут обычные SATA-накопители, благо они имеют и лучшую в классе совместимость. А вот тем, кто желает получить самое-самое лучшее, без интерфейса PCIe все равно не обойтись, компьютер у них уже, как правило, «самый-самый лучший» и современный, так что проблем с совместимостью быть не должно, и тогда покупка топового накопителя с поддержкой NVMe может оказаться вполне оправданной. Главное — не рассчитывать на то, что это принципиально изменит «качество» работы компьютера, конечно. А что можно получить на практике — оценим в следующей статье.

NVMe-накопители в разных режимах работы интерфейса PCI Express:

Если спросить, какой интерфейс следует использовать для твердотельного накопителя с поддержкой протокола NVMe, то любой человек (вообще знающий, что такое NVMe) ответит: конечно PCIe 3.0 x4! Правда, с обоснованием у него, скорее всего, возникнут сложности. В лучшем случае получим ответ, что такие накопители поддерживают PCIe 3.0 x4, а пропускная способность интерфейса имеет значение. Иметь-то имеет, однако все разговоры об этом начались только тогда, когда некоторым накопителям на некоторых операциях стало тесно в рамках «обычного» SATA. Но ведь между его 600 МБ/с и (столь же теоретическими) 4 ГБ/с интерфейса PCIe 3.0 x4 — просто пропасть, причем заполненная массой вариантов! А вдруг и одной линии PCIe 3.0 хватит, поскольку это уже в полтора раза больше SATA600? Масла в огонь подливают производители контроллеров, грозящиеся в бюджетной продукции перейти на PCIe 3.0 x2, а также тот факт, что у многих пользователей и такого-то нет. Точнее, теоретически есть, но высвободить их можно, лишь переконфигурировав систему или даже что-то в ней поменяв, чего делать не хочется. А вот купить топовый твердотельный накопитель — хочется, но есть опасения, что пользы от этого не будет совсем никакой (даже морального удовлетворения от результатов тестовых утилит).

Но так это или нет? Иными словами, нужно ли действительно ориентироваться исключительно на поддерживаемый режим работы — или все-таки на практике можно поступиться принципами? Именно это мы сегодня и решили проверить. Пусть проверка будет быстрой и не претендующей на исчерпывающую полноту, однако полученной информации должно оказаться достаточно (как нам кажется) хотя бы для того, чтобы задуматься… А пока вкратце ознакомимся с теорией.

PCI Express: существующие стандарты и их пропускная способность

Начнем с того, что́ представляет собой PCIe и с какой скоростью этот интерфейс работает. Часто его называют «шиной», что несколько неверно идеологически: как таковой шины, с которой соединены все устройства, нет. На деле имеется набор соединений «точка—точка» (похожий на многие другие последовательные интерфейсы) с контроллером в середине и присоединенными к нему устройствами (каждое из которых само по себе может быть и концентратором следующего уровня).

Первая версия PCI Express появилась почти 15 лет назад. Ориентация на использование внутри компьютера (нередко — и в пределах одной платы) позволила сделать стандарт скоростным: 2,5 гигатранзакции в секунду. Поскольку интерфейс последовательный и дуплексный, одна линия PCIe (x1; фактически атомарная единица) обеспечивает передачу данных на скоростях до 5 Гбит/с. Однако в каждом направлении — лишь половина от этого, т. е. 2,5 Гбит/с, причем это полная скорость интерфейса, а не «полезная»: для повышения надежности каждый байт кодируется 10 битами, так что теоретическая пропускная способность одной линии PCIe 1.x составляет примерно 250 МБ/с в каждую сторону. На практике нужно еще передавать служебную информацию, и в итоге правильнее говорить о ≈200 МБ/с передачи пользовательских данных. Что, впрочем, на тот момент времени не только покрывало потребности большинства устройств, но и обеспечивало солидный запас: достаточно вспомнить, что предшественница PCIe в сегменте массовых системных интерфейсов, а именно шина PCI, обеспечивала пропускную способность в 133 МБ/с. И даже если рассматривать не только массовую реализацию, но и все варианты PCI, то максимумом были 533 МБ/с, причем на всю шину, т. е. такая ПС делилась на все подключенные к ней устройства. Здесь же 250 МБ/с (поскольку и для PCI приводится обычно полная, а не полезная пропускная способность) на одну линию — в монопольном использовании. А для устройств, которым нужно больше, изначально была предусмотрена возможность агрегирования нескольких линий в единый интерфейс, по степеням двойки — от 2 до 32, т. е. предусмотренный стандартом вариант х32 в каждую сторону мог передавать уже до 8 ГБ/с. В персональных компьютерах х32 не использовался из-за сложности создания и разведения соответствующих контроллеров и устройств, так что максимумом стал вариант с 16 линиями. Использовался он (да и сейчас используется) в основном видеокартами, поскольку большинству устройств столько не требуется. Вообще, немалому их количеству и одной линии вполне достаточно, но некоторые применяют с успехом и х4, и х8: как раз по накопительной теме — RAID-контроллеры или SSD.

Время на месте не стояло, и около 10 лет назад появилась вторая версия PCIe. Улучшения касались не только скоростей, но и в этом отношении был сделан шаг вперед — интерфейс начал обеспечивать 5 гигатранзакций в секунду с сохранением той же схемы кодирования, т. е. пропускная способность удвоилась. И еще раз она удвоилась в 2010 году: PCIe 3.0 обеспечивает 8 (а не 10) гигатранзакций в секунду, но избыточность уменьшилась — теперь для кодирования 128 бит используется 130, а не 160, как ранее. В принципе, и версия PCIe 4.0 с очередным удвоением скоростей уже готова появиться на бумаге, но в ближайшее время в железе мы ее массово вряд ли увидим. На самом деле и PCIe 3.0 до сих пор в массе платформ используется совместно с PCIe 2.0, потому что и производительность последней для многих сфер применения просто… не нужна. А где нужна — работает старый добрый метод агрегации линий. Только каждая из них стала за прошедшие годы вчетверо быстрее, т. е. PCIe 3.0 х4 — это PCIe 1.0 x16, самый быстрый слот в компьютерах середины нулевых. Именно этот вариант поддерживают топовые контроллеры SSD, и именно его рекомендуется использовать. Понятно, что если такая возможность есть — много не мало. А если ее нет? Будут ли возникать какие-то проблемы, и если да, то какие? Вот с этим-то вопросом нам и предстоит разобраться.

Методика тестирования

Провести тесты с разными версиями стандарта PCIe несложно: практически все контроллеры позволяют использовать не только поддерживаемый ими, но и все более ранние. Вот с количеством линий — сложнее: нам хотелось непосредственно протестировать и варианты с одной-двумя линиями PCIe. Используемая нами обычно плата Asus H97-Pro Gamer на чипсете Intel H97 полного набора не поддерживает, но кроме «процессорного» слота х16 (который обычно и используется) на ней есть еще один, работающий в режимах PCIe 2.0 х2 или х4. Вот этой тройкой мы и воспользовались, добавив к ней еще и режим PCIe 2.0 «процессорного» слота, дабы оценить, есть ли разница. Все-таки в этом случае между процессором и SSD посторонних «посредников» нет, а вот при работе с «чипсетным» слотом — есть: собственно чипсет, фактически соединяющийся с процессором тем же PCIe 2.0 x4. Можно было добавить еще несколько режимов работы, но основную часть исследования мы все равно собирались провести на другой системе.

Дело в том, что мы решили воспользоваться случаем и заодно проверить одну «городскую легенду», а именно поверие о полезности использования топовых процессоров для тестирования накопителей. Вот и взяли восьмиядерный Core i7-5960X — родственника обычно применяемого в тестах Core i3-4170 (это Haswell и Haswell-E), но у которого ядер в четыре раза больше. Кроме того, обнаруженная в закромах плата Asus Sabertooth X99 нам сегодня полезна наличием слота PCIe x4, на деле способного работать как х1 или х2. В этой системе мы протестировали три варианта х4 (PCIe 1.0/2.0/3.0) от процессора и чипсетные PCIe 1.0 х1, PCIe 1.0 х2, PCIe 2.0 х1 и PCIe 2.0 х2 (во всех случаях чипсетные конфигурации отмечены на диаграммах значком (c)). Есть ли смысл сейчас обращаться к первой версии PCIe, с учетом того, что вряд ли найдется хоть одна плата с поддержкой только этой версии стандарта, способная загрузиться с NVMe-устройства? С практической точки зрения — нет, а вот для проверки априори предполагаемого соотношения PCIe 1.1 х4 = PCIe 2.0 х2 и подобных оно нам пригодится. Если проверка покажет, что масштабируемость шины соответствует теории, значит, и неважно, что нам не удалось пока получить практически значимые способы подключения PCIe 3.0 x1/х2: первый будет идентичен как раз PCIe 1.1 х4 или PCIe 2.0 х2, а второй — PCIe 2.0 х4. А они у нас есть.

В плане ПО мы ограничились только Anvil’s Storage Utilities 1.1.0: разнообразные низкоуровневые характеристики накопителей она измеряет неплохо, а ничего другого нам и не нужно. Даже наоборот: любое влияние других компонентов системы является крайне нежелательным, так что низкоуровневая синтетика для наших целей безальтернативна.

В качестве «рабочего тела» мы использовали Patriot Hellfire емкостью 240 ГБ. Как было установлено при его тестировании, это не рекордсмен по производительности, но его скоростные характеристики вполне соответствуют результатам лучших SSD того же класса и той же емкости. Да и более медленные устройства на рынке уже есть, причем их будет становиться все больше. В принципе, можно будет повторить тесты и с чем-нибудь более быстрым, однако, как нам кажется, необходимости в этом нет — результаты предсказуемы. Но не станем забегать вперед, а посмотрим, что же у нас получилось.

Результаты тестов

Тестируя Hellfire, мы обратили внимание на то, что максимальную скорость на последовательных операциях из него можно «выжать» лишь многопоточной нагрузкой, так что это тоже надо принимать во внимание на будущее: теоретическая пропускная способность на то и теоретическая, что «реальные» данные, полученные в разных программах по разным сценариям, будут больше зависеть не от нее, а от этих самых программ и сценариев — в том случае, конечно, когда не помешают обстоятельства непреодолимой силы 🙂 Как раз такие обстоятельства мы сейчас и наблюдаем: выше уже было сказано, что PCIe 1.x x1 — это ≈200 МБ/с, и именно это мы и видим. Две линии PCIe 1.x или одна PCIe 2.0 — вдвое быстрее, и именно это мы и видим. Четыре линии PCIe 1.x, две PCIe 2.0 или одна PCIe 3.0 — еще вдвое быстрее, что подтвердилось для первых двух вариантов, так что и третий вряд ли будет отличаться. То есть в принципе масштабируемость, как и предполагалось, идеальная: операции линейные, флэш с ними справляется хорошо, так что интерфейс имеет значение. Флэш перестает справляться хорошо на PCIe 2.0 x4 для записи (значит, подойдет и PCIe 3.0 x2). Чтение «может» больше, но последний шаг дает уже полутора-, а не двукратный (каким он потенциально должен быть) прирост. Также отметим, что заметной разницы между чипсетным и процессорным контроллером нет, да и между платформами тоже. Впрочем, LGA2011-3 немного впереди, но на самую малость.

Все ровно и красиво. Но шаблоны не рвет: максимум в этих тестах составляет лишь немногим больше 500 МБ/с, а это вполне по силам даже SATA600 или (в приложении к сегодняшнему тестированию) PCIe 1.0 х4 / PCIe 2.0 х2 / PCIe 3.0 х1. Именно так: не стоит пугаться выпуску бюджетных контроллеров под PCIe х2 или наличию лишь такого количества линий (причем версии стандарта 2.0) в слотах М.2 на некоторых платах, когда больше-то и не нужно. Иногда и столько не нужно: максимальные результаты достигнуты при очереди в 16 команд, что для массового ПО не типично. Чаще встречается очередь с 1-4 командами, а для этого обойтись можно и одной линией самого первого PCIe и даже самым первым SATA. Впрочем, накладные расходы и прочее имеют место быть, так что быстрый интерфейс полезен. Однако излишне быстрый — разве что не вреден.

А еще в этом тесте по-разному ведут себя платформы, причем с единичной очередью команд — принципиально по-разному. «Беда» вовсе не в том, что много ядер — плохо. Они тут все равно не используются, разве что одно, и не настолько, чтоб вовсю развернулся буст-режим. Вот и имеем разницу где-то в 20% по частоте ядер и полтора раза по кэш-памяти — она в Haswell-E работает на более низкой частоте, а не синхронно с ядрами. В общем, топовая платформа может пригодиться разве что для вышибания максимума «йопсов» посредством максимально многопоточного режима с большой глубиной очереди команд. Жаль только, что с точки зрения практической работы это совсем уж сферическая синтетика в вакууме 🙂

На записи положение дел принципиально не изменилось — во всех смыслах. Но, что забавно, на обеих системах самым быстрым оказался режим PCIe 2.0 х4 в «процессорном» слоте. На обеих! И при многократных проверках/перепроверках. Тут уж поневоле задумаешься, нужны ли эти ваши новые стандарты или лучше вообще никуда не торопиться…

При работе с блоками разного размера теоретическая идиллия разбивается о то, что повышение скорости интерфейса все же имеет смысл. Результирующие цифры такие, что хватило бы пары линий PCIe 2.0, но реально в таком случае производительность ниже, чем у PCIe 3.0 х4, пусть и не в разы. И вообще тут бюджетная платформа топовую «забивает» в куда большей степени. А ведь как раз такого рода операции в основном в прикладном ПО и встречаются, т. е. эта диаграмма — наиболее приближенная к реальности. В итоге нет ничего удивительного, что никакого «вау-эффекта» толстые интерфейсы и модные протоколы не дают. Точнее, переходящему с механики — дадут, но ровно такой же, какой ему обеспечит любой твердотельный накопитель с любым интерфейсом.

Итого

Для облегчения восприятия картины по больнице в целом мы воспользовались выдаваемым программой баллом (суммарным — по чтению и записи), проведя его нормирование по «чипсетному» режиму PCIe 2.0 x4: на данный момент именно он является наиболее массово доступным, поскольку встречается даже на LGA1155 или платформах AMD без необходимости «обижать» видеокарту. Кроме того, он эквивалентен PCIe 3.0 x2, который готовятся освоить бюджетные контроллеры. Да и на новой платформе AMD АМ4, опять же, именно этот режим как раз можно получить без влияния на дискретную видеокарту.

Итак, что мы видим? Применение PCIe 3.0 x4 при наличии возможности является, безусловно, предпочтительным, но не необходимым: NVMe-накопителям среднего класса (в своем изначально топовом сегменте) он приносит буквально 10% дополнительной производительности. Да и то — за счет операций в общем-то не столь уж часто встречающихся на практике. Для чего же в данном случае реализован именно этот вариант? Во-первых, была такая возможность, а запас карман не тянет. Во-вторых, есть накопители и побыстрее, чем наш тестовый Patriot Hellfire. В-третьих, есть такие области деятельности, где «атипичные» для настольной системы нагрузки — как раз вполне типичные. Причем именно там наиболее критично быстродействие системы хранения данных или, по крайней мере, возможность сделать ее часть очень быстрой. Но к обычным персональным компьютерам это все не относится.

В них, как видим, и использование PCIe 2.0 x2 (или, соответственно, PCIe 3.0 х1) не приводит к драматическому снижению производительности — лишь на 15-20%. И это несмотря на то, что потенциальные возможности контроллера в этом случае мы ограничили в четыре раза! Для многих операций и такой пропускной способности достаточно. Вот одной линии PCIe 2.0 уже недостаточно, поэтому контроллерам имеет смысл поддерживать именно PCIe 3.0 — и в условиях жесткой нехватки линий в современной системе это будет работать неплохо. Кроме того, полезна ширина х4 — даже при отсутствии поддержки современных версий PCIe в системе она все равно позволит работать с нормальной скоростью (пусть и медленнее, чем могло бы потенциально), если найдется более-менее широкий слот.

В принципе, большое количество сценариев, в которых узким местом оказывается собственно флэш-память (да, это возможно и присуще не только механике), приводит к тому, что четыре линии третьей версии PCIe на этом накопителе обгоняют одну первой примерно в 3,5 раза — теоретическая же пропускная способность этих двух случаев различается в 16 раз. Из чего, разумеется, не следует, что нужно спешно бежать осваивать совсем медленные интерфейсы — их время ушло безвозвратно. Просто многие возможности быстрых интерфейсов могут быть реализованы лишь в будущем. Или в условиях, с которыми обычный пользователь обычного компьютера никогда в жизни непосредственно не столкнется (за исключением любителей меряться известно чем). Собственно, и всё.

в поисках идеального накопителя с поддержкой протокола NVMe / ua-hosting.company corporate blog / Habr

В 2011 году была представлена альтернатива протоколу AHCI (Advanced Host Controller Interface) — протокол NVM Express. Почему контроллер с архитектурой NVMe (Non-Volatile Memory Express)?

Немного теории: грубо говоря, SSD это способ хранения данных на чипах памяти, упоминая же «жесткий диск» подразумеваем, что данные хранятся на круглых магнитных пластинах. Теперь понятие форм-фактора: подразумевает, как устройство выглядит и как подключается. Например 2,5-дюймовые SATA SSD подключаются с помощью SATA коннектора. Форм-фактор M.2 — это голые платы, на которых размещены чипы, соответственно используется разъем для подключения М.2. Для полноценной работы накопителя с хост системой нужен физический и программный интерфейсы, самые обычные 2,5-дюймовые SATA SSD используют протокол AHCI, но контроллер AHCI был создан для механических HDD, дабы оптимизировать взаимодействие жесткого диска с самой системой: минимизировать перемещение магнитных головок, синхронизировать процессы чтения и записи. Соответственно, в твердотельных накопителях, где совсем другой принцип хранения данных, AHCI не в состоянии раскрыть весь потенциал SSD, работающего на высоких скоростях. Хотя никто не отменял тот факт, что SATA SSD больше ограничены самим фактором SATA подключения, с его помощью можно передать данные со скоростью не больше 550-600 МБ/с, не то чтобы это было слишком мало, но! SSD накопители могут гораздо больше. Для того, чтобы обойти эти скоростные ограничения были придуманы PCI Express и М.2 накопители, правда они все также либо используют, либо эмулируют программный интерфейс AHCI, главным недостатком которого является количество команд, которые он может одновременно передать, это всего 32 очереди.

Потому и возникла потребность в разработке программного контроллера, который был бы разработан специально для оптимизации работы SSD накопителей с учетом их особенностей. Акцент был сделан на скорость передачи данных, существенное уменьшение latency, улучшение работы с многопоточными нагрузками. В итоге — низкие задержки доступа и глубина очереди по операциям чтение/запись (до 65 тысяч очередей команд по 65 тысяч команд в очереди). При работе с базами данных эти параметры часто становятся критичными.

Лучшая производительность SSD накопителей с интерфейсом NVMe

Samsung 960 Pro 512GB

  + Отличная производительность
  + Хорошая цена за ГБ
  + Емкость до 2 ТБ
  — Высокая стоимость

Компания Samsung — первая компания, презентовавшая миру твердотельные накопители M.2 NVMe, до сегодняшнего дня она занимает лидирующие позиции в этом сегменте рынка. 950 Pro и SM951 NVMe продемонстрировали отличную производительность, но Samsung 960 Pro превзошел все ожидания. Многие считают его революционным. 960 Pro доступен пользователям емкостями 512 ГБ, 1 ТБ и 2 ТБ. В первую очередь, такой высоконадежный накопитель предназначен для тяжелых рабочих нагрузок. Скорость последовательных операций чтения/записи до 3500 / 2100 МБ/с, а в накопителях емкостью 1TB и 2TB производительность при операциях чтения/записи развивается до 440 тыс. / 360 тыс. IOPS, 512ГБ — 330 тыс. / 330 тыс. IOPS, соответственно. Стоимость 960 Pro даже меньше, чем 950 Pro (приятный бонус).

В 960 Pro используется контроллер Polaris от Samsung, особенность такого контроллера: увеличено количество ядер архитектуры ARM, в 960 Pro сразу 5 ядер, одно из которых служит для связи с хост-системой. Чем больше ядер задействовано в выполнении задачи, тем меньше частота каждого из них, а следовательно, температура при постоянной рабочей нагрузке будет ниже. В линейке используется 48 слойная память MLC 3D V-NAND третьего поколения с плотностью кристалла 256 Гбит, вместо 32 слойной с плотностью кристалла 128 Гбит. Polaris и хорошая пропускная способность MLC 3D V-NAND обеспечивают высокую скорость записи.

Но что означает эта теория в реальных условиях? Для участия в тесте был взят Samsung 960 Pro емкостью 512 ГБ, и он оказался самым быстрым потребительским накопителем NVMe SSD на данный момент. Модель на 10% превосходит накопитель Intel серии 750 (на 1,2 ТБ) и 950 Pro от Samsung (512 ГБ).

Синтетический тест производительности:

ATTO

AS SSD

AS SSD 4k random

Более важный вопрос заключается не в том, быстрый ли 960 Pro, а в том, действительно ли вам нужна такая производительность SSD. Для работ при большой нагрузке 960 Pro волшебен, но для копирования файлов, например 18 ГБ папки с диска на этот же диск (одновременно происходит чтение и запись), он демонстрирует себя не лучше чем более ранний 950 Pro.

Высокая цена 960 Pro оправдана как NVMe накопителя, ведь на рынке они являются дорогостоящим предложением. Производительность твердотельных накопителей работающих по NVMe-протоколу реально ощутима при копировании кучи файлов или установке большого приложения.
Просмотреть цены на 960 Pro 512 ГБ

Лучший твердотельный накопитель из бюджетных вариантов M.2 NVMe

Intel 600p 512GB

+ Самая низкая цена за ГБ из всех NVMe накопителей
+ Быстрее, чем Samsung 850 Prо при умеренных нагрузках
 — Половина скорости 960 Pro
 — TLC 3D NAND медленнее при операциях записи

Еще в прошлом году накопители с интерфейсом NVMe были исключительно дорогостоящими предложениями. Все немного изменилось после того, как несколько компаний предложили накопители NVMe, в которых используется TLC NAND память. Intel стала первой компанией, которая предложила бюджетный NVMe накопитель для широкого пользования. Это серия 600p с емкостями 128 ГБ, 256 ГБ, 512 ГБ, 1 ТБ.

Накопители емкостью 128 ГБ и 256 ГБ лучше не трогать, ведь по производительности они идентичны флагманам SATA SSD, а вот стоимость в разы дороже. Серия 600p становится интересной, если рассматривать предложение на 512 ГБ и 1 ТБ. Умеренная цена за высокую производительность, Intel балансирует между соотношением цены и скорости.

В 600p линейке Intel — сторонний контроллер Silicon Motion SM2260 с 8 каналами флеш-памяти и двухъядерным процессором с архитектурой ARM Cortex. Используется 32 уровневая TLC 3D NAND (совместная разработка Intel и Micron). Intel предоставляет возможность настроить часть NAND, как кеш SLC, чтобы хоть как-нибудь компенсировать недостаток параллелизма в архитектуре, хотя непрерывная запись будет заполнять кеш SLC и производительность будет страдать. С операциями чтения 600p справляется на ура, но например в синтетическом тесте IOMeter, когда накопитель работает в режиме чтения/записи, по результатам уступает лучшим SSD SATA (а значит не выходить за пределы скорости в 550-600 МБ/с).

В реальности во время копирования каталога игр с 8800 файлами обьемом 18,4 ГБ производительность была почти в два раза больше, чем в любом накопителе с интерфейсом SATA. Загрузка Windows, запуск приложений и другие повседневные задачи — на хорошем уровне. Тест PCMark 8 Storage показал пропускную способность около 350 МБ/с.

ATTO

ATTO

Если вы работаете со множеством файлов небольших размеров или с большой базой данных, Intel 600p — не лучший выбор, но для игрового ПК с емким SSD в качестве основного диска Intel 600p — отличная альтернатива SATA SSD, которые обычно рекомендуются для игр.

Ознакомиться с ценами на Intel 600p

Лучший альтернативный вариант NVMe SSD

Samsung 960 Evo 1TB

+Почти такой же быстрый, как 960 Pro
+Хорошая цена за GB для NVMe
+ Емкость до 1 ТБ
— Нет модели 2 ТБ, все еще дорогой

SSD емкостью 480 ГБ — 512 ГБ SSD в наше время популярнее остальных, они предоставляют достаточное количество дисковой квоты под систему, ваших обычных приложений, коллекции игр. В серверных предложениях отдается предпочтение SSD накопителям под хранение более популярных и часто используемых файлов.

Если выбирать сбалансированный продукт по таким показателям, как производительность, емкость и цена, выбор очевиден — Samsung 960 Evo.

960 Evo по производительности очень близок к 960 Pro, но на 25% дешевле. 960 Evo не подойдет, если вам нужен SSD на 2 ТБ в формфакторе M.2. Как правило, обычному пользователю 1TB должно быть достаточно. SSD 960 EVO с интерфейсом NVMe и контроллером Polaris обеспечивают скорость при операциях чтения/записи 3200 / 1900 МБ/с, 380 тыс. / 360 тыс. IOPS, соответственно. В отличие от 960 Pro в 960 EVO установлена TLC 3D V-NAND третьего поколения.

На данный момент Intel 600p является единственным SSD накопителем NVIDIA 1TB, который дешевле, чем 960 Evo (на 100 долларов), но, если вы в поисках более высокой производительности, это неплохая альтернатива.

Ознакомиться с ценами Samsung Evo 960 1ТБ

Не все накопители NVMe одинаковы, и предоставленные в обзоре три накопителя — лучший, бюджетный и компромиссный (между производительностью, емкостью и ценой) варианты. Большинство новых накопителей по-прежнему не соответствуют производительности Intel SSD 750 и Samsung 950 Pro, первых потребительских NVMe-накопителей. Время покажет, будут ли предложены NVMe, которые смогут заменить Samsung и Intel.

Команда pcgamer провела 10 тестов среди накопителей SSD NVMe. Это был набор тестов для накопителей SSD: синтетические тесты производительности, обработки файлов в реальных условиях. Десять отдельных результатов тестирования были объединены в общую метрику. Производительность — не единственный фактор при выборе SSD, цена и пропускная способность накопителей еще два фактора, которые были учтены в результатах (производительность/цена / мощность).

Давайте рассмотрим еще несколько накопителей с интерфейсом NVMe, результаты тестов которых есть на фото выше. Многие из них конкурируют с вышеупомянутыми лидерами, особенно в бюджетном секторе, где незначительное изменение цены имеет значение. Ниже приведен список SSD NVMe (в форм-факторе: AIC (дополнительная карта), M.2 или U.2) в алфавитном порядке.

Corsair Force MP500 (M.2)

Corsair Force MP500 (M.2): NVMe, MP500 Corsair используется контроллер Phison PS50007-E7 и MLC NAND. Впечатляющая производительность, в том числе очень высокие показатели при проведении синтетического теста, в целом MP500 превосходят только накопители компании Samsung и твердотельный накопитель Intel SSD 750. К сожалению, 960 Evo предлагает большую емкость и немного высшую производительность.

Intel 600p (M.2)

Intel 600p (M.2): бюджетный выбор на самом деле является одним из самых медленных накопителей NVMe, которые были протестированы, но он значительно дешевле, чем многие другие. Есть модель на 512 ГБ всего за 130 долларов, что равно бюджетным предложениям SATA SSD. Максимальная производительность — 1775 / 560 МБ/с и 128,5 тыс. /128 тыс. IOPS, что ниже, чем у большинства других накопителей NVMe. 600p подойдет для легких рабочих нагрузок.

Intel SSD 750 (AIC или U.2)

Intel SSD 750 (AIC или U.2): первый потребительский накопитель NVMe, который поступил в розничную продажу, хороший соперник. Отличная производительность — 2500 / 1200 МБ/с и 460 тыс. / 290 тыс IOPS. Основная проблема заключается в том, что он доступен только в двух форматах: PCIe x4 AIC или 2,5-дюймовий диск U.2.

Patriot Hellfire (M.2)

Patriot Hellfire (M.2): Patriot Hellfire оказался мощным накопителем NVMe. Его производительность намного выше Intel 600p, это альтернативный бюджетный вариант. Доступен емкостью 240 ГБ, 480 ГБ и 960 ГБ. Hellfire на операциях чтение/запись демонстрирует 3000 / 2200 МБ/с и 116 тыс. / 210 тыс. IOPS, соответственно. Такой низкий показатель IOPS при чтении является огромным минусом.

Plextor M8Pe (M.2 или AIC)

Plextor M8Pe (M.2 или AIC): еще один потенциальный конкурент, отличный вариант менее дорогого NVMe, в зависимости от объема. M8Pe используется контроллер Marvell 88SS1093 и MLC NAND, что обеспечивает высокую производительность. Такой накопитель ничем не уступает Toshiba OCZ RD400, доступен обьемом 256 ГБ, 512 ГБ и 1 ТБ. Вы также можете получить его с помощью адаптера карты расширения по более высокой цене. Производительность составляет (запись/чтение) 2500 / 1400 МБ/с с 280 тыс. / 240 тыс. IOPS, соответственно. M8Pe потенциально лучше, чем 1TB 960 Evo, если вы готовы пожертвовать «небольшим количеством» производительности взамен на более низкую цену.

Samsung 950 Pro (M.2)

Samsung 950 Pro (M.2): первый накопитель NVMe от Samsung, который поступил в розничную продажу, 950 Pro достойный конкурент для 960 Pro. Комбинация из 3D V-NAND с контроллером UBX обеспечивает высокую скорость передачи данных и отличную производительность. Модель 512 ГБ демонстрирует 2500 / 1500 МБ/с и 300 тыс. / 110 тыс. IOPS.

Samsung PM951 (M.2)

Samsung PM951 (M.2): доступный NVMe накопитель, Samsung PM951 был самым дешевым до появления 600p от Intel. К сожалению, это только OEM накопитель, вы не сможете найти его в Интернете, пока не получите официальной поддержки. В накопителях используется TLC NAND, низкая производительность, не лучше, чем у накопителей SATA SSD. Он показывает 1050 / 560 MБ/с и 250 тыс. / 144 тыс. IOPS (модель на 512 ГБ).

Samsung PM961 (M.2)

Samsung PM961 (M.2): предшественник 960 Evo для розничной продажи. Модель 512 ГБ демонстрирует производительность при операциях чтения/записи 2800 / 1600 МБ/с и 260 тыс. / 260 тыс. IOPS, соответственно. В PM961 используются TLC V-NAND и контроллер Polaris. Разумный бюджетный вариант.

Samsung SM951 NVMe (M.2)

Samsung SM951 NVMe (M.2): первый накопитель Samsung в форм-факторе M.2 NVMe, OEM-продукт. Производительность на самом деле такая же, как и в 950 Pro.

Samsung SM961 (M.2)

Samsung SM961 (M.2): как и PM961, это OEM-версия 960 Pro с аналогичными характеристиками, но без официальной поддержки от Samsung. Производительность составляет 3200 / 1800 МБ/с и 450 тыс. / 400 тыс. IOPS при операциях чтения/записи.

Toshiba OCZ RD400 (M.2 or AIC)

Toshiba OCZ RD400 (M.2 или AIC): Toshiba первой выпустила твердотельный накопитель на 1 ТБ в форм-факторе M.2, первоначальный спрос был очень высоким. Цена накопителя емкостью 1TB остается выше, чем у Samsung 950 Pro / 960 Pro. RD400 работает не так быстро, как накопители от Samsung: производительность на операциях чтения/записи — 2600 / 1550 МБ/с и 210 тыс. / 130 тыс. IOPS, соответственно.

Toshiba XG3 (M.2)

Toshiba XG3 (M.2): все указывает на то, что XG3 — это RD400 для OEM-производителей, отсутствует гарантийная поддержка.

WD Black 512GB (M.2)

WD Black 512GB (M.2): компания является новичком на сцене SSD. В WD Black используется контроллер Marvell 88SS1093 + SanDisk 15nm TLC planar NAND. Производительность ниже, чем у многих других тестируемых NVMe накопителей: 2050 / 800 MБ/с и 170 тыс. / 134 тыс. IOPS при операциях чтения/записи. Однако, как и Intel 600p, это один из бюджетных дисков. WD Black едва опережает SATA SSD.

Zotac Sonix 480GB (AIC)

Zotac Sonix 480GB (AIC): в Zotac используется тот же контроллер Phison PS5007-E7, что и MP500 Corsair. Zotac Sonix может похвастаться высокой скоростью передачи данных 2800 / 1500 МБ/с. В сочетании с ограниченным набором возможностей (NVMe Sonix доступен только как AIC на 480 ГБ) и высокой ценой, в настоящее время накопитель рекомендовать сложно.

Как видим, на рынке представлено множество твердотельных накопителей SSD с интерфейсом NVMe, который раскрывает весь потенциал высокоскоростных накопителей. Такие накопители начинают успешно заигрывать с бюджетными ценами, становятся доступными не только для корпоративных клиентов.

На правах рекламы.Акция! Только сейчас получите до 4-х месяцев бесплатного пользования VPS (KVM) c выделенными накопителями в Нидерландах и США (конфигурации от VPS (KVM) — E5-2650v4 (6 Cores) / 10GB DDR4 / 240GB SSD или 4TB HDD / 1Gbps 10TB — $29 / месяц и выше, доступны варианты с RAID1 и RAID10), полноценным аналогом выделенных серверов, при заказе на срок 1-12 месяцев, условия акции здесь, cуществующие абоненты могут получить 2 месяца бонусом!

Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?