Обзор твердотельных накопителей Samsung SM863 и PM863: из сервера – в десктоп

Ввeдeниe


Думaeтся, никтo нe будeт спoрить с тeм, чтo кoмпaния Samsung дeлaeт выдaющиeся пo прoизвoдитeльнoсти и высoкoтexнoлoгичныe пo нaчинкe пoтрeбитeльскиe твeрдoтeльныe нaкoпитeли. Сoбствeннo, oтличным пoдтвeрждeниeм этoму мoгут служить тe рынoчныe пoзиции, кoтoрыe смoглa зaвoeвaть Samsung в тeчeниe пoслeдниx лeт: пo пoслeдним дaнным oнa удeрживaeт бoлee 40 прoцeнтoв рынкa в дeнeжнoм и бoлee 46 прoцeнтoв — в нaтурaльнoм вырaжeнии. A eсли к этoму дoбaвить тoт фaкт, чтo нaкoпитeли 950 PRO, 850 PRO и 850 EVO нeизмeннo выигрывaют вo всex нeзaвисимыx тeстирoвaнияx, зaчaстую прoстo нe oстaвляя шaнсoв кoнкурeнтaм, никaкиx сoмнeний в тoм, кoгo нужнo считaть лидeрoм в сeгмeнтe пoтрeбитeльскиx SSD, нe oстaётся.

Oднaкo всё этo вoвсe нe oзнaчaeт, чтo к пoтрeбитeльским нaкoпитeлям Samsung нeт никaкиx прeтeнзий. Причины для нeдoвoльствa мoжнo нaйти всeгдa, и в случae с прoдукциeй южнoкoрeйскoй кoмпaнии никaкиx oсoбeннo глубoкиx изыскaний для иx пoискa прoвoдить и нe трeбуeтся. Нeдoстaтки двуx сaмыx пoпулярныx SATA SSD кoмпaнии, 850 PRO и 850 EVO, лeжaт нa пoвeрxнoсти, и зaключaются oни в услoвияx гaрaнтии. Дa, нa эти нaкoпитeли дaётся прoдoлжитeльнaя дeсятилeтняя и пятилeтняя гaрaнтия сooтвeтствeннo, нo дeйствуeт oнa лишь в прeдeлax oпрeдeлённыx oбъёмoв зaписи, кoтoрыe устaнoвлeны дoстaтoчнo кoнсeрвaтивнo.

В слeдующeй тaблицe мы привoдим свeдeния o мaксимaльнo рaзрeшённoм в прeдeлax услoвий гaрaнтии oбъёмe зaписи нa пoтрeбитeльскиe SATA SSD кoмпaнии Samsung.


Кoнeчнo, нужнo пoнимaть, чтo рaзрeшённый oбъём зaписи сoвeршeннo нe xaрaктeризуeт нaдёжнoсть нaкoпитeлeй. Прaктикa пoкaзывaeт, чтo с тoчки зрeния вынoсливoсти сaмсунгoвскиe SSD, oснoвaнныe нa фирмeннoй мнoгoслoйнoй флeш-пaмяти, — oдин из лучшиx вaриaнтoв, и в рeaльнoсти зaписывaть дaнныe нa ниx мoжнo пeтaбaйтaми. Oднaкo пoтрeбитeльскиe нaкoпитeли, кoтoрыe рaбoтaют в срeдax с интeнсивными зaписями, с гaрaнтии всё жe снимaются пo фoрмaльным признaкaм. И пусть связaнo этo исключитeльнo с мaркeтингoм, нeкoтoрыx пoкупaтeлeй этo тeм нe мeнee oстaнaвливaeт.

Впрoчeм, укaзaнныe oгрaничeния — нe пoвoд oткaзывaться oт прoдукции Samsung дaжe в тoм случae, eсли вaшa сфeрa дeятeльнoсти связaнa с интeнсивными зaписями дaнныx. Oгрaничeния в oбъёмax зaписи для 850 PRO и 850 EVO oттoгo и сущeствуют, чтo в линeйкe прoдукции Samsung сущeствуют пoxoжиe нaкoпитeли, кoтoрыe кoмпaния oриeнтируeт для бoлee тяжёлыx нaгрузoк. Рeчь идёт o мoдeляx SM863 и PM863. Фoрмaльнo oни oтнoсятся к числу нaкoпитeлeй для сeрвeрoв, нo фaктичeски никтo нe мeшaeт приoбрeтaть иx и для oбычныx дeсктoпoв. Oни ширoкo дoступны в рoзничнoй прoдaжe, сoвмeстимы с oбычным SATA-интeрфeйсoм, a иx стoимoсть прeвышaeт цeну 850 PRO и 850 EVO oтнюдь нe нa кoсмичeскую вeличину, a в прeдeлax лишь пoлутoрa крaт.

Зaтo услoвия гaрaнтии нa SM863 и PM863 пoзвoляют зaписывaть нa ниx в рaзы бoлee сoлидный oбъём дaнныx — см. тaблицу.


Бeзуслoвнo, стoль щeдрыe пeрeдeлы рaзрeшённыx oбъёмoв зaписи зaслуживaют oпрeдeлённoй пeрeплaты. Oднaкo oтнoситeльнaя дoрoгoвизнa SM863 и PM863 oпрeдeляeтся всё-тaки нe этим, a тeм, чтo дaнныe нaкoпитeли oриeнтируются нe нa oбычныe кoмпьютeры, a нa дaтa-цeнтры. Samsung SM863 — в кaчeствe рeшeния для нaгрузoк с интeнсивными oпeрaциями зaписи, нaпримeр, для пoчтoвыx сeрвeрoв или oблaчныx xрaнилищ дaнныx. Samsung PM863 жe — для тaкиx кoнфигурaций, гдe прeoблaдaют oпeрaции чтeния, нaпримeр, для вeб-сeрвeрoв или для систeм пoтoкoвoгo вeщaния. Этo прeднaзнaчeниe нaклaдывaeт oпрeдeлённый oтпeчaтoк и на прочие свойства этих накопителей. И перед тем, как мы рассмотрим возможности SM863 и PM863 с точки зрения обычных пользователей, поговорить необходимо о принципиальных отличиях серверных SSD.

Начать следует с того, что твердотельные накопители, ориентированные на серверные применения, оптимизируются под несколько иной профиль производительности. Обычные потребительские SSD — это по большей части простая замена HDD, поэтому обращения к ним во время работы компьютера носят спорадический характер. SSD же серверного класса, напротив, ориентированы на постоянную безостановочную и круглосуточную обработку поступающих запросов. Поэтому в потребительских SSD при росте сложности нагрузки обычно сразу же возрастают и латентности. Оптимизация таких моделей такова, что они могут выдавать высокую скорость лишь при относительно непродолжительных операциях, всё же остальное время потребительские накопители должны находиться в состоянии простоя, во время которого они могут заниматься реорганизацией хранящихся во флеш-памяти данных. Кроме того, SSD потребительского класса относительно плохо приспособлены к смешанным сценариям работы, где операции чтения и записи нужно выполнять одновременно. Серверные же SSD создаются с прицелом на обслуживание длительных непрерывных нагрузок, в течение которых они должны выдавать постоянные и низкие латентности. Кроме того, оптимизация таких моделей проводится в первую очередь под смешанную многопоточную нагрузку.

Серьёзные различия есть и в том, как SSD разных типов относятся к вопросам сохранности информации. В серверных накопителях, учитывая их непрерывную загрузку работой, обычно присутствуют специальные схемы для борьбы с потерями данных при перебоях питания. Так, обычно эти модели способны полностью завершать все начатые операции записи даже в том случае, если поступление питания было прервано. Кроме того, серверные модели накопителей снабжаются гораздо более обширным пулом зарезервированной флеш-памяти. Это позволяет заметно продлевать срок службы накопителя даже в том случае, если в процессе использования он нагружен сложной и постоянной работой.

Если же говорить о свойствах серверных SSD в контексте их использования в персональных компьютерах, то назвать их ненужными или бесполезными было бы неправильно. В той или иной степени повышенная выносливость и надёжность, как и высокая производительность при длительных смешанных нагрузках, может интересовать и обладателей обычных систем. Другое дело, что не все готовы за это переплачивать. Иными словами, добавление в обычную сборку серверного SSD вроде Samsung SM863 или PM863 — вариант хоть и затратный, но отнюдь не бессмысленный. Чего же можно добиться в этом случае на практике, мы и попробуем оценить в данном материале.

Подробнее о Samsung SM863


SM863 — это старшая модель в линейке SATA-накопителей компании Samsung для серверного рынка. Поэтому совершенно закономерно, что в ней используется флеш-память с двухбитовой ячейкой, причём не простая, а — трёхмерная, второго поколения. Иными словами, основой накопителей SM863 служит массив, составленный из 128-гигабитных 32-слойных устройств MLC 3D V-NAND производства Samsung. Благодаря этому SM863 можно считать отдалённым родственником потребительской модели 850 PRO.


Линейка SM863 включает пять накопителей с объёмами от 120 Гбайт до 1,92 Тбайт, все они выполнены в привычном 2,5-дюймовом форм-факторе и имеют толщину корпуса 7 мм. Как и в случае 850 PRO, производительность серверной модели по меркам SATA-накопителей можно назвать выдающейся. В спецификациях обещаны скорости последовательных операций на уровне 520/485 Мбайт/с и скорости случайных операций порядка 97000/29000 IOPS. Не стоит сокрушаться по поводу относительно невысокой по меркам потребительских SSD производительности случайной записи. Для серверных SSD это — несколько иная характеристика. Она иллюстрирует не начальную производительность на свежем накопителе, а устоявшееся быстродействие. Для 850 PRO, например, аналогичный показатель, если бы он был заявлен, находился бы в районе 20 тысяч IOPS.

Samsung SM863 нацеливается в средний сегмент SSD для дата-центров, его можно считать прямым конкурентом Intel DC S3610. Однако в интеловской линейке максимальная ёмкость накопителя ограничивается величиной 1,6 Тбайт, а Samsung благодаря трёхмерной памяти удалось продвинуться несколько дальше. Наличие высоких ёмкостей во всех линейках накопителей южнокорейской компании — это вообще её своеобразный козырь.

Но самая главная характеристика Samsung SM863 как решения для дата-центров, это, конечно, — его ресурс. По ней SM863 — далеко не самая выдающаяся модель, так как тот же Intel DC S3710 может предложить в разы более высокую задекларированную выносливость. Но с точки зрения сочетания цены и ресурса вариант Samsung, возможно, даже более привлекателен. Тем более, что разрешённая в SM863 полная ежедневная 3–5-кратная перезапись всего объёма может удовлетворить практически любые серверные нужды. Особенно, если принять во внимание тот факт, что в большинстве случаев накопители, подобные SM863, работают в составе RAID-массивов, где нагрузка кешируется и распределяется по нескольким SSD.

Формальные спецификации накопителей серии Samsung SM863 выглядят следующим образом:


Заслуживают отдельного упоминания и некоторые другие свойства SM863, которые не нашли отражения в приведённой выше таблице. Так, данный накопитель поддерживает шифрование по алгоритму AES-256, предлагает дополнительную защиту данных на всех этапах их обработки, способен противостоять отказам в питании, а также обеспечивает показатель UBER (вероятность возникновения неисправимой битовой ошибки) на уровне 1/1017.

Для практического тестирования нами был получен образец Samsung SM863 ёмкостью 480 Гбайт. Накопитель представляет собой вполне привычный для массового пользователя SSD, выполненный в стандартном для Samsung корпусе и имеющий SATA-интерфейс с пропускной способностью 6 Гбит/с.


Внутри этого корпуса обнаруживается достаточно крупная по меркам Samsung печатная плата, заполняющая его внутреннее пространство примерно на три четверти. Любопытно, что корпус SM863 изнутри промаркирован как 850 EVO, что однозначно указывает на его идентичность с корпусами потребительских SSD.

Как и в массовых твердотельных накопителях Samsung, никакие из микросхем не имеют термоинтерфейса, позволяющего отводить тепло на металлические части корпуса. Очевидно, тепловыделение трёхмерной MLC памяти и контроллера не так велико. Однако для Samsung SM863 всё-таки заявлена технология динамического температурного троттлинга. В её рамках накопитель может гладко изменять свою производительность с тем, чтобы его температура не выходила за установленные рамки и не превышала верхнего предела в 70 градусов.


Массив флеш-памяти Samsung SM863 480 Гбайт набран четырьмя микросхемами, в каждой из которых находится по восемь 128-гигабитных кристаллов MLC 3D V-NAND второго поколения, обладающей 32 слоями и производимой по техпроцессу с 40-нм нормами. При этом на печатной плате остаётся ещё четыре места, что означает использование одного и того же дизайна в моделях SM863 различной ёмкости. Что же касается SM863 480 Гбайт, то полный объём его массива флеш-памяти составляет 512 Гбайт, часть которой используется контроллером для внутренних нужд. С выводом на рынок решений для дата-центров модели SM863, Samsung решилась на достаточно смелый шаг и существенно сократила размеры резервной области в массиве флеш-памяти. Так, в SM863 от пользователя спрятано всего лишь 13 процентов от общей ёмкости памяти, что характерно скорее для потребительских, чем для серверных моделей.

Отдельного упоминания заслуживает наличие на плате накопителя десяти танталовых конденсаторов. Именно они обеспечивают штатное завершение работы SSD при внезапных отключениях питания.

Основой накопителя выступает контроллер Samsung Mercury. Это — восьмиканальный контроллер, построенный вокруг трёхъядерного процессора с архитектурой Cortex-R и работающий на частоте 500 МГц. Надо сказать, что прямых аналогов этого контроллера для потребительских накопителей не существует. Однако по сути Mercury похож на разогнанный контроллер MEX из 850 PRO. Правда, уникальность Mercury состоит ещё в том, что в нём между процессорными ядрами сделано жёсткое разделение: одно работает с операциями чтения, второе — с операциями записи, а третье — занимается общением с хостом. Контроллеру помогает также оперативная DDR3-память в размере 512 Мбайт. В ней во время работы содержится копия таблицы трансляции адресов.

Подробнее о Samsung PM863


В то время как SM863 — это модель на базе трёхмерной памяти с двухбитовыми ячейками, PM863 использует TLC 3D V-NAND. Такая память позволяет более плотно хранить данные, а значит, она позволяет взять новые высоты как в наращивании ёмкости SSD, так и в снижении их удельной стоимости. Конечно, при этом TLC 3D V-NAND имеет несколько более низкий ресурс по сравнению с MLC 3D V-NAND, но это не повод отказываться от неё в серверных накопителях. Во-первых, она всё равно вполне надёжна и гораздо выносливее обычной планарной TLC NAND. А во-вторых, не все серверные диски должны непременно иметь гигантский ресурс на запись: во многих средах серверные накопители переносят нагрузки, связанные в первую очередь с большим объёмом операций чтения данных. PM863 как раз и ориентируется на такие среды.


Внешне Samsung PM863, как и SM863, абсолютно обычный SATA-накопитель, выпускаемый в 2,5-дюймовом форм-факторе и имеющий толщину корпуса 7 мм. Но при этом линейка объёмов у него шире. Помимо ёмкостей 120, 240, 480, 960 Гбайт и 1,92 Тбайт в неё входит и беспрецедентно вместительный накопитель на 3,84 Тбайт. Именно здесь и проявляется преимущество TLC 3D V-NAND. Если сравнивать PM863 с прямыми конкурентами, а это в первую очередь Intel DC S3520, то окажется, что самсунговская альтернатива переплюнула их в разы в первую очередь в максимальной ёмкости. Переоценить же важность компактных и вместительных SSD для дата-центров очень тяжело.

Характеристики линейки Samsung PM863 выглядят следующим образом:


Безусловно, линейка с высокими ёмкостями входящих в неё моделей и невысокая (по серверным меркам) цена накопителей — хорошие причины, по которым Samsung PM863 может быть привлекателен. Однако закрывать глаза на производительность никто не собирается. Впрочем, она и не подводит. Как мы знаем на примере 850 EVO, TLC 3D V-NAND вполне способна обеспечивать высокую производительность, так что удивляться тому, что старшие модели PM863 мало отличаются по быстродействию от SM863, не приходится. Фактически, SM863 превосходит PM863 лишь на операциях случайной записи, что, учитывая предназначение рассматриваемой модели, вряд ли кого-то расстроит.

К тому же в Samsung PM863 есть полный набор возможностей, свойственных именно модели для дата-центров. В наличии дополнительная защита данных на всех этапах их обработки, усиленный контроль ECC, противодействие перебоям питания, поддержка расширенного мониторинга S.M. A.R.T. и динамический температурный троттлинг. Показатель UBER (вероятность возникновения неисправимой битовой ошибки) для PM863 установлен не том же уровне, что и в MLC-модели, 1/1017. Однако поддержки шифрования PM863, в отличие от более дорогого собрата, лишён.

Трёхмерная флеш-память производится по более крупным нормам в сравнении с планарной NAND, поэтому даже 32-слойная TLC 3D V-NAND второго поколения, на которой основан PM863, является вполне надёжным вариантом. Однако вместе с тем выносливость PM863 относительно SM863 существенно снижена: накопитель на базе TLC 3D V-NAND рассчитан на 1,3 перезаписи полного объёма ежедневно. Иными словами, эта модель позиционируется как решение для серверов, раздающих, а не сохраняющих данные. Благо, применений таких предостаточно: потоковые сервисы, веб-сервера, сети доставки (и дистрибуции) контента и проч.

Кроме того, конечные пользователи всегда могут дополнительно нарастить выносливость PM863 самостоятельно — через увеличение объёма зарезервированного пространства программным образом.

Внешний вид у Samsung PM863 абсолютно точно такой же, как и у SM863. Он тоже использует корпус, позаимствованный у 850 EVO, и разница только в наклейке. Но в данном случае это весьма важное обстоятельство, потому что 2,5-дюймовый серверный накопитель ёмкостью в несколько терабайт обычно подразумевает толщину порядка 15 мм. Samsung PM863 же использует стандартный 7-мм корпус даже в варианте на 3,84 Тбайт.


Мы же получили на тесты вариант PM863 объёмом 480 Гбайт. Внутри этого SSD обнаружилась точно такая же печатная плата, как мы видели в SM863. Она занимает не всё доступное пространство и предполагает установку до восьми микросхем памяти. Использовано в Samsung PM863 480 Гбайт только четыре позиции, на которые припаяны микросхемы, каждая из которых содержит внутри себя по восемь 128-гигабитных кристаллов 32-слойной TLC 3D V-NAND второго поколения. Надо сказать, что в старших моделях PM863 можно встретить и TLC 3D V-NAND третьего поколения — такая память опирается на 256-битные кристаллы.


Никакого специального охлаждения микросхем в рассматриваемом накопителе не обнаружилось. Очевидно, что Samsung опирается на технологию троттлинга, которая в отличие от пассивного теплоотвода даёт полную гарантию того, что SSD не будет перегреваться в серверных стойках. Причём, технология Samsung — динамическая. Она не просто сбрасывает частоту контроллера при достижении критических температур, как это делается в обычных потребительских SSD, а динамически управляет ей, не позволяя нагреву доходить до опасной черты.

Общая ёмкость массива флеш-памяти в Samsung PM863 480 Гбайт составляет 512 Гбайт. 13 процентов от этого объёма пользователю недоступно и используется контроллером в своих целях. Контроллер, который управляет этим массивом — это точно такой же чип Samsung Mercury, как мы уже видели в SM863. Разный характер этих моделей определяет лишь тип памяти и микропрограмма.

Также стоит отметить наличие в конструкции Samsung PM863 необходимого для кеширования обращений к таблице трансляции адресов и основанного на LPDDR3 DRAM-буфера, а также группы танталовых конденсаторов, предохраняющих накопитель от потерь данных в случае проблем с питанием.

Любопытно, что между моделями Samsung PM863 с разной ёмкостью существует заметное различие в уровне быстродействия, которое обусловлено разной степенью параллелизма массива флеш-памяти. Модель объёмом 480 Гбайт — это самый младший накопитель, в котором быстродействие не урезано. И это косвенно указывает на несколько более низкую скорость TLC 3D V-NAND по сравнению с MLC 3D V-NAND, ведь в модельном ряду SM863 пониженной производительностью обладает лишь самая младшая версия с объёмом 120 Гбайт.

Видимое различие в скоростях PM863 разной ёмкости отчасти объясняется ещё и тем, что в этой модели нет технологии TurboWrite, которая широко используется в потребительских SSD на основе TLC 3D V-NAND. Именно поэтому PM863 нельзя считать даже отдалённым родственником 850 EVO — это принципиально разные модели. Впрочем, удивляться отсутствию TurboWrite в накопителе для дата-центров не приходится. Для таких применений SLC-кеширование практически лишено смысла, поскольку помогает оно лишь на непродолжительных записях, свойственных персональным компьютерам, но никак не серверам.

В заключение же стоит сказать о том, что накопители Samsung, ориентированные на дата-центры, оказались не обделены фирменной сервисной утилитой Magician. Однако для PM863 и SM863 она своя собственная, лишённая какой бы то ни было красивой оболочки. Это — утилита командной строки, которая существует в версиях для Windows, RHEL, CentOS и Ubuntu. Но на её функциональности это не сказывается. Она может выполнять все основные задачи: Secure Erase, отображение S.M. A.R.T., изменение размеров резервной области, обновление микропрограммы, изменение настроек кеширования, отслеживания состояния накопителя, мониторинг температуры и общего здоровья SSD.

Методика тестирования


Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 10 Enterprise x64 Build 10586, 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 используются рандомизированные несжимаемые данные.

Размер раздела, в пределах которого тестируется скорость операций, имеет размер 32 Гбайт, а продолжительность каждого теста составляет сорок секунд. Такие параметры, в частности, позволят получать более релевантные результаты для тех SSD, которые используют различные технологии SLC-кеширования.

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 тридцати секунд, 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 тридцати секунд, 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 тридцати секунд, 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 операция чтения и записи блоками объёмом 128 Кбайт, выполняемых в два независимых потока и для случайных операций с блоками объёмом 4 Кбайт, которые выполняются в четыре независимых потока. В обоих случаях соотношение между операциями чтения и записи варьируется с шагом 20 процентов. Оценка скоростей выполняется в течение тридцати секунд, 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 5.1.2

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 Storage Benchmark 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 2.0. В качестве результатов теста учитывается как итоговая производительность, так и скорость выполнения отдельных тестовых трасс, сформированных различными приложениями.

Тестовый стенд и участники тестирования


В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Maximus VIII Ranger, процессором Core i5–6600K со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 530 и 8 Гбайт DDR4–2133 SDRAM. Приводы с SATA-интерфейсом подключаются к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI. Используется драйвер Intel Rapid Storage Technology (RST) 14.8.0.1042.

Несмотря на то, что Samsung SM863 и PM863 — это накопители, нацеленные на серверные применения, в настоящем тестировании мы проверяли возможность их использования в персональных компьютерах. Главное целью тестирования было определить, имеет ли смысл устанавливать эти более дорогие модели вместо флагманских SATA SSD в обычных десктопах. Поэтому в качестве конкурентов для SM863 и PM863 были взяты наиболее производительные обычные потребительские SSD.

В итоге, получился следующий перечень соперников:

Intel 730 Series 480 Гбайт (SSDSC2BP480G401, прошивка L2010410);
Plextor M6 Pro 512 Гбайт (PX-512M6Pro, прошивка 1.05);
Samsung 850 EVO 500 Гбайт (MZ-75E500, прошивка EMT02B6Q);
Samsung 850 PRO 512 Гбайт (MZ-7KE512, прошивка EXM02B6Q);
Samsung SM863 480 Гбайт (MZ-7KM480, прошивка GXM1003Q);
Samsung PM863 480 Гбайт (MZ-7LM480, прошивка GXT3003Q).

Производительность

Последовательные операции чтения и записи


Здесь Samsung SM863 и PM863 показывают себя как вполне обычные высокопроизводительные SATA SSD. Их скорость и при чтении, и при записи упирается в пропускную способность интерфейса. При этом при последовательной записи PM863 немного отстаёт от SM863, однако то, что в нём используется более медленная TLC 3D V-NAND, никоим образом не проявляется. И более того, скорость записи порядка 450 Мбайт/с — это не результат SLC-кеширования, которого у PM863 нет. Такую производительность при линейной записи этот SSD демонстрирует на всём массиве флеш-памяти. В подтверждение приведём график скорости линейной записи Samsung PM863 480 Гбайт из теста AIDA64.


Кроме того, мы проследили за масштабированием скорости линейных операций при росте глубины очереди запросов. Полученные результаты приведены ниже.


Никаких сюрпризов тут нет. Какой бы ни была очередь запросов, Samsung SM863 и PM863 отличаются неизменно высокой скоростью линейных операций. При этом преимущество более дорогого SM863 проявляется лишь при записи, и составляет оно не более 3–5 процентов.

Случайные операции чтения


При операциях случайного чтения различия в характере поведения Samsung SM863 и PM863 оказываются кардинальными. В то время как основанный на MLC 3D V-NAND SM863 показывает лидирующий уровень быстродействия, PM863, напротив, уступает всем конкурентам. И более того, здесь хорошо видно, что Samsung SM863 и PM863 не следует считать серверными аналогами 850 PRO и 850 EVO. В них используется иной контроллер Mercury, который под нагрузкой ведёт себя совершенно особым образом.

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


Впрочем, никаких принципиальных различий в производительности самсунговских накопителей тут не заметно. Кривые всех четырёх моделей, принявших участие в тестировании, очень близки.

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


Примерно то же самое можно сказать и про скорость случайного чтения блоков различного размера. Однако Samsung PM863 всё же несколько отстаёт от своих собратьев, что особенно проявляется при работе с блоками размером от 32 Кбайт.

Случайные операции записи


При случайной мелкоблочной записи на первом месте оказывается Samsung 850 EVO — единственный из тестируемых накопителей, который обладает поддержкой технологии TurboWrite. Однако нельзя сказать, что результаты Samsung SM863 и PM863 разочаровывают. Они лишь чуть медленнее.

Однако с увеличением глубины очереди запросов отличия между серверными и потребительскими моделями SSD компании Samsung стираются практически полностью. Это можно оценить по следующему графику, где показана зависимость скорости произвольной записи 4-килобайтными блоками от длины очереди команд.


При глубоких очередях запросов производительность любых SSD Samsung примерно одинакова. Однако нужно понимать, что речь тут идёт о десктопных нагрузках, когда операции носят непродолжительный характер. Если же посмотреть на то, как изменяется скорость произвольной записи с течением времени, то картина будет уже не такой однозначной.

Следующий график показывает производительность накопителей в течение длительного времени. На нём отображена скорость SSD при непрерывной двухчасовой случайной записи четырёхкилобайтными блоками с очередью запросов глубиной в 32 команды. Ценность такого эксперимента в том, что при этом у накопителей заканчивается заранее подготовленный пул чистых страниц, и они сталкиваются с необходимостью не только сохранять данные во флеш-память, но и предварительно очищать её.


Как видите, Samsung SM863 и PM863 заметно выделяются тем, что их производительность падает при продолжительной непрерывной записи меньше, чем у других накопителей. Более того, к концу двухчасового теста скорость SM863 превышает производительность Samsung 850 PRO более чем на 80 процентов, а PM863 превосходит Samsung 850 EVO в полтора раза.

Помимо этого, SM863 и PM863 интересны для серверного применения ещё и тем, что их моментальные скоростные показатели мало отличаются друг от друга на небольших временных интервалах. Иными словами, эти SSD работают абсолютно предсказуемо, и поэтому они могут эффективно сожительствовать в RAID-массивах с большим количеством участников.

Следующий график отражает зависимость производительности при случайной записи от размера блока данных.


Любопытно, что с блоками большого размера Samsung SM863 и PM863 работают не столь эффективно, как флагманские потребительские накопители. Так, обе эти модели уступают Samsung 850 PRO. Впрочем, все накопители конкурирующих производителей накопителям Samsung в этом тесте отстают.

Смешанная нагрузка

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 как последовательных, так и случайных операций, поступающих вперемежку. На следующей паре диаграмм мы приводим среднюю производительность, которая посчитана по данным шести измерений с разным соотношением количества операций чтения и записи.


Смешанные операции — это ещё один вид нагрузки, при котором должно проявляться преимущество моделей серверного предназначения. Так оно и получается. Samsung SM863 оказывается самым быстрым накопителем в тестах, а Samsung PM863, в основе которого лежит трёхмерная память с трёхбитовыми ячейками, уступает лишь потребительскому рекордсмену Samsung 850 PRO.

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