Производительные SSD с интерфейсом PCI Express так и не набрали популярность, однако новый стандарт M.2 вполне способен осуществить прорыв. Впрочем, и у интерфейса M.2 есть свои проблемы, о чём мы поговорим в нашей статье. ASRock выслала в нашу тестовую лабораторию материнскую плату Z97 Extreme6, оснащённую двумя одинаковыми слотами M.2. Накопитель Samsung XP941 имеет ёмкостью 512 Гбайт, в наших тестах мы сравним его с Plextor M6E PCI Express SSD и традиционными SSD SATA 6 Гбит/с. Мы также рассмотрим, насколько SSD выигрывает от слота "Ultra M.2" на материнской плате ASRock Z97 Extreme6 или поддержки слота M.2 через чипсет уже достаточно?
Если посмотреть на компоненты компьютера, то производительность жёстких дисков всегда возрастала очень незначительно, существенных приростов мы не получали, в отличие от CPU и видеокарт. Но это и неудивительно, поскольку жёсткие диски всегда упирались в механику. С появлением SSD всё изменилось: накопители перестали быть "узким местом".
Но определенные ограничения по-прежнему наблюдались. Они заключались уже не в среде хранения данных, а в интерфейсе. Современный интерфейс SATA способен обеспечивать скорость до 600 Мбайт/с, но на практике она редко достигает планки 550 Мбайт/с, и high-end SSD уже подступают к этому порогу. В нашу тестовую лабораторию не так давно поступил первый SSD M.2 - Plextor M6E, который показал не самые однозначные результаты. Теперь мы получили более интересное сочетание: материнская плата ASRock Extreme6 позволяет подключать SSD Samsung XP941 M.2 напрямую к CPU. В нашей статье мы рассмотрим нашу новую систему на основе Haswell, которая заменит предыдущую сборку на Sandy Bridge. Однако новые результаты тестов уже нельзя напрямую сравнивать с предыдущими.
Технические спецификации приведены в таблице:
| Производитель и модель | Samsung XP941 512 GB |
|---|---|
| Розничная цена | Н/Д |
| Сайт производителя | www.samsung.com |
| Технические спецификации | |
| Форм-фактор | M.2 2280 |
| Ёмкость (информация производителя) | 512 Гбайт |
| Ёмкость (после форматирования) | 477 GiB |
| Другие варианты ёмкости | 256, 512 Гбайт |
| Кэш-память | 512 Мбайт LPDDR2 |
| Контроллер | Samsung |
| Чипы памяти | MLC (Samsung, 20 нм) |
| Скорость чтения (информация производителя) | 1170 Мбайт/с |
| Скорость записи (информация производителя) | 930 Мбайт/с |
| Гарантия производителя | Нет (OEM) |
| Комплект поставки | - |
Материнская плата ASRock Z97 Extreme4 уже побывала в нашей тестовой лаборатории. Но в данной статье мы рассмотрим возможности для использования SSD стандарта M.2, поэтому нам больше интересно подключение накопителей в модели Extreme6. Материнские платы ASRock Z97 Extreme4 и Extreme6 имеют очень много сходств, у последней вы получите больше интерфейсов, в том числе и второй слот M.2.
Мы будем использовать накопитель Samsung XP941. Он использует "родной" интерфейс PCI Express без преобразования в протокол SATA. В этом кроется основное отличие от других накопителей PCI Express, побывавших в нашей тестовой лаборатории ранее. Чаще всего они представляли собой два SATA SSD, соединенных вместе на плате с RAID-контроллером. Накопитель Plextor M6E занимает отдельное положение, поскольку там на плате использовался один контроллер. Но, скорее всего, в одном чипе были объединены SSD- и RAID-контроллеры.
Samsung XP941 поддерживает AHCI, так что для определения SSD драйвер не требуется. Подключение накопителя выполняется через четыре линии PCI Express второго поколения, которые обеспечивают пропускную способность до 2000 Мбайт/с. Напомним, что в случае стандарта SATA 6 Гбит/с и теоретической пропускной способности 600 Мбайт/с на практике мы получали на 50-70 Мбайт/с меньше. В любом случае, накопитель должен обеспечивать приличный уровень производительности.
Samsung XP941 имеет форм-фактор M.2 2280, то есть длина составляет 8 см. Вместе с тем Samsung не стала использовать всю длину. По аппаратной начинке Samsung XP941 опирается только на компоненты собственного производства, причём деталей не раскрывается. Ёмкость 512 Гбайт набрана четырьмя чипами памяти MLC, каждый ёмкостью 128 Гбайт или 1024 Гбит. Подобная высокая плотность была получена Samsung путём упаковки 16 кристаллов на чип, необычно высокий уровень. Так что ёмкость одного кристалла составляет 1024/16 = 64 Гбит. Как и Crucial, Samsung самостоятельно производит флэш-память, но в случае протестированного ранее MX100 Crucial пошла другим путём, увеличив ёмкость до впечатляющих 256 Гбит на кристалл. Samsung же предпочла установить больше кристаллов в один чип, причина тому понятна: производительность. Поскольку каждый кристалл адресуется отдельно, большее число кристаллов может дать более высокую производительность, если контроллер сможет параллельно работать с большим количеством кристаллов – что как раз и получается в случае Samsung XP941.
О работе контроллера дополнительной информации нет, но технически он должен быть близок к контроллеру в накопителях Samsung 840 Pro/EVO. В любом случае, Samsung XP941 – это накопитель OEM, поэтому Samsung напрямую не предоставляет образцов, а также не обеспечивает поддержку. Ситуация очень сильно напоминает первые потребительские SSD SATA от Samsung, которые сначала появились в виде OEM-продукта или продавались под другими брендами. Поэтому остаётся открытым вопрос, как Samsung планирует представлять XP941. Но мы всё же считаем, что Samsung XP941 появится на розничном рынке.
У стандарта M.2 есть несколько вариантов, которые физически и электрически отличаются друг от друга. Начнём с разных типов, следующая иллюстрация была получена из руководства ASRock Z97 Extreme6:
Накопители для слота M.2 выпускаются в пяти вариантах форм-фактора, от 3 см до 11 см. Материнская плата ASRock поддерживает любые длины, но в ноутбуках ситуация может отличаться. Так что мы рекомендуем проверять максимальную допустимую длину. Габариты SSD можно определить с первого взгляда, чего не скажешь об электрическом подключении. Интерфейс M.2 не означает автоматического использования PCI Express, накопитель может работать и через SATA.
SSD может подключаться несколькими способами. Как мы упомянули выше, интерфейс M.2 может работать через SATA 6 Гбит/с. В таком случае вы получите те же ограничения, что и у любых других портов SATA. Преимущество M.2 здесь кроется в менее громоздком стандартизированном форм-факторе по сравнению с обычными SSD. В принципе, данная опция соответствует нынешнему стандарту mSATA, разве что в альтернативном формате.
Но есть и альтернатива: четыре линии PCI Express на M.2. Данный способ далее разделяется по работе с накопителем со стороны драйвера. Драйвер AHCI в данном случае можно рассматривать как "узкое место", поскольку он не оптимально подходит для SSD, зато AHCI-совместимые накопители, в том числе Plextor M6E или Samsung XP941, можно использовать в любой AHCI-совместимой системе, то есть практически на всех компьютерах. Третий способ снимает все "тормоза" в виде интерфейсов SATA и/или AHCI, поскольку он опирается на спецификацию NVM Express (NVME) и совместимые SSD. Но здесь необходима полная поддержка со стороны операционной системы. Microsoft поддерживает NVME только в версии Windows 8.1, старые версии Windows (пока) не поддерживаются.
Но здесь важно отметить, что накопители PCI Express не всегда являются загрузочными. Plextor решила эту проблему с M6E, добавив собственный BIOS, который инициализируется при загрузке компьютера, накопитель становится загрузочным. Но с Samsung XP941 такого не произошло, на большинстве систем вы не сможете использовать этот накопитель в качестве загрузочного. Если только в BIOS материнской платы не добавлены соответствующие компоненты. Как раз у Z97 Extreme6 от ASRock такие компоненты есть.
Ранее описанные опции подключения касаются самого накопителя, но остаётся вопрос поддержки соответствующего слота на материнской плате, а именно количества подведенных линий. Кроме количества линий, играет роль их подключение: к чипсету или напрямую к CPU. В первом случае поддерживаются, максимум, линии PCI Express Gen2, во втором случае – уже PCI-Express Gen3. Большинство производителей материнских плат предусматривают подключение M.2 к чипсету, например, та же ASRock Extreme4. Но у Extreme6 часть линий "откусывается" от видеокарты, чтобы накопитель смог показать наилучшую производительность – по крайней мере, это касается одного из двух слотов M.2. ASRock как раз называет эту функцию "Ultra M.2". Ниже представлена таблица распределения линий на материнской плате Z97 Extreme6 от ASRock.
| Один GPU | Два GPU | Активный слот M2_1 | |
|---|---|---|---|
| PCIE2 | 16x | 8x | 8x |
| PCIE4 | 0x | 8x | 4x |
| M2_1 | 0x | 0x | 4x |
В максимальной конфигурации с двумя видеокартами и накопителем в первом слоте M.2, на две видеокарты остаются восемь или четыре линии PCI Express, а на слот M.2 выделяются четыре линии. Третий слот PCIe x16 электрически подключен всего к двум линиям чипсета, как и второй слот M.2, в которой, в отличие от первого слота, можно устанавливать и накопители с интерфейсом SATA.
При использовании SSD M.2 следует учитывать несколько нюансов. ASRock опубликовала на сайте таблицу совместимости с CPU и памятью, а также список совместимых SSD. На данный момент он невелик, в нём присутствуют накопители PCI Express от Plextor M6E, SanDisk A110 (SD6PP4M) и наш Samsung XP941. Поддерживаются накопители M.2 в режиме SATA ADATA AXNS381E, Crucial M500 M.2, Intel SSD 530 Series M.2 и Kingston RBU SNS8400S3.
Аппаратное обеспечение
- ASRock Z97 Extreme6 (BIOS 1.30)
- Intel Core i5-4570, 4x 3,20 ГГц
- 2x 4 Гбайт Kingston DDR3-1333
- NVIDIA GeForce 580 GTX
- Corsair Force LS (системный)
Программное обеспечение
- Microsoft Windows 8.1 Professional 64-Bit
- AS SSD Benchmark 1.7.4739.38088 (Скачать)
- Iometer 1.1.0 (Скачать)
- Futuremark PCMark 8 v2.0.228 (Скачать)
Прочие настройки и примечания
Если не указано иное, все накопители тестировались на портах SATA 6 Гбит/с чипсета Z97. Чтобы минимизировать случайные перепады производительности, мы отключили BIOS SpeedStep и все C-состояния, а также режим Turbo. Кроме того, мы отключили LPM (Link Power Management) через реестр.
Iometer можно назвать универсальным тестом, который оценивает чистую производительность накопителя практически во всех мыслимых сценариях доступа. Последняя версия теста также получила возможность выбирать, какие данные использовать. В частности, интересны опции "Repeating bytes/повторяющиеся байты" и "Full random/полностью случайные". Первая опция всегда использует одни и те же повторяющиеся данные, поэтому контроллер может существенно сжимать данные. Сжатие данных выполняют далеко не все контроллеры, однако у некоторых контроллеров (того же SandForce) реализована "прозрачная" система сжатия, которая, в зависимости от используемых данных, позволяет увеличивать пропускную способность. Вторая опция создает буфер данных в 16 Мбайт с высокой энтропией, и сжатие таких данных очень сильно затруднено (если вообще возможно). Все это позволяет выполнять на контроллере со встроенной системой сжатия два тестовых прогона, один из которых оперирует полностью случайными данными ("Full random"). Прогоном по умолчанию является режим с повторяющимися байтами ("Repeating bytes"), что соответствует инструкциям производителя.
Для настольных систем характерна минимальная очередь запросов (глубина очередь команд, QD). Иногда она может ненамного повышаться, но всё равно остаётся в пределах однозначных значений. Тесты с глубиной очереди QD 32 позволяют SSD раскрыть свой потенциал в полной мере. Подобная глубина очереди команд возможна и в обычных ситуациях, но только в многопользовательском или серверном окружении.
Тест 4K задействует 8 млн. логических секторов по 512 байт; тест последовательного чтения/записи задействует почти полную ёмкость накопителя.
Iometer
Чтение блоками 4K (QD 1)
Iometer
Запись блоками 4K (QD 1)
Iometer
Чтение блоками 4K (QD 3)
Iometer
Запись блоками 4K (QD 3)
Iometer
Чтение блоками 4K (QD 32)
Iometer
Запись блоками 4K (QD 32)
Iometer
Последовательное чтение (QD 1)
Iometer
Последовательная запись (QD 1)
По работе с небольшими блоками данных накопитель Samsung SSD 850 PRO по-прежнему в лидерах. Но Samsung XP941 выигрывает от высокой скорости последовательной передачи благодаря более быстрому интерфейсу, разница с интерфейсом SATA 6 Гбит/с хорошо заметна.
Тест AS SSD был разработан, как можно догадаться по названию, специально для SSD. Он использует полностью несжимаемые данные, поэтому данный тест относится к сценариям худшего случая для контроллеров с технологиями сжатия. Последовательный тест и тест блоков по 4K выполняются с единичной глубиной очереди. Опять же, для настольных систем тест 4K с единичной глубиной очереди QD 1 наиболее важен, а тест с глубиной QD 64 вновь демонстрирует максимальные возможности SSD (с активной NCQ).
AS SSD Benchmark
Чтение блоками 4K (QD 1)
AS SSD Benchmark
Запись блоками 4K (QD 1)
AS SSD Benchmark
Чтение блоками 4K (QD 64)
AS SSD Benchmark
Запись блоками 4K (QD 64)
AS SSD Benchmark
Последовательное чтение (QD 1)
AS SSD Benchmark
Последовательная запись (QD 1)
Тест AS SSD подтверждает результаты на предыдущей странице. Здесь мы вновь наблюдаем падение последовательной пропускной способности при переводе Samsung XP941 на две линии вместо четырёх: из теоретически возможных 1000 Мбайт/с накопитель получает только 760 Мбайт/с. Но подключение по четырем линиям позволяет преодолеть магическую планку в 1000 Мбайт/с.
Тест копирования данных, как можно догадаться по названию, показывает, с какой скоростью можно копировать данные. Мы выполняли тесты типичных сценариев: ISO (два больших файла), программы (много мелких файлов), игры (смесь мелких и крупных файлов).
AS SSD Benchmark
Тест копирования - ISO
AS SSD Benchmark
Тест копирования - приложения
AS SSD Benchmark
Тест копирования - игры
Результаты не удивляют, причина кроется в очень высокой последовательной производительности, которую мы наблюдали в двух предыдущих тестах.
Синтетические тесты представляют собой экстремальные случаи. В повседневных условиях компьютер использует разные паттерны доступа, от небольших блоков данных до крупных последовательных передач. Мы симулировали подобную нагрузку с помощью записи паттерна во время использования системы. Мы записывали паттерн во время прогона тестового пакета PCMark 8, который включает в себя несколько приложений, каждое считывает и записывает определенное количество данных, как можно видеть по следующей таблице. Тестовые данные не являются сжимаемыми.
| Профиль приложения | Всего считано | Всего записано |
|---|---|---|
| Adobe Photoshop light | 313 MB | 2336 MB |
| Adobe Photoshop heavy | 468 MB | 5640 MB |
| Adobe Illustrator | 373 MB | 89 MB |
| Adobe InDesign | 401 MB | 624 MB |
| Adobe After Effects | 311 MB | 16 MB |
| Microsoft Word | 107 MB | 95 MB |
| Microsoft Excel | 73 MB | 15 MB |
| Microsoft PowerPoint | 83 MB | 21 MB |
| World of Warcraft | 390 MB | 5 MB |
| Battlefield 3 | 887 MB | 28 MB |
В отличие от предыдущего теста Futuremark PCMark 7 в новой версии было удалено сжатие во время бездействия (idle time compression), поэтому паттерн лучше соответствует реальным приложениям. Раньше мы публиковали результат PCMark в виде баллов, теперь мы перейдём к теоретической пропускной способности. Она рассчитывается путём деления объёма считанных и записанных данных (см. таблицу) на время обработки запросов. Более высокая пропускная способность означает, что время ожидания накопителя будет меньше, время отклика приложения тоже сокращается.
Futuremark PCMark 8
Storage - Общая производительность
В данном тесте Samsung XP941 помогает высокая последовательная скорость передачи. Производительность при большой глубине очереди не такая высокая, но здесь она не так важна. Как можно видеть по результатам теста, переход с подключения четырьмя линиями на две приводит к заметному ухудшению результата.
На предыдущем графике приводится пропускная способность накопителей при выполнении тестового прогона, состоящего из отдельных приложений. Мы продолжаем с двумя игровыми тестами, начиная со входа в игру, считывания сейва в Battlefield 3 и заканчивая игровым процессом.
Futuremark PCMark 8
Storage - Battlefield 3
Futuremark PCMark 8
Storage - World of Warcraft
Чтобы протестировать производительность накопителей в офисных приложениях, мы использовали PowerPoint, Excel и Word из пакета Microsoft Office. В данном случае открывался документ, редактировался, сохранялся, после чего приложение закрывалось.
Futuremark PCMark 8
Storage - Microsoft Powerpoint
Futuremark PCMark 8
Storage - Microsoft Excel
Futuremark PCMark 8
Storage - Microsoft Word
Офисные приложения не так требовательны к подсистеме хранения, чего не скажешь о программах Adobe. В частности, в тесте "Adobe Photoshop (Heavy)" записываются большие объёмы данных, открывается файл PSD, редактируется и сохраняется в разных форматах.
Futuremark PCMark 8
Storage - Adobe After Effects
Futuremark PCMark 8
Storage - Adobe Indesign
Futuremark PCMark 8
Storage - Adobe Illustrator
Futuremark PCMark 8
Storage - Adobe Photoshop (heavy)
Futuremark PCMark 8
Storage - Adobe Photoshop (light)
По производительности накопитель Samsung XP941 выходит в лидеры в тесте Photoshop. Здесь открываются и сохраняются большие файлы, так что высокая последовательная скорость передачи данных приводит к минимальным задержкам.
Тест PCMark 8 "Expanded Storage" состоит из двух частей, "Consistency test" (теста целостности) и "Adaptivity test" (теста адаптивности). Последний показывает, насколько хорошо подсистема хранения может адаптироваться к определенной нагрузке. Для нас интересен первый тест, показывающий потери производительности накопителя. Раньше мы для той же цели использовали стрессовую нагрузку HDTach и Iometer: мы измеряли последовательную производительность в новом состоянии SSD, затем накладывали экстремальную нагрузку Iometer, после чего производительность многих накопителей падала на 50% или даже сильнее. Данный тест позволяет оценить производительность в ситуации худшего случая.
Процедура PCMark 8 намного ближе к повседневным условиям: на первой фазе ёмкость накопителя заполняется два раза, второй проход гарантирует, что заполняется память, недоступная пользователю. На второй фазе (Degrade) накопитель восемь раз нагружается операциями случайной записи, первый проход занимает 10 минут, каждый последующий проход выполняется на пять минут дольше. После каждого прохода измеряется производительность. На третьей фазе (Steady State) выполняются ещё пять прогонов вместо 45-минутного прогона, параллельно измеряется производительность. На последней фазе (Recovery) измеряется производительность после периода бездействия в пять минут. Данное измерение повторяется пять раз, включая период бездействия, чтобы дать накопителю возможность восстановиться.
Следующие два графика показывают задержки доступа чтения или записи на разных фазах тестируемых накопителей. Мы не стали проводить большое количество тестов, а выбрали профиль "Photoshop Heavy", где считывается 468 Мбайт и записывается 5640 Мбайт. Конечно, и данный тест, и наши предыдущие тесты с HDTach и Iometer по-своему интересны, но для повседневных условий работы приведенные здесь результаты всё же более актуальны.
На следующей диаграмме показана пропускная способность, которую мы измеряли на предыдущих двух страницах. Она как раз высчитывалась во всех профилях.
Результаты Samsung XP941 в данном тесте можно назвать очень хорошими. Накопитель не только показал минимальную задержку, но и хорошо повел себя в стрессовом тесте PCMark 8. Задержка записи настолько мала, что её сложно разглядеть на диаграмме по сравнению с другими накопителями – значения составляют примерно половину миллисекунды. Crucial MX100 с такой же ёмкостью показывает себя существенно хуже, Samsung SSD 850 PRO и Corsair Neutron GTX оказались в данном отношении лучше. По пропускной способности Samsung XP941 под интенсивной нагрузкой (от Degrade 1 до Steady 5) падает до уровня Samsung SSD 850 PRO с такой же ёмкостью. Но на этапе восстановления расстояние между накопителями вновь существенно увеличивается.
Накопитель Samsung XP941 PCI Express SSD, вне всякого сомнения, получился замечательным. Результаты тестов говорят сами за себя, XP941 оставляет позади обычные накопители с интерфейсом SATA 6 Гбит/с, особенно по последовательной скорости передачи. В зависимости от приложения производительность чувствуется в реальных условиях, например, при работе с Photoshop и крупными изображениями. Результаты тестов показывают, что скорость последовательной передачи может быть довольно важной на практике.
Но награду мы выдать не можем, так как Samsung XP941 официально не поставляется в розницу, он позиционируется как OEM-накопитель для клиентов Samsung. В России Samsung XP941 мы не обнаружили, в Европе на Amazon можно приобрести 512-Гбайт версию за 499,99 евро. Гарантию вы получите от дилера, но сама Samsung не даёт на OEM-продукты гарантии и не обеспечивает поддержки.
Но хотя XP941 от Samsung отлично показал себя в наших тестах, некоторые проблемы не позволяют раскрыть потенциал SSD PCI Express. Если вы хотите получить максимальную производительность, то необходим слот M.2 с полным подключением, который есть на материнской плате ASRock Extreme6. На большинстве материнских плат Z97 есть слоты M.2, но они подключаются через две линии, а не четыре. Виноваты в этом не только производители материнских плат, но и Intel, поскольку интерфейс DMI между CPU и чипсетом тоже является "узким местом".
Конечно, можно приобрести плату-адаптер, позволяющую устанавливать накопитель в слот PEG для видеокарт. Пока что мы не встречали на рынке решений, подобных ASRock Extreme6, позволяющих выделять линии для видеокарт на слот M.2. В таком случае "узкое место" в виде DMI между процессором и чипсетом можно обойти. Остаётся проблема загрузки. У Samsung XP941 нет собственного BIOS, поэтому необходима поддержка со стороны материнской платы. И наша ASRock Z97 Extreme6 как раз относится к немногим моделям, на которых возможна загрузка Samsung XP941. Другие производители тоже, скорее всего, последуют и представят соответствующие обновления BIOS.
ASRock Z97 Extreme6 – идеальная платформа для скоростного SSD с интерфейсом M.2, на которой отлично себя чувствует Samsung XP941 – хотя его довольно трудно купить. Будем надеяться, что Samsung изменит свою политику и представит розничную версию XP941. Но, по крайней мере, теперь вы знаете, в каком направлении сегодня движется рынок SSD. Будет интересно протестировать первые PCI Express SSD со стандартом NVME!
Преимущества Samsung XP941:
- Очень высокая производительность в повседневных приложениях
- Последовательная скорость передачи порядка одного гигабайта в секунду
- Родная поддержка PCI Express
Недостатки Samsung XP941:
- На данный момент доступен только через OEM-каналы (без официальной поддержки и гарантии)
- Возможность загрузки с накопителя только при соответствующей поддержке со стороны материнской платы