Несколько месяцев назад Samsung объявила следующий шаг в производстве памяти NAND, а именно память 3D NAND с 48 слоями. Теперь эта память впервые увидела свет в накопителях Samsung SSD 850 EVO, причем корейский производитель не стал менять название. И обновленные SSD постепенно заменят старые модели на рынке. В статье мы рассмотрим, какие изменения произошли в новой памяти, как они повлияют на производительность, и как 850 EVO покажет себя по сравнению с конкурентами.
В прошлом не раз бывали случаи, когда производители меняли используемую память, но оставляли прежнее название продукта. Такой шаг не всегда положительно сказывался на производительности, поэтому компании зачастую его не афишировали. Samsung решила пойти иным путем, предоставив нам образцы новых Samsung SSD 850 EVO, чтобы мы смогли оценить разницу.
Увеличение слоев памяти 3D V-NAND дает привычные преимущества: более высокая плотность хранения данных приводит к уменьшению площади на кристалле, что снижает себестоимость производства. При переходе на новый техпроцесс мы получаем схожий эффект, но меньшие структуры могут привести к негативным последствиям, таким как снижение надежности и производительности. К счастью, данные эффекты не должны прослеживаться в случае простого увеличения числа слоев – техпроцесс остается прежним.
В таблице приведены технические спецификации накопителя:
| Производитель и модель | Samsung SSD 850 EVO v3 |
|---|---|
| Цена | 7,1 тыс. рублей (250 Гбайт) 84,90 евро (250 Гбайт) 12,1 тыс. рублей (500 Гбайт) 147,90 евро (500 Гбайт) 25,1 тыс. рублей (1 Тбайт) 288 евро (1 Тбайт) |
| Сайт производителя | www.samsung.com |
| Технические спецификации | |
| Форм-фактор | 2,5" |
| Интерфейс | SATA |
| Протокол | AHCI |
| Прошивка | EMT02B6Q |
| Ёмкость (информация производителя) | 250 Гбайт, 500 Гбайт, 1 Тбайт |
| Ёмкость (после форматирования) | 233, 466, 932 GiB |
| Варианты ёмкости | 120 GB*, 250 GB, 500 GB, 1 TB, 2 TB** |
| Кэш-память | 512 MB LPDDR3 (250, 500 GB) 1 GB LPDDR3 (1 TB) |
| Контроллер | Samsung MGX |
| Чипы памяти | Samsung 48 Layer TLC 3D-NAND |
| Скорость чтения (информация производителя) | 540 Мбайт/с |
| Скорость записи (информация производителя) | 520 Мбайт/с |
| Гарантия производителя | Пять лет |
| Комплект поставки | - |
* с 32-слойной NAND ** со второго квартала с 48-слойной NAND
Память 3D V-NAND была представлена вместе с high-end накопителями Samsung SSD 850 PRO, позднее память нашла применение и в линейке Samsung SSD 850 EVO для массового рынка. Новая версия 850 EVO была названа Samsung 850 EVO "v3", цифра здесь как раз означает третье поколение памяти 3D. В результате линейка 850 EVO существует в двух версиях. Кроме того, новая 3D-память нашла применение еще в одном накопителе Samsung, а именно Samsung Portable SSD T3 – он предоставляет емкость до 2 Тбайт в очень компактном формате.
Идею 3D-памяти можно объяснить довольно просто: ячейки памяти 2D, как можно догадаться по названию, планарные, тот есть располагаются в одной плоскости. И если вы хотите увеличить количество ячеек, то придется идти на увеличение площади кристалла. Кристаллы большой площади производить намного дороже, поэтому 2D-память уперлась в порог своего роста. И кроме дальнейшего уменьшения техпроцесса увеличить плотность расположения ячеек не представляется возможным. С уменьшением техпроцесса не все так просто, поскольку сказываются физические ограничения. В случае 3D-памяти ячейку памяти можно представить в виде цилиндра. И данные цилиндры могут устанавливаться друг на друга в несколько слоев.
Цилиндры устанавливаются друг на друга, что позволяет памяти «расти» в высоту, хотя основание остается прежним. Такой способ позволяет существенно увеличить плотность хранения данных. После оригинальной версии 3D-памяти в SSD 850 PRO, в накопителе Samsung SSD 850 EVO использовался вариант с 32 слоями и 3-битными ячейками (TLC).
В новой версии Samsung SSD 850 EVO число слоев было увеличено на 50% до 48. Ячейки по-прежнему хранят три бита информации. На практике плотность хранения данных увеличивается меньше теоретического уровня 50%, поскольку часть площади чипа уходит на схемы управления памятью. В 2017 году Samsung планирует увеличить число слоев до 100, что позволит выпускать SSD в 2,5-дюймовом формате емкостью в несколько терабайт. Нынешний уровень 48 слоев достаточен для емкости 4 Тбайт, такую модель Samsung планирует выпустить во втором квартале 2016. Накопитель 850 EVO емкостью 1 Тбайт доступен еще с февраля, вариант 850 EVO на 2 Тбайт появится одновременно с 4-Тбайт версией 850 EVO.
Кроме памяти в вариантах на 250 и 500 Гбайт никаких изменений не произойдет. Но в 1-Тбайт версии контроллер MEX уступит место варианту MGX. В результате во всех моделях будет использоваться одинаковый контроллер. То же самое касается кэша DRAM, в 1-Тбайт модели ранее использовалась память LPDDR2, с переходом на новую память NAND кэш перейдет на LPDDR3, как у остальных моделей. По расчетным объемам записываемых данных изменений не произошло. Для емкости 250 Гбайт мы по-прежнему получаем 75 Тбайт TBW, для 500 Гбайт и 1 Тбайт – 150 Тбайт TBW.
Существенный прирост производительности SSD получают из-за одновременного обращения к нескольким чипам памяти параллельно: в потребительском сегменте обычно используется от четырех до восьми каналов, в корпоративных SSD – до десяти каналов, по которым контроллер работает с флэш-памятью. Увеличение плотности хранения данных, как в случае Samsung SSD 850 EVO v3, приводит к уменьшению числа чипов памяти. Возможно, по этой причине Samsung не захотела обновлять 120-Гбайт версию 850 EVO, которая по-прежнему опирается на память NAND с 32 слоями.
Как можно видеть на фотографиях, емкость 250 Гбайт теперь достигается всего одним чипом, хотя раньше их требовалось два. Даже у 500-Гбайт накопителя число чипов памяти уменьшилось в два раза, с четырех до двух. То же самое касается и 1-Тбайт версии, здесь удалось уменьшить размер печатной платы.
Чтобы увеличить производительность на небольшой период времени, многие производители опираются на кэш псевдо-SLC. Samsung называет этот кэш Turbo Write, его емкость зависит от емкости накопителя. Накопители на 120 и 250 Гбайт используют 3 Гбайт кэша, 500-Гбайт модель получает уже шесть гигабайт, а накопитель на 1 Тбайт – 12 Гбайт. Кэш ускоряет операции записи, поскольку память в режиме SLC записывается гораздо быстрее. Ниже мы протестировали влияние кэша Turbo Write: в первой колонке мы проводили последовательную запись на накопитель в течение пяти секунд, измеряя скорость. Во второй колонке мы увеличили время записи до 60 секунд, но скорость мы измеряли на протяжении последних пяти секунд.
| С кэшем | Без кэша | |||
|---|---|---|---|---|
| Емкость | 250 GB | 1 TB | 250 GB | 1 TB |
| Последовательная скорость записи (Мбайт/с) | 465,45 | 465,11 | 319,57 | 465,21 |
В случае 1-Тбайт накопителя кэш Turbo Write не успевал заполниться, поэтому скорость оставалась прежней. Но у 250-Гбайт SSD скорость после заполнения кэша Turbo Write снизилась примерно на 30%.
Аппаратное обеспечение
- ASRock Z97 Extreme6 (BIOS 2.10)
- Intel Core i5-4570, 4x 3,20 ГГц
- 2x 4 Гбайт Kingston DDR3-1333
- NVIDIA GeForce 580 GTX
- Corsair Force LS 240 GB (системный)
Программное обеспечение
- Microsoft Windows 8.1 Professional 64-Bit
- AS SSD Benchmark 1.7.4739.38088 (Download)
- Iometer 1.1.0 (Download)
- Futuremark PCMark 8 v2.0.228 (Download)
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)
В данном тесте Samsung SSD 850 EVO v3, как и первая версия накопителя, показывает очень хорошие результаты.
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)
И вновь Samsung SSD 850 EVO v3 показал убедительные результаты. А по чтению небольших блоков он вполне может конкурировать с накопителями PCI Express.
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
Среди накопителей SATA SSD новый Samsung SSD 850 EVO v3 показывает очень хорошие результаты, зачастую даже превосходные. Впрочем, он уступает накопителям PCI Express с их высокой последовательной пропускной способностью.
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 | 2.336 MB |
| Adobe Photoshop heavy | 468 MB | 5.640 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
По повседневной производительности Samsung SSD 850 EVO тоже показал себя весьма достойно. Переход на новую память дал небольшой прирост производительности, накопитель располагается сразу за моделями PCI Express.
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)
В отдельных тестах мы не обнаружили ничего необычного.
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.
Накопитель OCZ Vector 180 в данном тесте дает сравнительно стабильные результаты, которые можно назвать великолепными, но Samsung SSD 850 EVO под интенсивной нагрузкой теряет производительность. Особенно это касается младшей 120-Гбайт версии, производительность резко падает, задержки записи стремительно увеличиваются. При прямом сравнении 1-Тбайт версий новый 850 EVO v3 обгоняет старый SSD.
Энергопотребление SSD для настольных компьютеров роли не играет, но для ноутбуков оно довольно важно. Ноутбук может продержаться несколько часов вдали от розетки только в том случае, если его компоненты ориентированы на максимальную экономию. Конечно, самыми «прожорливыми» компонентами ноутбука остаются дисплей и CPU, но энергопотребление SSD заметно влияет на общую картину. Особенно важно энергопотребление в режиме бездействия, поскольку именно в нем SSD находится большую часть времени.
На диаграммах ниже показано энергопотребление в режиме бездействия и под нагрузкой. Для измерения энергопотребления, в отличие от тестов производительности, мы активировали HIPM и DIPM. Нагрузку мы симулировали с помощью теста Iometer и профиля IOMix, сочетающего операции чтения и записи с блоками разных размеров. Также мы приводим график энергопотребления от времени.
Как можно видеть, энергопотребление накопителей через какое-то время увеличивается. Причина кроется в кэше Turbo Write: после того, как кэш в режиме SLC будет заполнен, накопителю приходится записывать уже в режиме TLC. В нем каждая ячейка хранит уже три бита, что приводит к более сложному процессу программирования, увеличивающему энергопотребление. Подобный переход выполняется в разное время, поскольку у более емких моделей Samsung SSD 850 EVO кэш Turbo Write тоже больше. На графике не видно, но после снятия нагрузки энергопотребление не снижается сразу же до уровня бездействия, поскольку контроллеру сначала необходимо очистить кэш Turbo Write.
Энергопотребление
Бездействие
Энергопотребление
Нагрузка (IOMix)
В режиме бездействия энергопотребление всех накопителей очень низкое. Под нагрузкой новые версии Samsung SSD 850 EVO потребляют тоже немного энергии, намного меньше, чем старые SSD с 32-слойной памятью NAND.
Интересно соотнести производительность накопителя с энергопотреблением. На следующих двух диаграммах показана производительность под профилем IOMix, а также эффективность, то есть соотношение производительности и энергопотребления. Накопитель с высоким энергопотреблением может оказаться довольно эффективным, если он даст такой же высокий уровень производительности.
IOMix-Benchmark
Производительность
Эффективность
Производительность на Вт
Большая производительность и меньшее энергопотребление Samsung SSD 850 EVO v3 привела к заметному отрыву по эффективности. При прежней емкости новые версии SSD оказываются заметно более эффективными. Обратите внимание на разрыв по эффективности 250-Гбайт SSD.
Переход Samsung SSD 850 EVO на третье поколение 3D-памяти можно назвать успешным. Другие производители и раньше переводили SSD на новую менее дорогую память, что часто сопровождалось падением производительности и вызывало справедливые нарекания пользователей. Но в случае Samsung SSD 850 EVO новая версия, напротив, демонстрирует прирост производительности между 6 и 14 процентами по сравнению с первой серией.
Накопитель оказался среди лидеров в наших тестах, по крайней мере, если учитывать SATA SSD. Модели PCI Express работают намного быстрее, но и стоят они дороже. Новое семейство не только обеспечило прирост производительности, но и снизило энергопотребление, что довольно важно для мобильных компьютеров.
Samsung SSD 850 EVO – очень быстрый и качественный накопитель, что подчеркивает пятилетняя гарантия. Кроме того, цены корейского производителя приятно радуют. Все это позволяет присудить новому семейству нашу награду «Отличное железо».
| OCZ Vector 180 | Crucial MX200 | Samsung 850 EVO | |
|---|---|---|---|
| 250 GB | 9,4 тыс. рублей 114,90 евро |
7,9 тыс. рублей 77,25 евро |
7,1 тыс. рублей 84,90 евро |
| 500 GB | 15,7 тыс. рублей 194 евро |
13,2 тыс. рублей 132,49 евро |
12,1 тыс. рублей 147,90 евро |
| 1000 GB | 29,3 тыс. рублей 348 евро |
25,2 тыс. рублей 278 евро |
25,1 тыс. рублей 289,50 евро |
Поставки новых версий Samsung SSD 850 EVO емкостью 250 Гбайт, 500 Гбайт и 1 Тбайт начались еще с февраля. Вариант 850 EVO 2 Тбайт будет выпущен во втором квартале, тогда же Samsung намеревается представить версию на 4 Тбайт. «Младшая» модель на 120 Гбайт на новую память переводиться не будет, накопитель по-прежнему использует 32-слойную память.
Преимущества Samsung SSD 850 EVO (v3):
- Великолепная производительность
- Уменьшенное энергопотребление
- Доступны модели до 4 Тбайт (во втором квартале 2016)
Недостатки Samsung SSD 850 EVO (v3):
- «Младшая» версия на 120 Гбайт с новой памятью не выйдет