Pcie ssd что это

Записки IT специалиста

Твердотельные накопители (SSD) за последние годы стремительно улучшают свои показатели, выходя на рубежи производительности, которые еще недавно казались недостижимыми. Это сделалось возможным при переходе на шину PCI Express и протокол NVMe, такие диски не имеют ничего общего с SATA и являются новым типом накопителей, изначально рассчитанных на использование твердотельной памяти. При этом вокруг них до сих пор гуляет множество мифов и заблуждений, что порой очень мешает сделать правильный выбор, поэтому сегодня мы постараемся отделить зерна от плевел и рассказать о том, что действительно важно при выборе такого диска.

Научиться настраивать MikroTik с нуля или систематизировать уже имеющиеся знания можно на углубленном курсе по администрированию MikroTik. Автор курса, сертифицированный тренер MikroTik Дмитрий Скоромнов, лично проверяет лабораторные работы и контролирует прогресс каждого своего студента. В три раза больше информации, чем в вендорской программе MTCNA, более 20 часов практики и доступ навсегда.

Основным поводом к написанию данной статьи стал не уменьшающийся поток вопросов по поводу приобретения и работы NVMe накопителей, начиная с того, какой диск выбрать для приобретаемой системы, и заканчивая тем, что купленный диск не развивает заявленных в описании скоростей.

На сегодняшний день все новые диски — это NVMe -устройства, SATA диски продолжают производиться только в целях сохранения обратной совместимости и представлены практически полностью бюджетными моделями, так как возможности данного интерфейса полностью исчерпаны.

Чтобы лучше понимать, о чем пойдет речь дальше мы рекомендуем ознакомиться с нашей статьей: Твердотельные накопители: что такое SLC, MLC, TLC, QLC, NVMe и прочие аббревиатуры? Мы не будем подробно останавливаться на рассмотренных в ней вопросах.

Основные понятия

Путаница с твердотельными дисками начинается уже с основных понятий. Поэтому сразу внесем ясность. Рекомендуем внимательно ознакомиться с приведенной ниже информацией и никогда не путать одно с другим.

NVMe ( NVM Express) — протокол доступа к твердотельным накопителям, подключенным по шине PCI Express, является полностью программным и не требует аппаратной поддержки со стороны материнской платы. Поддерживается всеми актуальными операционными системами.
PCI Express — высокопроизводительный, масштабируемый двунаправленный последовательный интерфейс для подключения периферийных устройств. Соединение между двумя устройствами (контроллером и устройством) называется линией, каждой устройство должно поддерживать работу минимум с одной линией PCIe, максимальное количество линий ограничено возможностями устройства, либо доступным количеством линий в разъеме.
M.2 (NGFF) — спецификация, определяющая конструкциюразъемов и форм-фактор плат расширения, предназначенных для них. Не является протоколом или шиной, в разъёмах M.2 используются уже существующие шины: PCIe, SATA, USB и т.п.

Поэтому говоря о современных NVMе дисках следует понимать, что это прежде всего накопитель с подключением по шине PCI Express и с поддержкой протокола NVM Express, для подключения к компьютеру такой диск может использовать разъем M.2. Именно в этом порядке, потому как форм-фактор M.2 вовсе не говорит о том, что перед нами именно NVMe диск, так как с данным разъемом выпускается большое количество SATA-моделей. Точно также NVMe диски могут использовать иные разъемы для подключения к ПК, например, U.2.

Что нужно знать про шину PCI Express

Так как NVMe накопители подключаются к шине PCI Express, то начнем разбираться с нее. Первая спецификация шины PCI Express представлена в 2002 году и это означает, что нет принципиальных препятствий для подключения NVMe дисков даже к достаточно старым устройствам и они даже будут работать. Но следует учитывать, что пропускная способность одной линии различных версий PCIe имеет разные значения. На сегодняшний день массовое применение имеет третья версия PCIe и только начинают появляться устройства с поддержкой четвертой. Ниже в таблице представлена пропускная способность одной, двух и четырех линий разных поколений PCIe.

Версия PCIe	Пропускная способность МБ/с
Версия PCIe	x1	x2	x4
1.0	250	500	1000
2.0	500	1000	2000
3.0	985	1969	3938
4.0	1969	3938	7877

Существующие модели NVMe дисков поддерживают две или четыре линии PCI-е. Как видим, несмотря на то что скорость одной линии PCI Express с каждым поколением практически удваивалась, но только к третьей версии достигла значений, дающих серьезное преимущество над SATA даже в недорогом варианте с двумя линиями.

Все современные модели, если не сказано иного, поддерживают третье поколение PCIe, ряд дорогих моделей поддерживает спецификацию 4.0. Если же мы возьмем материнские платы, то там не все так радужно, поддержку PCIe 4.0 можно найти только в топовых моделях, а гораздо чаще можно столкнуться с использованием второго поколения шины, даже во вполне современных системах. Кроме того, нельзя говорить о PCI Express только в разрезе материнской платы, обязательно нужно брать во внимание используемый процессор, так как контроллер шины находится в нем и именно от него будет зависеть доступное количество линий и их поколение.

Чтобы не быть голословными, давайте разберем несколько примеров. Проще всего с Intel, так как там практически каждое поколение процессоров имеет собственный сокет и вариативность не так велика. Кроме того, последние поколения процессоров имеют одинаковую конфигурацию PCIe вне зависимости от модели, так все процессоры 10-го поколения, от Celeron G до Core i9 имеют 16 линий PCIe 3.0 с возможными конфигурациями 1×16, 2×8, 1×8+2×4.

Как ни странно, проще всего с недорогими моделями. Возьмем, к примеру Gigabyte H410M S2H V3, данная материнская плата имеет единственный разъем M.2 M-key c PCIe Gen3 x4, а так как кроме процессоров 10-го поколения установить туда больше ничего нельзя, то вы при любом раскладе получаете 4 линии PCIe третьего поколения с пропускной способностью до 3,9 ГБ/с.

Берем более дорогую ASRock B460 Pro4, эта плата имеет два разъема M.2, каждый из которых поддерживает PCIe до уровня Gen3 x4, кроме того, в один из разъемов можно установить SATA-устройство. Опять-таки процессоры только 10-го поколения, что гарантирует отсутствие неприятных сюрпризов.

А теперь еще более «продвинутая» плата ASRock B560 Pro4 с поддержкой процессоров 11-го поколения, а следовательно, и PCIe 4.0 и целых три разъема М.2, казалось бы — вот оно, счастье. Красивые надписи на коробке также будут убеждать вас, что вы сделали правильный выбор и получите максимальную производительность за каждый уплаченный рубль. Но суровая правда жизни кроется в куда более скучных вещах, именуемых спецификациями, после прочтения которых складывается куда более неприглядная картина.

Итак, самый верхний разъем M.2, предоставляющий четыре линии PCIe 4.0 доступен только при установке процессора 11-го поколения, если вы купите процессор 10-го поколения данный разъем «превратится в тыкву», т.е. не будет работать вообще. Оставшиеся разъемы предоставляют линии третьего поколения в количестве x4 и x2, таким образом подсистема хранения B560 Pro4 оказывается даже более ограниченной, чем у более дешевой B460 Pro4 и раскрывается только при использовании процессоров 11-го поколения.

С переходом в стан AMD все становится гораздо интереснее, потому как платформа AM4 не менялась уже достаточно долго и предусматривает поэтому большую вариативность, кроме того, разные модели процессоров AMD имеют разную конфигурацию PCIe.

И снова проще всего с недорогими платами, скажем ASRock AB350M Pro4-F имеет два разъема M.2, один из них поддерживает только SATA3 и нас не интересует, а вот второй предоставляет 4 линии PCIe 3.0 при использовании старших моделей процессоров и всего две линии при установке Athlon или процессоров A-Series APU. При этом несмотря на то, что плата поддерживает процессоры третьего поколения (Zen2) линий PCIe 4.0 на слотах хранения вы не получите.

А теперь снова плата верхнего сегмента — MSI X470 GAMING PLUS MAX. Она имеет два разъема M.2, один из которых получает линии PCIe 3.0 от процессора, в зависимости от модели процессора их будет либо четыре, либо две (для младших Athlon). А вот второй разъем обслуживается чипсетом X470 и получает 4 линии PCIе второго поколения, а также SATA3.

Внимательный читатель может заметить, что наиболее причудливые конфигурации PCIe встречаются именно на платах верхнего ценового сегмента. Действительно это так. Объяснение этому факту тоже достаточно простое: количество доступных линий PCIe конечно и если в недорогих платах их в принципе хватает на всех потребителей, то в более высоком сегменте приходится идти на компромиссы, так как количество подключаемых к шине устройств только растет.

Несколько слов о разъемах М.2

К выбору нового форм-фактора для накопителей NVMe имеет опосредованное отношение, любой, кто заглядывал внутрь 2,5″ SSD диска знает сколько там неиспользуемого пустого места. Добавьте к этому корпус и разъем. Переход на M.2 позволил еще раз удешевить производство, а также, за счет меньших размеров, упростить проектирование компактных устройств. Пользователи тоже не остались в накладе, компактный накопитель устанавливается непосредственно на плату устройства и позволяет обойтись без кабелей, что улучшает внешний вид и вентиляцию собранного компьютера.

Изначально для SSD выбрали форм-фактор M.2 с разъемом B key, данный разъем предусматривал вывод на свои контакты интерфейса SATA и двух линий PCIe. На первых порах этого было достаточно, но с развитием быстрых NVMe дисков пропускной способности двух линий PCIe стало не хватать. При этом возможности разъема B key не позволяли увеличить количество линий PCIe, потому что стандартом также предусмотрен вывод на него интерфейсов USB 2.0 / 3.0, HSIC, SSIC, Audio, UIM, I2C. Они могут быть разведены или не разведены на каждый конкретный разъем, но разъем должен оставаться электрически совместимым с любым типом устройств, которые могут быть подключены к нему. Проще говоря, устройство может там обнаружить или не обнаружить требуемые линии, но ничего неожиданного там оказаться не должно.

Поэтому был разработан новый тип разъема с ключом M key, который предусматривает вывод на него только интерфейсов PCIe x4 и SATA, при этом в части двух линий PCIe и SATA разъем сохраняет совместимость с B key. Таким образом разработанные для разъема B key накопители могут успешно работать в разъеме M key, но не наоборот.

Практически все современные материнские платы выпускаются с разъемом M key, с ним же идут все PCIe x4 NVMe диски, в то время как SATA и PCIe x2 модели оснащаются комбинированным разъемом B&M keу и могут быть установлены как на старые, так и на новые платы.

Иногда здесь возникает непонимание, ведь раньше мы говорили, что PCIe x4 диски совместимы с интерфейсом PCIe x2, а теперь оказывается, что подключить рассчитанный на четыре линии накопитель к разъему с двумя линиями PCI Express нельзя. Однако противоречия тут нет. Спецификация PCIe требует от устройств поддержки работы с любым количеством линий, начиная от одной, максимальное количество ограничивается возможностями устройства, также все новые версии PCIe обязаны сохранять обратную совместимость со старыми устройствами (и наоборот). Но, оставаясь совместимыми по интерфейсу, диски PCI x4 электрически несовместимы со старым разъемом.

Если к разъему M.2 M key будет подведено только две линии PCIe, что, как мы видели выше, далеко не редкость — PCIe x4 диск будет прекрасно работать, также он будет работать даже с одной линией (встречались нам такие китайские переходники), и он снова будет работать подключенным к интерфейсу второго или первого поколения, но с соответствующими ограничениями по пропускной способности.

Загрузка с NVMe

Для загрузки с NVMe устройств низкоуровневое ПО материнской платы должно уметь работать с такими дисками и именно это подразумевается, когда на коробках пишут «поддерживает NVMe». Без поддержки со стороны материнской платы вы также сможете использовать NVMe диски, но не сможете загрузитьcя с них. Для плат с UEFI такую поддержку во многих случаях можно добавить, просто обновив прошивку (существуют также прошивки от энтузиастов для старых плат), для устройств с BIOS такая возможность обычно недоступна. Есть, конечно, вариант с самостоятельной ручной модификацией для некоторых моделей, но это сугубо на свой страх и риск.

Если же вы не готовы взять на себя такую ответственность, то можно пойти обходным путем и использовать Clover EFI bootloader. Работа с данным инструментом выходит за рамки этой статьи, однако в сети можно найти достаточно инструкций.

Возвращаемся к выбору диска

Теперь, вооружившись необходимым объемом знаний, можно приступать к выбору NVMe диска. Прежде всего следует определиться с выбором материнской платы и процессора, а затем, при помощи спецификаций на них, уточнить количество линий PCIe на разъемах M.2 и поколение интерфейса.

И если вы внимательно читали эту статью, то в ряде случаев вам даже не придется заглядывать в спецификации, так, например, увидев заявленную для SAMSUNG 980 PRO максимальную скорость чтения в 6900 МБ/с сразу можно понять, что речь идет о PCIe 4.0 и без поддержки этого интерфейса со стороны материнской платы и процессора такой диск покупать не имеет смысла.

Если у вас в наличии 4 линии PCIe 3.0 то можете смело выбирать диски со скоростями 3900 МБ/с, т.е. практически любой производительный диск, кроме топов, с поддержкой четвертой версии интерфейса. При этом часто на плате остается еще один разъем M.2 с меньшим количеством линии или более старой версией интерфейса. Поэтому вполне разумно желание установить туда еще один накопитель, все равно производительность даже двух линий PCIe 3.0 существенно превосходит пропускную способность SATA. Как быть в этом случае? Очень просто, из таблицы выше получаем значение пропускной способности двух линий третьего поколения (или четырех линий второго) как 2000 МБ/с, если грубо округлить в большую сторону, вот на эту цифру и будем ориентироваться.

Скажем, можно взять KINGSTON A2000 или KINGSTON NV1, значения 2200 МБ/с на чтение и 2000 МБ/с на запись первого незначительно упрутся в интерфейс, второй со скоростями 2100/1700 МБ/с и меньшей ценой может показаться более привлекательным, но имеет более чем в вдвое меньший ресурс -150 ТБ TWB, против 350 ТБ, но это уже совсем другая история, наша статья не об этом.

В любом случае принцип прост: выясняем пропускную способность разъема и согласно нее подбираем подходящий диск. Также не забываем обратить внимание на тип ключа, если для современных плат это несущественно, практически везде стоит M key и вы сможете установить любой накопитель, то на более старых платах вы можете встретить B key и диски PCIe x4 подключить туда не получится чисто физически.

Еще один неочевидный фактор: на многих платах разъемы M.2 делят линии PCIe с каким-либо слотом и при подключении накопителя определенный слот перестанет работать. Обязательно учитывайте это, если используете дополнительные PCIe устройства помимо видеокарты.

Надеемся, данная статья поможет вам внести ясность в вопрос выбора накопителя NVMe и позволит избежать грубых ошибок и необоснованных материальных затрат.

Помогла статья? Поддержи автора и новые статьи будут выходить чаще:

Или подпишись на наш Телеграм-канал:

Зачем нужен SSD с интерфейсом PCI Express 4.0? Объясняем на примере Seagate FireCuda 520

Сегодня мы хотим рассказать об одном из наших новых продуктов – SSD-накопителе Seagate FireCuda 520. Но не спешите листать ленту дальше с мыслями «ну вот, очередной хвалебный обзор гаджета от бренда» – материал мы постарались сделать полезным и интересным. Под катом мы прежде всего сфокусируемся не на самом устройстве, а на интерфейсе PCIe 4.0, который в нём используется. И расскажем, что от него ожидать, чем он хорош и кому может быть потенциально полезен.

Будем честны: стандарт PCI Express 4.0 – это не такая уж новинка. На потребительском рынке первые устройства с его поддержкой появились ещё летом прошлого года. Спасибо за это следует сказать компании AMD: именно она создала первые платформы, которые способны принимать устройства с PCI Express 4.0, а также сделала такие устройства сама – это графические карты на базе GPU с архитектурой RDNA.

Увеличение пропускной способности всегда рождает большие надежды, но, как оказалось, видеокарты почти не получают выигрыша от перехода на более скоростной интерфейс. По крайней мере, если говорить про игровые нагрузки. Как показали многочисленные независимые тесты, даже самые быстрые карты с поддержкой PCI Express 4.0, в первую очередь, Radeon RX 5700 XT, работают одинаково как при использовании нового и быстрого интерфейса, так и будучи подключенными к классической шине PCI Express 3.0.

Но вот с твердотельными накопителями – совсем другое дело. Скорость работы производительных NVMe SSD, работающих через PCI Express 3.0 (например, Seagate FireCuda 510), при линейных нагрузках явно упирается в пропускную способность интерфейса. Поэтому расширение рамок полосы пропускания просто обязано положительно сказываться на возможностях дисковых подсистем нового поколения.

Хорошей иллюстрацией того, что пропускной способности мало не бывает, выступает тот факт, что пока мы говорим о первых устройствах с поддержкой PCI Express 4.0, комитет PCI Special Interest Group (PCI-SIG) уже утвердил спецификацию PCI Express 5.0, которая делает ещё один шаг в сторону увеличения скоростей интерфейсов, по которым современные процессоры связываются со внешними устройствами. Но про это как-нибудь в другой раз, сегодня на повестке дня стоит именно PCI Express 4.0.

Что хорошего в PCI Express 4.0?

Спецификация PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) стандартизирует то, как карты расширения, такие как графические ускорители, звуковые контроллеры, сетевые адаптеры и, наконец, NVMe SSD, связываются с базовыми компонентами, составляющими платформу ПК. Чем выше версия спецификации PCIe, тем более высокую пропускную способность она обеспечивает. Кроме того, когда речь заходит о слотах PCIe, помимо версии спецификации говорят также о числе линий, что обозначается как x1, x2, x4, x8 или x16. Большее число линий тоже даёт кратно более высокую пропускную способность за счёт расширения шины и представляет собой ещё один, экстенсивный путь улучшения скоростных характеристик интерфейса. Но если говорить о NVMe SSD, то в них такой подход применять сложно. Выпускаемые в компактном форм-факторе M.2 твердотельные накопители для ПК могут использовать две или максимум четыре линии, в то время как поддержкой до 16 линий можно наделить лишь полноразмерные карты для слотов PCIe. Именно по этой причине внедрение новых версий стандарта PCIe считается ключевым событием для рынка производительных SSD.

Все версии спецификации PCIe обладают обратной совместимостью. Накопители, ориентированные на PCIe 4.0, могут работать и в тех платформах, где поддерживается лишь PCIe 3.0, а в материнские платы со слотами PCIe 4.0 можно беспрепятственно установить компоненты, которые работают в соответствии со стандартом PCIe 3.0. Однако как в том, так и в другом случае система будет работать со скоростями PCIe 3.0 – младшего варианта стандарта, который поддерживается на обеих сторонах.

Главным нововведением, заложенным в PCIe 4.0, выступает увеличенная вдвое пропускная способность одной линии. Существуют разные варианты численных оценок произошедших изменений, но если говорить про теоретические и пиковые значения, то спецификация PCIe 4.0 предполагает максимальную скорость передачи 1,97 Гбайт/с по одной линии в каждом направлении, в то время как в PCIe 3.0 предельная скорость была ограничена величиной 0,98 Гбайт/с. В некоторых источниках вы можете встретить вдвое более высокие показатели, но это связано с тем, что в них указывается суммарная скорость передачи данных в обоих направлениях.

Как мы говорили выше, такой прирост скорости интерфейса на практике не слишком полезен (а точнее, почти полностью бесполезен) для графических карт. В то же время NVMe-накопители, работающие через четыре линии PCIe, получают возможность прокачивать по шине из четырёх линий до 7,88 Гбайт/с (в идеальном случае), что открывает перед ними широкий простор для улучшения характеристик.

Помимо увеличения пропускной способности стандарт PCIe 4.0 предполагает и другие нововведения. Например, в нём заложены новые возможности для снижения энергопотребления, а также более разветвлённые функции для виртуализации устройств. Но основное направление, в котором двигались разработчики – это всё-таки рост скоростей, и почти всё было сделано в первую очередь ради него. Например, целый ряд усовершенствований в новой версии интерфейса направлен на улучшение целостности сигналов и надёжности их передачи. Иными словами, для большинства потребителей PCIe 4.0 подразумевает более высокую пропускную способность и ничего более.

Что с платформами с поддержкой PCI Express 4.0?

К сожалению, несмотря на то что сама по себе спецификация PCI Express 4.0 была утверждена ещё в 2017 году, реальных платформ с её поддержкой на рынке до сих пор не так много. А это значит, что если вы захотите воспользоваться высокопроизводительным твердотельным накопителем нового поколения, вам придётся озаботиться не только поиском самого такого накопителя, но и заняться подбором платформы, которая сможет в полной мере раскрыть его потенциал.

Дело в том, что новый интерфейс PCIe 4.0 пока поддержала только компания AMD, да и то лишь фрагментарно. Он реализован в части её процессоров, построенных на архитектуре Zen 2, а конкретнее, в настольных Ryzen серии 3000 и в высокопроизводительных Threadripper серии 3000, но, например, не в мобильных Ryzen серии 4000. При этом если поддержка PCIe 4.0 есть в любой Socket sTR4-материнской плате для Threadripper третьего поколения, процессоры Ryzen 3000 смогут взаимодействовать с PCIe 4.0-периферией в полноскоростном режиме только в материнских платах, построенных на базе набора логики X570, где сигнальные линии спроектированы с учётом возросших требований к экранированию и минимизации электрических помех.

Хорошая новость здесь заключается в том, что потенциальные владельцы Ryzen 3000 вскоре смогут получить в своё распоряжение ещё один класс более доступных материнских плат с поддержкой PCIe 4.0-видеокарт и накопителей. Они будут построены на новом наборе системной логики B550, который должен выйти в течение ближайшей пары месяцев.

Что же касается платформ компании Intel, то в них поддержки PCIe 4.0 пока нет вообще. Более того, выходящие в ближайшее время настольные процессоры Comet Lake-S, которые приведут с собой и новый процессорный разъём LGA 1200, и новые наборы системной логики четырёхсотой серии, PCIe 4.0 тоже не получат. Если говорить о массовых десктопных системах Intel, то поддержка этого интерфейса может появиться лишь с выходом процессоров Rocket Lake, но это случится примерно в начале следующего года. Зато в мобильные системы данный интерфейс может попасть раньше: в планах поддержка PCIe 4.0 декларируется для процессоров Tiger Lake, формальный анонс которых может состояться этим летом. Кроме того, нельзя исключать, что высокопроизводительные десктопы класса HEDT перейдут на PCIe 4.0 тоже в этом году: это станет возможным, если Intel решит предложить в этом сегменте Ice Lake-X – аналоги серверных Ice Lake-SP.

В итоге, несмотря на то, что PCIe 4.0 в среднесрочной перспективе получит широкое распространение, прямо сейчас у сторонников быстрых NVMe SSD вариантов для выбора платформы не так много. Самый очевидный из них – Socket AM4-система на базе процессора Ryzen 3000 и материнской платы на чипсете X570.

Как обстоят дела с накопителями под PCI Express 4.0?

Если посмотреть на ассортимент NVMe SSD с поддержкой PCIe 4.0, который представлен на прилавках магазинов, то может сложиться ощущение, что рынок переполнен различными вариантами скоростных решений нового поколения. Однако на самом деле это впечатление обманчиво. Несмотря на то, что спецификация PCIe 4.0 существует несколько лет, разработчики аппаратных платформ пока не успели довести до стадии массового производства достаточное количество альтернатив.

Единственный контроллер, который сейчас производители SSD могут использовать для своей продукции, это – Phison PS5016-E16. Причём, в действительности этот контроллер нельзя назвать полноценной разработкой нового поколения. Это скорее переходное решение, основанное на другом, более раннем чипе PS5012-E12, в котором попросту заменили функциональный блок, отвечающий за внешнюю шину.

Для конечного пользователя это значит две вещи. Во-первых, все представленные на рынке NVMe-накопители с поддержкой PCIe 4.0 отличаются друг от друга не слишком сильно, по крайней мере, если говорить о производительности. И если вы видите, что для какого-то продукта вдруг заявлены более высокие паспортные скорости, связано это скорее всего с хитростью маркетологов, а не с какими-то реальными преимуществами, ведь в конечном итоге в обоих изделиях используется один и тот же контроллер. Во-вторых, сегодняшние PCIe 4.0-накопители пока не могут похвастать задействованием полной пропускной способности новой шины – максимальные скорости, которые обещает чип Phison PS5016-E16, находятся на уровне 5 Гбайт/с при линейном чтении и 4,4 Гбайт/с – при записи.

Из сказанного вытекает важное следствие: в будущем NVMe SSD могут совершить ещё один рывок в производительности даже без перехода на следующую версию спецификации PCI Express. Требуется лишь дождаться появления более новых контроллеров с переделанным ядром, адаптированным под возможности PCIe 4.0. И такие решения уже разрабатываются. Появление подобного продукта как минимум ожидается от Samsung, кроме того над более совершенными контроллерами работают и независимые инженерные команды: Phison (PS5018-E18), Silicon Motion (SM2267), Marvell (88SS1321) и даже не слишком известная компания Innogrit (IG5236).

Беда только в том, что всё это великолепие может появиться очень нескоро. Разработка контроллеров – это длительный процесс, и серьёзные задержки зачастую случаются на финальных этапах – при подготовке микропрограммы или во время валидации. К тому же сейчас на всю индустрию огромное влияние оказала пандемия коронавируса, из-за чего релизы новых продуктов отодвинулись на более поздний срок.

Иными словами, ждать чего-то лучшего можно долго, а если более высокая производительность дисковой подсистемы нужна уже сейчас, то имеет смысл остановиться на том, что уже есть – накопителях на контроллере Phison PS5016-E16. Пусть они и не выбирают полную пропускную способность четырёх линий PCIe 4.0, зато могут похвастать довольно неплохим быстродействием при мелкоблочных операциях, которое, согласно информации разработчиков, достигает 750 тысяч IOPS. Обеспечивается это как дизайном контроллера, в основе которого лежит двухъядерный 32-битный процессор ARM Cortex R5, так и набором фирменных хитростей: динамическим SLC-кешированием и технологией CoXProcessor 2.0 – аппаратным ускорением типовых цепочек операций.

Почему Seagate FireCuda 520?

Выше было сказано, что все существующие потребительские NVMe-накопители с поддержкой PCIe 4.0 построены на одном и том же фундаменте – контроллере Phison PS5016-E16. Однако это не значит, что взять в магазине первый попавшийся SSD для шины PCIe 4.0 будет хорошей идеей. Здесь мы бы порекомендовали обратить внимание на Seagate FireCuda 520, но вовсе не потому, что вы читаете эту статью в корпоративном блоге Seagate.

Дьявол кроется в деталях и, если начать разбираться, Seagate FireCuda 520 может оказаться привлекательнее многих альтернатив на том же самом чипе Phison PS5016-E16. Причин тому несколько, но все они сводятся к одному – к установленной в FireCuda 520 флеш-памяти.

Формально все накопители с контроллером Phison PS5016-E16 используют одинаковую флеш-память: 96-слойную BiCS4 (TLC 3D NAND) производства Kioxia (бывшей Toshiba Memory). Однако фактически эта память может различаться. В зависимости от того, какие приоритеты для себя выбрал тот или иной производитель, память может относиться к совершенно различным градациям качества. Например, в продукции фирм третьего эшелона нередко встречается флеш-память «медиа»-предназначения, которая, вообще говоря, предназначена для флешек и карт памяти, но никак не для SSD.

С накопителями Seagate такое совершенно исключено. Компания покупает флеш-память не на открытом рынке, а имеет долгосрочный прямой договор c Kioxia, который был заключен ещё в ту пору, когда Toshiba избавлялась от производства памяти. Благодаря этому мы получаем микросхемы NAND, что называется, из первых рук и имеем доступ к лучшему по качеству кремнию.

Это неминуемо отражается в параметрах надёжности. Представители серии Seagate FireCuda 520 снабжаются пятилетней гарантией, а установленный ресурс позволяет перезаписывать полную ёмкость накопителя 1800 раз, то есть в среднем раз в день. Это очень высокие показатели выносливости, по которым предложение Seagate, например, втрое превосходит популярнейший Samsung 970 EVO Plus.

И тут пришло время показать, как выглядит Seagate FireCuda 520 снаружи. Это M.2-плата традиционного форм-фактора 2280 с микросхемами, размещёнными на обеих её сторонах.

Здесь не предусмотрено никаких особых средств охлаждения, которые любят громоздить на свои накопители другие производители, из-за того, что почти сто процентов материнских плат с поддержкой PCIe 4.0 имеют собственные системы охлаждения для M.2-слотов.

В остальном накопитель похож на другие продукты на базе контроллера Phison PS5016-E16, но с заметным отличием – на микросхеме контроллера нанесена маркировка Seagate. Это связано с тем, что контроллеры для FireCuda 520 тоже закуплены не на открытом рынке, а сделаны по спецзаказу. Впрочем, для конечного пользователя это значит не так много, а вот что действительно важно, так это использование видоизменённой микропрограммы, в которой заложены определённые оптимизации, отличающие накопитель Seagate от других SSD с аналогичной аппаратной начинкой.

Понятно, что микропрограммой вряд ли можно как-то существенно изменить скоростные характеристики контроллера, тем не менее кое-что она позволяет. Например, FireCuda 520 может похвастать реализацией динамического SLC-кеширования, в то время как накопители на контроллерах Phison, выпускавшиеся ранее, пользовались статическим SLC-кешем довольно ограниченного объёма. Новый подход позволяет записывать на FireCuda 520 с высокой скоростью гораздо большие объёмы информации.

Работает это очень просто: любые поступающие на накопитель данные записываются в TLC-флеш-память в очень быстром однобитовом SLC-режиме. Перевод использованных таким образом ячеек в TLC-состояние выполняется либо потом, когда пользователь уже не обращается к накопителю, либо по мере необходимости, если в процессе записи пул чистых ячеек исчерпывается. Иными словами, треть свободного на FireCuda 520 места можно непрерывно заполнить с максимальной скоростью, потом же производительность снизится. Но стоит немного подождать, как треть от оставшегося свободного места вновь можно будет использовать в скоростном режиме.

Вот, например, как выглядит график линейной записи на чистый на FireCuda 520 ёмкостью 2 Тбайт.

На первые 667 Гбайт запись осуществляется со скоростью 4,1 Гбайт/с, затем скорость радикально снижается до 0,53 Гбайт/с, но стоит понимать, что при обычном использовании накопителя с таким его поведением вы не столкнётесь – для этого нужно долго и непрерывно записывать огромные массивы информации.

Помимо микропрограммы FireCuda 520 интересен ещё и комплектным ПО. Фирменная утилита SeaTools SSD куда удобнее для мониторинга состояния SSD, чем сторонние программы. Кроме того, она позволяет обновлять прошивку, тестировать работоспособность и выполнять некоторые дополнительные операции вроде расширенной диагностики или Secure Erase.

Также стоит упомянуть, что владельцы FireCuda 520 могут скачать с сайта Seagate программу DiscWizard для гладкой миграции с прошлых дисковых накопителей с переносом всех данных и операционной системы.

И что, это правда быстро?

Остаётся подкрепить всё сказанное о преимуществах интерфейса PCI Express 4.0 и накопителя с его поддержкой какими-то практическими результатами. И с этим нет особой сложности, потому что FireCuda 520 действительно обладает заметно более высокой производительностью, которая накопителям прошлого поколения недоступна. Несмотря на то, что к контроллеру Phison PS5016-E16 есть вполне обоснованные претензии, связанные с тем, что в полной мере пропускную способность PCIe 4.0 он всё-таки не утилизирует, скоростные показатели Seagate FireCuda 520 заведомо выше, чем у накопителей для PCIe 3.0.

В следующей таблице характеристики Seagate FireCuda 520 сопоставляются с характеристиками FireCuda 510 – прошлой флагманской модели NVMe SSD Seagate, которая рассчитана на интерфейс PCIe 3.0 x4. Для примера сравнение ограничено самыми вместительными и скоростными вариантами SSD ёмкостью по 2 Тбайт, но, если сравнивать между собой модификации других ёмкостей, картина получится примерно такой же.

Впрочем, паспортные характеристики – дело одно, а реальная жизнь – другое. Поэтому мы просто взяли два эти накопителя – FireCuda 520 2 Тбайт и FireCuda 510 2 Тбайт – и сравнили в тестах.

FireCuda 520 2 Тбайт

FireCuda 510 2 Тбайт

Результаты CrystalDiskMark требуют некоторых комментариев. Новый PCIe 4.0 SSD оказался заметно быстрее предшественника по линейным скоростям: преимущество доходит почти до полуторакратного размера и прослеживается как при глубоких, так и при минимальных очередях запросов. Превосходит FireCuda 520 прошлую версию NVMe SSD Seagate и при мелокоблочных операциях, хотя здесь такого же впечатляющего прорыва не наблюдается: всё упирается в то, что логика контроллера осталось старой. Таким образом, FireCuda 520 будет блистать прежде всего при последовательных нагрузках. Что же касается операций с произвольными блоками небольшого размера, то интерфейс PCI Express 4.0, естественно, из накопителя на базе флеш-памяти что-то похожее на Optane сделать не может.

Но тот факт, что высокоскоростные линейные операции – очень мощный козырь FireCuda 520, отрицать невозможно. Подробнее это видно в результатах ATTO Disk Benchmark: как только блоки, которыми происходит обмен данными, приобретают объём 128 Кбайт и более, угнаться за FireCuda 520 становится невозможно даже в теории (на это не способен даже Optane), поскольку скорости обмена данными выходят за предел, установленный пропускной способностью интерфейса PCIe 3.0 x4.

FireCuda 520 2 Тбайт

FireCuda 510 2 Тбайт

В синтетических тестах всё получается более чем убедительно, но что в реальной жизни? Ответить на этот вопрос может PCMark 10 – в нём есть сценарии, которые воспроизводят типичную нагрузку на накопители при повседневной работе пользователя.

И в этом случае FireCuda 520 оказывается быстрее своего предшественника на величину до 30 %. Причём это преимущество выражается не только в росте скоростей дисковых операций, но и в заметном снижении времени реакции дисковой подсистемы. Такая закономерность прослеживается при использовании SSD в качестве единственного и универсального накопителя (см. Full System Drive Benchmark). И в том случае, когда SSD играет роль исключительно системного диска, на котором установлена ОС и ПО (см. Quick System Drive Benchmark). И даже тогда, когда SSD отдан под «файлопомойку» (см. Data Drive Benchmark), хотя такое, честно говоря, бывает очень нечасто.

Преимущества в скорости FireCuda 520 легко проследить при обычном копировании файлов. На диаграмме ниже приводятся результаты теста DiskBench при копировании внутри накопителя рабочей директории с разными файлами общим объёмом порядка 20 Гбайт. Конечно, такого прироста, как в синтетических тестах, здесь не наблюдается, но свои дополнительные 25-30 % к производительности переход на PCIe 4.0 даёт без вопросов.

Для разнообразия можно посмотреть и на то, насколько быстрее PCIe 4.0-накопитель позволяет загружать игровые приложения. Для примера ниже приведено время загрузки уровня в Final Fantasy XIV StormBlood (выбор именно этой игры обусловлен встроенными в неё удобными средствами мониторинга). Здесь выигрыш, который обеспечивает FireCuda 520 на фоне FireCuda 510, составляет секунду с небольшим, что не столь значительно, но всё равно ощутимо.

Зато при нагрузках, свойственных рабочим станциям, PCI Express 4.0, что называется, must have. Дело в том, что компьютеры, нацеленные на профессиональное создание контента, оснащаются очень мощными многоядерными процессорами и быстрой памятью. И в этом случае узкие места в системе легко могут возникать в дисковой подсистеме. Например, раньше многие профессионалы, работающие с видео, предпочитали собирать RAID-массивы из SSD-накопителей, а теперь они могут удовлетворить свои потребности, выбрав FireCuda 520, который принимает данные со скоростями свыше 4 Гбайт/с в одиночку.

Все эти рассуждения нетрудно подкрепить результатами теста SPECworkstation 3, который очень явно показывает значимость накопителя с современным интерфейсом: FireCuda 520 справляется с тяжёлыми профессиональными сценариями дисковой нагрузки в среднем на 22 % быстрее по сравнению с FireCuda 510.

Но особое внимание стоит обратить на показатели General Operation (обычная скорость работы с файлами при архивации и копировании, а также при разработке ПО) и Product Development (показывает скорости работы в CAD/CAM системах и при решении задач вычислительной гидродинамики). Здесь заложенный в FireCuda 520 потенциал раскрывается особенно убедительно.

Резюме

Приведённых примеров достаточно, чтобы сомнений в том, что PCIe 4.0-накопители действительно позволяют получить более высокую производительность и лучшую отзывчивость при решении ресурсоёмких задач, не оставалось. Поэтому, строя высокопроизводительную систему на многоядерных процессорах AMD Ryzen 3000 или Threadripper 3000, пренебрегать использованием наиболее современных NVMe SSD явно не следует. Seagate FireCuda 520 может здесь стать подходящим выбором: ничего быстрее в магазинах совершенно точно на данный момент нет.

Естественно, PCIe 4.0-накопитель обойдётся немного подороже, чем тот же FireCuda 510, но причины этого хорошо понятны. А самое главное, что цена на FireCuda 520 вполне рыночная, ведь этот SSD стоит почти одинаково с альтернативными PCIe 4.0-накопителями авторства производителей третьего эшелона.

Пара слов о тестовой платформе: Тестирование производительности выполнялось в системе на базе процессора Ryzen 9 3900X, основанной на материнской плате ASRock X570 Creator и оснащённой 16 Гбайт DDR4-3200 SDRAM (16-16-16-32). Операционная система Windows 10 Professional 1909 со стандартным NVMe-драйвером Standard NVM Express Controller 10.0.18362.1.

SSD с интерфейсами PCIe 3.0 и PCIe 4.0 на платформах AMD и Intel: история вопроса, немного теории и небольшое практическое сравнение

Основным трендом на рынке твердотельных накопителей, как уже не раз было сказано, является борьба за снижение цен. По очень прозаической причине — массовый потребитель никогда не упускает возможности сэкономить. Даже в тех случаях, когда он самостоятельно приобретает именно SSD в розничном магазине, а не, например, содержащий его ноутбук — у производителей последних стремление к экономии каждого цента выражено еще сильнее (поскольку при производстве чего-либо миллионами экземпляров эти центы вырастают в очень заметные валовые доллары). Тем более, что SSD сам по себе рынок накопителей не ограничивается и никогда не ограничивался — есть еще и жесткие диски. Которые до сих пор обеспечивают более низкую стоимость хранения информации. Не без своих недостатков — но вот по этому ключевому (по крайней мере, одному из входящих в топ) параметру за последние 10 лет разницу удалось существенно уменьшить, но все еще не ликвидировать. Основная причина почему концепция «all flash» закрепилась лишь там, где без нее обойтись вообще невозможно, т. е. принципиально не подходит «механика». В остальных случаях, как только речь заходит о более-менее серьезных объемах информации, так сразу же начинают внедряться гибридные СХД. Даже когда внедряющий такими терминами не оперирует, а просто покупает в новый компьютер маленький SSD «под систему и приложения» — и большой винчестер для хранения основного набора данных.

Впрочем, вопрос быстродействия накопителей производителей тоже интересует. Но на массовом рынке он превращается обычно в как бы сделать подешевле, но не сильно медленнее. Однако есть и направления, где скорость нужно не только «не уронить», но и увеличить. Самое смешное, что к ним относится и часть розничного рынка — хотя в обычном бытовом компьютере с 90% сценариев отлично справляется любой (даже самый медленный) SSD, а замена его на «быстрый» ничего принципиально не меняет, многие покупатели готовы за скорость доплачивать. Тем более, что, когда речь идет о нечастых покупках и не слишком емких устройствах (ибо см. выше насчет гибридизации) сам по себе размер этой «доплаты» становится не слишком-то заметным. Понятно, что это не относится к разряду необходимых вещей, но и «просто хочется» — тоже аргумент. Поэтому сегмент решений для требовательных пользователей или и вовсе всяких разных компьютерных энтузиастов тоже всегда существовал и существует. И дальше будет — причем и он постоянно развивается. И ему свойственно не снижение цен, а, скорее, их сохранение — при увеличении производительности. В том числе, и путем перехода на новые интерфейсы.

Каких-то шесть-семь лет назад подавляющее большинство «клиентских» SSD представляло собой обычные SATA-устройства. Модели с поддержкой PCIe можно было пересчитать по пальцам — и на рынок в целом они не влияли. Сейчас уже таковые заметно распространились и в самом что ни на есть бюджетном сегменте. В топовом — SATA практически исчезло. И вслед за ним норовит отправиться и старый добрый PCIe 3.0, который как раз долгие годы служил становым хребтом для NVMe. По двум очень простым причинам. Во-первых, «новейший» PCIe 4.0 поддерживают уже и AMD, и Intel — причем обе компании вообще уже говорят о скором внедрении PCIe 5.0, к чему придется готовиться и производителям накопителей. Во-вторых, все версии PCIe совместимы друг с другом в обоих направлениях. Именно поэтому не было смысла выпускать массовые SSD с PCIe 2.0 — на момент начала экспансии NVMe актуальной была уже третья версия стандарта, ну а желающие воткнуть новый накопитель в старую систему все равно имели возможность это сделать. Если в очень старую — не все было гладко, но такой «ломки», как при уходе с SATA в будущем уже и не будет. Сейчас мы просто меняем версию одного и того же интерфейса — сохраняя все те же системные драйверы и все остальное. С потребительской точки зрения единственные изменения — пиковая пропускная способность шины с каждой итерацией удваивается. При этом сделать SSD, которому хотя бы в части сценариев недостаточно PCIe 3.0 x4 можно уже давно — так что для топовых моделей направление движения очевидно. Но и остальные вслед за ними подтянутся — поскольку «апгрейд» контроллеров до соответствия нормам PCIe 4.0 несложен и недорог, а упоминание таковой на упаковке благотворно сказывается на продажах, главное прокукарекать. Рассветать — не обязательно: многие из уже анонсированных «новых» контроллеров вряд ли получат какую-то прибавку даже при чтении данных. Особенно в паре с 500 ГБ QLC NAND, например. Но заветный ярлычок «PCIe 4.0» или что-то в этом роде — будет. И работать на практике — тоже будет, независимо от того, нравится оно кому-то или нет.

Вообще же история перехода твердотельных накопителей со связки SATA/AHCI на PCIe/NVMe пусть и пока короткая, но интересная. Особенно последний (пока) шаг на этом пути — а именно появление поддержки PCIe 4.0. Выше уже упомянули, что новый интерфейс поддерживают и AMD, и Intel — но к этому состоянию рынок пришел совсем недавно. И в какой-то степени — еще не полностью. Поэтому небезынтересно будет вспомнить и саму по себе историю — пока она еще свежа в памяти.

От SATA300 до PCIe 4.0: итоги десятилетия

Конкретный временной интервал можно определять по-разному — все-таки первые SSD появились еще в прошлом веке (просто на массовость совсем не претендовали, да и использовали еще не флэш-память изначально), да и момент внедрения PCIe 4.0 в какой-то степени плавающий. Но нам нравится такая формулировка. Поскольку первые массовые системы с поддержкой PCIe 4.0 — AMD AM4 образца середины 2019 года. А первый SSD, ориентированный на массового пользователя и оказавший существенное влияние на рынок в целом, появился в 2008 году — им стал Intel X25-M. Правда изначально его цена была не слишком-то массовой: накопитель на каких-то 80 ГБ был оценен компанией в $595, т. е. примерно 7,5 долларов за гигабайт. Сегодня за $75 можно приобрести приличный SSD на 500 ГБ — тогда столько стоили 10 ГБ. Хотя и последнее по тем временам было интересным предложением — типичными для предыдущей эпохи были цены в районе 1000 долларов за 64 ГБ. Intel удалось существенно уменьшить стоимость своих SSD благодаря использованию недорогой памяти, типа MLC — на тот момент редко используемой в SSD из-за низкой «живучести» и производительности. Для компенсации этого эффекта компания использовала интеллектуальный контроллер, «обученный» выравниванию износа и многому другому. Что и определило развитие рынка на долгие годы вперед. Сам по себе флэш — дорог, быстрый и выносливый — очень дорог. Поэтому идея использовать медленный и дешевый, но вкладываясь в разработку контроллеров, которые позволят накопителям в целом работать не хуже, чем основанные на более дорогой памяти, но с простым контроллером — очень перспективна. И была с энтузиазмом подхвачена всеми производителями, так что уже в 2009 году мы увидели массу использующих данную концепцию SSD. Это привело к быстрому снижению цен: к концу года речь зашла уже о примерно 3-4 долларах за гигабайт — то есть первое двукратное снижение цены произошло буквально в первый же год массовой экспансии. Далее оно только усиливалось.

Вопрос выбора форм-фактора, интерфейсов и протоколов работы на тот момент не стоял — при таких ценах (пусть и постоянно падающих) SSD не могли претендовать на роль основных накопителей, так что должны были приспосабливаться к существующей инфраструктуре. Исходя из этого в основной своей массе походили на ноутбучные винчестеры — и подобно последним использовали SATA-интерфейс. Первое время — наиболее массовый на тот момент SATA300, вскоре и SATA600. Первая миграция прошла достаточно быстро — в отличие от винчестеров, скорость чтения данных начала определяться именно интерфейсом буквально сразу. С записью все было немножко сложнее, а большинство реальных нагрузок до сих пор не сильно жмет в рамках SATA300, но использование более быстрого интерфейса всегда было маркетинговым преимуществом.

И буквально сразу же производители начали ломать голову — а как бы его еще ускорить. Причем так, чтоб не требовалась коренная перестройка всей инфраструктуры — хотя бы в топовом сегменте для части таковых систем. Первый успешный опыт такого рода относится еще к 2010 году — когда еще о полном переходе хотя бы на SATA600 речи не шло (чипсеты Intel, например, этот интерфейс начали поддерживать с начала 2011). Легендарные OCZ RevoDrive и RevoDrive X2 представляли собой массивы из двух или четырех SATA-накопителей, собранные на одной или двух печатных платах. Для обеспечения их работы два или четыре контроллера SandForce SF-1222 подключались к четырехпортовому контроллеру Silicon Image Sil3124 в режиме RAID0. Проблема в том, что Sil3124 — SAS-контроллер с интерфейсом PCI-X, так что для его подключения к PCIe x4 использовался мост Pericom, но последний поддерживал лишь PCIe 1.1. Соответственно, четыре линии обеспечивали теоретическую производительность лишь 1 ГБ/с в теории и ближе к 800 МБ/с на практике. В общем, максимум, что компания сумела пообещать покупателям в старшей модификации RevoDrive X2 — 740 МБ/с. По сравнению с SATA300 хорошо, по сравнению с SATA600 — всего-то раза в полтора (даже меньше) быстрее, но «лезет» только в десктопы, нужен «длинный» слот PCIe, отсутствует TRIM, стоит дорого и т. п.

Поэтому менее, чем через год на рынок были выпущены RevoDrive3 и RevoDrive3 X2. Главным усовершенствованием новой модели была замена связки из Sil3124 с мостом на новый SAS-контроллер SuperScale OCZ ICT-0183, изначально поддерживающий PCIe 2.0. Соответственно, те же четыре линии уже обеспечивают пропускную способность в 2 ГБ/с (на практике — скорее 1,6 ГБ/с), т. е. вдвое больше, чем раньше. Ну а для того, чтобы полностью задействовать открывшиеся перспективы, на смену двум/четырем контроллерам SF-1222 пришли два или четыре же SF-2281 с поддержкой интерфейса SATA600. По сути, тот же RAID0, хотя об этом компания предпочитала не упоминать, упирая на использование собственной архитектуры массива, основанной на запатентованном алгоритме балансирования очереди запросов. Но в общем и целом — все тоже четырехкратное чередование на верхнем уровне, умноженное на чередование каналов флэш-памяти после контроллеров, что и обеспечивает высокую производительность. Правда. Не совсем понятно было — зачем? С ноутбуками и прочими компактными ПК эти решения были принципиально несовместимы, а в десктопах или серверах подобный массив из нескольких SSD можно было собрать и самостоятельно.

С другой стороны, сама по себе идея, что необязательно замыкаться на SATA, была правильной. Просто надо было заняться более глубокой интеграцией компонентов. «Внешний» RAID, например, не нужен — параллелизм в SSD и без того используется на уровне нескольких каналов флэш-памяти. Значит просто нужен контроллер с непосредственной поддержкой PCIe. Пару таких ближе к середине десятилетия разработали в Marvell. Marvell 88SS9183 поддерживал PCIe 2.0 х2, а 88SS9293 — уже PCIe 2.0 х4, т. е. примерно те же полтора гигабайта в секунду, что и старшие модели OCZ. При этом оба чипа по габаритам не сильно-то отличались от «обычных» контроллеров, так что весь SSD на их базе (плюс DRAM и 250—500 ГБ флэш-памяти) помещался на одной маленькой платке M.2 2280. Вот этот форм-фактор уже был как раз ориентирован на самые компактные компьютеры, хотя с легкостью «прикручивался» и к полноразмерному десктопу — при помощи копеечного переходника с М.2 на PCIe x4. Впрочем, и системные платы в те годы уже начали быстро обзаводиться непосредственной поддержкой M.2. Цены SSD бодро пробили уже и отметку в $1/ГБ, что усиливало темпы их экспансии, а старый «ноутбучный» форм-фактор оказался попросту избыточным — вот и появились предпосылки использования собственных форматов без оглядки на совместимость с другими накопителями. Тем более, что места М.2 занимал очень мало, так что в тех же ноутбуках появилась возможность совмещать один-два таких слота и со «стандартным» 2,5”. Что позволило «гибридизировать» систему хранения данных даже там — а не только в десктопах с их запасами свободного пространства. Убив попутно и «настоящие» гибридные накопители (SSHD), где небольшой объем флэша встраивался непосредственно в жесткий диск — пара SSD+HDD оказалась куда лучше, чем один SSHD.

Однако раз уж священную корову совместимости стало возможным отправить под нож и применительно к аппаратной совместимости, отпала необходимость в сохранении программной. Все накопители до середины «десятых» использовали программный протокол AHCI — разработанный в общем-то для тихоходных последовательных устройств. Включая и жесткие диски — где произвольная адресация возможна, но время доступа к сектору со «случайным» адресом радикально превышает время его чтения или записи. Т. е. нормальная быстрая работа возможна только если мы работаем с данными последовательно — вот в этом случае и получаются пиковые десятки мегабайт в секунду (до 250 МБ/с на внешних дорожках современных моделей). Но любое отступление от этой модели приводит к единицам мегабайт или даже их долям — большая часть времени уходит на поиск нужных секторов. Средние задержки при выполнении команд «механикой» составляли и составляют порядка 2 мс, а использование флэш-памяти позволяет сократить это время примерно в 20 раз — до 100 мкс. Естественно, это видно невооруженным глазом — почему SSD и пошли в массы. А в ряде сфер применения задержки нужно было сокращать и дальше — чего устаревшие методы работы с данными не позволяли. Тем более бессмысленным было применение старых протоколов к памяти с еще более низкими задержками, чем флэш, которая тоже начала появляться (хотя бы в лабораториях).

Ответом на запросы индустрии стал протокол Non-Volatile Memory Express (NVMe) во многом как раз нацеленный на будущее и многоуровневые системы хранения данных, нежели массовые ПК. Впрочем, и при использовании в последних, причем на банальном флэше некоторый выигрыш сравнительно с AHCI он давал. Причем мог бы сделать это и при «прикручивании» к SATA-интерфейсу. Однако такая задача не ставилась — разработчики решили убить двух зайцев, так что основным «опорным» интерфейсом сделали PCIe. Точнее, даже, PCIe 3.0 — на тот момент самый актуальный. Хотя в персональных компьютерах первым энтузиастам иногда приходилось использовать такие устройства в режиме PCIe 2.0 — за отсутствием чего-то более быстрого в массовых платформах LGA1155, LGA1150, AM3+ или FM2+. В некоторых из них поддержка 3.0 была — но только для видеокарт, «обижать» которые никому не хотелось, да и не всегда это было просто. Проблем не было разве что на HEDT-платформе LGA2011-3, где большое количество линий PCIe поддерживалось непосредственно процессором. Но и немудрено — из-за ее родственных связей с серверными решениями. Для которых, в первую очередь, NVMe и придумывали.

Для устранения данной коллизии при разработке платформы LGA1151 в Intel просто взяли и наделили поддержкой PCIe 3.0 все чипсеты (за исключением разве что младшего Н110). Решение было простым — но компромиссным. Во-первых, лишний элемент между процессором и накопителем задержки всегда увеличивает. Во-вторых, сколько бы линий не было в чипсете, но сам он связывается с процессором ровно четырьмя (на практике они работают чуть быстрее, чем предназначенные для подключения внешних устройств, но разница не столь уж велика) — схема, придуманная еще во времена LGA1156 и тогда не мешавшая, но по мере усложнения и ускорения периферии начинавшая вызывать все больше и больше вопросов. А теперь вспомним, что четыре линии по-хорошему нужно каждому топовому SSD, добавим к этому запросы со стороны USB-устройств, сети, сохранившегося SATA-контроллера. Понятно, что теория массового обслуживания гарантирует нам, что все устройства вряд ли будут работать строго одновременно — так что от межхабового интерфейса требуется быть не медленнее самого быстрого из подключенных к чипсету устройств, а это как раз и выполнено. Но делать на такой шаткой базе что-то сложное и мощное явно не стоит. А приходилось — поскольку нет ничего более постоянного, чем временное. В Intel планировали переработать платформу года через два-три — на это время хватило бы и реализованного компромисса: не все потребители вообще покупали NVMe-устройства и почти никто не обзаводился сразу парой таких. В действительности же компания столкнулась со сложностями при освоении 10 нм техпроцесса, а все радикальные изменения микроархитектур и платформ были привязаны именно к ним. В итоге эта схема 2015 года полностью сохранялась еще в первой половине прошлого 2020 — даже процессоры Comet Lake для LGA1200 продолжают использовать ее. Все по-другому только в Tiger Lake и Rocket Lake — но там изменение концепции параллельно получилось связать и с PCIe 4.0. Причем подход был не новый — аналогичный еще с 2017 года использовала AMD.

Продукцию AMD в середине десятилетия серьезным образом никто не рассматривал: компания продолжала работать над Zen, а поставляла разве что бюджетные продукты, причем для уже морально устаревших к тому моменту платформ. Да и с Zen все получилось не просто — «приличных» чипсетов для него смежники разработать вовремя не смогли. Все, что осилила ASMedia в 300-й (а потом и 400-й) линейках — PCIe 2.0. В общем, по сути, получилось повторить лишь LGA1150 от Intel — но не LGA1151.

Однако AMD это не слишком расстроило, поскольку первые Zen делались во многом с оглядкой на серверный рынок — или на HEDT. К 2017 году необходимость увеличения количества собственно «процессорных» интерфейсов была очевидна, так что первые же восьмиядерные кристаллы получили по 32 линии PCIe 3.0. Полностью они использовались только в Epyc и Ryzen Threadripper, а в AM4 приходилось ограничиваться 24-мя — но и это на четыре линии больше, чем в процессорах под все версии LGA1151. И эти «лишние» четыре линии как раз и использовались для подключения «первичного» SSD прямо к процессору. Одного — со вторым уже возникали серьезные проблемы. Но большинству покупателей одного было и достаточно. В APU количество линий было меньшим — но «выделенный» интерфейс для SSD пришлось сохранить для совместимости.

Спустя два года у AMD уже был готов собственный контроллер PCIe 4.0. У Intel, возможно, он тоже был готов — только встраивать было некуда: существенная переделка процессоров откладывалась в очередной раз. В итоге в кои веки первой на рынок новый интерфейс выпустила не Intel, а AMD. Правда собрала столько шишек, что есть подозрения, что второй раз от такой чести она в будущем будет всячески уклоняться.

Например, оказалось, что новым интерфейсом невозможно воспользоваться в старых платах. В Intel в таком случае просто сменили бы платформу (под вой сохранившихся в отдаленных скитах представителей секты свидетелей апгрейда как обычно) — но AMD успела уже всем прожужжать уши байками о сохранении совместимости и длительном жизненном цикле АМ4. Пришлось выкручиваться: процессоры Zen2 могли работать в старых платах, но ограничиваясь при этом исключительно поддержкой PCIe 3.0, а для реализации всех их возможностей требовалась плата на чипсете Х570, который AMD сделала сама. Хороший чипсет, опередивший свое время — благо в нем поддержка нового интерфейса была заодно реализована для всех слотов. Но дорогой, требующий активного охлаждения — в целом, настолько непопулярный среди покупателей, насколько это было возможно. Те предпочитали ограничиваться более старыми чипсетами типа Х470 или даже В450.

И сейчас, кстати, нередко продолжают — несмотря на выпуск неплохого В550 год назад. Но и за ним не слишком гоняются, поскольку явным преимуществом кажется как раз лишь не слишком востребованная поддержка PCIe 4.0, для которой надо еще купить соответствующий SSD. А производители с такими не спешили, глядя на метания AMD. Тем более, компания так и не реализовала поддержку PCIe 4.0 в APU — следовательно, в массовых компьютерах (а это уже много лет как не десктопы) на процессорах AMD таковой нет. И в бюджетных настольных системах ее по-прежнему нет — недорогой чипсет А520, появившийся во второй половине прошлого года, таковую не обеспечивает.

В итоге нет ничего удивительного, что больше года весь ассортимент SSD с поддержкой PCIe 4.0 ограничивался исключительно продуктами на базе контроллера Phison E16. Практически идентичными друг другу, благо физически производились на одном заводе и под непосредственным контролем Phison. А какая-то реальная конкуренция началась только после того, как свою заинтересованность в новом интерфейсе продемонстрировали в Intel.

Подход компании оказался радикально другим. Во-первых, внедрение PCIe 4.0 началось с ноутбуков — на которые давно уже приходится 80% продаж. Одно лишь это, по сути, привело к тому, что на конец прошлого года «подходящих» для новых SSD систем на базе Intel оказалось в разы больше, чем таковых выпустили все партнеры AMD — более чем годичной форы не хватило и на пару месяцев. Во-вторых, и с десктопами все оказалось проще — о том, что у Rocket Lake будет «выделенный» интерфейс для SSD, всех производителей уведомили еще год назад. В итоге «процессорный» М.2 есть и на многих платах на чипсетах 400-й серии (правда далеко не самых дешевых), не говоря уже о 500-й. Кроме того, у Intel наличие встроенного GPU никак не мешает поддержке PCIe 4.0 — так что в итоге под накопители можно задействовать хоть все 20 линий PCIe 4.0 (у AMD такой фокус прокатывает только если устанавливать дискретную видеокарту в чипсетный слот, а вот полностью обойтись без нее даже при желании невозможно: есть либо интегрированный GPU, либо PCIe 4.0). Немного поменялся и подход к чипсетным слотам — в ноутбучные процессоры Intel встроил уже и контроллер Thunderbolt, так что на деле в них 28 линий PCIe. В настольные из-за использования 14 нм техпроцесса сам по себе «болт» не влез (восьмиядерный кристалл Rocket Lake физически крупнее, чем десятиядерный Comet Lake), так что там эти «лишние» линии пустили на связку с чипсетом. Соответственно, в современных платах с чипсетами 500-й серии линк между процессором и чипсетом впервые за последнее время ускорился — сразу в два раза. На одиночном устройстве это не скажется — но в каких-то более сложных случаях может иметь значение.

PCIe 3.0 и 4.0 для SSD на платформах AMD и Intel

Текущее состояние дел мы постараемся изложить заодно и кратко — для тех, кто не любит читать много букв. На самом деле, это важно и нужно знать — во избежание проблем при выборе.

Итак, начнем с AMD AM4. Все процессоры Ryzen (но не Athlon) всех поколений на любых платах поддерживают как минимум один SSD своими силами без посторонней помощи. Но! В общем случае — PCIe 3.0 x4 максимум. В 4.0 он превращается в очень ограниченном числе конфигураций: во-первых, нужен процессор на базе минимум Zen2 «без графики» (т. е. речь идет о моделях линеек 3000 и 5000 «без G»), во-вторых, плата на чипсете В550 или Х570. Если хотя бы одно требование нарушено — ничего не получится.

Дополнительные SSD можно также подключать к процессорным линиям — но для этого требуется возможность их бифуркации. В частности, в В550 и А520 заложена возможность превратить основной «накопительный» линк х4 в пару х2+х2, но нам пока не попадалась ни одна плата, где это было бы реализовано. Со слотами для видеокарт проще, но. Если требуется несколько устройств именно с PCIe 4.0 — куда-то еще придется «впихивать» видеокарту. Поэтому дополнительные накопители проще подключать к чипсету. Но не забывая о том, что чипсеты для АМ4 в плане коммутационных возможностей, честно говоря, оставляют желать лучшего. Например, В550 поддерживает до десяти линий PCIe 3.0 — но две из них могут быть отданы под SATA, куда-то надо вешать сеть, да и другие слоты тоже. Выделяется разве что Х570 — со своими 16 линиями PCIe 4.0. Правда и сам чипсет «живет» лишь на четырех линиях до процессора, что в некоторых случаях придется учитывать. Ну а «старые» системы обычно позволяют добавить к основному лишь один дополнительный слот М.2 — причем будет там лишь 3.0 х2 или 2.0 х4.

Покупатели HEDT-систем на базе Ryzen Threadripper могут по этим поводам не волноваться — там процессоры поддерживают как минимум пару SSD: 3.0 x4 на TR4 и 4.0 x4 в TRX40. Да и вообще 60 линий PCIe 3.0 или 4.0 непосредственно в процессорах позволяют всякого наконфигурировать. К чему добавляются еще возможности чипсета. Ныне похожие на Х570 «на стероидах» — в частности, и интерфейс с процессором PCIe 4.0 x8.

Теперь Intel. Только процессоры Core «одиннадцатого» поколения поддерживают «выделенный» интерфейс для SSD — при этом все они поддерживают и PCIe 4.0. Единственное, на что следует обращать внимания — на плате должен быть соответствующий слот. Если там всего один разъем М.2, то, как правило, в бюджетном сегменте чисто чипсетный — поскольку более универсальный: работает и со старыми, и с новыми процессорами; пусть и только как PCIe 3.0. А некоторые производители плат умудрились выпустить бюджетные модели micro-ATX вообще без М.2. Такое, например, есть у ASRock, причем и на дешевом Н510, и на вполне себе «середнячке» Н470. Чем думали инженеры — не совсем понятно. Но физическое наличие «процессорного» (или переключаемого) слота единственный нюанс — никаких вопросов совместимости нет. Вне зависимости от того идет речь о настольных системах или ноутбуках: оно либо поддерживается, либо вообще отсутствует.

И на всех Core предыдущих поколениях — строго второе. Один или несколько SSD при этом можно подключать к чипсету — это поддерживается со времен первых LGA1151 в неизменном виде. «Под ударом» разве что владельцы старых плат на базе Н110 и Н310 — это единственные чипсеты Intel предыдущей пятилетки, поддерживающие только PCIe 2.0 (у AMD вот таковых за сопоставимое время пять из восьми, причем самые популярные). Но если настолько жестко «на спичках» не экономить, то даже у древнего бюджетного В150 уже было 8 линий PCIe 3.0, а у сменившего его В250 таких стало 12 — больше, чем у современного и перспективного AMD B550. Но есть ровно то же «бутылочное горлышко» в виде PCIe 3.0 x4 между процессором и чипсетом — «расшитое» исключительно в последнем семействе чипсетов. Правда, включая и самый «убогонький» Н510. Да и все линии «для видеокарт» часто можно задействовать, причем с давних времен — в большинстве Core какой-никакой GPU есть.

Что же касается HEDT-систем Intel, то единственной современной таковой можно с определенной натяжкой продолжать считать LGA2066, появившуюся еще в 2017 году. С тех пор изрядно подешевевшую — почему и с натяжкой: сейчас и процессоры для массовых платформ могут стоить не дешевле, да и топовые платы по ценам (впрочем, и сложности) тоже давно сравнялись с подобными аналогами. PCIe 4.0 она, естественно, не поддерживает — зато 40+ линий PCIe 3.0 есть практически во всех актуальных процессорах. И несколько слотов М.2, соответственно, тоже давно стали правилом хорошего тона для плат. Один-два были и на многих моделях «последней волны» под LGA2011-3. И сейчас часто встречаются — в общем-то покупатели «бузионов» в этом плане находятся в не худшем положении, чем пользователи Ryzen первых двух поколений. А то и в лучшем — подключить пару слотов М.2 под PCIe 3.0 x4 непосредственно к процессору в данном случае труда не составляет. Достаточно, чтобы производитель платы не ленился. У АМ4 линий на это не хватает.

Тестирование

Методика и задачи тестирования

В итоге получается любопытный расклад: платформа LGA1200 в современном состоянии — забавный кентавр, поддерживающий и «традиционный» для массовых платформ Intel метод работы с SSD (при помощи встроенного в чипсет контроллера PCIe 3.0, причем фактически того же, что использовался последние пять лет), и непосредственное подключение накопителя к процессору, причем уже при помощи PCIe 4.0. Для Intel — впервые (поскольку раньше эту версию спецификаций никакие процессоры компании не поддерживали ни в каком виде), а вот для AMD это уже обыденность (не без оговорок) с самого 2019 года. Поэтому последнее время мы тестировали топовые SSD на двух платформах: АМ4 нам давала «прогрессивный режим», а старушка LGA1151 — «режим совместимости». До сих пор интересный — поскольку наиболее часто встречается на практике учитывая огромный парк проданной с 2015 года техники. А тенденции на рынке накопителей таковы, что в скором времени «чистого» PCIe 3.0 может и не остаться — производителям выгоднее как минимум формальный переход на 4.0, что все равно никому не мешает — ибо совместимо.

В последнее время тестовые платформы стабилизировались окончательно: Core i7-7700 и ASRock Z270 Killer SLI на чипсете Intel Z270 и «перспективный» на Ryzen 7 3800X и Gigabyte B550 Vision D на чипсете AMD B550. Совсем недавно мы на них тестировали WD Black SN850 емкостью 2 ТБ — на сегодня один из самых быстрых SSD с поддержкой PCIe 4.0. Теперь настало время к нему вернуться, пополнив коллекцию результатов полученными на Asus ROG Maximus XIII Hero на чипсете Intel Z590. Причем для полноты картины новых конфигураций будет не две, а три: «режим совместимости» мы протестируем и с процессором Core i9-11900K, и с более старым Core i5-10600K. Почему такими разными по производительности? Так и Core i7-7700, и Ryzen 7 3800X тоже очень разные — и от этой пары отличаются. Зато сразу в тестах будет понятно, где зависимость от процессора вообще может быть, а где — нет.

Сама же тестовая методика подробно описана в отдельной статье, однако с тех пор мы ее немного модифицировали. Описание обновления будет готово в скором времени (тем более, кое-что еще в ПО мы, пользуясь случаем тоже поменяем), однако необходимым оно не является — все будет понятно прямо по тексту. Принципиально ничего не изменилось.

Заполнение данными

Теоретически полная пропись в AIDA64 должна зависеть только от накопителя, а в пределах SLC-кэша (при его наличии) может быть ограничена интерфейсом. Практически же во всех связках «SSD-контроллер» могут вылазить разные нюансы, позднее так или иначе влияющие на общую производительность в менее синтетических сценариях. Поэтому на такие примеры тоже любопытно посмотреть.

Так все выглядит на платформе Intel середины прошлого десятилетия. Максимум — в кэш: порядка 2,8 ГБ/с. Далее — на уровне 1 ГБ/с с попытками «восстановить» скорость. Контроллер мощный, так что временами ему удавалось расчищать место быстрее поступления новых данных по интерфейсу, но кратковременно.

Новейший чипсет Z590 на первый взгляд ничем не отличается от старичка Z270. Впрочем, и сама по себе платформа почти не менялась — разве что немного интерфейсов добавилось, да сами процессоры наращивали количество ядер. Но в данном случае это не имеет значения. Пики, разве что, подросли. Но сам характер графика не слишком изменился — равно как и минимум с максимумом практически те же: 1 и 2,8 ГБ/с. При этом времени на выполнение теста AIDA64 «намеряла» больше.

Меняем Core i5-10600K на Core i9-11900K — и получаем еще +1 минуту. При этом диапазон изменения значений на деле даже приподнялся по вертикальной оси.

Хотя затевалось все, конечно, не для этого. В «родном режиме» переваливаем за 5 ГБ/с, но за пределами SLC-кэша, как и следовало ожидать, продолжаем колбаситься в том же диапазоне. По таймеру же есть ускорение сравнительно с той же платформой «через чипсет» — но совсем не с первой версией LGA1151.

И вот так все выглядит на АМ4 — почти полная идентичность с LGA1200 в режиме PCIe 4.0. Кстати, и «по времени». Так что последним для сравнения платформ стоит пользоваться очень осторожно — как-то странно у утилиты все с внутренними часами. Вот накопители в рамках одинакового окружения можно сравнивать.

Применительно же к SSD все априорные предположения и уже полученные ранее знания подтвердились. Все современные «бытовые» модели — спринтеры по записи. А переход с PCIe 3.0 на PCIe 4.0 увеличивает лишь скорость записи в SLC-кэш, так что сам по себе в отрыве от прочих доработок контроллеров принципиально ничего изменить в плане быстродействия не может. Или почти не может — скорость чтения больших объемов данных в интерфейс упиралась давно и стабильно, так что читать новые накопители точно могут быстрее. Если, конечно, им удается развернуться на практике.

Производительность в приложениях

Новый комплексный PCMark 10 Full System Drive ориентирован на твердотельные накопители, так что способен загрузить работой даже самые быстрые SSD, не говоря уже о бюджетных. И включает в себя самые разные нагрузки — от запуска приложений, до простого копирования данных, так что дает полную информацию об усредненной «системной» производительностью SSD. Более подробную информацию можно получить из нашего краткого описания теста по ссылке, а сейчас — просто результаты. Как обычно — в двух состояниях: когда на SSD данных нет вообще (и SLC-кэширование может развернуться в полную силу) и когда на нем остается всего 100 ГБ свободного места (что куда более приближено к реальности, поскольку нынешние цены пока еще не слишком располагают к выбору емкости «с запасом»).

Но в целом к таким результатам мы были готовы давно — усредненный «прирост» от PCIe 4.0 есть, однако он не превышает 15%. При сравнении «лоб в лоб» пока результаты на АМ4 повыше. Впрочем, не думаем, что кто-то будет выбирать платформу, ориентируясь на результаты производительности SSD — обычно «танцевать» принято от процессора. Ну а при прочих равных очевидно, что выигрышем от «переключения» SSD на процессорный разъем при возможности пренебрегать не стоит. Тем более, что на «чипсетном» производительность за пять лет не выросла — скорее, даже снизилась. Особенно заметно это с процессорами предыдущего поколения. Вину за что, пожалуй, стоит «возложить» на «заплатки» от разного рода уязвимостей, обнаруженных порядка трех лет назад. В Rocket Lake их сами по себе устранили в процессе разработки микроархитектуры, а вот в Skylake (архитектурно, это, напомним, не только сам Skylake — но и все до Comet Lake включительно) приходилось «штукатурить по месту». Фактически в итоге на одном и том же PCIe 3.0 и несмотря на рост средней производительности процессоров потеряли сопоставимо с тем, сколько новые Core выигрывают от выделенного 4.0 — тоже, в общем-то, серьезный результат. Хорошо, что он уже хотя бы для части покупателей в прошлом, во-первых, а во-вторых — в бюджетном сегменте (т. е. настольные Core i3 и ниже, пока так и оставшиеся на старой микроархитектуре с набором патчей) вряд ли будет серьезно мешать.

Последовательные операции

Если бы последовательным чтением данных все практические сценарии ограничивались, споры о нужности и полезности новых интерфейсов быстро прекратились бы сами собой: PCIe 3.0 x4 примерно в шесть раз быстрее, чем SATA600, а PCIe 4.0 x4 вдвое быстрее и его.

Правда вот идиллия мгновенно кончается, как только мы касаемся последовательной же, но записи. Black SN850 — один из самых быстрых SSD, способный выбраться за ограничения PCIe 3.0 и в этом случае (по крайней мере, в пределах SLC-кэша — а больше ничего низкоуровневые утилиты померить давно уже и не могут). Но об удвоении пиковых показателей хотя бы в подобном синтетическом случае речи уже не идет.

Произвольный доступ

В очередной раз необходимо повторить — не отсортируй мы заранее результаты по платформам, сделать это было бы затруднительно. Факторов, влияющих на производительность в такого рода сценариях много. И особенности функционирования низкоуровневых бенчмарков на разных платформах — не последние из них. Впрочем, как и нюансы совместимости разных накопителей с разными контроллерами PCIe: как мы уже не раз видели, все совместно работают — но все немного по-разному.

Общие тенденции, впрочем, тоже есть. Во-первых, самой медленной чаще всего оказывается связка i5-10600K+Z590. И потому, что «связка», и потому, что в задачах такого типа разные патчи безопасности (хоть программные, хоть аппаратные) как раз сильнее всего просаживают производительность. Обе версии LGA1151, где аппаратных заплаток было меньше, а от программных нередко получалось и «отказаться» в этом качестве даже предпочтительнее. Core «одиннадцатого» поколения исправляют ситуацию и в рамках одной и той же платформы. Вот только временами оказывается, что никакого преимущества у «прямого подключения» причем даже более быстрым линком нет. Краткий (да и достаточно важный) вывод — первостепенное значение имеет непосредственно конкретный SSD, так что сценарии такого рода лучше всего подходят именно для сравнения разных моделей друг с другом, но в одинаковых условиях. А вот для сравнения «условий» — уже не очень.

Но, что примечательно, результаты при чтении блоками разного размера с единичной очередью (а это наиболее приближенный к практике случай из всей этой группы) ведут себя и ближе всего к житейской логике. Отступая от нее, разве что, при сравнении стендов на Core i7-7700 и Core i5-10600K — но причины этого описаны выше.

Что интересно, по обобщенному рейтингу данной программы (в который входят операции и с произвольной, и с последовательной адресацией) безусловным лидером в чтении оказывается платформа АМ4. Зато при записи ее результаты лишь примерно равны полученным на Core i9-11900K при подключении SSD к чипсету. А его «перенос» на процессорный интерфейс производительность повышает еще больше. Вывод? В целом повторение сказанного выше — на деле результаты многих бенчмарков на разных платформах в первую очередь говорят лишь о том, как сами бенчмарки работают на данных платформах. Поэтому сравнивать их в данном случае нужно очень аккуратно. Из этого можно сделать вывод, что полноценно протестировать именно интерфейсы и оценить «полезность» их модернизации практически невозможно — остается слишком много «белых пятен». И ладно б это касалось только низкоуровневых утилит со всеми их особенностями — иногда любопытные нюансы вылазят и в, казалось бы, самых простых и элементарных тестах.

Работа с большими файлами

Мы решили постепенно «переводить» тесты на заполненных данными накопителях (т. е. когда свободного места остается лишь порядка 100 ГБ) в разряд обязательных, что приводит к необходимости небольшого изменения формата представления результатов. Делая их, скажем так, более показательными. Для всех накопителей, которые и тестировались в двух состояниях, конечно, но со временем эта проблема отпадет естественным образом.

Вообще же результаты работы NASPT на платформе АМ4 после внедрения туда поддержки PCIe 4.0 начали вызывать серьезные сомнения в адекватности. Но проверить, кто конкретно виноват, долгое время не получалось: сравнить не с кем было. Причем не только в отношении платформы — и SSD с новым интерфейсом долгое время были практически одинаковыми, так что имея ровно одну связку «AMD + Phison E16» было не совсем понятно — кто виноват: AMD, Phison или, может быть, очень старая (пусть и удобная) утилита. Может быть, она уже высокие скорости «не тянет»? Однако как только появились разные реализации, так и оказалось, что «тянет» по разному.

Особенно если говорить о многопоточном режиме, способном «забить» всю полосу пропускания. Именно такое давно происходит с топовыми SSD на PCIe 3.0 — с любыми и на всех платформах. Но почему-то долгое время не получалось на АМ4 с PCIe 4.0. На Rocket Lake — получилось сразу. Практически в полном соответствии с результатами низкоуровневых утилит — пока идет чтение данных, оставшихся в SLC-кэше. В процессе заполнения SSD данными мы их оттуда гарантированно вытесняем — и получаем уже «честную» скорость самого TLC-массива (то, что очень важно — но другими средствами очень сложно измерить). Разница, как видим, велика. А на АМ4 — нет, поскольку там и абсолютные результаты еще ниже.

Еще интереснее запись — мы не раз отмечали, что результаты всех быстрых SSD на АМ4 в этом сценарии оказываются практически идентичными. И очень похожими на полученные в режиме PCIe 3.0 (вне зависимости от платформы) — куда больше, чем при чтении, где хоть какая-то разница получалась. И эта проблема волшебным образом исправилась.

Многопоточная же запись на АМ4 стабильно замедлялась не только по сравнению с однопоточной там же, но и оказывалась медленнее, чем на любых платформах Intel. Оказывается, что это вовсе не обязательно — Core i9-11900K заставляет выкладываться на полную и сам SSD, и используемый интерфейс. Так что и тут проявилась «полезность» PCIe 4.0. Но только в этом случае.

Чтение с записью по версии NASPT на АМ4 лишь самую малость вылазило за ограничение PCIe 3.0. На LGA1200 прирост не то, чтоб разительный — но гораздо заметнее.

И он же есть даже при произвольном доступе — который на АМ4 был и вовсе слабым местом. Впрочем, тут и хорошо заметно, что на результаты большое влияние оказывает не только пропускная способность интерфейса. Или, даже, не столько она — Core i9-11900K оказывается на лидирующих позициях даже при использовании «чипсетного» подключения. Кстати, как и при «просто» многопоточной записи — но там интерфейс имел заметно большее значение.

Можно включить внутреннего конспиролога — и вспомнить, что это Intel NAS Performance Toolkit. Однако на деле программа изначально написана в 2007 году — и лишь немногим позже в Intel полностью прекратили ее развитие. С тех пор что AMD, что сам Intel архитектуры своих процессоров несколько раз поменяли, так что специального привета из прошлого быть не может. Если только «случайный» — какие-то особенности то ли самих процессоров Ryzen, то ли контроллера PCIe от AMD оказались несовместимы с ее способностями «ворочать» большими объемами данных. Быстро ворочать, точнее — для скоростей PCIe 3.0 x4 хватало, а вот увеличить скорость не получилось. Т. е. это не какая-то проблема собственно платформы АМ4 — а, скорее, нюансы работы на ней некоторых приложений. Хотя NASPT ничего выходящего за рамки стандартного WinAPI не использует — так что есть вероятность получить подобные «сюрпризы» в любой другой программе. Кто знает — может быть, часть претензий, что эффект от внедрения PCIe 4.0 слишком уж незаметен, была обусловлена именно этим? Но, как бы то ни было, тест для использования на платформе AMD не подходит. Поэтому и для сравнения двух платформ — тоже не подходит.

Итого

Хорошо заметно, что корректно сравнить эффективность реализации PCIe 4.0 для накопителей очень сложно — на работе большинства приложений сказывается слишком уж много второстепенных факторов (которые иногда норовят оказаться вовсе решающими). С другой стороны очевидно, что никто не будет выбирать платформу, ориентируясь именно на скорость SSD с точностью до миллилитра, так что не так уж это и нужно. Главное — сама по себе поддержка нового интерфейса теперь есть в продукции обеих компаний, причем реализована сходным образом. Но подходы к внедрению оказались немного разными — если AMD до сих пор ограничивается только лишь нишевыми решениями, типа десктопов, то в Intel начали как раз с самых массовых — портативных компьютеров (серверная продукция — в любом случае отдельная тема, включая и сами накопители). При этом в первом случае проблема была еще и долгое время усугублена некоторыми ограничениями платформы — в частности, несовместимостью с новомодными тенденциями бюджетных плат (в какой-то степени это сохраняется и сейчас). Так что формальную фору во времени внедрения PCIe 4.0 по количеству поставленных систем Intel удалось «отыграть» у AMD буквально за несколько месяцев. Еще до появления Rocket Lake — хотя в настольном сегменте это первые процессоры компании с поддержкой PCIe 4.0, но бал правит далеко не он. На что отреагировали и производители SSD — практически уже забросившие PCIe 3.0 вслед за SATA600: производство продолжается, но вот новые модели появляются только в бюджетном сегменте. Так что весь рынок переходит на PCIe 4.0. Но в явочном порядке — просто доля таких решений в поставках очень быстро растет. И это уже касается не только топовых накопителей, но и того уровня, которому ускорение интерфейса в принципе ничего дать не может. Да и в лучшем случае прирост производительности по-прежнему остается скромным — в этом плане «присоединение» Intel к продвижению PCIe 4.0 ничего не меняет. Просто теперь убедиться в этом на собственном опыте сможет большее число покупателей. И лучше с этим вопросом не откладывать — поскольку в следующем году на горизонте уже маячит PCIe 5.0.

SSD диск — что это такое: новые горизонты хранения данных или очередной маркетинг

Аббревиатура SSD расшифровывается как Solid-State Drive. Что, собственно, так и переводится — твердотельный накопитель. Особенность его заключается в том, что он не содержит подвижных механических частей: внутри находятся лишь платы и микросхемы, с помощью которых и происходят запись, хранение и чтение информации. История SSD началась довольно давно.

Впервые какое-то подобие смогла реализовать StorageTek в 1985 году. Но в то время высокая стоимость и невысокая технологичность комплектующих не позволяли массово внедрять решения в массы, да и особо не было ответа, для чего нужен в компьютере быстрый SSD диск, если интерфейсы и периферия все равно работала медленно. Зато в начале 2010-х годов популярность SSD сильно возросла. Сейчас практически каждый новый ноутбук поставляется с SSD либо гибридной конфигурацией с жестким диском. Далее мы рассмотрим, что это такое — SSD в ноутбуке или стационарном компьютере.

Для чего нужен SSD-накопитель в компьютере

SSD по своему назначению ничем не отличается от HDD. Он призван выполнять ту же функцию — хранить данные, операционную систему, файлы подкачки и тому подобное. Естественно, что эта замена более дорогая, если переводить рассчитывать в отношении гигабайт/рубль. Более чем вероятно, что в недалеком будущем ситуация изменится.

Устройство жесткого диска SSD ноутбука и в компьютере

Никакой разницы между тем, что такое SSD в ноутбуке и стационарном компьютере по сути нет. Внешне устройство может представлять собой похожий на HDD корпус, или же быть выполнено в виде платы для установки в разъем типа М.2. Если разобрать SSD или посмотреть на плату, то она очень похожа конструкцией на обычную флешку. В целом, SSD и есть большая флешка, с тем же принципом работы. Так выглядит SSD без одежды Управляет всем устройством контроллер, который распределяет данные по ячейкам, следит за их состоянием, удалением и в целом выполняет все функции, аналогичные функциям процессора в компьютере. Сама память представляет собой флеш-память, такую же, как на флешках. В SSD используется тип NAND, который характеризует собой трехмерную компоновку проводников, где на пересечениях используется ряд ячеек. несколько одинаковых чипов на плате — NAND-память По методу записи данных в ячейку различают два вида реализации: SLC – Single-level Cell и MLC – Multi-level Cell. Как можно догадаться, в первом случае в одну ячейку пишется всего один бит, в втором — несколько. Сейчас из MLC вышел еще один тип, название которого устоялось в обиходе, хотя и входит в подмножество этого типа — TLC, Triple-level Cell.

Схема различий между SLC и MLC, а также TLC

Есть ряд преимуществ и недостатков у каждой реализации. MLC выходит дешевле в пересчете на соотношение объем/цена. Это делает жесткий диск SSD дешевле в конечном итоге, что сказывается и на выборе потребителей. Но структура записи в несколько слоев накладывает ограничения на количество циклов записи и производительность. Чем больше уровней вложения используется, тем сложнее становится алгоритм работы с ячейками и меньше ресурс. SLC пропорционально дороже, обладает большим ресурсом и производительностью. Схема различий между SLC и MLC, а также TLC Проблемы с ресурсом и надежностью памяти производители решают с помощью алгоритмов, позволяющих контролировать процесс использования ячеек: запись производится в те участки памяти, которые использовались реже всего. Используется и еще один подход — резервирование памяти. Практически каждый SSD оставляет «про запас» около 20% памяти, чтобы пополнять ее оттуда в случае утраты ячейки.

Принцип работы SSD-диска

Внутреннее убранство HDD и SSD

Наверное, многие знают, как работает обычный жесткий диск — магнитная головка бегает от начала к краю вращающегося диска и читает с дорожек данные. Основная проблема магнитных дисков — слишком много времени уходит на позиционирование головки на участке с нужными данными. А если файл еще и разбит на несколько кусков по разным участкам, то время процесса чтения или записи и вовсе увеличивается в разы. Внутреннее убранство HDD и SSD Чтобы понять, что такое ССД диск, нужно знать принцип его действия. Для доступа к данным для чтения или ячейкам для записи системе нужно лишь знать адрес. Затем контроллер просто возвращает блоки данных. Время тратится лишь на поиск адреса и передачу данных — буквально миллисекунды.

Виды жестких твердотельных дисков

По видам SSD можно характеризовать по форм-фактору и типу интерфейса. Форм-факторов встречается три основных:

2,5”. Диск облачен в корпус размером 2,5 дюйма. Обеспечивает совместимость практически между всеми видами систем: ноутбуки, серверы, ПК.

Компактный формат 2,5” от Crucial

Как отдельная плата для слота PCIe. Обеспечивает неплохую скорость и надежность, использует интерфейс PCI Express.

Отдельная плата SSD от Intel

М.2. Относительно новый формат, представленный в основном в виде платы, которая устанавливается прямо на материнскую плату в разъем М.2, что весьма компактно. Такой SSD может встречаться в трех разных исполнениях в зависимости от длины: 2242, 2260, 2280. Последние две цифры означают длину в мм.

Сравнение размеров М.2

Сравнение размеров М.2 Существуют еще несколько форматов, которые встречаются редко и нужны для узкого спектра задач, например 1,8”, 3,5” или mSata. В интерфейсах разобраться сложнее. Здесь — каша в стандартах и спецификациях. Начнем с самого ходового — SATA. На сегодняшний день имеются три основных ревизии и две дополнительных. SATA — поддерживает до 1,5 Гбит/с. Сейчас встречается все реже и реже. SATA II — до 3 Гбит/с. SATA III — до 6 Гбит/с. Ревизия SATA 3.2 получила дополнительно приставку Express.

Обладает скоростью до 8 Гбит/с и обратно совместим с другими SATA, а также, что самое интересное, в основе имеет интерфейс PCI Express. Интерфейс может быть реализован как в форм-факторах 2,5 дюйма, так и в М.2. С PCI-E интерфейсом немного проще. Реализуется он в основном в М.2 у SSD. Стоит обратить внимание, что PCI может быть многоканальным. Чем больше каналов — тем быстрее скорость передачи данных.

Общие характеристики SSD (Solid State Disk)

Давайте рассмотрим базовые характеристики, по которым можно идентифицировать SSD, разберем, что это такое, и сравним с HDD.

Интерфейс и форм-фактор

Об этом мы уже немного рассказывали. Теперь рассмотрим это в контексте выбора и актуальности для разных систем. С интерфейсами все просто — наиболее производительным сейчас считается eSATA, который в спецификациях в некоторых магазинах и у производителей может быть обозначен как PCI-E. На сегодняшний день это наиболее быстрый интерфейс. Форм-фактор же нужно выбирать в зависимости от типа ПК — ноутбук или стационарный.

В стационарном для компактности можно использовать М.2, который займет немного места на плате и не требует дополнительного питания. Новые ноутбуки тоже поддерживают М.2. Для старых актуален форм-фактор 2,5 дюйма.

Емкость и скорость диска

Емкости SSD — довольно дорогие. Самый бюджетный вариант SSD на 32 Гб можно купить примерно за 1500 рублей, в то время как HDD за те же деньги уже будет иметь объем от 160 Гб. Что касается скорости, то тут все не так однозначно. Очень часто скорости чтения и записи данных в спецификациях к дискам сильно завышены. Причем не обязательно лишь у малоизвестных маленьких компаний, а даже и у именитых брендов. Поэтому ориентироваться приходится на обзоры и замеры авторитетных сервисов и тестеров.

Тип микросхем памяти

Интересно, что сейчас оба типа памяти — MLC и SLC — практически одинаковы и по производительности, и по ресурсу записи/перезаписи. Многое зависит от реализации конкретного производителя. Перед покупкой каждой конкретной модели мы бы рекомендовали посмотреть тесты и обзоры на эти гаджеты.

Ведущие производители SSD дисков для ПК

В топе находятся известные производители накопителей. Чем-то особенным их реализации не отличаются. Более того, контроллеры производства Samsung или Intel можно встретить не только в их собственных накопителях, но и в устройствах брендов-конкурентов. Основные имена в топе:

Samsung. Производят SSD широкого спектра для самых разных задач;
Western Digital. Один из старейших производителей носителей. Выпускает три разных линейки накопителей — Green, Blue и Black;
Intel. Тут все понятно. Надежность и качество;
Transcend. Известна в основном своими флешками. Теперь выпускаеи и полноценные SSD.

Какой SSD диск лучше купить

Samsung MZ-75E250BW в формате 2,5“

Если бюджет не ограничен, то никаких проблем нет. Если же каждый рубль на счету, то лучше подойти к вопросу основательно. Давайте рассмотрим пару моделей, на которые стоит обратить внимание. В категории до 5000 рублей можно посмотреть в сторону Samsung MZ-75E250BW. Samsung MZ-75E2 в формате 2,5“ Тип памяти в нем используется типа TLC. Заявленная скорость чтения/записи составляет 540/520 Мб/с. Общий объем накопителя равен 120 ГБ. Суммарно на диск можно записать 75 ТБ данных.

В среднем пользователи записывают на свой диск от 5 до 30 ГБ в сутки, что дает примерно 10 ТБ в год. Таким образом, ресурса этого SSD должно хватить примерно на 7,5 лет. Для подключения используется интерфейс SATA. Купить диск можно за 3600 рублей. А его форм-фактор 2,5 дюйма позволит использовать его и в «стационарнике», и в ноутбуке.

Intel SSDPEKKW128G8XT с разъемом М.2

Если же на первом месте стоит компактность и экономия места, то можно рассмотреть SSD с М.2. В пределах 5000 рублей можно купить Intel SSDPEKKW128G8XT. Intel SSDPEKKW128G8XT с разъемом М.2 Это диск с разъемом М.2 и размером 2280. Надо учесть, что свободного места от разъема до ближайшего компонента должно быть больше 80 мм. Тип памяти — TLC. Общий размер диска — 120 Гб.

Этот диск интересен тем, что подключается с помощью интерфейса PCI-E с 4-мя каналами через разъем М.2. А это означает, что шина не ограничивает возможности SSD и в полной мере позволяет выдавать отличную скорость записи и чтения — которые, кстати, заявлены производителем в 650 МБ/с для записи и 1640 МБ/с для чтения. Общий ресурс составляет 72 ТБ данных. Стоит устройство 4290 рублей.

В целом, цены более 5000 рублей по своей сути не подразумевают больших скачков в плане производительности. Меняется лишь общий объем диска. Кстати, для SSD показатель объема влияет и на долговечность. Например, диск в 120 ГБ при ежедневной записи в 30 ГБ прослужит примерно 7,5 лет. При таком же ритме записи устройство с объемом в 500 ГБ должно прослужить в 4 раза дольше.

Общий совет по выбору можно дать такой: нужен диск только для системы и программ — можно выбрать поменьше, 60 или 120 ГБ, а на другом HDD хранить все данные, фильмы, картинки и прочее. Если планируется хранить все на одном SSD, лучше сразу выбрать его побольше. Интерфейсы PCI-E пока стоят дороже SATA, зато не ограничивают в скорости, поэтому, если позволяет бюджет, лучше выбрать интерфейс PCI-E.

Ответы на часто задаваемые вопросы о диске SSD

За время своего существования SSD успели обрасти мифами и легендами, а также постоянными вопросами. Несколько из них мы рассмотрим.

Особые правила эксплуатации

Многие уверены, что при правильном использовании диска можно увеличить его срок службы. Сюда входят различные оптимизации — отключение кэшей, индексирования, файла подкачки, выполнение дефрагментирования. На самом деле, в значительной степени эти действия на ресурс SSD не повлияют. Скорее, снижение общей производительности за счет отключения функционала будет менее оправдано, нежели увеличенный на пару десятков гигабайт общий ресурс.

Единственное, что можно посоветовать — делать бэкапы: сохранять свои важные данные на альтернативных носителях — облаке или другом диске. Хотя этот совет применим ко всем носителям в принципе.

Чем SSD отличается от HDD

Скорость чтения и записи, ударо- и вибростойкость, уровень шума, потребление энергии и вес. Это главные преимущества SSD перед HDD.

Что такое TRIM в SSD

TRIM – инструкция для интерфейсов ATA, которая позволяет операционной системе сообщать диску о том, какие блоки памяти можно не использовать и считать пустыми. Зачем она нужна SSD накопителям? Введена она была в связи со спецификой работы твердотельных дисков. При записи новых данных в ячейку, SSD не может просто взять и заменить старые данные на новые.

Ему приходится сначала считать данные в кэш, очищать ячейку, а затем уже записывать — при этом скорость доступа уменьшается в разы. TRIM решила эту проблему. Система и накопитель постоянно обмениваются информацией о том, какие ячейки больше не нужны, и по сигналу TRIM производит обнуление этих ячеек. При следующей записи SSD уже просто сразу спокойно пишет в нее данные.

Нужен ли SSD для игр

Тут тоже не все так просто. Во-первых, значимого прироста FPS в играх от использования SSD можно не ждать. Актуальным твердотельный накопитель будет при стартовых загрузках миров и уровней — локации будут грузиться быстрее. Есть вероятность, что ССД накопитель может помочь в случаях, когда производительность упирается в объем оперативной памяти, когда эти данные скидываются в файл подкачки. Но менять в такой ситуации HDD на SSD вместо наращивания «оперативки» — сомнительное удовольствие. Кстати, есть интересное видео тестирования популярных игр на разных дисках:

Если у вас есть опыт обращения с SSD, то вы можете поделиться им с другими пользователями в комментариях.