SSD_256_1T

Обзор твердотельного накопителя Transcend SSD370 на контроллере Silicon Motion

01 декабря 2014

Илья Гавриченков

В последнее время в продаже появилось много SSD, основанных на новых и оригинальных контроллерах. Transcend SSD370 — яркий пример такого накопителя: он базируется на чипе SMI SM2246EN. Давайте проверим, может ли такое решение противостоять накопителям лидеров рынка хотя бы в нижнем ценовом сегменте

⇣ Содержание

История с перспективными контроллерами SandForce третьего поколения, да и с самой этой компанией, стала для производителей SSD хорошим уроком: полагаться на платформы одного поставщика очень опасно, потому что его проблемы неминуемо ударяют и по их собственному бизнесу. Серьёзные задержки давно обещанного семейства чипов SF3700 и многократный переход команды его разработчиков из рук в руки сильно повлиял на привычную расстановку сил на всём рынке твердотельных накопителей. Ещё пару лет назад контроллеры SF-2281/2282 были самой популярной платформой для потребительских SSD, и очень многие производители даже и не помышляли о необходимости подыскивать для продукции SandForce какие-то альтернативы. Однако весь 2014 год стал для SandForce периодом неудач и постепенного забвения. Армия почитателей этой платформы катастрофически поредела, а среди предложений производителей SSD, которые успели отреагировать на невзгоды, обрушившиеся на их ключевого поставщика, теперь основное место занимают продукты, базирующиеся на каких-то других чипах.

Семейство контроллеров SandForce второго поколения сформировало очень удобную для конечных производителей SSD систему, не требующую от них никаких особенных инженерных затрат. Платформа, которую SandForce поставляла производителям, включала не только собственно процессор, но и дизайн печатной платы вместе с эталонным вариантом микрокода. При этом она обеспечивала весьма достойную производительность и надёжность — и всё это вместе стало залогом её широкого распространения. Но с чипами SF3700, которые должны были прийти на смену SF-2281/2282, произошла настоящая катастрофа: хотя они и были анонсированы более года тому назад, их массовые поставки постоянно откладывались из-за ошибок в дизайне, и, по имеющимся данным, теперь они могут начаться не ранее первой половины следующего года. К тому же за последние три года у компании SandForce трижды сменился владелец. В конце 2011-го она была куплена LSI, затем, в конце 2013-го, LSI была поглощена Avago, а в середине этого года часть LSI, занимающаяся флеш-компонентами, была перекуплена Seagate. В итоге теперь у производителей SSD даже нет уверенности в том, что, когда долгожданный SF3700 всё-таки появится, они смогут закупать его в достаточных количествах, поскольку Seagate практически наверняка захочет развивать собственный бизнес потребительских SSD. Иными словами, бывшим партнёрам SandForce пришлось в срочном порядке пересматривать свою стратегию и искать новых поставщиков контроллеров.

Зато вся эта эпопея открыла перед компаниями, которые ранее не занимались разработкой контроллеров для массовых SSD, прекрасное окно возможностей. И этим моментом смогли воспользоваться сразу несколько китайских компаний, хорошо известных по выпуску чипов для USB-накопителей, но не сумевших до сих пор добиться на рынке контроллеров для SSD особых успехов. В результате рынок массовых платформ для твердотельных накопителей пополнился разработками как минимум трёх фирм: JMicron, Phison и Silicon Motion. Это трио вместе с компанией Marvell смогло заполнить образовавшуюся нишу, добавив в ассортимент имеющихся в магазинах SSD немало приятного для конечных пользователей разнообразия.

В этом материале речь пойдёт о новом накопителе компании Transcend, которая смогла своевременно переключиться с платформы SandForce на альтернативные разработки. Её новинка, SSD370, основывается на контроллере Silicon Motion SM2246EN, набравшем за последние месяцы немалую популярность. Помимо Transcend SSD370, он используется в ADATA Premier SP610, PNY Optima и Corsair Force LX, но в нашу лабораторию продукт на его основе попал впервые. И это — прекрасный повод для проведения подробного тестирования, о результатах которого мы и расскажем.

⇡#Технические характеристики

Итак, самая интригующая часть Transcend SSD370 — это лежащий в основе накопителя контроллер компании Silicon Motion, или, как её сокращённо называют, SMI. До сих пор мы не сталкивались ни с какими потребительскими продуктами, использующими контроллеры этого производителя, но на самом деле имя Silicon Motion для рынка SSD не ново. Просто раньше эта фирма ориентировалась на несколько иной рыночный сегмент — её чипы обычно ставились в твердотельные накопители для индустриального использования. Однако новый контроллер этой компании, SM2246EN, должен служить основой именно для потребительских флеш-приводов с интерфейсом SATA 6 Гбит/с.

Этот контроллер интересен тем, что, подобно прочим бюджетным решениям, он имеет четырёхканальную структуру со стороны флеш-памяти, но при этом обещает достаточно неплохую производительность. Согласно заявлениям разработчиков Silicon Motion, последовательные скорости достигают 540 и 487 Мбайт/с при чтении и записи соответственно, а при случайных операциях быстродействие может доходить до 80 тысяч IOPS. Достигаются такие результаты благодаря нестандартной внутренней конструкции контроллера. В то время как основная масса контроллеров SSD использует в своей основе процессорные ядра с архитектурой ARM, в контроллер Silicon Motion встроен одноядерный 32-битный RISC-процессор Synopsys DesignWare ARC. Преимущество такого решения в том, что ARC — архитектура, допускающая гибкое конфигурирование под конкретные нужды, вплоть до того, что она позволяет добавлять специализированные инструкции или дополнительные регистры. И в SM2246EN такое вычислительное ядро оптимизировано под типичные для контроллера SSD операции, что позволяет обходиться меньшими вычислительными ресурсами, но получать при этом хорошую производительность.

Если говорить конкретно о рассматриваемом накопителе Transcend SSD370, то его характеристики выглядят следующим образом:

Производитель	Transcend
Серия	SSD370
Модельный номер	TS32G SSD370	TS64G SSD370	TS128G SSD370	TS256G SSD370		TS512G SSD370		TS1T SSD370
Форм-фактор	2,5 дюйма
Интерфейс	SATA 6 Гбит/с
Ёмкость	32 Гбайт	64 Гбайт	128 Гбайт	256 Гбайт		512 Гбайт		1 Тбайт
Конфигурация
Микросхемы памяти: тип, интерфейс, техпроцесс, производитель	Micron 128-Гбит 20-нм MLC NAND (с интерфейсом ONFI 3.0)
Микросхемы памяти: число / количество NAND-устройств в чипе	2/1	4/1	8/1	16/1		16/2		8/8
Контроллер	Silicon Motion SM2246EN
Буфер: тип, объем	DDR3-1600, 128 Мбайт				DDR3-1600, 256 Мбайт		DDR3-1600, 512 Мбайт		DDR3-1600, 1024 Мбайт
Производительность
Макс. устойчивая скорость последовательного чтения	260 Мбайт/с	510 Мбайт/с	520 Мбайт/с	520 Мбайт/с		520 Мбайт/с		520 Мбайт/с
Макс. устойчивая скорость последовательной записи	40 Мбайт/с	80 Мбайт/с	170 Мбайт/с	310 Мбайт/с		450 Мбайт/с		460 Мбайт/с
Макс. скорость произвольного чтения (блоки по 4 Кбайт)	20000 IOPS	40000 IOPS	70000 IOPS	75000 IOPS		75000 IOPS		75000 IOPS
Макс. скорость произвольной записи (блоки по 4 Кбайт)	10000 IOPS	20000 IOPS	40000 IOPS	75000 IOPS		75000 IOPS		75000 IOPS
Физические характеристики
Потребляемая мощность: бездействие/чтение-запись	Н/д
MTBF (среднее время наработки на отказ)	Н/д
Ресурс записи	45 Тбайт	80 Тбайт	150 Тбайт	380 Тбайт		550 Тбайт		1180 Тбайт
Габаритные размеры: ДхВхГ	99,8х69,8х7,0 мм
Масса	62 г
Гарантийный срок	3 года
Рекомендованная цена	$45	$50	$65	$115		$210		$420

Используя четырёхканальный контроллер, компании Transcend удалось сформировать очень широкую линейку объёмов — от 32 Гбайт до 1 Тбайт. Отчасти помогло в этом применение флеш-памяти с 128-гигабитными ядрами (в данном случае это — MLC NAND компании Micron, производимая по 20-нм техпроцессу и имеющая интерфейс ONFI 3.0), однако обратной стороной медали стало очень сильное различие в скоростных показателях. Действительно, модификация Transcond SSD370 наивысшей ёмкости базируется на массиве памяти из 64 NAND-устройств, имея при этом максимально возможную степень параллелизма, а младшая модель использует лишь половину имеющихся в контроллере каналов. То есть из-за памяти с крупными ядрами варианты SSD370 с ёмкостью 128 Гбайт и менее имеют серьёзно урезанную и, откровенно говоря, совершенно неконкурентную производительность. Зато те модели, которые могут похвастать самой высокой скоростью в линейке, а это версии объёмом 512 Гбайт и 1 Тбайт, по своим спецификациям могут на равных соперничать с современными SSD среднего ценового диапазона, в основе которых лежат полноценные восьмиканальные контроллеры.

Не совсем шаблонно инженеры Transcend подошли и к декларированию ресурса SSD370. Для моделей разной ёмкости объявлена различная выносливость, причём предельные объёмы записанных данных выглядят очень впечатляюще. Однако следует иметь в виду, что все эти числа элементарно посчитаны из предположения о том, что устанавливаемая в накопитель 20-нм MLC NAND компании Micron выдерживает до трёх тысяч циклов перезаписи, а коэффициент усиления записи у Transcend SSD370 близок к двум. Впрочем, как бы то ни было, пока на флеш-диск не будет записано указанное в графе «ресурс записи» количество данных, на SSD370 будет действовать гарантия (но не более трёх лет).

Любопытно, что контроллер SM2246EN теоретически позволяет использовать AES-шифрование с 256-битным ключом, причём совместимое со спецификацией TCG Opal 2.0. Однако в самом накопителе Transcend SSD370 эта возможность пока не реализована, хотя производитель обещает добавить её позднее – в обновлённых версиях микропрограммы. Зато состояние DevSleep поддерживается и в существующей прошивке, так что SSD370 вполне можно применять в ультрамобильных платформах.

Следует упомянуть, что Transcend уделила внимание и созданию программной утилиты SSD Scope, которую можно использовать для мониторинга состояния накопителя и для управления им.

Эта утилита не только предлагает доступ к базовым и вполне естественным возможностям вроде просмотра и интерпретации параметров SMART, но и позволяет принудительно выполнять команды TRIM и Secure Erase, обновлять прошивку и клонировать содержимое дисков, а также имеет встроенный тест производительности.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Компания Transcend представила нам на тестирование две модели своего накопителя SSD370 — ёмкостью 256 Гбайт и 1 Тбайт. Первый вариант — это типичный объём, на примере которого мы исследуем все попадающие в нашу лабораторию SSD, а второй — это самая лучшая конфигурация на базе контроллера SM2246EN, демонстрирующая наивысшую производительность. Именно поэтому интерес представляет исследование SSD обоих этих объёмов. К тому же при подробном знакомстве оказалось, что между этими флеш-накопителями есть гораздо более глубокие различия, чем степень параллелизма массива MLC NAND.

Снаружи различные варианты Transcend SSD370 выглядят совершенно одинаково. Они упаковываются в 2,5-дюймовые корпуса толщиной 7 мм, сделанные из чёрного пластика. Конструкция выглядит не слишком надёжно, стенки корпуса даже прогибаются под нажимом, но, учитывая, что SSD370 предназначается для эксплуатации в составе обычных персональных компьютеров, недостатком это назвать мы не можем. Более того, благодаря отсутствию лишнего металла рассматриваемые SSD получили сравнительно небольшую массу.

На верхней поверхности накопителя имеется этикетка, сообщающая лишь название модели. Ну а с технической наклейки на оборотной стороне SSD можно почерпнуть дополнительные сведения об объёме и артикуле привода.

Первым на вскрытие отправился Transcend SSD370 объёмом 256 Гбайт. И его внутренняя плата смогла нас немало удивить.

Начать следует с того, что базовый контроллер, установленный в этом флеш-диске, несёт на себе маркировку Transcend TS6500, а не Silicon Motion SM2246EN, как можно было бы ожидать. Объяснение этого феномена простое: компания Transcend перемаркировывает контроллеры, скрывая их реальное происхождение. Конспирация доходит до того, что нигде на своём сайте и в маркетинговых материалах она не сообщает истинное происхождение базовой микросхемы, то есть достоверная информация об аппаратной платформе SSD370 тщательно скрывается.

Немало удивляют и микросхемы флеш-памяти. Вместо обещанных в спецификации чипов Micron мы видим микросхемы с маркировкой SpecTek — подразделения Micron, занимающегося сугубо бюджетными решениями. Впрочем, в основе этих чипов всё равно лежат 20-нм полупроводниковые кристаллы 128-Гбит MLC NAND, а единственное их принципиальное отличие — наличие внутри каждой микросхемы лишь одного устройства MLC NAND. Такие чипы дешевле, и это даёт возможность Transcend дополнительно снизить себестоимость своего предложения.

С учетом сказанного то, что на плате 256-гигабайтного флеш-привода установлено сразу 16 микросхем памяти по 16 Гбайт каждая, вполне закономерно. В итоге четырёхканальный контроллер пользуется четырёхкратным чередованием устройств, что и обеспечивает достаточно высокий (хотя и не максимальный) уровень производительности.

Также на плате накопителя имеется 256-мегабайтный чип DDR3-1600, который используется контроллером в качестве оперативной памяти, для кеширования пользовательских данных и для буферизации прошивки и таблицы трансляции адресов.

Обратите внимание, дизайн печатной платы Transcend SSD370 имеет разводку под схему стабилизации питания, реализованную на базе нескольких суперконденсаторов. Но, к сожалению, сами эти компоненты не распаяны, то есть рассматриваемый накопитель не может гарантировать целостность пользовательских данных при внезапных отключениях питания.

Второй попавший в наши руки накопитель — Transcend SSD370 1 Тбайт — оказался основан на такой же печатной плате.

Однако набор компонентов, напаянный на плату, отличается. В первую очередь необходимо отметить, что в старшей версии SSD370 используется чистокровная память Micron, причём в каждой микросхеме собрано по восемь 128-Гбит полупроводниковых кристаллов. Очевидно, что производство таких микросхем требует продвинутых технологий упаковки чипов, которыми SpecTek не владеет, поэтому в данном случае Transcend пришлось делать ставку на менее дешёвую, но более плотную флеш-память.

Используемый терабайтный объём MLC NAND набран 64 устройствами, то есть к каждому каналу контроллера подключено по 16 кристаллов MLC NAND на 128 Гбит. Для их адресации контроллер SM2246EN использует стратегию поочерёдных обращений к группам по восемь устройств. Увеличен до 1024 Мбайт и объём используемой SDRAM. В Transcend SSD370 1 Тбайт установлено две микросхемы DDR3-1600 производства Samsung, каждая из которых имеет объём 512 Мбайт.

К сожалению, суперконденсаторы в схеме питания здесь тоже отсутствуют. Зато контроллер Silicon Motion поддерживает температурный мониторинг – и эта возможность в Transcend SSD370 реализована. Поэтому в процессе работы можно наблюдать за тем, что выпущенный по 55-нм техпроцессу и лишённый какого-либо охлаждения чип Silicon Motion SM2246EN имеет вполне благоприятный температурный режим и совершенно не склонен к перегреву. Его максимальная температура во время тестирования не превышала 50 градусов.

Накопители SSD370 предоставляют в распоряжение пользователя стандартную долю от имеющейся флеш-памяти, резервируя под внутренние нужды примерно 7 процентов общего объёма. Скрытая область отводится под работу технологии сборки мусора, а также служит для выравнивания износа ячеек и для переадресации ячеек, вышедших из строя.

К сказанному остаётся лишь добавить, что, несмотря на позиционирование Transcend SSD370 в качестве дешёвого накопителя, каждый такой SSD комплектуется переходником — «салазками» для установки в 3,5-дюймовый отсек корпуса.

Методика тестирования

Тестирование проводится в операционной системе Microsoft Windows 8.1 Professional x64 with Update, корректно распознающей и обслуживающей современные твердотельные накопители. Это значит, что в процессе прохождения тестов, как и при обычном повседневном использовании SSD, команда TRIM поддерживается и активно задействуется. Измерение производительности выполняется с накопителями, находящимися в «использованном» состоянии, которое достигается их предварительным заполнением данными. Перед каждым тестом накопители очищаются и обслуживаются с помощью команды TRIM. Между отдельными тестами выдерживается 15-минутная пауза, отведённая для корректной отработки технологии сборки мусора. Во всех тестах, если не указано иное, используются рандомизированные несжимаемые данные.

Используемые приложения и тесты:

• Iometer 1.1.0

1. Измерение скорости последовательного чтения и записи данных блоками по 256 Кбайт (наиболее типичный размер блока при последовательных операциях в десктопных задачах). Оценка скоростей выполняется в течение минуты, после чего вычисляется средний показатель.

2. Измерение скорости случайного чтения и записи блоками размером 4 Кбайт (такой размер блока используется в подавляющем большинстве реальных операций). Тест проводится дважды — без очереди запросов и с очередью запросов глубиной 4 команды (типичной для десктопных приложений, активно работающих с разветвлённой файловой системой). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.

3. Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с 4-килобайтными блоками от глубины очереди запросов (в пределах от одной до 32 команд). Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.

4. Установление зависимости скоростей случайного чтения и записи при работе накопителя с блоками разного размера. Используются блоки объёмом от 512 байт до 256 Кбайт. Глубина очереди запросов в течение теста составляет 4 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.

5. Измерение производительности при смешанной многопоточной нагрузке и установление её зависимости от соотношения между операциями чтения и записи. Используются последовательные операции чтения и записи блоков объёмом 128 Кбайт, выполняемые в два независимых потока. Соотношение между операциями чтения и записи варьируется с шагом 10 процентов. Оценка скоростей выполняется в течение трёх минут, после чего вычисляется средний показатель.

6. Исследование падения производительности SSD при обработке непрерывного потока операций случайной записи. Используются блоки размером 4 Кбайт и глубина очереди 32 команды. Блоки данных выравниваются относительно страниц флеш-памяти накопителей. Продолжительность теста составляет два часа, измерения моментальной скорости проводятся ежесекундно. По окончании теста дополнительно проверяется способность накопителя восстанавливать свою производительность до первоначальных величин за счёт работы технологии сборки мусора и после отработки команды TRIM.

• CrystalDiskMark 3.0.3b Синтетический тест, выдающий типовые показатели производительности твердотельных накопителей, измеренные на 1-гигабайтной области диска «поверх» файловой системы. Из всего набора параметров, которые можно оценить с помощью этой утилиты, мы обращаем внимание на скорость последовательного чтения и записи, а также на производительность произвольных чтения и записи 4-килобайтными блоками без очереди запросов и с очередью глубиной 32 команды.

• PCMark 8 2.0 Тест, основанный на эмулировании реальной дисковой нагрузки, которая характерна для различных популярных приложений. На тестируемом накопителе создаётся единственный раздел в файловой системе NTFS на весь доступный объём, и в PCMark 8 проводится тест Secondary Storage. В качестве результатов теста учитывается как итоговая производительность, так и скорость выполнения отдельных тестовых трасс, сформированных различными приложениями.

• Тесты копирования файлов В этом тесте измеряется скорость копирования директорий с файлами разного типа, а также скорость архивации и разархивации файлов внутри накопителя. Для копирования используется стандартное средство Windows — утилита Robocopy, при архивации и разархивации — архиватор 7-zip версии 9.22 beta. В тестах участвует три набора файлов: ISO — набор, включающий несколько образов дисков c дистрибутивами программ; Program — набор, представляющий собой предустановленный программный пакет; Work — набор рабочих файлов, включающий офисные документы, фотографии и иллюстрации, pdf-файлы и мультимедийный контент. Каждый из наборов имеет общий объём файлов 8 Гбайт.

⇡#Тестовый стенд

В качестве тестовой платформы используется компьютер с материнской платой ASUS Z97-Pro, процессором Core i5-4590K со встроенным графическим ядром Intel HD Graphics 4600 и 16 Гбайт DDR3-2133 SDRAM. Диски с SATA-интерфейсом подключаются к контроллеру SATA 6 Гбит/с, встроенному в чипсет материнской платы, и работают в режиме AHCI. Используется драйвер Intel Rapid Storage Technology (RST) 13.2.4.1000.

Объём и скорость передачи данных в бенчмарках указываются в бинарных единицах (1 Кбайт = 1024 байт).

⇡#Участники тестирования

Учитывая позиционирование Transcend SSD370, в качестве соперников для этого SSD мы подобрали наиболее дешёвые накопители других производителей из числа лидеров рынка, а также несколько «эталонных» высокопроизводительных накопителей.

Итого имеем следующий список протестированных моделей:

• Crucial M550 256 Гбайт (CT256M550SSD1, прошивка MU01);

• Crucial MX100 256 Гбайт (CT256MX100SSD1, прошивка MU01);

• Crucial MX100 512 Гбайт (CT512MX100SSD1, прошивка MU01);

• OCZ ARC 100 (ARC100-25SAT3-240G, прошивка 1.0);

• Plextor M6S 256 Гбайт (PX-256M6S, прошивка 1.03);

• Samsung 850 Pro 256 Гбайт (MZ-7KE256, прошивка EXM01B6Q);

• Samsung 840 EVO 250 Гбайт (MZ-7TE250, прошивка EXT0CB6Q);

• Samsung 840 EVO 500 Гбайт (MZ-7TE500, прошивка EXT0CB6Q);

• SanDisk Extreme PRO 240 Гбайт (SDSSDXPS-240G, прошивка X21000RL);

• SanDisk Ultra II 240 Гбайт (SDSSDHII-240G, прошивка X31000RL);

• SanDisk Ultra II 480 Гбайт (SDSSDHII-480G, прошивка X31000RL);

• Transcend SSD370 256 Гбайт (TS256GSSD370, прошивка 20140516);

• Transcend SSD370 1 Тбайт (TS1TSSD370, прошивка 20140402).