Вертикальный взлёт. Обзор твердотельного накопителя Samsung 850 PRO 128 Гбайт

Накопители серии PRO превратили Samsung из рядового OEM-поставщика накопителей в престижный и почитаемый энтузиастами бренд. Конкуренция между производителями SSD сегодня достигла своего апогея, поэтому корейский производитель сделал ставку на «вертикальную интеграцию» или, проще говоря, на производство всех компонентов своими силами. Этот подход увенчался успехом — разработанный с нуля контроллер MDX вкупе с экзотической TLC NAND обеспечил модели 840 PRO завидную производительность и множество наград. Модель получилась удачной и даже спустя два года на конвейере не потеряла своей актуальности. Поэтому новое поколение флагмана просто обязано нас удивить ещё больше.

Главная особенность 850 PRO — использование памяти 3D V-NAND, пришедшей на рынок из электроники промышленного класса. Благодаря этому нововведению Samsung «убивает двух зайцев»: накопитель избавляется от недостатков трёхбитной TLC NAND, характерных для предшественника, а производитель — от необходимости искать компромиссы между площадью и надёжностью памяти.

Внедрение трёхмерной структуры памяти в накопители — неизбежный этап для производителей. Такой шаг увеличивает надёжность NAND в условиях тонких техпроцессов и снижает себестоимость производства накопителей. Samsung подкрепляет эту гипотезу десятилетней гарантией на свой накопитель и высокой цифрой Total Bytes Written, который составил 150 Тбайт (40 Гбайт записи в день в течение 10 лет). Нам предстоит разобраться в специфике новой памяти накопителя и сравнить производительность Samsung 850 PRO с «повзрослевшими» соперниками.

3D V-NAND: «многоэтажная застройка» памяти

История совершенствования NAND-памяти повторяет путь всей полупроводниковой индустрии — дорогостоящий тип хранения становился эффективнее и доступнее одновременно с совершенствованием технологических норм. За последние 15 лет память этого типа постепенно перешла от техпроцесса 100 нм к 19 нм. Сообразно уменьшению площади памяти и повышению плотности записи падала надёжность накопителей, а любая дальнейшая миниатюризация давалась с большим трудом.

Последние несколько лет ознаменовались попытками модернизации памяти. Производители пришли к идее уплотнения данных в каждой отдельной ячейке. Первоначально их конструкция подразумевала два пограничных состояния, а варианты данных исходили из значений логических 1 или 0 в зависимости от уровня напряжения. Уплотнение записи стало возможным благодаря введению промежуточных вариантов напряжения и сопутствующего расширения «трактовок» информации в таких условиях.

Устаревший тип записи получил название SLC (Single Level Cell) и отошёл в прошлое, а ему на смену пришли технологии MLC и TLC с возможностью записи 2 и 3 бит в ячейку вместо одного соответственно. Именно эти технологии сократили разрыв между ёмкостью массовых жёстких дисков и SSD — твёрдотельные накопители наконец-то перестали быть экзотикой.

Но отслеживать состояние ячеек в новых условиях стало намного сложнее, а надёжность TLC-накопителей по отношению к архаичным моделям на базе SLC-памяти упала более чем в 2 раза. Гарантия на потребительские SSD растёт и сегодня, но «продолжать в том же духе» в ближайшие годы производители уже не смогут.

Схема работы V-NAND (Vertical NAND), утрируя, предлагает знакомый каждому игроку в «Тетрис» метод расположения ячеек вместо «апгрейда» старой схемы со строго планарным расположением флеш-памяти. Звучит тривиально, но многослойную компоновку памяти на базе 19-нм техпроцесса пока не предложил ни один производитель. В условиях нового типа «застройки» размер кристаллов уже не играет ключевой роли, поэтому Samsung взяли за основу 40-нм технологические нормы, а затем, как мы уже убедились, на их базе создали ёмкий накопитель при миниатюрных размерах печатной платы.

Первое поколение V-NAND увидело свет в 2013 году — ячейки были скомпонованы в 24 вертикальных уровнях, но технология требовала дальнейшей доработки. Второе поколение V-NAND получило 32 вертикальных уровня, а уверенность Samsung в своём детище привела к дебюту трёхмерной памяти в крупносерийном флагманском 850 PRO. Простор для увеличения ёмкости в сложившихся условиях трудно переоценить, но пока дело ограничилось упором на надёжность. Десятилетняя гарантия и 150 Тбайт TBW примечательны уже сами по себе.

Особенности устройства

Некоторые вещи в накопителях Samsung не меняются годами. Отличия в упаковке SSD сводятся к минимуму, а комплект поставки беден — присутствует лишь руководство пользователя и диск с ПО для миграции системы.

Разнообразие моделей в семействе 850 PRO придётся по вкусу любому покупателю: ёмкость накопителей стартует с 128 Гбайт и заканчивается на отметке 1 Тбайт. Вопреки сложившейся практике бюджетная модификация практически не отстаёт в скорости от старших собратьев — разница составляет лишь 10% в условиях последовательной записи.  Впрочем, нам ещё предстоит проверить это на практике.

Дизайн новинки тоже обошёлся без экспериментов. Чёрный металлический корпус толщиной 7 мм украшен красным квадратом и хромированной полосой на верхних гранях. На оборотной стороне расположилась наклейка с указанием серии, модели и номинальной ёмкости. Комплект интерфейсов ограничивается портом SATA 3.0 и разъёмом питания. Samsung традиционно избегает экспериментов, а «светлое будущее» в виде применения интерфейса SATA Express в очередной раз откладывается.

Для доступа к внутренностям Samsung 850 Pro понадобится немного терпения и отвёртка с пятигранным наконечником. После повреждения фирменного стикера и потери 10-летней гарантии взору пользователя предстаёт один из двух возможных вариантов печатной платы. В случае с 128 Гбайт и 256 Гбайт NAND Samsung использует укороченную PCB. Она занимает треть пространства внутри 2,5" корпуса. Конструкция накопителя продиктована экономией средств производителя. Поэтому она предельно проста. Не исключено, что компактный дизайн выполнен с заделом на будущее и нас поджидает накопитель с 1,5 Тбайт памяти. Физически это осуществимо уже сейчас: после увеличения площади печатной платы потребуется лишь «отмашка» руководства на утверждение нового дизайна. Все компоненты SSD произведены Samsung, поэтому вопрос ценообразования и контрактов на поставки теряет свою актуальность.

Лицевая сторона печатной платы оборудована двумя модулями NAND, над которыми расположился восьмиканальный контроллер Samsung MEX SLNO45X01-8030 — мы уже встречались с ним в модели 840 EVO. В нашем случае контроллер оборудован 256 Мбайт буферной памяти LPDDR2-1067 и не претерпел конструктивных изменений со времён своего дебюта. На оборотной стороне печатной платы расположены два модуля NAND объёмом 32 Гбайт каждый.

Перекочевавший из устаревшего накопителя контроллер оставляет неприятные впечатления, хотя его потенциала с лихвой хватит для работы в скоростных пределах SATA 6 Гбит/с. Трёхъядерный чип базируется на архитектуре ARM Cortex R4 с рабочей частотой 400 МГц. Такая конфигурация позволяет делегировать контроль чтения для одного ядра, контроль записи для другого и оптимизацию данных для третьего. Контроллер MDX, который использовался в Samsung 840 PRO, обладал частотой всего лишь 300 МГц и менее эффективно справлялся с многопоточными операциями. Неизменной у процессора осталась поддержка 256-битного AES-шифрования посредством стандарта Opal 2.0 или IEEE 1667. Технология Turbo Write канула в Лету вместе с TLC-памятью, а функция RAPID была переработана и теперь допускает использования до 4 Гбайт ОЗУ компьютера в качестве кэша первого уровня. Этот набор функций реализован при помощи фирменного ПО Magician и значительно ускоряет работу накопителя. Отличия от реализации контроллера в модели 840 EVO свелись к поддержке спецификации SATA 3.1 и памяти V-NAND.

Борьба с нагревом производительных SSD не потеряла своей актуальности, но в случае с 850 PRO производитель ограничился технологией мониторинга температуры — она управляет производительностью накопителя сообразно уровню нагрева. Впрочем, подобная функция будет актуальна лишь для миниатюрных ультрабуков. Ещё одним реверансом в адрес мобильных компьютеров является поддержка технологии DevSlp. Благодаря ей 850 PRO потребляет всего лишь 2 мВт в режиме сна — это в пять раз меньше, чем было у предшественника. В активном режиме энергопотребление накопителя колеблется от 0,4 до 3,3 Вт.

Наконец, мы вплотную подошли к обсуждению компонента, в честь которого и была выпущена 850-я серия накопителей Samsung — трёхмерной памяти V-NAND (Vertical NAND). Опознать её конструкцию «на глаз» не представляется возможным — все новаторские решения реализованы на микроуровне.

Тестирование

Добротность Samsung 850 PRO вполне обоснована, но сможет ли контроллер прежнего поколения вкупе с 40-нм памятью показать достойную производительность?

Тестовый стенд:

Процессор: Intel Core i5-4670K @4,5 ГГц
Материнская плата: ASUS Z97-DELUXE
Блок питания: LEPA G1600, 1600 Вт
Периферия: Samsung U28D590D, ROCCAT ARVO, ROCCAT SAVU
Операционная система: Windows 8.1 х64

Замер скорости в линейных операциях сегодня несёт формальный характер. Результаты накопителей в ATTO уже не отличаются наглядностью. Так, современные модели просто упираются в скоростные ограничения интерфейса SATA 3.0. В свете этой тенденции 563 Мбайт/с в режиме чтения воспринимаются как должное. А вот 474 Мбайт/с в режиме последовательной записи претендуют на рекорд для 128-гигабайтных накопителей — предшественник в лице 840 PRO отстал почти на 100 Мбайт/с.

Исторически ATTO Benchmark оперирует лишь сжимаемыми данными. Такая методика позволяет «блеснуть» даже низкокачественным накопителям под управлением архаичного контроллера Sandforce SF-2281. Чтобы оценить производительность SSD более комплексно, мы обратились к тестовой утилите CrystalDiskMark.

Контроллер MEX в работе со сжимаемыми и несжимаемыми данными не отдаёт предпочтение ни одному из этих типов. По сравнению с предшественником, Samsung 850 PRO прибавил в среднем 20 Мбайт/с в последовательном чтении, 85 Мбайт/с в последовательной записи, 65 Мбайт/с в считывании файлов объёмом 512 Кбайт и внушительные 100 Мбайт/с в условиях записи такого же типа данных. Производительность в операциях с файлами объёмом 4 Кбайт осталась примерно на том же уровне. Прежде, чем ссылаться на «ограниченную дозу» прогресса, мы сравним 850 PRO с результатами других моделей на рынке.

Вопреки технологическим ограничениям версии с 128 Гбайт памяти, «младшенький» Samsung 850 PRO возглавил нашу сравнительную таблицу в подавляющем большинстве случаев. Лишь в операциях с файлами объёмом 4 Кбайт без задействования очереди запросов производительность вернулась к среднерыночным значениям. В таких условиях результат нашего героя просел до уровня бюджетного SanDisk Ultra Plus и сравнялся с достижениями 840 EVO. Следует отметить, что прямой конкурент в лице Plextor M6 Pro тоже не смог продемонстрировать прыть в таких условиях, а в классе «до 128 Гбайт» лидерство Samsung 850 PRO осталось неоспоримым.

Синтетический бенчмарк Iometer снискал популярность в силу его способности загрузить дисковую подсистему всеми возможными сценариями доступа. Многократное исполнение операций ввода/вывода на диск подкрепляется большой глубиной очереди и раскрывает потенциал накопителя как с бытовой, так с промышленной точки зрения.

Мы вновь наблюдаем, как 128-гигабайтный Samsung 850 PRO поочерёдно навязывает конкуренцию SanDisk Extreme II и Intel 730, обладающими вдвое большей ёмкостью. Накопитель очень быстр, а потому без проблем конкурирует с моделями классом выше. Единственным слабым местом 850 PRO остаётся работа в смешанной нагрузке — трёхъядерный контроллер не в полной мере учитывает особенности NAND и не всегда оптимально распределяет одновременные запросы чтения и записи. Будем надеяться на минимизацию проблемы в новых прошивках накопителя.

Потенциал SSD в бытовых условиях лучше всего раскрывает тест PCMark 7 и его реалистичные сценарии эксплуатации. Седьмая версия этого тестового пакета моделирует нагрузку в игровых приложениях, графических и текстовых редакторах, операциях с файлами и антивирусном ПО.

К нашему удивлению Samsung 850 PRO заставил «капитулировать» дорогой и производительный Plextor M6e в процессе эксплуатации компьютерных игр и возвёл преимущество к абсолюту на этапе редактирования видеозаписей. Лидерство улетучилось лишь в процессе моделирования работы медиацентра, то есть в условиях одновременной записи и считывания информации — 512 Гбайт пространства в Corsair Force LX положительно сказались на его результатах. Во всех остальных операциях, будь то копирование изображений или документов, запуск и установка ПО или старт системы, Samsung удерживает лидирующие позиции и является достойным преемником 840 серии.

Конкуренты

Plextor M6 PRO

Новая серия высокопроизводительных накопителей Plextor была встречена энтузиастами прохладно. Вопреки ожиданиям M6 PRO получил точно такой же контроллер, как и его предшественник, а большая часть доработок свелась к внедрению новой 19-нм памяти Toshiba и незначительному приросту скорости в линейных операциях. Преимуществом накопителя является большая распространённость на рынке, привлекательная стоимость и стабильная репутация Plextor как «беспроблемного» производителя SSD. Гарантийные обязательства производителя распространяются на 5 лет с момента покупки, а технология кэширования дополнилась функцией PlexTurbo — идеологическим «двойником» технологии Samsung RAPID.

Производительность модели в сравнении с предшественницей возросла на 5–10%, что ставит под сомнение актуальность апгрейда накопителя с M5 PRO. В текущем воплощении данная модель повсеместно уступает Samsung 850 PRO и скорее нацелена на покупателей, которые предпочтут использовать проверенную конструкцию накопителя, а также пожелают со стороны наблюдать за «детскими болезнями» 3D NAND.

SanDisk Extreme PRO

«Экстрим» в понимании SanDisk отныне начинается с отметки 240 Гбайт. Безусловно, этот накопитель не может конкурировать с 128-гигабайтным 850 PRO, как говорится, лоб в лоб. В данном случае выбор покупателя может быть продиктован экономическим фактором. Ведь стоимость равной по объему модели Samsung MZ-7KE256BW достигает ужасающих 12 000 рублей. Флагманский SanDisk емкостью 240 Гбайт стоит всего лишь на 1500 рублей дороже, чем 850 PRO с 128 Гбайт памяти.

Подобная математика может сыграть не в пользу корейского SSD. SanDisk предлагает сопоставимую десятилетнюю гарантию на свои накопители, а скоростные характеристики, хоть и уступают 850 PRO, но в итоге оправдывают имидж флагмана компании. Фирменная прошивка и кардинальная модернизация технологии nCache преобразили Extreme PRO — двухуровневое кэширование ювелирно распределяет данные между DDR SDRAM и SLC-кэшем и с лихвой компенсирует недостатки контроллера Marvell 88SS9187-BLD2. Последний работает в комфортных условиях четырёхкратного чередования для версии с 240 Гбайт памяти, что также положительно влияет на скорость накопителя. Совокупность производительности, ёмкости и цены «экстремального» SanDisk заставит многих покупателей пересмотреть расход своих средств на SSD.

Заключение

Главным противником Samsung 850 PRO на рынке твердотельных накопителей остаётся модель прошлого поколения. Присутствие двух флагманских SSD в рознице неизбежно ведёт к снижению цены на морально устаревшую модификацию, а недостаточная поддержка пользователей на отечественном рынке во многом перечёркивает преимущества гарантийного срока новинки. В чём же тогда заключаются добродетели нашего героя?

Они обосновались не в количественных, а в качественных показателях. Блоки памяти с трёхмерной структурой обладают прямо-таки избыточной надёжностью и позволяют не оглядываться на статус S.M.A.R.T. Кроме того, производитель проделал серьёзную «работу над ошибками». В результате всех доработок базовая модификация с 128 Гбайт памяти получила беспрецедентно высокую производительность, характерную для конкурентов классом выше.

Скорость накопителя в смешанной нагрузке недалеко ушла от предшественника, а преимущество над ближайшими соперниками омрачается дороговизной корейского флагмана. Владельцы 840 PRO вряд ли найдут веские основания для апгрейда, а взыскательные энтузиасты продолжат игнорировать накопители на базе SATA 3.0. Но Samsung 850 PRO выполнил свою задачу и продемонстрировал великолепное сочетание производительности и надёжности — титул «Выбор редакции» он заслужил по праву.