Подъемы и спады ADATA SX8200 Pro

Еще недавно оперативная память размером в 512 мегабайт обес­пе­чи­ва­ла при­ем­ле­мую про­из­во­ди­тель­ность пер­со­наль­ных плат­форм. Се­го­дня DRAM в 512 МБ уже не ред­кость и на пла­тах SSD-уст­ройств. Что да­ет ус­та­нов­ка та­ко­го объ­ема ОЗУ твер­до­тель­но­му на­ко­пи­те­лю? Как это ска­зы­ва­ет­ся на его ско­рост­ных ха­рак­те­рис­ти­ках? Об­сле­ду­ем но­вин­ку от ADATA, пре­тен­ду­ю­щую на роль «са­мо­го быст­ро­го иг­ро­во­го на­ко­пи­те­ля в се­мейст­ве XPG, ори­ен­ти­ро­ван­но­го на гей­ме­ров, овер­кло­ке­ров и эн­ту­зи­ас­тов». У нас в го­с­тях ADATA SX8200 Pro ем­ко­стью в 512 ГБ с встро­ен­ным DRAM-бу­фе­ром.

Форм-фактор и комплектация

SSD-накопитель ADATA SX8200 Pro (заводской код ASX8200PNP-512GT) вы­пол­нен в оправдано модном конструктиве М.2. Доступ к нему со стороны пер­со­наль­ной плат­фор­мы осуществляется по интерфейсу PCI Express x4 с ис­поль­зо­ва­ни­ем про­то­ко­ла NVMe 1.3. Форм-фактор устройства по габаритам можно отнести к уме­рен­но­му — 2280. Вполне годится и для мобильных платформ. Размеры 80х22 мм про­дик­то­ва­ны размещением четырех микросхем NAND-флеш и двух микросхем для ор­га­ни­за­ции мно­го­фун­к­ци­о­наль­но­го буферного ОЗУ. Монтаж двухсторонний: половина чипов смонтированы на компонентной стороне платы накопителя, вторая половина — на стороне пайки. Там же, на тыльной стороне — гарантийный стикер ADATA с серийным номером изделия. Интерфейсный чип Silicon Motion SM2262ENG-BA со своей обвязкой (кварцевый осциллятор и цепи питания) распаяны на лицевой стороне по­бли­же к позолоченным ламелям.

Контроллер SM2262ENG накопителя ADATA SX8200-Pro

Рис 2. Контроллер SM2262ENG накопителя ADATA SX8200-Pro

Контроллер SM2262ENG-BA является обновленным вариантом точно такого же SM2262G-AB, который ранее уже «за­све­тил­ся» в твердотельных накопителях 760-й серии Intel. Высокое доверие можно было бы считать хорошим знаком для производителя, плотно занявшего нишу SSD-решений начального уровня. Но, похоже, мы видим только вершину айс­берга кор­по­ра­тив­ных разборок, что не должно влиять на оценку сильных и слабых сторон контроллера от Silicon Motion.

Как бы там ни было, именно продвинутая версия SM2262ENG-BA дала повод компании ADATA использовать суффикс Pro в названии данного накопителя. По слухам (заводской документации пока нет в открытом доступе), интерфейсный контроллер разработан на базе двухъядерного ARM-процессора и способен обслуживать в 8-канальном режиме за­по­ми­на­ю­щую матрицу на базе TLC-ячеек флеш-памяти с SLC-акселерацией.

Хотя ADATA это всячески скрывает, есть основания предполагать, что в SSD-накопителе SX8200 Pro контроллер от Silicon Motion оперирует с чипами 3D NAND от Micron Technology — MT29F1T08EMHAF. Перемаркировку чипов от­не­сем к корпоративным фокусам ADATA, такой себе «секрет полишинеля».

Контроллер SSD-диска оснащен собственной оперативной памятью Nanya NT5CC128M16JR-EK

Рис 3. Контроллер SSD-диска оснащен собственной оперативной памятью Nanya NT5CC128M16JR-EK

Несмотря на то, что контроллер Silicon Motion SM2262ENG-BA способен обслуживать буферное ОЗУ, построенное на основе DDR4 SDRAM, в текущей реализации используется память DDR3, что можно расценивать только позитивно. Два чипа Nanya NT5CC128M16JR-EK суммарной емкостью в 512 мегабайт и составляют резерв, где кон­т­рол­лер NVMe способен гибко маневрировать в достижении наивысшей эффективности чтения и записи.

Производительность SX8200 Pro с разных точек зрения

Формула производительности накопителя ADATA SX8200 Pro, а значит и эффекты, наблюдаемые на графиках, оп­ре­де­ля­ют­ся тремя клю­че­вы­ми составляющими, весовые коэффициенты которых в получаемом результате, в свою оче­редь, зависят от объ­е­мов передаваемых данных, вернее соотношения этих объемов с возможностями ре­а­ли­зо­ван­ных уровней кэ­ши­ро­ва­ния (DRAM и SLC).

Перечислим эти составляющие в порядке убывания скорости:

  1. Обмен с DRAM-буфером: порядок величин здесь ограничен теоретическим потолком в 4 GBPS, поскольку, как сказано выше, NVMe-интерфейс устройства реализован на основе порта PCIe 3.0 с шириной шины x4 и полосой пропускания 8 гигабит в секунду на одну дифференциальную пару.
  2. Обмен с NAND-матрицей в акселерированном режиме SLC.
  3. Обмен с NAND-матрицей в режиме TLC.

В соответствии с архитектурой NVMe под термином «обмен» понимается передача информации в режиме bus-master, инициатор которой — накопитель, исполнитель — ОЗУ компьютера, а посредник — системная логика платформы.

Буферное ОЗУ

Сравнивая накопитель ADATA SX8200 Pro, оснащенный DRAM-буфером 512 МБ, с его младшим собратом SX6000 Pro, не имеющим ОЗУ в дискретном исполнении, можно заметить существенный прирост производительности. Вос­поль­зу­ем­ся нативным сценарием утилиты NIOBench для сопоставления скорости чтения и записи информации с раз­лич­ны­ми сценариями буферизации и применения технологии HMB (Host Memory Buffer) — слева скриншот тес­ти­ро­ва­ния SSD-накопителя ADATA SX6000 Pro, лишенного дискретных чипов бу­фер­но­го ОЗУ; справа — скрин­шот теста SX8200 Pro.

Сравнение производительности SSD-накопителей ADATA SX6000 Pro и SX8200 Pro

Рис 4. Сравнение производительности SSD-накопителей ADATA SX6000 Pro и SX8200 Pro
в нативном сценарии теста утилиты NIOBench

SLC-кэширование

Еще один фактор, заметно ускоряющий обмен с NVMe-накопителем SX8200 Pro, основан на SLC-кэшировании, суть которого сводится к выделению в запоминающей TLC-матрице «быстрой» области, состоящей из SLC-ячеек. Их ско­рост­ные характеристики существенно выше, но расплата за это — уменьшение плотности хранения (ко­ли­че­ст­ва бит на ячейку).

Согласно доступной информации в рассматриваемом накопителе от ADATA SLC-кэширование является ди­на­ми­че­ским. Если это так, то для SLC и TLC хранения могут быть использованы одни и те же блоки запоминающей матрицы, режим которых выбирается контроллером Silicon Motion SM2262ENG-BA с применением адаптивных алгоритмов. При этом доля объема запоминающей матрицы, используемая в «расточительном», с точки зрения дискового про­ст­ран­ст­ва, SLC-виде, зависит от объема доступного свободного места на диске (необходимую информацию уст­рой­ст­во по­лу­ча­ет от ОС средствами технологии Trim).

При динамическом SLC-кэшировании теоретический момент переполнения соответствует заполнению SSD-диска на одну треть. Это обусловлено неэкономной плотностью записи в SLC-режиме, которая в 3 раза расточительнее, по сравнению с TLC-режимом, хранящим в одной ячейке 3 бита.

На практике момент переполнения зависит от ограничений, заданных в прошивке SM2262, предыстории записи и дру­гих фак­то­ров, поэтому теоретический критерий ⅓ может и не соблюдаться. К слову, текущая версия ми­к­ро­про­г­рам­мы твердотельного накопителя SX8200 Pro — R0906B. Ее можно получить с помощью фирменной утилиты ADATA SSD Tool­Box, которая при необходимости может и обновить микрокод, а также выполнить диагностику и дать ряд дру­гих важ­ных сведений об устройстве.

Асинхронный сценарий выполнения тестовой утилиты NIOBench по оценке производительности SSD-накопителя ADATA SX8200 Pro

Рис 5. Асинхронный сценарий выполнения тестовой утилиты NIOBench
по оценке производительности SSD-накопителя ADATA SX8200 Pro

Сказанное красноречиво иллюстрирует асинхронный сценарий выполнения тестовой утилиты NIOBench. Полученные результаты парадоксальны и обусловлены влиянием драйверного стека ОС: запись быстрее чтения почти на всем про­тя­же­нии теста, а резкое падение ее скорости на 80-й итерации говорит об исчерпании ресурсов SLC-ак­се­ле­ра­ции и переходу контроллера SM2262ENG-BA к штатному использованию чипов MT29F1T08EMHAF в режиме TLC.

Динамические показатели скорости чтения и записи накопителя ADATA SX8200 Pro в асинхронном тесте NIOBench

Рис 6. Динамические показатели скорости чтения и записи накопителя ADATA SX8200 Pro
в асинхронном тесте NIOBench

Очевидно, наступает необходимость использовать медленный TLC-режим. Ситуацию усугубляет то, что после пе­ре­пол­не­ния SLC-кэш появляется много дополнительной работы, которую встроенный ARM-процессор накопителя дол­жен вы­пол­нять в фо­не, параллельно обслуживая запросы хоста: данные, ранее записанные в SLC-формате нужно пре­об­ра­зо­вать в TLC, чтобы восстановить способность накопителя к SLC-кэшированию. Реанимация этой фун­к­ци­о­наль­нос­ти тре­бу­ет ос­во­бож­де­ния хотя бы части ячеек, хранящих данные в SLC-формате. Только в этом случае воз­мо­жен возврат к прежнему (кэшированному) уровню производительности при последующих операциях записи.

Здесь уместно заметить, что моделируемая ситуация, когда в ходе непрерывной и плотной во времени опе­ра­ции за­пи­си заполняется чуть ли не пол-диска, далека от реальной, и этот факт подчеркивают многие обозреватели. В рамках типового сценария использования SSD-накопителя, получение замеченного эффекта маловероятно. Вместе с тем, не­смо­т­ря на экстремальность предложенной измерительной методики игнорировать результаты недопустимо. До­ра­бот­ки и оптимизации требуют не только подходы к тестированию динамической акселерации, но и алгоритмы встро­ен­но­го про­грам­мно­го обеспечения самих накопителей, и такие изменения — задача ближайшего будущего.

Нативное тестирование SX8200 Pro

Взвешенное представление о скоростных характеристиках SX8200 Pro дает нативный сценарий утилиты NIOBench.

Нативный сценарий выполнения тестовой утилиты NIOBench по оценке производительности SSD-накопителя ADATA SX8200 Pro

Рис 7. Нативный сценарий выполнения тестовой утилиты NIOBench
по оценке производительности SSD-накопителя ADATA SX8200 Pro

Нативный сценарий (см. Рис.4) оптимизирован для измерения «аппаратной» производительности SSD-накопителя, он минимизирует количество используемого дискового пространства для обеспечения возможности тестирования уст­ройств небольшого объема. Влияние спекулятивных механизмов, в частности буферизации и кэширования, имеющих место на уровне Java Virtual Machine и ОС, в этом тесте минимизировано. Сценарий предусматривает повторение ци­к­ла «запись-чтение-копирование» для одного файла предписанного размера. При этом серия операций с одним фай­лом вы­пол­ня­ет­ся заданное количество раз. Это означает, что общий объем используемого дискового пространства в тесте Unbuffered native равен удвоенному объему одного тестового файла. Удвоенному, так как частью сценария яв­ля­ет­ся операция копирования.

По результатам выполнения Unbuffered native можно судить о стабильности чтения ADATA SX8200 Pro. Динамика за­пи­си на SSD-устройство подвержена спорадическим провалам, причиной которых, как нам кажется, стало «от­вле­че­ние» контроллера SM2262 на внутренние задачи накопителя, в том числе и на упомянутое выше SLC-кэширование, точнее — преобразование ранее записанных SLC-данных в TLC-формат.

Резюме

Исходя из полученных результатов есть основания предполагать, что заметное проседание скорости записи в асин­хрон­ном тесте связано с исчерпанием возможностей SLC-кэширования и обусловлено значительным суммарным объ­е­мом фай­лов, сохраняемых на диске при реализации данного измерительного сценария.

Вместе с тем, в нативном тесте накопитель ADATA SX8200 Pro демонстрирует лучшие свои качества. Трудно не со­гла­сить­ся с мнением сайта Tom's Hardware, что его «отличная производительность соответствует его аст­ро­но­ми­че­ской цене». Впрочем, когда SSD-диск SX8200 Pro емкостью 512 ГБ появится в продаже, его розничная цена, по слухам, будет не такой уж и заоблачной — что-то около 3850 гривен. На полках магазинов устройство ожидается еще до Нового года.