- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии
С появлением процессоров семейства Ryzen 3000 и системной логики AMD X570 шинная топология PCI Express Gen4 — в фокусе производителей компьютерной периферии. Как и всегда, из трех ее составляющих — сети, графика, средства хранения — наиболее привлекательным для массового пользователя были и остаются накопители. Компания Seagate достаточно оперативно отреагировала на новый виток шинной эволюции, предложив M.2-накопители FireCuda 520 с поддержкой PCIe Gen4. Разработанные на базе оригинального контроллера, эти устройства одни из первых дали возможность ощутить скоростные преимущества нового интерфейса, открывающего доступ к запоминающим 3D NAND матрицам максимальной плотности.
Как устроен NVMe FireCuda 520?
Seagate не особо раскрывает подробности компонентов, задействованных в разработке FireCuda 520, хотя о том, что в качестве интерфейсного чипа используется Phison PS5016-E16, судачат все. Косвенным доказательством этому служит информация, доступная в PCI-пространстве. Там, кроме идентификатора 1BB1h, принадлежащего Seagate Technology PLC, есть Device ID накопителя 5016h, который совпадает с цифровым кодом в названии контроллера. В силу этого можно предположить, что в FireCuda 520 установлен именно такой или функционально близкий чип, кастомизированный под потребности Seagate.

Архитектура контроллера PS5016-E16, разработанного в лабораториях этих тайваньских «выскочек», стоит нескольких важных замечаний. Одна из причин, по которой Seagate могла остановить свой выбор на этом чипе, состоит в том, что Phison всегда была лучшей по такому параметру, как time-to-market, и PS5016-E16 не исключение: уже на CES-2019 компания продемонстрировала инженерные образцы своего контроллера для NVMe 4.0, обозначив его производительность на уровне 4,8 GBPs. Переход с 64-слойных элементов флеш-памяти Toshiba BiCS-3 на 96-слойные матрицы максимальной плотности BiCS-4 обещал поднять эту планку еще выше — на уровень производительности PCI Express Gen4.
Производная от E12, восьмиканальная модель E16 в состоянии обслуживать 3D NAND-матрицы TLC и QLC. Для этого у нее есть 32 линии chip enable (CE), что позволяет разрабатывать накопители емкостью до 2 ТБ. Предыдущая версия контроллера E12 теоретически может замахнуться и на 8 ТБ устройства, но с учетом их высокой цены, спрос на них вряд может быть достаточным. Об этой преемственности нужно сказать, потому что фактически PS5016-E16 создавался «из того, что было», маневрируя на ограниченном пространстве полупроводниковых вентилей, из которых состоит логическая матрица контроллера. В итоге, оптимизировав временны́е параметры шинного интерфейса, Phison E16 оказался ограниченным в плане взаимодействия с буферным ОЗУ, рассчитанным на трафик PCIe 3.0. Все это, как мы увидим, повлияло (и не могло не повлиять!) на общую оценку Seagate FireCuda 520.
Еще о талантах Seagate FireCuda 520
Не будем забывать, что возможности NVMe-интерфейса ограничены форм-фактором M.2, главный потребитель которого — мобильные платформы. Здесь накопители FireCuda 520 всегда демонстрировали великолепную энергоэффективность. Благодаря Phison E16 устройства от Seagate могут похвастать поддержкой APST в среде операционных систем Linux и ASPM в Microsoft Windows.
Про инструменты
В нашем распоряжении — два совершенно одинаковых образца NVMe-накопителей FireCuda 520. Экспериментируя с ними, постараемся определить закономерности их поведения в Windows 10. В этом нам поможет платформа ASUS Prime TRX40-Pro с процессором AMD Threadripper 3970X на борту. Объем памяти — достаточный для исследования производительности NVMe-устройства: все четыре канала памяти заняты модулями HyperX Predator Black Kingston (HX432C16PB3K2/32).
Что умеет Seagate FireCuda 520?
Глазами пользователя
Для начала оценим производительность NVMe FireCuda 520 в однопоточном тесте с небольшим объемом данных — типовой нагрузке, характерной для приложений домашнего пользователя. В нем есть все условия для полноценной реализации потенциала буферного ОЗУ накопителя.

Именно таким увидят FireCuda 520 те, кто хочет получить максимум от шины PCIe Gen4 — недостижимую для Gen3 скорость чтения в диапазоне 5300...6100 MBPs. Собственно, ради этого Seagate и торопился быть в числе первых, кто выведет на рынок пользовательский накопитель FireCuda 520, пусть даже и с контроллером начального уровня Phison PS5016-E16.
Показатели двух разных экземпляров FireCuda 520, установленных в разные M.2-слоты системной платы ASUS Prime TRX40-Pro, в какой-то мере гарантируют объективность в оценке устройства. Выбирая в качестве тестового паттерна небольшие объемы обрабатываемых данных, не вызывающих дефицит системной памяти, FireCuda 520 уверенно демонстрирует стабильные показатели чтения. Как мы увидим ниже, накладные расходы на обслуживание относительно малых блоков данных приводят к некоторому снижению скорости записи.
Интегральная скорость чтения, как частное суммы всех обрабатываемых объемов данных и времени, затраченного на их полную обработку, вообще выводит FireCuda 520 на рекордную отметку 6200 MBPs.
Глазами операционной системы
Блокируя спекулятивные операции упреждающего чтения и отложенной записи, в нативном сценарии (Native OS API) мы получаем более взвешенный рабочий профиль накопителя FireCuda 520 — его производительность в «чистом виде» без влияния StorNVMe-драйверов Windows, использующих механизмы буферизации данных. Для того, чтобы тестовый файл уверенно поместился в DRAM-буфер накопителя, ограничим его объем 100 MB, установив размер блока равным 10 MB, чтобы передача файла осуществлялась за 10 итераций.

Полученные результаты снизились до 4 GBPs, их интегральная оценка вообще опустилась до отметки 3200 MBPs по записи и 3600 по чтению. От стремительного падения их пока еще удерживает буферное ОЗУ накопителя.
В упомянутой документации по Phison PS5016-E16 утверждается, что он работает с буфером DDR4@1600. С учетом 16-битной шины данных, эта связка в состоянии обслуживать поток данных до 6400 MBPs. Компания Seagate решила не форсировать эту экстремальную конфигурацию, разумно ограничившись буферным ОЗУ с более «мягкими» параметрами — DDR4@1200 (два чипа SK Hynix H5AN8G8NAFR-UH). Вследствие этого производительность по NMVe-интерфейсу упала до 4800 MBPs, что мы и наблюдаем в сценарии Navtive OS API.
Глазами NMVe-контроллера
С увеличением объемов данных буферное ОЗУ накопителя переполняется, и скорости начинают в большей степени зависеть от ограничений, присущих NAND-матрице:

Симптоматичны результаты с массированной атакой данными на устройстве-двойнике. Второй накопитель Seagate FireCuda 520, как по команде, повторяет все подъемы и спады производительности своего брата-близнеца.

Заметим, что на снижение скорости повляло также уменьшение размера блока с 10 MB до 128 KB. Но решающее значение, конечно, имеет скорость отклика 96-слойных BiCS-4 матриц Toshiba.
Итоги
Ходят слухи, что к концу 2020 года компания Phison готова была представить обновленную версию NVMe-контроллера. Есть основания предположить, что если усовершенствовать этот интерфейсный чип, удвоив пропускную способность DRAM-буфера, например, за счет ширины шины буферного ОЗУ или частоты передачи данных, то вполне реально приблизится к сакральной цифре 8 GBPs.
Вполне понятно, по каким причинам модернизация существующего контроллера началась с интерфейса — первопроходцы получают все. В затянувшемся карантине Seagate FireCuda 520 неожиданно может стать чуть ли не единственным выбором для потребителей и имеет неплохие шансы достаточно долго оставаться одним из немногих NVMe-накопителей с подключением к PCI Express Gen4.