ТЕСТЫ

07.11.2013 Автор: Максим Афанасьев Версия для печати

Тест: 1 SSD-накопитель Samsung 840 EVO 250 Гбайт

    
                    	
                                        
  1. Введение
  2. 
                    	
                                        
  3. Комплектация и конструкция
  4. 
                    	
                                        
  5. Технологии и функционал
  6. 
                    	
                                        
  7. Таблица основных характеристик
  8. 
                    	
                                        
  9. Отличия основных типов флеш-памяти
  10. 
                    	
                                        
  11. Методика тестирования
  12. 
                    	
                                        
  13. Результаты тестирования
  14. 
                    	
                                        
  15. Выводы

Введение



Продукция под маркой Samsung неразрывно связана со всей компьютерной отраслью, но заслуга компании не ограничивается только производством компьютеров, компьютерных комплектующих и компонентов интегральных систем. Samsung отличает наличие мощных исследовательских центров, непосредственно занимающихся разработкой и внедрением новых технологий. Если говорить применительно к SSD-накопителям и чипам памяти NAND, то отдельное подразделение компании — Samsung Semiconductor — в этой области успешно конкурирует с такими гигантами как Intel/Micron, Hynix, Toshiba/Sandisk. Буквально десять лет назад, NAND-память считалась слишком дорогой в производстве, чтобы достойно конкурировать на рынке накопителей для ПК. Развитие технологий внесло свои коррективы в эту ситуацию, и SSD постепенно стали занимать нишу высокоскоростных накопителей, а с появлением относительно дешевой памяти — активно вытеснять обычные жесткие диски (HDD) из ниши пользовательского сегмента. 

Несмотря на некоторые недостатки SSD-накопителей, а именно: небольшой жизненный цикл, деградация ячеек при сильных нагрузках и малый объем дискового пространства, их основные преимущества (в скорости, компактности, малом времени доступа и низком энергопотреблениии) делают их наиболее привлекательными на рынке мобильных устройств. Сейчас невозможно представить себе современный планшет, телефон и даже ультрабук без SSD. 

Следуя тенденциям рынка, компания Samsung два года назад продала свое подразделение, отвечающее за выпуск традиционных HDD, компании Seagate и направила силы на разработку и выпуск SSD-накопителей под собственной маркой. Тот, кто следит за новостями, безусловно, в курсе, что Samsung и ранее выпускала SSD, однако большая часть из них поставлялась как OEM- и ODM-продукция и соответственно продавалась под другими брендами. Теперь Samsung начала активную экспансию на рынок SSD-накопителей, ведь для этого у компании есть все возможности — собственный отдел исследований, а также собственное производство всех компонентов SSD: NAND-памяти, контроллеров и DRAM-памяти. В этом плане компания имеет преимущество на рынке SSD-накопителей, ведь кроме Intel, ни один из других производителей SSD не имеет собственного производства всех необходимых ингредиентов. 

В данной статье мы рассмотрим один из накопителей Samsung новой серии 840 EVO, которая обладает рядом интересных конструктивных особенностей: памятью нового типа — TLC, новым контроллером Samsung и рядом технологий для оптимизации быстродействия. Но обо всем по порядку.





Комплектация и конструкция



Новый накопитель Samsung поставляется в небольшой картонной коробке, выполненной в темных тонах. Кроме собственно самого SSD-накопителя, внутри находятся краткое описание, гарантийный талон и CD-диск с программным обеспечением. 


Стоит отметить, что поставки накопителей Samsung 840 EVO могут отличаться между собой. Так существует набор Desktop Kit для накопителей объемом 120 и 250 Гбайт, который вмещает в себя переходник для установки в 3,5-дюймовые отсеки, крепежные винты, специальную 2,5-мм пластмассовую прослойку для увеличения толщины накопителя и адаптер-переходник USB 3.0-to-SATA, позволяющий подключить накопитель к компьютеру через порт USB 3.0. Кроме Desktop Kit, пользователю предлагается еще один набор под названием Laptop Kit для моделей объемом 250 и 500 Гбайт, позиционируемый для замены накопителя в ноутбуке. Laptop Kit отличается от Desktop Kit тем, что в нем отсутствует переходник для установки в 3,5-дюймовый отсек, что вполне логично. 


Стоимость накопителей в случае покупки в составе набора увеличивается примерно на 480 и 320 руб. соответственно. В нашу тестовую лабораторию модель объемом 250 Гбайт поступила в самой базовой версии без дополнительной комплектации. 

Samsung 840 EVO вид спереди

Накопитель Samsung 840 EVO выполнен в стандартном форм-факторе 2,5 дюйма, правда его толщина составляет всего 7 мм, что немного отличает его от некоторых конкурентов в лучшую сторону. Это позволяет устанавливать его в мобильные устройства и ультрабуки, где место внутри корпуса всегда на вес золота. Накопитель имеет габаритные размеры 70 x 7 x 100 мм, а его вес составляет всего 44 г. Корпус со скругленными углами выполнен из двух легких металлических пластин, скрепленных между собой тремя винтами с утопленной пятигранной головкой. 

Стоит отметить, что выбор металлического корпуса для данной модели не случаен, ведь при активной работе микросхемы памяти, а также контроллер накопителя, заметно нагреваются, и корпус играет роль рассеивателя тепла. Он покрыт темно-синей краской, которая при беглом взгляде похожа на шлифованный металл. На верхней крышке накопителя глянцевой краской нанесены логотип компании, надпись Solid State Drive и загадочный черный квадрат. Небольшой черный треугольник указывает на торец, где находятся разъемы SATA. В целом, корпус модели выглядит изящно, а за счет обтекаемых краев — и вовсе под стать технологическому совершенству.

Samsung 840 EVO вид сзади

На тыльной стороне накопителя размещена наклейка с различной технической информацией: названием модели, серийным номером, штрих-кодом и прочими данными. На одной из боковых граней Samsung 840 EVO находятся разъемы для подключения шлейфа питания и SATA-кабеля. Как и большинство современных SSD-накопителей, эта модель поддерживает высокоскоростной интерфейс SATA 6 Гбит/с (SATA Revision 3.1). Среди технических характеристик компания Samsung выделяет низкую потребляемую мощность накопителя в рабочем режиме — всего 0,24 Вт. В режиме простоя накопитель потребляет 0,14 Вт, а в спящем состоянии — 0,045 Вт. По сравнению с некоторыми аналогичными решениями рынка SSD, энергопотребление данной модели действительно очень низкое. Более подробные технические характеристики приведены в таблице.

Прародительницами этой серии накопителей послужили линейки накопителей Samsung 840 и 840 Pro. Причем именно Samsung 840 стал одним из первых SSD-накопителей с NAND-памятью TLC, о которой подробнее мы погорим ниже. В Samsung 840 Pro устанавливалась проверенная временем NAND-память MLC, что, соответственно, обеспечивало большую скорость записи. В новые накопители 840 EVO Samsung привнесла изрядную долю своих последних достижений, что в будущем может весьма положительно сказаться на продажах SSD под этой маркой.

Samsung 840 EVO со снятой крышкой
 
Давайте посмотрим, что находится внутри моделей Samsung 840 EVO. Там расположена небольшая печатная плата, на которой размещены микросхемы памяти, контроллер и дополнительный чип памяти для буфера. Если сравнивать ее с платами других накопителей, то можно отметить, что она занимает почти в два раза меньшую площадь. Это объясняется тем, что в этой модели установлено всего две микросхемы памяти, объемом по 128 Гбайт каждая. Высокая плотность размещения информации на этих чипах позволяет создавать и более компактные накопители, но поскольку эта модель имеет форм-фактор 2,5 дюйма, ее корпус наполовину пуст. Безусловно, именно новые микросхемы NAND-памяти TLC, а также новый контроллер представляют наибольший интерес в данном накопителе.

Samsung 840 EVO: контроллер памяти

Контроллер накопителя

Вне зависимости от объема памяти, в моделях серии Samsung 840 EVO установлен один и тот же контроллер Samsung S4LN045X01-8030 (Samsung MEX), поэтому производительность всей серии дисков примерно одинакова. Исключение составляет лишь самая младшая модель объемом 120 Гбайт, в которой используются несколько иные микросхемы памяти. Отметим, что Samsung 840 EVO поставляется в пяти различных вариантах, а именно: объемом 120, 250, 500, 750 Гбайт и 1 Тбайт. Контроллер Samsung S4LN045X01 базируется на трехъядерном ARM-процессоре Cortex-R4 (архитектура ARMv7R) и является достаточно производительным для работы с новейшими интерфейсами памяти. 

По сравнению со своим прямым предшественником —  контроллером MDX, — который устанавливался в накопителях Samsung 840/840 Pro, новый контроллер MEX имеет более высокую тактовую частоту — 400 МГц, поддерживает спецификацию SATA Revision 3.1 и автоматическое шифрование данных накопителя Opal 2.0. При этом шифрование Opal 2.0, официальная спецификация которого была опубликована в феврале 2012 г., можно задействовать и с помощью встроенной в Windows 8 функции BitLocker Drive Encryption. Это большой плюс накопителя, поскольку на потребительском рынке таких решений не так много, а большинство накопителей поддерживают предыдущую спецификацию Opal 1.0. 

Следует отметить одну важную особенность нового контроллера — это защита от перегрева. Увы, превышение определенного температурного предела для NAND-памяти типа TLC влечет за собой смещение порогового напряжения в ячейках, поэтому, для того чтобы избежать возможную потерю данных, новые контроллеры имеют функцию защиты. Она в чем-то схожа с аналогичными технологиями, применяемыми в центральных и графических процессорах, и реализована с помощью троттлинга. То есть, если температура чипа слишком близко подходит к допустимому пределу, контроллер автоматически снижает интенсивность операций записи до тех пор, пока температура не снизится до приемлемого уровня. 

Необходимо сделать ремарку, что чтение данных из NAND-памяти не требует высокого напряжения, в то время как частые операции программирования и стирания могут повлечь за собой повышение температуры чипа за счет подачи высоких напряжений на чипы. В целом, контроллер пятого поколения MEX это хорошо проработанная и оптимизированная под текущие условия версия проверенного временем Samsung MDX.

Samsung 840 EVO: чип NAND-памяти TLC

Чип NAND-памяти TLC

Микросхемы памяти, установленные в 840 EVO, куда более интересны, нежели следующее поколение контроллера. Ранее память TLC не использовалась в SSD-накопителях в виду ее посредственных показателей долговечности и низкой производительности, и годилась она в основном для установки в карты памяти и USB-накопители. Первой ласточкой использования микросхем TLC в SSD стал накопитель Samsung 840, добродушно встреченный тестовыми лабораториями мировых изданий. Увы, представителей серии Samsung 840 в наших руках не побывало, поэтому мы будем говорить только о следующем поколении SSD на базе NAND-памяти TLC — Samsung 840 EVO. 

В модели Samsung 840 EVO объемом 250 Гбайт установлены микросхемы памяти Samsung K90KGY8S7M-CCK0. Эти TLC-чипы произведены по технологическому процессу 19 нм, имеют объем 128 Гбайт, теоретическую скорость до 400 Мбайт/с и интерфейс Toggle DDR 2.0. Соответственно в более емких накопителях серии Samsung 840 EVO количество чипов памяти увеличивается, что влечет за собой и увеличение размеров внутренней платы накопителя. Исключением служит лишь модель объемом 120 Гбайт, в которой также, как и в рассматриваемом в нашей статье накопителе, установлены два чипа памяти, но уже с другой маркировкой и меньшим объемом — 64 Гбайт.





Технологии и функционал



В накопителе 840 EVO компания Samsung применила технологию Turbo Write, которая должна помочь в решении проблем с производительностью TLC-памяти. Суть ее в том, что часть ячеек памяти работает не в режиме TLC, а в режиме SLC, если конечно в них не записана информация. Это позволяет значительно повысить производительность и в то же время уменьшить износ ячеек. Увы, внедрение этой технологии способствует уменьшению объема хранимых данных, поэтому Samsung использует для этой технологии только небольшую часть емкости накопителя. Так, для исследуемой нами модели Samsung 840 EVO с объемом 250 Гбайт, зарезервированная область составляет 9 Гбайт, из которых в реальности под хранение задействована только треть, то есть 3 Гбайт данных. 

В итоге, используемая Samsung технология Turbo Write способствует повышению скорости записи, но только до тех пор, пока эта буферная зона, работающая в режиме SLC, полностью не заполнится. При ее переполнении данные начинают перемещаться в ячейки TLC традиционным методом, полностью используя их объем. Стоит отметить, что более емкие накопители Samsung 840 EVO 500, 750 Гбайт и 1 Тбайт имеют больший объем зарезервированной области — 18, 27 и 36 Гбайт соответственно.


Микросхема DRAM-памяти

Для организации вспомогательной памяти контроллера Samsung MEX накопители 840 EVO оснащаются отдельной микросхемой DRAM-памяти стандарта LPDDR2-1066, объем которой зависит от модели. Так, для Samsung 840 EVO объемом 250 и 500 Гбайт этот буфер составляет 512 Мбайт и представлен чипом Samsung K4P4G324EB-FGC2. Более емкие модели накопителей этой серии оснащаются в два раза более емким буфером размером 1 Гбайт. Самая младшая модель линейки 840 EVO оснащается буфером объемом 256 Мбайт. Вот, собственно, и вся аппаратная начинка Samsung 840 EVO. Теперь можно рассмотреть и результаты тестов, но перед этим необходимо сделать небольшое отступление насчет программного обеспечения, поставляемого на CD-диске. 

Компания Samsung предлагает пользователю две отличные программы, которые помогут осуществить быстрый перенос данных со старого диска на новый накопитель Samsung EVO. Для миграции пользователю предоставляется простая и удобная утилита Data Migration (версия 2.5.10), а для работы с накопителем и оптимизации ОС — Magician (версия 4.2.1). 


Samsung Data Migration 

Прилагаемое программное обеспечение для переноса данных Data Migration не является собственной разработкой компании Samsung. Это продукт корейской компании Clonix Co, которая занимается различными системами резервирования и восстановления данных. Стоит отметить, что эта фирменная утилита ничуть не уступает аналогичным решениям других компаний. Удобный интерфейс, а также простота и прозрачность процесса переноса данных, быстро помогут решить проблему замены старого системного диска на новый накопитель Samsung 840 EVO. От пользователя требуется всего лишь несколько раз согласиться с началом процесса переноса данных и отключить все текущие активные программы. Все остальное Data Migration сделает самостоятельно, а пользователю останется только поменять старый накопитель на новый. 


Samsung Magician 

Другая утилита — Samsung Magician — представляет больший интерес, ведь она не только позволяет обновлять внутреннее программное обеспечение накопителя, но и оптимизировать систему, включать и отключать дополнительные функции и следить за состоянием накопителя. Также ключевой особенностью Magician является возможность Secure Erase, то есть полной очистки SSD накопителя, поскольку только так можно очистить все ячейки памяти SSD от данных. Кроме того, эта утилита включает в себя небольшой бенчмарк для тестирования производительности накопителя. Если оптимизация операционной системы является довольно сомнительным способом увеличения производительности, то две другие функции — Over Provisioning и RAPID несомненно представляют интерес для пользователя. 

 
Настройка функции Over Provisioning 

Функция Over Provisioning, по всей видимости, есть ни что иное, как возможность самостоятельно задавать зарезервированную область технологии Turbo Write. Если у пользователя есть невостребованная часть пространства SSD, он может выделить ее под нужды Turbo Write. После этого данное пространство станет неразмеченной областью на диске. Стоит отметить, что Over Provisioning будет работать только через утилиту Samsung Magician. Даже если вручную отделить часть накопителя и перевести его в состояние неразмеченной области, объем зарезервированной области для Turbo Write не увеличится. Более того, как показывает практика, технология Turbo Write работает далеко не во всех случаях. Например, в тесте CrystalDiskMark и при простом копировании информации ее эффект заметен, а вот в тестах синтетического Iometer ее влияния на скорость передачи данных нами отмечено не было.

Настройка функции RAPID
 
Другая интересная функция — это RAPID (Real Time Acceleration Processing of I/O Data). По своей сути, RAPID представляет собой программную технологию, которая выделяет часть оперативной памяти компьютера для кэширования тех данных накопителя, к которым система чаще всего обращается. То есть это своеобразная реализация Memcache, которая работает по типовой схеме:
1. RAPID получает запрос от пользователя или приложения;
2. RAPID проверяет, есть ли в текущем кэше данные, необходимые для выполнения запроса;
3. Если таковые данные присутствуют в кэше, приложению отдаются данные;
4. Если же данных нет, RAPID отправляет запрос в хранилище данных и сохраняет результаты в кэше для будущих запросов.

В процессе работы RAPID действует как часть операционной системы, через специальный драйвер. Поскольку этот драйвер обрабатывает только запросы кэша операционной системы, это позволяет избежать кэширования системных файлов и получить неработоспособную систему после внезапного отключения питания. Согласно технической информации приведенной на сайте Samsung, RAPID может зарезервировать под свои нужды до 25% оперативной памяти, но при этом общий объем кэша составляет не более 1 Гбайт.
 
Стоит отметить, что в отличие от большинства решений для кэширования на основе оперативной памяти, RAPID имеет немаловажную функцию сохранения данных даже после перезагрузки системы. Для этого перед началом данного процесса содержимое кэша сохраняется на накопителе, а при новом включении компьютера извлекается из накопителя и отправляется в кэш. 

Для активации функции RAPID пользователю требуется лишь нажать кнопку Enable, и система после перезапуска автоматически начнет работать с включенным режимом RAPID. Более подробно об итогах работы этой технологии мы расскажем чуть ниже в результатах тестирования.
 
На момент тестирования все драйверы в операционной системе были обновлены до актуальной версии. Поскольку многие производители накопителей зачастую мало внимания уделяют программной части своих устройств, дабы скорее успеть выпустить решение на рынок, мы тестировали данную модель с базовой прошивкой контроллера — в том виде, в котором он поступает пользователю. Нам показалось это более правильным, ведь далеко не всякий пользователь будет обновлять прошивку, да и сам процесс обновления нередко таит в себе опасность потери данных или даже самого накопителя.
 
Нечто подобное случилось и с нами. При попытке обновить стоковую прошивку EXT0AB0Q до новой версии EXT0BB0Q, программа Samsung Magican сообщила, что такое действие не может быть осуществлено, а после перезапуска системы тестовый стенд отказался видеть этот накопитель вообще. Впоследствии накопитель все-таки «завелся», но вот обновить прошивку до актуальной версии мы так и не смогли. 





Таблица основных характеристик



Samsung 840 EVO 250Gb (MZ-7TE250): только факты

Характеристика

Значение

Название серии

Samsung 840 EVO

Интерфейс

SATA 6 Гбит/с

Объем накопителя

120, 250, 500, 750 и 1000 Гбайт

Контроллер

Samsung MEX

Тип NAND-памяти

Samsung Toggle DDR 2.0 TCL (19 нм)

Скорость последовательного чтения

до 540 Мбайт/с

Скорость последовательной записи

до 520 Мбайт/с

Случайное чтение блоками 4 Кбайт (QD1)

10 000 IOPS

Случайная запись блоками 4 Кбайт (QD1)

33 000 IOPS

Случайное чтение блоками 4 Кбайт (QD32)

97 000 IOPS

Случайная запись блоками 4 Кбайт (QD32)

66 000 IOPS

Шифрование

AES 256-bit, Opal 2.0

Масса

44 г

Габариты

70 x 7 x 100 мм

Гарантия

3 года





Отличия основных типов флеш-памяти



Попытаемся ответить на вопрос, чем память TLC отличается от привычных слуху типов MLC и SLC. В однобитовых ячейках памяти (single-level cell, SLC) различают только два уровня заряда на плавающем затворе, и хранят они 1 бит информации. В многобитовых ячейках (multi-level cell, MLC) хранится два и более битов информации, они имеют больше уровней заряда и их называют многоуровневыми. Традиционно под MLC понимают память с четырьмя уровнями заряда на каждую ячейку, где хранится два бита информации. Память, хранящую три бита информации, распределенную по восьми уровням заряда, выделяют из MLC-памяти и называют TLC (Triple Level Cell)

Тип памяти

состояние

напряжение питания

SLC

0

High Voltage

1

Low Voltage

MLC

00

High Voltage

01

Med-High Voltage

10

Med-Low Voltage

11

Low Voltage

TLC

000

Highest Voltage

001

High Voltage

010

Med-High Voltage

100

High-Medium Voltage

011

Low-Medium Voltage

101

Med-Low Voltage

110

Low Voltage

111

Lowest Voltage


Память SLC имеет только два состояния программирования — 0 и 1, которые программируются значением напряжения питания. Для SLC не требуется слишком высокого или низкого напряжения, а вот для памяти MLC, которая предполагает наличие уже четырех состояний — 00, 01, 10 и 11, необходимо большее количество разных значений напряжения. Память TLC имеет целых восемь состояний программирования — 000, 001, 010, 100, 011, 101, 110 и 111, каждое из которых требует определенного значения напряжения. Это влечет за собой не только сложность в определении текущего и подборе необходимого напряжения для программирования, но и быстрый износ ячеек из-за высоких напряжений питания. 

Если для SLC- и MLC-памяти разница между напряжениями питания при программировании может составлять более 2 В, то для TLC это значение зачастую меньше 1 В. А поскольку при высоких напряжениях питания слой оксида кремния со временем изнашивается, это приводит к  смещению напряжения питания для каждого состояния. Поэтому более высокая разница в значении напряжений питания для определения состояний ячейки становится важным фактором для последующего программирования, то есть ее перезаписи. Таким образом, в какой-то момент разницы в напряжении питания для TLC-памяти уже будет не хватать для правильного программирования состояния, и эта ячейка будет помечена как нерабочая. 

Для MLC-памяти, которая имеет в два раза меньшее количество значений напряжения, количество циклов перезаписи будет существенно выше, а уж память SLC может похвастаться самым большим количеством циклов перезаписи одной ячейки. Кроме небольшого количества циклов перезаписи, память TLC из-за своей многоуровневой структуры имеет меньшую скорость записи и чтения, по сравнению с аналогичными показателями для MLC-памяти. Соответственно, чтобы нивелировать малое количество циклов перезаписи, требуются продвинутые алгоритмы ECC для коррекции ошибок, а также специальные алгоритмы записи и чтения ячеек, чтобы максимально избежать процесса полной перезаписи ячеек.





Методика тестирования



Для того чтобы оценить производительность накопителя, мы использовали бенчмарк IOmeter и утилиту CrystalDiskMark. Кроме синтетических тестов, которые зачастую не отражают реальную скорость передачи данных, мы применяли и написанную нами утилиту для быстрого тестирования накопителей в реальных условиях работы. 

В качестве стенда, на котором запускались необходимые тесты, был использован ПК со следующей конфигурацией:
процессор — Intel Core i7-4770K;
системная плата — Intel DZ87KLT-75K;
оперативная память объемом 16 Гбайт (два модуля GEIL DDR3-1600 объемом 8 Гбайт);
системный диск — Corsair Neutron GTX (240 Гбайт);
операционная система — Windows 7 Ultimate SP 1 (64 бит);
драйвер — Intel Rapid Storage Technology версия 12.8.0.1016.

Тестируемый SSD-накопитель подключался к порту SATA 6 Гбит/с, который был реализован через контроллер чипсета Intel Z87. К другому SATA-порту был подключен накопитель Corsair Neutron GTX, на котором была установлена операционная система и все необходимые для тестирования приложения. Для всех SATA-портов был задан режим работы AHCI.

Для тестирования мы использовали утилиту IOmeter версии 1.1.0-rc1, которая представляет собой мощный инструмент для анализа производительности различных накопителей и повсеместно используется для измерения их производительности. Тестирование SSD-накопителя с помощью утилиты IOmeter мы проводили без создания на нем логического раздела, чтобы не привязывать результаты тестирования к конкретной файловой системе. Исследовалась зависимость скорости выполнения операций последовательного и случайного чтения, а также последовательной и случайной записи от размера блока данных.

Для проверки накопителя на предмет «старения», мы построили график зависимости изменения скорости случайной записи от времени для запросов блоками размером 4 Кбайт при количестве одновременных запросов ввода­вывода, равном 1. Время тестирования составляло 10 ч, а результат фиксировался через каждую минуту. Перед началом теста накопитель искусственно приводился к состоянию нового. Для этого на накопителе создавался логический раздел максимального размера, который форматировался, а затем удалялся. 

Отметим, что эффект «старения» накопителя заключается в том, что скорость записи на пустой SSD-накопитель, выше скорости записи на заполненный накопитель. При этом заполненный накопитель с точки зрения пользователя может быть и пустым, поскольку удаление данных с диска на уровне операционной системы еще не означает их реального удаления из флэш­памяти даже с учетом использования команды Trim. 

Заполненный или «состаренный» накопитель этот тот, все блоки которого заполнены актуальными данными и данными, помеченными к удалению. Чтобы повысить производительность накопителя, происходит перемещение данных, то есть избавление от блоков, содержащих в себе как страницы, помеченные к удалению, так и актуальные данные. Такая процедура получила название «сбор мусора» (Garbage Collection). От алгоритма процедуры Garbage Collection, а также ее эффективности, зависят скорость случайной и последовательной записи. Чтобы оценить разницу в скоростных показателях случайной и последовательной записи на пустом и заполненном накопителе мы провели соответствующие тесты два раза — до и после процедуры записи случайными блоками по 4 Кбайт.
 
Для оценки показателей скорости чтения и записи, на которые может рассчитывать пользователь в реальных условиях эксплуатации, мы использовали собственную утилиту, которая применяется нами для тестирования различных накопителей. Утилита использует вызовы функций из библиотеки WinAPI и производит копирование данных точно так же, как это происходит при копировании стандартными средствами операционных систем Windows 7/8, включая отображение на экране стандартного окна с индикатором прогресса. Алгоритм работы утилиты прост: сначала производится копирование тестового набора файлов с накопителя на основной диск ПК, в процессе которого измеряется скорость передачи данных. Затем осуществляется копирование тех же данных в обратном направлении — также с измерением скорости. 

Тестовый пакет с суммарным объемом 17,16 Гбайт включает несколько сотен файлов разного размера (от нескольких Кбайт до сотен Мбайт), размещенных в разных папках. Этот тест, как нам кажется, наиболее приближен к реальности, ведь по сути никакие дополнительные программы не используются, а копирование не отличается от обычно процесса переноса информации средствами ОС. 





Результаты тестирования



Теперь обратимся к полученным нами при тестировании результатам и попытаемся проанализировать, что же мы в итоге получили.

IOmeter: Случайная запись

Если рассматривать график случайной записи накопителя Samsung 840 EVO 250 Гбайт, то можно явно увидеть различия между «новым» и «состаренным» диском. При этом результаты тестирования «нового» накопителя нельзя назвать точными, поскольку в процессе случайной записи из-за эффекта «старения», они могут быть разными при каждом новом запуске теста. Однако для наглядности сравнения эти результаты вполне подходят. Рано или поздно, накопитель все равно придет к состоянию «старого», когда большинство блоков памяти содержат в себе и полезные данные, и данные, помеченные к удалению. 

Реальная средняя скорость передачи данных при случайной записи блоками от 512 байт до 1 Мбайт представлена графиком, созданным на основе результатов, полученных после процесса «старения» диска. При размере блока 2 Кбайт максимальная скорость в этом тесте составила 56,8 Мбайт/с для «нового» накопителя, и всего 17,3 Мбайт/с в случае «состаренного» SSD-накопителя.

IOmeterпроцесс "состаривания" накопителя

На следующем графике показан сам процесс «старения» накопителя Samsung 840 EVO 250 Гбайт во время теста, продолжавшегося в течение 10 ч. На графике видно, что, как и большинство SSD-накопителей, данная модель обладает свойством «старения», то есть уменьшения скорости случайной записи по мере заполнения накопителя. Регрессия в скорости случайной записи проявляется уже после нескольких минут выполнения теста. Далее скорость случайной записи постепенно снижается и стабилизируется на отметке 7,7 Мбайт/с. 

Это говорит о том, что накопитель Samsung 840 EVO является типичным представителем тех SSD, которые при активных операциях случайной записи теряют в скорости. При этом начальная скорость случайной записи у этой модели составляет 38,4  Мбайт/с. Стоит отдельно отметить, что в этом тесте речь идет о непрерывном и стрессовом режимах случайной записи, без учета эффекта самовосстановления накопителя с помощью Garbage Collection. Обычно в реальных приложениях скорость случайной записи оказывается существенно выше за счет эффекта самовосстановления. Достаточно низкая скорость случайной записи в этом тесте — это целиком заслуга памяти TLC, которая значительно уступает в этом плане MLC-памяти. 

IOmeterпоследовательное чтение/запись и выборочное чтение на новом накопителе

IOmeterпоследовательное чтение/запись и выборочное чтение после процесса "состаривания"

Чтобы показать производительность накопителя Samsung 840 EVO до и после процесса «состаривания» в тестах на последовательное чтение/запись и выборочное чтение, мы приведем еще две иллюстрации. На каждой из них представлены три типовых графика зависимости скорости передачи данных от размера блока в трех других основных операциях: последовательное чтение, последовательная запись и случайное чтение. Для обоих случаев, самая высокая скорость достигается при операциях последовательного чтения и составляет 537 Мбайт/с, что практически соответствует значению, заявленному в технических характеристиках. 

Если графики скорости случайного чтения на этих двух рисунках очень похожи между собой, то при операциях последовательной записи графики кардинально разнятся. При операциях выборочного чтения, насыщение происходит при размере блока 128 Кбайт, а скорость чтения при этом составляет 532 и 520 Мбайт/с.

Исходя из того, что «старение» накопителя — это в принципе неизбежный процесс, который должен нивелироваться алгоритмом «сбора мусора», в графиках последовательной записи мы видим, что у данного накопителя есть определенные проблемы с алгоритмом Garbage Collection, в результате чего налицо низкая скорость последовательной записи. Насыщение у этого накопителя при операциях последовательной записи наступает при самом большом размере блока и составляет 61,4 Мбайт/с.
 
Следует отметить, что приведенные выше результаты тестов в бенчмарке IOmeter являются синтетическими и зачастую не отражают реальную скорость передачи данных при повседневной работе с накопителем. Гораздо интереснее посмотреть на скорость в операциях с реальными файлами при их чтении и записи. Но вначале обратимся к небольшому тесту технологии RAPID, которая активируется с помощью фирменной утилиты Samsung Magican.


CrystalDiskMark: производительность с включенной технологией RAPID


CrystalDiskMark: производительность с отключеной технологией RAPID

Мы приводим два скриншота теста CrystalDiskMark, на одном из которых функция RAPID активирована, а на другом находится в отключенном состоянии. Цифры, полученные в результате этого небольшого теста, действительно поражают воображение и действительно близки к скорости копирования данных в оперативную память. Другое дело, что CrystalDiskMark — это тоже синтетический тест, поэтому он, конечно, показывает какие-то интересные цифры, но вот при реальном копировании информации нами получены совсем другие данные. Здесь стоит сделать ремарку о том, что технология RAPID в первую очередь работает к кэшем операционной системы, и, по всей видимости, не задействуется при копировании информации с накопителя на накопитель. Скорее всего, RAPID увеличит производительность дисковой подсистемы при запуске программ и работе с определенными данными, однако оценить ее эффект очень сложно. 

Исходя из результатов тестирования с помощью собственной утилиты, мы можем смело утверждать, что функция RAPID не влияет на скорость переноса информации с использованием средств Windows. Скорость записи и чтения практически не отличаются. Также стоит отметить, что скоростные показатели не намного ниже тех значений, что получены в тесте с использованием IOmeter. В данном случае, пользователю стоит обращать внимание именно на это испытание, а не на синтетические тесты, которые обычно показывают лучший результат. Также стоит учитывать, что в тесте IOmeter отдельно использовались как мелкие, так и большие по объему файлы. Поэтому при переносе файлов разного размера реальная скорость передачи данных будет лежать между полученными значениями.




Выводы



Новый Samsung 840 EVO 250 Гбайт показал себя с лучшей стороны. Он интересен в первую очередь тем, что используя NAND-память TLC, имеет сопоставимые с его одноклассниками — SSD-накопителями на более дорогой памяти MLC, — показатели скорости передачи данных. Вероятно, в будущем многие компании, производящие SSD, поддержат Samsung и также выпустят решения на базе этой недорогой и емкой памяти. 

Использование только своих собственных компонентов позволит компании Samsung в будущем быстро завоевать рынок SSD, ведь даже корпорация Intel еще не представила своих решений для пользовательского сегмента с полным набором собственных компонентов. Новый контроллер Samsung MEX отличается поддержкой всех современных технологий, что выводит его на одну ступень с контроллерами от SandForce или Marvell, и одновременно задает новую планку производительности для контроллеров пользовательского сегмента SSD.
 
Синтетические тесты показали, что рассмотренный накопитель имеет некоторые огрехи в процессе «сбора мусора», то есть очищения блоков флэш-памяти, однако в реальных тестах эта проблема не создает негативного влияния на скорости чтения и записи данных. Высокие показатели скорости чтения, а также хорошие показатели при записи, как мелких, так и больших файлов, отвечают современным требованиям к накопителям SSD. 

Таким образом, можно утверждать, что новинка от Samsung является отличным выбором для тех пользователей, которые хотят иметь в своем настольном или мобильном ПК высокопроизводительный SSD-накопитель. Средняя стоимость рассмотренного в обзоре накопителя Samsung 840 EVO объемом 250 Гбайт составляет 6,5 тыс. руб.