Intel ssd 6: уместна ли QLC-память в SSD для PCI Express? / Накопители

Обзор SSD-накопителя Intel 660p емкостью 2 ТБ и изучение влияния объема SSD на производительность

Методика тестирования накопителей образца 2018 года

Твердотельные накопители на базе QLC-памяти массово поставляются уже более года, однако многие покупатели до сих пор относятся к ним насторожено. Все-таки чем большее количество битов производители «запихивают» в тот же один полевой транзистор (который и представляет собой атомарную ячейку в NAND-флэш), тем больше проблем со скоростью записи и износом. По мере производства технические параметры улучшаются, но улучшаются они у памяти всех типов. А так современная QLC всегда хуже (в житейском понимании) современной же TLC — но и дешевле. Поэтому ее экспансия идет двумя путями, где недостатки менее заметны, чем достоинства. Конечно, в самые дешевые SSD начального уровня. Тут все понятно: идет борьба за каждый рубль, так что не до рекордов производительности. Особенно когда покупаешь не себе, а «на фирму», и без особых требований — потому что в качестве системного накопителя среднего офисного ПК такая бюджетка будет работать долго, счастливо и не заставляя страдать пользователя. Уж точно она лучше винчестера, да и дешевле. Второе направление тоже приводит к непосредственной конкуренции с винчестерами: в накопители высокой емкости. Таковые в абсолютном исчислении стоят достаточно дорого, но при больших объемах памяти как раз особенно заметна экономия за счет QLC. Тем более, производительность SSD от емкости зависит — и в таких условиях это уже тоже сказывается.

Обзор твердотельных накопителей Intel SSD 660p емкостью 512 и 1024 ГБ на базе QLC-памяти

Поэтому мы решили вернуться к линейке Intel SSD 660p и протестировать самую емкую ее модификацию — на 2 ТБ. Самую дорогую, да — но очень интересную как раз в плане реальной покупки, а если заглянуть в прайс-листы розничных магазинов, то даже самую интересную. У младшей модели очень уж много конкурентов — всегда можно подобрать что-нибудь дешевле, но на TLC-флэш, не сильно «пострадав» и в плане интерфейса и/или гарантийных условий. Для терабайтника это тоже справедливо, но у него конкурентов уже меньше. А хороших бюджетных моделей емкостью 2 ТБ (или около того) не так уж много, и соответствующий 660р оказывается одним из самых дешевых, конкурируя только с бюджетными SATA-устройствами — да и те обычно стоят дороже, даже если говорить о продукции «второго эшелона» и с короткой гарантией. У 660р гарантия тоже сильно ограничена «пробегом», но это ограничение тоже зависит от емкости. Для 2 ТБ полный объем записи не должен превышать 400 ТБ за пять лет, то есть в среднем можно записывать по 200 ГБ в день. Понятно, что это далеко выходит за рамки потребностей не только лишь среднестатистического пользователя. Кроме того, мало чем можно «забить» такой накопитель «под завязку», так что и SLC-кэширование будет работать эффективнее. И вообще, со скоростными показателями все должно быть немного лучше, чем у младших моделей, которые мы тестировали в прошлом году — а сегодня решили закончить работу.

Intel 660p 512 ГБ

Intel 660p 1024 ГБ

Intel 660p 2048 ГБ

Все представители этой линейки очень похожи друг на друга. В частности, все используют кристаллы 64-слойной QLC NAND емкостью по 1 Тбит, причем у старших моделей они и «упакованы» в чипы одинаково — только количество самих чипов отличается. Контроллер — четырехканальный Silicon Motion SM2263. В паре с ним работает 256 МБ DRAM — обычно емкость зависит от количества флэша (что логично), но Intel в данном случае решила сэкономить. Экономия, к счастью, не радикальная: в бюджетном сегменте давно уже правят бал контроллеры без DRAM, типа SM2263ХТ, которые, кроме всего прочего, еще и не умеют записывать данные «мимо» SLC-кэша, так что при большом объеме записи скорость падает ниже 100 МБ/с даже при использовании TLC-памяти в количестве полутерабайта. Впрочем, в линейке 660р Intel использует ту же стратегию кэширования, но делает это вынужденно: все-таки «собственные» возможности QLC пока еще достаточно скромны, чтобы на них полагаться. Однако дьявол, как обычно, кроется в деталях.

Графики похожи качественно, но различаются количественно. В частности, любой изначально «чистый» 660р на полной скорости записывает порядка 12% своей емкости. А емкость эта разная, так что получается порядка 60, 120 и 240 ГБ данных; первого на практике может быть иногда маловато, последнего — вряд ли. За буфером скорость падает резко — но до разных значений. Младшая модификация может продолжать принимать данные лишь со скоростью 40-60 МБ/с — это медленнее ноутбучных винчестеров на внутренних дорожках (где скорость минимальная). Терабайтный накопитель уже способен на 70-110 МБ/с — что не хуже тех же ноутбучных винчестеров и в «быстрых» областях. Старшая же модель в линейке не опускается ниже 110 МБ/с. Почему это важно? А ровно такова минимальная скорость десктопных винчестеров на 7200 об/мин. То есть в таком изначально «плохом» для SSD и «хорошем» для винчестеров сценарии минимальная производительность оказывается одинаковой, и хуже винчестера Intel 660p 2 ТБ не может быть в принципе. А намного лучше — легко, благо сценарии, удобные для любого SSD, но смертельные для «механики», на практике встречаются куда чаще. Поэтому в роли замены винчестеров накопители на QLC-памяти не хуже более привычных TLC-моделей: пусть они не настолько быстрее, зато дешевле.

Образцы для сравнения

Поскольку основными героями у нас сегодня является тройка 660р, наибольший интерес представляет собой их сравнение друг с другом. А для того, чтобы лучше привязаться к местности, мы взяли результаты пары Intel 760p — на 512 и 1024 ГБ. Выглядят они как «старшие братья» 660p: восьмиканальный контроллер Silicon Motion SM2262 вместо четырехканального SM2263, 2 МБ DRAM на каждый гигабайт флэша, а не 256 МБ «всего», проверенная временем 3D TLC NAND «второго поколения», а не пугающая QLC — в итоге и ограничения гарантии почти в три раза более мягкие. Но и стоят они соответствующих денег, а потому непосредственной конкуренции между этими двумя линейками при одинаковой емкости нет. Впрочем, и купить два терабайта 660p по цене одного терабайта 760p тоже не получится. Поэтому мы и говорим, что в тестировании нужен просто ориентир — и, желательно, «родственный», чтобы картинка была более четкой. Тогда сразу будет видно, в каких случаях экономия оправдана, а в каких она приводит к слишком большим потерям.

Тестирование

Методика тестирования

Методика подробно описана в отдельной статье. Там можно познакомиться с используемым аппаратным и программным обеспечением.

Производительность в приложениях

Специфика системных нагрузок (и эмулирующих их тестовых пакетов) — преобладание операций чтения, причем ограниченных объемов данных. Да и запись (когда возникает) обычно такая же. Во всяком случае, если говорить о ситуациях, когда требуется высокая скорость последней, т. е. «сбросе» информации откуда-нибудь из памяти. Инсталляции игры по сети может привести к записи и сотни гигабайт — только вот ее скорость будет лимитироваться пропускной способностью самой сети (о чем некоторые иногда забывают). А теперь вспоминаем, что с чтением отлично справляются любые SSD, а небольшие объемы записи эффективно обрабатываются кэшированием — и итог очевиден. «В быту» QLC вполне достаточно — не менее, чем TLC той же емкости. Даже если попробовать убрать задержки со стороны прочих компонентов системы — не говоря уже о случаях, когда именно они все и ограничивают. А для твердотельных накопителей это выполняется практически всегда.

Заметим, что предыдущая версия пакета, оперирующая нагрузками, типичными, для более «старых» приложений, слишком «легкими» для современных систем, демонстрирует большую разницу между накопителями — так и должно быть. И, казалось бы, однозначно агитирует за 760р — хотя и эта-то линейка по нынешним временам не является чем-то сверхскоростным. С другой стороны, уровень сопоставимый. И (что наиболее важно в рамках сегодняшнего тестирования) производительность в серии 660р растет вместе с емкостью.

Последовательные операции

Казалось бы… но нет. Вспоминаем, что контроллер SM2263 — четырехканальный, так что (как и прочим подобным) ему не нужен PCIe 3.0 x4 — хватило бы и х2 с любой памятью. Терабитные кристаллы 64-слойного QLC-флэша IMFT к самым быстрым не относятся, но уже четырех таковых достаточно, чтобы выйти на 1,3 ГБ/с, а 8 или 16 существенной прибавки в таких условиях дать не могут. Понятно, что этот уровень радикально выше, чем могут обеспечить любые SATA-накопители, а вот «конкуренция» в рамках NVMe-сегмента «зарублена» изначально.

Зато при записи в пределах SLC-кэша она вполне возможна — а все 660р используют агрессивную схему кэширования. Впрочем, однократного чередования в младшей модификации все равно недостаточно, чтобы догнать представителей семейства 760р, которые и сами по себе далеко не рекордсмены, а вот старшие модели линейки на такое способны. Друг от друга же отличаются незначительно, но в их случае сложно было бы ожидать обратного: принципиальная разница в организации заканчивается при переходе от 512 к 1024 ГБ.

Случайный доступ

Поведение основных испытуемых в этих сценариях совсем не похоже на виденное выше. В частности, тесты чтения благосклонно относятся к любому способу увеличить параллелизм, так что получаем аккуратную лесенку. Вкупе с «умением» современных контроллеров Silicon Motion (точнее, их прошивок) использовать SLC-кэш именно как кэш, что важно для программ, создающих файлы непосредственно перед использованием (а таковы практически все низкоуровневые тестовые утилиты, включая и используемую нами пару) это позволяет «в попугаях» обгонять и решения более высокого уровня даже в рамках ассортимента одного производителя.

Для записи же, похоже, более весомо количество чипов, нежели организация каждого из них, так что как-то выделяется лишь старшая модификация. Но и она заметно медленнее, чем 760р на 512 ГБ (а временами — и 256 ГБ): все-таки использование QLC-памяти в таких сценариях дает о себе знать. И пусть «длинные» очереди персональному компьютеру несвойственны, поскольку даже бюджетные SSD успевают отработать запросы системы быстрее, чем таковая (точнее, прикладные программы) их генерировать, но с научно-познавательной точки зрения это различие интересно.

Что из «нелинейных» нагрузок на практике встречается часто, так это чтение разными блоками, но «без очереди». А основным влияющим на скорость такового фактором оказывается латентность самой памяти — причем при использовании NAND-флэш варьирующаяся в очень небольших пределах. Независимо от конкретного типа (в отличие от записи) и/или используемых интерфейсов и протоколов — это характеристика самого носителя. Задержки «механики» радикально (в 20 и более раз) выше, 3D XPoint или, тем более, DRAM — намного ниже. А флэш — он и есть флэш. Что, как мы уже не раз говорили, особенно «на руку» недорогим SSD. В том числе, и использующим QLC NAND — с такими нагрузками она справляется не хуже прочих, а именно они оказывают самое большое влияние на производительность накопителей в качестве «системных дисков».

Работа с большими файлами

Младшие модификации с четырьмя или восемью кристаллами памяти, упакованными в две микросхемы, на практике неспособны загрузить работой даже бюджетный четырехканальный контроллер, старшей это удается немногим лучше. Все равно медленно для данного сегмента, конечно, но вообще бюджетные NVMe-накопители должны конкурировать не с «небюджетными», а с разнообразными SATA-моделями — и это-то им отлично удается.

Если свободного места на накопителе много (в данном случае даже из 512 ГБ общей емкости пустует 3/4), в полную силу может развернуть динамический SLC-кэш, так что скорость записи оказывается выше чтения, да и более дорогие SSD посрамлены. Понятно, что для QLC это идеальный случай — при таком подходе разницы между типами памяти вообще не будет, поскольку все они работают в одинаковом режиме, но бывает и так. На практике — тоже: когда объемы записываемых данных укладываются в кэш, что встречается достаточно часто.

Но если устройство «забито» данными под завязку, выделить много места под кэширование не получается, а статическая часть кэша невелика — так что, если все данные «прогонять через нее», параллельно с процессом записи новых данных приходится и уплотнять старые. От этой проблемы избавлен только 760р, умеющий записывать данные «мимо» SLC-кэша прямо в массив памяти — в итоге и скорость оказывается практически одинаковой, независимо от количества свободного места. А некоторые модели «первой волны», типа взятого нами как пример Intel SSD 600p 512 ГБ (поскольку 760р такой емкости мы так не тестировали), изначально писали данные медленно — так что тут тоже формально лишь небольшое падение, а фактически речь идет о скоростях в 200-250 МБ/с: с пола падать некуда. Или почти некуда — твердотельные накопители на базе QLC-памяти небольшой емкости неспособны и на такое, что уже было показано выше на низком уровне. На высоком же… 660р 512 ГБ записывает данные на скорости порядка 70 МБ/с — это лишь немногим больше, чем на внутренних дорожках жестких дисков для ноутбуков и медленнее, чем у таковых на внешних. Терабайтная модификация обходит ноутбучные винчестеры всегда и даже способна пободаться с настольными моделями — но лишь на (медленной) части пластины. А вот увеличение емкости до 2 ТБ приводит к тому, что даже в таких очень жестких условиях (свободно лишь 5% емкости — что, вообще говоря, не рекомендуется даже для файловых систем независимо от физических накопителей) позади остаются уже и любые винчестеры, и очень многие SSD. И не обязательно слишком старые. Размер решает.

Как и в этом случае. Откуда такой радикальный прорыв? Вспоминаем, что емкость статической части SLC-кэша (которая есть всегда) в этой линейке составляет 6 ГБ на каждые 512 ГБ емкости, а объем записи в этом тесте составляет 16 ГБ (еще столько же читается)… Соответственно, двухтерабайтник в этом сценарии как раз кэшем и может ограничиться. Увеличь мы объем данных — картина бы чуть сгладилась, уменьши — могло бы «повезти» и младшим SSD линейки. Стабильности нет, но переход количества в качество возможен — в том числе, и на практике.

Рейтинги

Производительность винчестеров зависит от емкости пластин (точнее, плотности данных на них), но не от их количества — такой «параллелизм» в механических накопителях не реализован. У SSD же важны и «плотность», и количество — что особенно заметно на скорости операций записи. Что касается чтения, то тут производительность нередко ограничивает контроллер — и в плане «внешнего» интерфейса, и внутреннего тоже (количество поддерживаемых каналов как раз и определяет степень параллелизма массива флэш-памяти). В итоге зависимость производительности от внутренней конструкции становится более сложной, но в первом приближении главным является то, что она растет вместе с емкостью. Конечно, это справедливо лишь в пределах одной линейки: даже топовый 660р с точки зрения тестов низкого уровня отстает от 760р меньшей емкости, в которых и память, и контроллер более быстрые. Но у них, повторим, и цена совсем другая, что имеет не меньшее значение, чем емкость. Понятно, что и 512 ГБ во многих случаях достаточно, даже если в системе нет других накопителей — но 2 ТБ вообще перекрывает запросы как бы не большинства массовых пользователей. Особенно если говорить о бюджетных компьютерах, где 1-2 ТБ дискового пространства на всё про всё — до сих пор обыденность. Да и конкурируют за кошелек покупателя в этом сегменте до сих пор не разные SSD друг с другом, а бюджетные твердотельные накопители с винчестерами.

При этом и «маленькие» 660р к медленным накопителям не отнесешь даже в пределах своего класса — просто в таких условиях некоторые «умеют работать» заметно быстрее, однако на практике ради экономии на это можно закрыть глаза. Встречались нам и более медленные с точки зрения массовых нагрузок устройства даже той же емкости (не говоря уже о меньшей), а возникновение «совсем неудобных» ситуаций в реальной жизни происходит не слишком часто. Более же емкие модели линейки в них будут попадать еще реже, да и в обычной работе окажутся пошустрее. В общем, конечно, накопители на QLC-памяти пока еще все равно сложно считать универсальными, но модели вроде Intel SSD 660p 2 ТБ в типовом персональном компьютере можно использовать и в гордом одиночестве. Это будет дешевле, чем та же емкость в исполнении топовых устройств, и в среднем быстрее (а также всегда удобнее) разнообразных гибридных схем. Во всяком случае, если сравнивать с самой популярной схемой «SSD+HDD» — чем они и интересны.

Итого

Изменилось ли наше отношение к накопителям на базе QLC-флэш в целом и линейки Intel SSD 660p в частности после изучения старшего ее представителя? Вообще говоря, нет. По сути своей, этот тип памяти и использующие ее устройства нельзя считать в той же степени универсальными, что и более привычную (но когда-то пугавшую не меньше) TLC-память. Однако сферы применения для нее есть, и в первую очередь это дополнительные накопители высокой емкости для ситуаций, не предполагающих большого объема записи. Впрочем, в ряде случаев такие накопители могут быть основными и единственными в компьютере, не вызывая заметных проблем. Тем более, что, как хорошо видно по результатам тестов, сама по себе высокая емкость позволяет нивелировать некоторые недостатки технологии, повышая ту же скорость до приемлемого уровня — выше, чем обеспечивают винчестеры или многие бюджетные SSD. И это в «неудобных» условиях, а уж в «хороших»-то!. . Например, в игровом ПК такие накопители будут отлично справляться с работой: высокая емкость нужна, поскольку одна современная игра может занимать десятки гигабайт дискового пространства, высокая скорость чтения потребуется для быстрой загрузки самой игры и уровней, а проблем с записью нет, поскольку установка и обновление игр осуществляются через интернет (так что скорость будет лимитироваться сетевым подключением), а в «работе» много писать не требуется. Понятно, что накопитель на базе TLC-памяти формально все равно будет быстрее — но он будет и дороже за счет цены самой памяти. А пытаться сблизить цены при равной емкости экономией на контроллере и DRAM — значит потенциально «просадить» скорость до еще более низкого уровня, несмотря на более дорогую и быструю TLC-память.

Отметим, что в обновленной линейке 665р компания Intel отказалась от модификации на 512 ГБ — теперь она начинается с 1 ТБ. Кроме того, 96-слойный флэш позволил немного повысить скорость, да и условия гарантии стали чуть более мягкими — теперь полный объем записи ограничен 300/600 ТБ, а не 200/400 ТБ, как у 660р (для емкостей 1/2 ТБ). Соответственно, повышается и «применимость» таких SSD для работы и отдыха. Не в том плане, что их можно будет рекомендовать для всех сценариев использования, но ситуации, когда они придутся к месту, будут встречаться чаще. А так и 660р свое место в жизни находит. Главное не требовать от накопителей большего, чем то, на что они рассчитаны. В первую очередь, они призваны заменить винчестеры в области работы с «теплыми» данными — для долговременного хранения «холодных» цены винчестеров все-таки пока еще слишком привлекательны даже на фоне QLC. А новый уровень высокоскоростных SSD — это не про них, несмотря на быстрый интерфейс.

Сравнительное тестирование Intel SSD 670p — QLC против TLC / Хабр

Буквально приурочив свой материал к нашей новости о выходе QLC 3D NAND накопителей Intel SSD 670p, всем хорошо известный портал AnandTech опубликовал подробное, как у них принято, тестирование, сравнив новинку Intel с другими QLC и TLC SSD большого объема, имеющимися на рынке. Предлагаем вам сокращенную выжимку этого тестирования, в которой, в числе прочего, исправим ошибку в характеристиках энергопотребления из предыдущего поста, замеченную нашими читателями.

Для начала немного истории. Первым потребительским QLC SSD была серия Intel 660p, выпущенная в 2018 году и оснащенная 64-слойной памятью. С тех пор сегмент SSD объемом более одного Тб по большей степени поделен между TLC-моделями без DRAM-кеша и QLC, оснащенными собственным кешем. Позже, в 2019, Intel представила серию 665p с 96-слойной памятью и несколько улучшенными показателями производительности и долговечности.

Модели Intel SSD 670p, оснащенные новейшей 144-слойной памятью и современным 8-канальным контроллером Silicon Motion SM2265G, значительно превзошли своих предшественников по всем показателям. Приведем немного измененную общую табличку характеристик из предыдущего поста.

	512 Гб	1 Тб	2 Тб
Скорость последовательного чтения, Мб/с	3000	3500	3500
Скорость последовательной записи, Мб/с	1600	2500	2700
Скорость случайного чтения, IOPS	110 000	220 000	310 000
Скорость случайной записи, IOPS	315 000	330 000	340 000
Коэффициент выносливости	185	370	740
Наработка на отказ, млн. часов	1.6	1.6	1.6
Макс. потребление, простой, мВт	25	25	25
Форм-фактор. интерфейс	M.2 2280, PCIe 3.0 x4 NVMe
Стоимость	$89 $70	$154 $130	$329 $250

Теперь перейдем к тестированию. В сравнении участвуют:

• Phison E12 SSDs с QLC NAND, представленный здесь моделями 1Тб Corsair MP400 и 8Тб Sabrent Rocket Q
• Mushkin Helix-L 1Тб: TLC NAND и контроллер Silicon Motion SM2263XT без DRAM
• HP EX950 2Тб: TLC NAND и 8-канальный контроллер Silicon Motion SM2262EN
• SK hynix Gold P31 1 Тб
• Samsung 970 EVO Plus 1 Тб и 980 PRO 2 Тб
• Samsung 870 EVO 1 Тб и 870 QVO 1 Тб — последние TLC и QLC SATA SSD
• SK hynix Gold S31 1 Тб — типовой TLC SATA
• Intel SSD 670p 2 Тб

AnandTech использует свой набор тестов для накопителей, называемый AnandTech Storage Bench. Из этого набора приведем 3 результата: средняя скорость данных, средние задержки, энергопотребление — все в максимально напряженном режиме destroyer.

Теперь синтетические тесты с различными видами типовых нагрузок. Random — 32 пачки данных по 64 Мб каждая, sequential — 8 пачек по 128 Мб.

Один из фамильных недостатков QLC NAND SSD — деградация производительности по мере заполнения носителя данными, что иллюстрируется графиками скорости записи полного диска (последних 16 Гб и средней).

Теперь к вопросу об энергопотреблении. Действительно, как вы правильно указывали, потребление в активном режиме не может измеряться милливаттами. По информации AnandTech, 670p отдает следующую информацию о своих состояниях.

Состояние	Макс. потребление	Активность/простой
PS 0	5.5 Вт	Активность
PS 1	3. 6 Вт	Активность
PS 2	2.6 Вт	Активность
PS 3	25 мВт	Простой
PS 4	4 мВт	Простой

Таким образом, максимальное потребление 670р в простое составляет 25 мВт, в состоянии активности — 5.5 Вт. Что же касается режимов энергосбережения, то ниже показано три состояния: совсем без управления питанием, без тонких настроек питания и со всеми возможными технологиями экономии.

Подводя итоги, AnandTech называет Intel 670p «отличным QLC», продолжающим сводить на нет недостатки 4-битовых накопителей по сравнению с TLC. 670p хорошо работает с различными видами нагрузки благодаря большому кешу и мощному контроллеру, он не идеален на дальних дистанциях, но прогресс налицо. А тут еще довольно неожиданно пришла новость о снижении цены на все накопители линейки — и это на самом старте продаж. Новые цены вписаны в табличку. Это уж вообще праздник какой-то получается.

Intel SSD 660p 1 ТБ Заключение по обзору

Почему вы можете доверять Tom’s Hardware
Наши эксперты-рецензенты часами тестируют и сравнивают продукты и услуги, чтобы вы могли выбрать лучшее для себя. Узнайте больше о том, как мы тестируем.

Intel SSD 660p (2 ТБ)

Профи:

• Высокая емкость
• Конкурентная производительность потребителей
• Низкая ценовая точка
• Power Befficity
• Пакет программного обеспечения

9007 Cons: