Обзор и тестирование SSD-накопителя PCIe NVMe WD Black SN850 объемом 2 ТБ

Оглавление

Вступление

Сегодня у нас в гостях твердотельный накопитель (SSD) емкостью 2 ТБ знаменитейшего производителя Western Digital. Это один из крупнейших производителей жестких дисков, но, как и остальные производители HDD, компания WD благоразумно стала осваивать производство SSD. А чтобы производство SSD шло лучше и основывалось на собственных компонентах, WD прикупила компанию SanDisk — разработчика контроллеров, производителя SSD и даже простых USB-флешек. По ходу обзора мы не раз будем упоминать бренд SanDisk.

Главная особенность WD Black SN850 — возможность работы с высокоскоростным интерфейсом PCIe 4.0 (интерфейс PCIe 3.0 тоже, естественно, поддерживается). В отношении интерфейса PCIe 4.0 можно наконец-то сказать, что он пошел в широкие народные массы. На данный момент его поддерживают и многие материнские платы, и многие контроллеры SSD. Правда, на руках у населения по-прежнему большинство компьютеров поддерживают только PCIe 3.0, но процесс обновления уже идет.

В обзоре для краткости тестируемый SSD будет именоваться WD или WD SN850, а всю остальную часть наименования в большинстве случаев будем подразумевать «за кадром».

Накопители выпускаются в двух вариантах: с радиатором и без радиатора; причем модель с радиатором снабжена RGB-подсветкой. Производитель рекомендует устанавливать модель с радиатором в настольные компьютеры, а версию без теплорассеивателя — в ноутбуки и другие устройства, куда установить модель с радиатором невозможно.

К сожалению, на момент тестирования модель с радиатором в российской рознице еще не появилась; и тестироваться будет, соответственно, модель без него. Наличие радиатора будет в некоторых тестах имитироваться внешним вентилятором, поток воздуха от которого будет направлен на накопитель (это будет отмечено особо).

В серию накопителей SN850 входят три накопителя: с емкостью 500ГБ, 1 ТБ и 2 ТБ. Официальная страница накопителей SSD серии WD Black SN850 — здесь.

Технические характеристики и технологические особенности SSD-накопителей серии WD Black SN850

Основные технические характеристики новинок перечислены в следующей таблице.

На момент тестирования эта серия была слабо представлена в торговой сети, но кое-где уже появилась, и ориентировочные цены назвать можно. В точках продажи на дату составления обзора цены составили около 43 000 российских рублей за версию 2 ТБ, около 20 000 за 1 ТБ, около 13 000 рублей за версию 500 ГБ (ситуация с ценами может меняться).

Упаковка, комплектация и дизайн SSD-накопителя WD Black SN850 2 ТБ

Накопитель поставляется в упаковке, оформление которой полностью соответствует наименованию накопителя и выполнено в стиле «Black»:

Внутри внешней картонной коробки есть еще и прозрачная пластиковая «кроватка» с такой же прозрачной крышкой, которая дополнительно защищает накопитель от «болтанки» и механических повреждений в процессе транспортировки:

И сам накопитель, и упаковка выполнены в строгих черных тонах, соответствующих названию. Дизайнерам можно поставить 5 баллов: единый стиль выдержан безупречно.

Но накопитель существует не ради красоты, поэтому идем дальше. Вот перед нами герой обзора (вид сверху):

Поверх элементов печатной платы имеется этикетка с реквизитами изделия. Часть правого (на фото) чипа осталась открытой, благодаря чему можно прочесть его наименование: это SanDisk 20–82–10035-A1. И это не что иное, как контроллер этого SSD.

Теперь отклеим часть этикетки, и посмотрим, что еще установлено на плате:

Помимо разной «мелочевки», здесь установлены две микросхемы флеш-памяти по одному терабайту каждая, а также микросхема DRAM-памяти типа DDR4 на 2 ГБ производства Micron. Таким образом, классическое негласное правило «на гигабайт флеш-памяти по мегабайту DRAM-памяти» соблюдено.

Что касается флеш-памяти, то она основана на технологии BiCS4 96 layer TLC 3D NAND и выпускается совместно WD и Toshiba (отвечающее за флеш-память подразделение Toshiba Memory ныне переименовано в Kioxia). В каждом корпусе микросхемы содержится по 4 чипа с емкостью 256 ГБ/чип (информация от производителя).

Посмотрим на нижнюю сторону накопителя:

На нижней стороне элементов нет, а поверхность покрыта защитным лаком черного цвета (стиль снова соблюден!).

Завершит внешний осмотр вид сбоку:

Последний ракурс лишний раз подтверждает, что тестируемый SSD очень тонкий, благодаря чему он подойдет для установки в ноутбуки и любые другие устройства с ограниченным по высоте местом для установки SSD.

Теперь — к тестам.

Тестовый стенд и дополнительное программное обеспечение

Используемый тестовый стенд основан на следующих комплектующих:

• Процессор AMD Ryzen 3 3100, 4 ядра, 3.6 / 3.8 ГГц (Turbo);
• Материнская плата: Gigabyte B550M S2H;
• Оперативная память: 2×4 Гбайт DDR4 CRUCIAL CT4G4DFS8266;
• Видеокарта: Gigabyte GeForce GT1030 GV-N1030D5–2GL;
• Блок питания: Cooler Master MasterWatt Lite 500 MPX-5001-ACABW-ES (500 Вт);
• Корпус: открытый стенд (для исключения влияния качества корпуса на результаты термоизмерений);
• Операционная система: Windows 10×64 со всеми текущими обновлениями с Windows Update.

Перед проведением тестов производилась перезагрузка системы и выполнялась команда Trim для тестируемого SSD (об исключениях будет упомянуто в тексте). Кроме того, физически отключался интернет.

Если коротко охарактеризовать тестовый стенд, то его производительность более чем достаточна, чтобы не стать «узким горлом» и не влиять на результаты замеров производительности SSD. Для тестирования производительности накопителя в большинстве случаев использовались «старые» версии тестовых утилит с целью обеспечения сравнимости с данными предыдущих тестов SSD.

Для проверки копирования и обработки реальных файлов использовались следующие операции:

• Копирование папки с фотографиями в формате jpeg, размер 1.52 Гбайт (1 634 471 499 байт), 410 файлов;
• Копирование папки с HD-видео (AVC), размер папки 10.4 Гбайт (11 147 297 564 байт), 7 файлов;
• Копирование папки с музыкальными аудиозаписями в формате mp3, размер папки 1.52 Гбайт (1 634 133 002 байт), 481 файл;
• Копирование папки с документами в формате doc, размер папки 1.50 Гбайт (1 612 546 048 байт), 566 файлов;
• Обработка контейнера mkv при помощи программы MKVToolnix 18.0.0 с удалением всех звуковых дорожек и субтитров (в качестве образца использовался короткометражный анимационный фильм Sintel в виде файла размером 5.11 Гбайт);
• Архивация вышеуказанных папок с фотографиями и с документами в один архив (архиватор 7Zip версии 19.00×64, тип архива — 7z, без сжатия).

Для проверки копирования больших объемов данных использовались папки с фильмами объемом 196 ГБ.

Также была опробована фирменная утилита WD анализа и обслуживания SSD-накопителей WD Dashboard v. 3.2.2.9, ее главный экран выглядит так:

Утилита весьма многогранна. Она позволяет не только проверить текущее состояние SSD, но и выполнить сбор мусора (команда Trim) и загрузить новую прошивку (при наличии таковой).

Кроме того, имеется возможность включить так называемый «Игровой режим», когда снимаются все ограничения на работу накопителя (включая, видимо, троттлинг), но пользоваться таким режимом надо только при наличии хорошего теплоотвода (иначе могут быть неприятности, которые вряд ли будут признаны гарантийным случаем).

Тестирование температурных режимов и стабильности WD Black SN850 2 ТБ

Утилита CrystalDiskInfo (8.4.0) показывает, что в установившемся режиме без проведения каких-либо операций температура SSD составляет 49–51 градусов:

Такую температуру нельзя назвать низкой; и она свидетельствует о том, что при установке в каком-либо автономном устройстве (например, ноутбуке), потреблением накопителя нельзя будет пренебречь.

Теперь сделаем пару элементарных тестов, которые позволяют предварительно оценить свойства накопителя — на линейное чтение и линейную запись. Для линейного чтения на накопитель предварительно был записан массив плохо сжимаемой информации (примерно на 22% объема). Это необходимо было для определения реакции системы на чтение памяти с данными и без данных (ячейки в этом случае в SSD помечаются как «пустые»).

Вот что получилось в тесте линейного чтения:

Здесь видно, что на той области, где содержались реальные данные, скорость чтения «изрезана» и колебалась в интервале 2100 — 2300 МБ/с, а на «пустом» участке была стабильной и составила около 5550 МБ/с. Такое возможно только в одном случае: если контроллер видит, что чтение осуществляется из «пустых» ячеек, то собственно чтения он не осуществляет, а посылает в систему непрерывный поток нулевых данных.

Это один из методов ускорения работы SSD; и напоминает о том, что поведение SSD может быть весьма разнообразным в зависимости от вида данных и их наличия как такового. Отсутствие данных — это предельный случай легкосжимаемых данных; в иных случаях кривая может занимать промежуточные положения.

Температура SSD в течение теста на чтение достигала значительной величины (83 градуса), но троттлинга при этом не возникало:

Теперь переходим к тестам на линейную запись, их будет два. Первый тест — с принудительным охлаждением, а второй — без охлаждения (для проверки на троттлинг).

Поскольку запись информации — гораздо более энергоемкий процесс, чем чтение, то вероятность наступления троттлинга значительно повышается (потому и было включено охлаждение, и, как оказалось, не зря).

Итак, результат первого теста (с охлаждением):

График — двухуровневый, характерный для современных SSD с SLC-кэшем (это часть памяти TLC, переведенная в быстрый режим SLC).

Первый уровень, со скоростью чуть выше 5000 МБ/с — это запись в кэш. Второй (низкий уровень) — это переполнение кэша, и запись идет с собственной скоростью TLC-памяти (на уровне около 1000 — 1100 МБ/с). При этом в виде «гребенки» видны попытки восстановить производительность, но не получилось (и не должно было получиться).

Величина кэша при пустом накопителе составляет около 30% его емкости. Это — много, часто в SSD ограничиваются объемом кэша в 3–10% от его емкости. Почему здесь — 30%, а не меньше? Все дело в соотношении скоростей двух составляющих: с одной стороны — контроллера и внешнего интерфейса, а с другой — флеш-памяти. Скорость контроллера совместно с интерфейсом здесь скачкообразно увеличились (по сравнению с PCIe 3.0);, а флеш-память, хотя и хорошая, но основана на существующей серийной технологии и такого скачкообразного прироста скорости не получила.

Соответственно, чтобы использовать возможности контроллера и интерфейса, производителю пришлось по максимуму преобразовать имеющуюся TLC-память (три бита в ячейке) в быстроходный SLC-кэш (один бит в ячейке). Какие здесь есть «грабли»?! Казалось бы, 30%-ный кэш при емкости накопителя в 2 ТБ, это — очень много, можно с высокой скоростью записать аж 600 ГБ данных!

Но дело в том, что по мере увеличения занятости накопителя информацией, он вынужден будет сокращать объем кэша (он ведь создается из свободной памяти, и чем меньше остается свободной памяти, тем меньше кэш). Этот эффект еще увидим впереди, в тесте реального копирования файлов.

Вернемся к тесту линейной записи. Теперь — более жесткий режим тестирование линейной записи — без принудительного охлаждения:

Накопитель долго сопротивлялся возложенной на него тяжелой нагрузке, но перегрев и последующий за ним троттлинг все-таки случились. Замер температуры контроллера с помощью инфракрасного термометра Benetech GM531 в момент начала троттлинга показал 90.6 градусов. В результате торможения SSD из-за троттлинга общее время прохождения теста увеличилось более чем вдвое. Насколько это все скажется?

По графику видно, что до начала троттлинга объем записи данных составил примерно 24% от объема накопителя, а это — очень много (около 500 ГБ)! В жизни такие ситуации могут встречаться очень редко, но ситуация будет сильно зависеть от качества корпуса и вентиляции. Например, в тесном корпусе ноутбука троттлинг может наступить значительно раньше.

При копировании больших объемов информации в пределах накопителя троттлинг тоже возможен. Например, копирование 300 ГБ в пределах накопителя без его охлаждения привело к нагреву до 91 градуса и последующему троттлингу:

Теперь проверим стабильность скоростных характеристик накопителя в различных ситуациях его использования.

Тестирование проводилось утилитой CrystalDiskMark 3.0.3 для шести вариантов: «спокойное» состояние (диск записан на ~22%); состояние сразу после записи (копирования) очень высокого объема данных (392 ГБ записи без команды Trim), затем — еще через 5 минут, и еще через 5 минут, затем — через час после записи высокого объема данных (снова без принудительной подачи команды Trim), и, наконец, после подачи команды Trim. Охлаждение накопителя на всякий случай было включено.

Эти тесты позволяют определить, насколько внутренние процессы после записи данных «мешают» работе с новыми данными; происходит ли автоматическая «расчистка» накопителя, как быстро и насколько успешно она работает.

Тесты показали замедленное восстановление накопителя после «тяжелой» нагрузки. Быстродействие существенно «просело» на втором скриншоте, сделанном сразу после нагрузки (копирования 392 ГБ), но это вполне ожидаемо: после того, как накопитель «отчитался» о завершении записи, он продолжает свою внутреннюю работу: перекачку данных из кэша и его последующую очистку.

На третьем скриншоте, сделанном через 5 минут после нагрузки, заметно, что полного восстановления производительности за эти 5 минут еще не произошло (в тесте последовательной записи все еще низкое значение). На последующих скриншотах уже можно считать восстановление успешным, а разницу в показаниях можно отнести на разброс показаний от измерения к измерению.

Вывод: после очень тяжелых нагрузок накопитель может «подтормаживать», но падение скорости не будет катастрофическим, а восстановится диск самостоятельно.

Тестирование производительности WD Black SN850 2 ТБ

Итак, как мы видели в предыдущей главе, тестируемый накопитель в режиме записи имеет два режима работы: «очень быстрый» (без переполнения кэша) и «просто быстрый» — когда кэш переполняется.

Сразу скажу, что тестирование производительности полностью проводилось в «быстром» режиме. Будем считать, что потребитель в курсе особенностей накопителя и не будет его «насиловать», доводя до переполнения кэша и троттлинга. А если и будет, то не часто. 🙂 Тем более, что «изнасиловать» его таким образом будет довольно трудно, ибо кэш — очень большой!

Чтобы при тестировании чтения накопитель показывал реальную скорость (а не скорость «пустого» накопителя), накопитель тестировался заполненным на 20–60% плохо сжимаемыми данными. Некоторые тесты были повторены при заполнении до 97% (будет оговорено особо).

А для гарантированного обеспечения «быстрого» режима перед каждым тестом производилась перезагрузка, подача команд оптимизации и Trim, после чего — еще несколько минут «покоя».

Anvil’s Storage Utilities 1.1.0

Начнем с тестов в Anvil’s Storage Utilities 1.1.0. Сначала при занятости около 40%:

Далее тот же тест, но при занятости диска 97%:

Отличия результатов — только в пределах их естественных колебаний от теста к тесту.

CrystalDiskMark 8.0.1

Теперь — тест CrystalDiskMark 8.0.1 при занятости около 40%:

И для сравнения — при занятости 97%:

Аналогичным образом разница между измерениями при разной занятости не превысила естественного разброса показаний тестов.

Кстати, в тесте CrystalDiskMark 8.0.1 мы видим как раз те цифры максимальной производительности, которые заявлял производитель. Видимо, за это и любят производители ссылаться на этот тест: он показывает самый максимум из всех. 🙂

Atto

Еще один популярный тест — Atto:

CrystalDiskMark (64bit) 3.0.3

Этот тест делает проверку скорости записи/чтения в нескольких режимах с потоком случайных плохосжимаемых данных. Это позволяет уменьшить влияние на результат внутренних алгоритмов сжатия в накопителях;, но надо иметь в виду, что «ускоряющие» алгоритмы в современных накопителях настолько хитры и изворотливы, что полностью исключить их влияние вряд ли получится.

Операции с различными типами файлов внутри накопителя

В данном подразделе, кроме собственно копирования типовых наборов файлов, будут проверены операции редактирования видеофайла и архивирования двух папок с разнотипным содержимым (в одной — аудиофайлы, в другой — документы doc).

Время доступа при операциях случайного чтения и записи

Время доступа накопителей SSD настолько короче по сравнению с «традиционными» HDD, что им, как правило, можно пренебречь. Но раз такой параметр существует, то он будет проверен.

Среднее время доступа при операциях чтения и записи было получено в результате тестирования AS SSD Benchmark версии 1.7.4739.38088.

Чтение файлов с одновременным удалением

Такая нагрузка (чтение и/или запись одной информации с одновременным удалением другой) — характерна для серверных применений, когда разные процессы (или разные пользователи) могут одновременно выполнять операции записи, чтения и удаления.

Причем операция удаления для накопителей SSD, в отличие от традиционных HDD, очень непроста. В добрых старых HDD саму информацию удалять не надо — достаточно пометить, что она удалена. А магнитный слой потом, при поступлении новой информации, можно перезаписать как угодно: вместо нулей записать единицы, или наоборот. В SSD так сделать нельзя, там запись «однонаправленная». Перед записью новой информации ячейки надо обязательно очистить от старой. А это — дополнительная нагрузка на накопитель.

Для проверки поведения накопителя было осуществлено удаление очень большого объема данных (около 196 ГБ, ~10% объема) во время прохождения теста линейного чтения накопителя. Перед этим диск был заполнен данными общим объемом около 96% объема, т.е. после удаления диск должен быть заполнен примерно на 86%.

Тест выполнялся при включенном обдуве накопителя. Удаление делаем «по-честному», а не перемещением файлов в «Корзину» (что удалением в физическом смысле не является). Затем делаем скриншот графика чтения, вот он:

Удаление было произведено, когда было прочитано ровно 20% диска. В результате удаления файлов с ощутимой задержкой возник пик, направленный вниз; падение производительности составило около 20-ти раз. К счастью, длительность провала по времени была небольшой (менее 2 с).

Это задержанная реакция накопителя на удаление, связанная с проведением большого объема «внутренних работ» после удаления (очистка и т.п.). Тест подтвердил, что после тяжелых нагрузок (а удаление большого объема данных — это тоже тяжелая нагрузка) накопитель может на некоторое время снижать производительность.

Такое поведение характерно для большинства SSD, и наш герой не стал исключением. Это просто надо иметь в виду в процессе эксплуатации.

Копирование файлов большого объема

В большинстве предыдущих тестов мы проверяли работу накопителя в «быстром» режиме (когда объема кэша хватает для выполнения тестовых операций). А теперь попытаемся выйти за пределы этого режима, для чего будем использовать копирование файлов в пределах накопителя в большом объеме (196 ГБ). При малом проценте занятости диска такой объем не сможет «забить» кэш;, но мы проверим и при большом проценте занятости.

Во избежание включения троттлинга, тест выполнялся с охлаждением. Первый тест — при занятости диска ~10% (т.е. кроме копируемых файлов, на накопителе ничего нет).

График очень ровный, поскольку весь копируемый объем смог поместиться в SLC-кэш диска.

Теперь — копирование того же самого набора файлов, но при занятости диска в 86%:

При такой занятости диска объем SLC-кэша стал меньше, и участок с быстрым копированием (1.8 ГБ/с) стал очень коротким (~20% от объема копируемых файлов). А остальная часть графика копирования оказалась примерно в два раза ниже. Но все равно даже такая скорость — очень высокая!

Заключение

Герой обзора оставил впечатление истинно флагманского устройства. Может быть, он самый производительный в мире накопитель на сегодняшний день. Но окончательно я такой вердикт выносить не буду, поскольку для этого надо сравнивать разные модели в одних и тех же тестах.

За высокую производительность надо благодарить новый контроллер устройства, грамотно работающий как с быстрым интерфейсом PCIe 4.0, так и с внутренними компонентами SSD. Но при этом надо помнить, что никаких технологических чудес, по большому счету, не случилось.

Накопитель WD SN850 построен по традиционной на сегодня схеме с SLC-кэшем, что дает свои преимущества и ограничения. Преимущество — колоссальная скорость работы при малой занятости диска. А ограничение — это снижение производительности в случае большой занятости диска при операциях с высокими объемами данных. При операциях с небольшими объемами данных скорость диска во всех случаях будет высокой.

И, конечно, надо помнить о заметном нагреве накопителя, особенно при операциях с большими файловыми объемами. Как с этим бороться — разъяснил сам производитель. При применении в настольных компьютерах следует устанавливать вариант SSD с радиатором. Или можно купить без радиатора, а последний приобрести отдельно (но надо иметь «прямые руки» для самостоятельной установки, хотя это и несложно). Увы, в ноутбуках вряд ли получится установить SSD с радиатором (может не пройти по высоте). Там вероятен троттлинг на объемных операциях.

И, последнее замечание. Свои прекрасные характеристики WD Black SN850 2 ТБ может раскрыть только в системах с интерфейсом PCIe 4.0. Приобретение его для систем с PCIe 3.0 не несет практического смысла. Для них есть масса отличных SSD с более низкой ценой, в том числе и этого же производителя.

Виктор Ющенко aka
Kilimanjaro

Полный текст статьи читайте на overclockers.ru