Еволюція чи стагнація? Порівняння і тести SSD від Samsung: 840 Pro, 850 EVO, 850 Pro, 860 EVO, 860 Pro, 870 EVO, 870 QVO, 970 EVO Plus

SSD компанії Samsung — розрекламований продукт. Навіть без урахування рекламної води в сухому залишку буде те, що ці накопичувачі — лідери ринку не тільки за обсягом продажів, але і за якістю. SSD Samsung дійсно мають стабільно високий рівень швидкодії на тлі конкурентів. Не знаєте, який SSD вибрати? Просто купіть SSD від Samsung. У цьому огляді розглянемо еволюцію накопичувачів від 840 PRO до 970 EVO.

Галузь споживчих SSD-накопичувачів швидше деградує за сукупністю характеристик. Наприклад, замість MLC NAND стали застосовувати TLC NAND, а на ринку все більше місця займає QLC NAND. Швидкодія масивів пам’яті почала падати, а виробники намагаються компенсувати втрату зростання хитрощами на кшталт SLC-режиму.

Гонка за зниження собівартості призвела до масової відмови від DRAM-буферизації і ринок заполонили безбуферні контролери. Попутно їх почали урізати за кількістю каналів, ядер тощо. Це стало сильно помітно на тлі поширення PCIe 3.0 x4 замість SATA3. При пропускній здатності інтерфейсу в~3500 Мб/с, виробники пропонували споживачам PCIe 3.0, SSD з 1200-1500 Мб/с на читанні і 800-1000 Мб/с на записі, з урахуванням SLC-режиму.

При цьому є моделі, засновані на повноцінних контролерах і швидкій пам’яті, але їх стає все менше. Вищезазначені рішення все одно швидші за HDD, які, зі свого боку, теж втрачають у швидкостях. Дійсно, не завжди потрібен флагманський продукт, але повільні SSD підносять під соусом «краще вам не знайти», буквально витісняючи повноцінні рішення.

SSD накопичувачі від Samsung відповідають вимозі ціна-якість. Якщо не враховувати рекламний галас, ми все одно отримуємо якісний продукт, який відповідає реальним характеристикам. Стабільний і високий рівень швидкодії на тлі пропозицій конкурентів. Їх можна купувати наосліп і отримувати стабільний, передбачуваний результат. Маркетинг компанії в цьому плані чесний, без явних прикрас.

Samsung 650: чесно вказані 5 000 IOPS на читанні і 8 900 IOPS на запис

Модельний ряд простий, без нагромадження приставок і номерів. Старша і молодша моделі, і осібно «особлива/пробна» модель. На даний момент ситуація така: 860 Pro, 870 EVO і 870 QVO в сегменті SATA, де 870 QVO — оновлення 860 QVO — першого споживчого SSD на QLC NAND, і 980 Pro, 970 EVO Plus, 980 у сегменті PCle, де 980 — перше «пробне» рішення Samsung на безбуферному контролері для роздробу.

Але Samsung — не ідеальна компанія і теж були проколи. Помилка в мікрокоді накопичувачів сімейства Samsung 840 EVO призводила до занадто швидкої втрати заряду осередками пам’яті. Проблему виправили оновленнями мікрокоду, але частина накопичувачів так і залишилася з цією недугою. Інша біда менш відома в широких колах через свою специфічність: Samsung 840/850/MZ7 втрачали дані, некоректно обробляючи асинхронну команду TRIM (Queued TRIM), яка реалізована в linux-системах. Справедливості заради, обпеклася тоді не тільки Samsung — у «чорний список» потрапили не тільки її SSD.

Ще однією нерідкою проблемою є те, що не завжди адекватно поводяться накопичувачі Samsung 860-ї серії зі старими системами AMD Socket AM2(+)/AM3(+)/FM2(+) — можуть спостерігатися різні збої і помилки, аж до повної непрацездатності.

У цьому тестуванні візьмуть участь:

Останні три позиції купувалися б/в, інші — нові. Було б непогано додати ще Samsung 840/840 EVO, але ці накопичувачі існували в ті часи (2013-2014 роки), коли об’єми 500-512 Гбайт ще не мали популярності — той самий Samsung 840 Pro мені пощастило придбати, коли я вже верстав верстку цієї статті.

Samsung 860 EVO взято у виконанні M.2, а не 2.5″. Останнього просто не було в наявності. Форм-фактор не повинен помітно вплинути на результати в тестах — апаратна платформа однакова.

Samsung 870 QVO на даний момент випускається в об’ємах тільки від 1 Тб і, з огляду на використання QLC NAND з невисоким рівнем швидкодії, менш ємні варіанти навряд чи варто очікувати (як не з’явилися вони і для Samsung 860 QVO). Можна вважати це як невеликий допінг — подвоєння паралелізму в масиві флеш-пам’яті, як порівняти з можливою конфігурацією на 500 Гб, відповідно, вищі результати в тестах.

Samsung 970 EVO Plus. Хоча цей накопичувач теж середнього класу (EVO за класифікацією Samsung), досить відзначити хоча б його інтерфейс PCI-Express 3.0 x4. Потрапив він у список тестованих більше з цікавості.

Упаковка і комплектація

Колись Samsung мали різні варіанти комплектації. Від простих — у яких був сам накопичувач, потовщувальна рамка для встановлення в посадкові місця, розраховані на 2.5″ 9.5 мм, буклет і компакт-диск. До досить багатих, наприклад, з адаптером SATA3-USB. У цьому Samsung йшов у ногу з часом, наприклад, Intel і Kingston пропонували аж до повноцінних корпусів, що дають можливість використовувати накопичувачі як зовнішні портативні SSD.

І точно так само, як на ринку пішла тенденція на спрощення пакування і комплектації, Samsung стала обмежуватися картонною коробкою (форма якої може трохи змінюватися) з пластиковим ложементом і буклетом.

Стандарт комплектації споживчих SSD Samsung на сьогодні.

Втім — це ще багата упаковка. Деякі досить імениті виробники зараз обмежуються пластиковим блістером на картонній підкладці.

Апаратні платформи

У тестуванні беруть участь накопичувачі двох типів: Samsung 840 Pro на планарній флеш-пам’яті та всі інші — на флеш-пам’яті з вертикальним компонуванням комірок (3D V-NAND).

Samsung 850 EVO пережив три послідовних модернізації. Перша версія в об’ємі до 500 Гб включно, базувалася на контролері Samsung MGX у зв’язці з LPDDR2 і 32-шаровою 128 Гбіт TLC. Друга версія — LPDDR3 і 48-шарова 256 Гбіт TLC. Третя — 64-шарова 256 Гбіт TLC. У більш ємних така градація: Samsung MEX — 850 EVO 1 Тб першої версії; Samsung MJX — 850 EVO 1 Тб другої і третьої версії; Samsung MHX — 850 EVO 2 Тб першої версії, 2 і 4 Тб другої і третьої версій. Наш екземпляр належить до другої модернізації.

Це інформація, яку знаю я і не виключаю, що є ще якісь дані. (Напиши в коментарях, якщо є, що додати) Samsung 850 Pro теж напевно зазнав змін. Між його дебютом і виходом спадкоємця Samsung 860 Pro минуло три роки. Збереження моделі «як на старті продажів» — рідкість, для такого тривалого терміну. Але продуктивність масивів пам’яті MLC від Samsung настільки надлишкова, що пересічний користувач може не помітити різниці.

На поточний момент спостерігається черговий етап здешевлення накопичувачів. Лінійка Pro з виходом Samsung 980 Pro перейшла на TLC NAND, у сегмент SATA прийшла вже друга серія накопичувачів QVO на QLC NAND, а в PCI-Express прийшов «безбуферний» контролер Samsung Pablo.

QLC NAND у накопичувачах Samsung застосовується нещодавно, із серії 860 QVO. А експерименти з «безбуферним» контролером почали проводити ще п’ять років тому. Зараз на ринку DRAMless-платформи окупували нижній і середній сегменти.

Samsung 840 Pro	Samsung 850 EVO	Samsung 850 Pro	Samsung 860 EVO	Samsung 860 Pro	Samsung 870 EVO	Samsung 870 QVO	Samsung 970 EVO Plus
Інтерфейс	SATA	SATA	SATA	SATA	SATA	SATA	SATA	PCIe 3.0. x4
Об’єм, Гб	512	500	512	500	512	500	1000	500
Доступний обсяг, Гб	476,9	465,8	476,9	465,8	476,9	465,8	931,5	465,8
Контролер	Samsung MDX	Samsung MGX	Samsung MEX	Samsung MJX	Samsung MJX	Samsung MKX	Samsung MKX	Samsung Phoenix
Заявлена пам’ять	NAND 2-bit MLC (MLC)	V-NAND 3-bit MLC (TLC)	V-NAND 2-bit MLC (MLC)	V-NAND 3-bit MLC (TLC)	V-NAND 2-bit MLC (MLC)	V-NAND 3-bit MLC (TLC)	V-NAND 4-розрядний MLC (QLC)	V-NAND 3-bit MLC (TLC)
Пам’ять за фактом у тестованому зразку	MLC NAND 21 nm 64 Gbit Samsung	TLC 3D 48L V-NAND 256 Gbit Samsung	MLC 3D 32L V-NAND 128 Gbit Samsung	TLC 3D 64L V-NAND 512 Gbit Samsung	MLC 3D 64L V-NAND 256 Гбіт Samsung	TLC 3D 128L V-NAND 512 Гбіт Samsung	QLC 3D 92L V-NAND 1 Тбіт Samsung	TLC 3D 96L 96L V-NAND 256 Gbit Samsung
Версія мікрокоду за фактом у зразку	DXM05B0Q	EMT02B6Q	EXM04B6Q	RVT24B6Q	RVM02B6Q	SVT01B6Q	SVQ01B6Q	2B2QEXM7
Швидкість лінійного читання, до, Мб/с	540	540	550	550	560	560	560	3 500
Швидкість лінійного запису, до, Мб/с	520	520	520	520	530	530	530/80	3200
Продуктивність на читанні, до, IOPS	100 000	98 000	100 000	98 000	100 000	98 000	98 000 / 45 000	480 000
Продуктивність на записі, до, IOPS	90 000	90 000	90 000	90 000	90 000	88 000	88 000 / 22 000	550 000
Номінальний ресурс, записаних даних, Тбайт (TBW)	не задано	150	300	300	600	300	360	300
Гарантія	5 років	5 років, але не більше TBW	10 років, але не більше TBW	5 років, але не більше TBW	5 років, але не більше TBW	5 років, але не більше TBW	3 роки, але не більше TBW	5 років, але не більше TBW

Samsung 870 QVO побудований на повноцінному контролері із зовнішнім DRAM-буфером, але навіть застосування однієї QLC NAND дало змогу Samsung різко знизити планку вартості: 870 QVO 4 Тб коштує приблизно 33 тисячі рублів проти 870 EVO 4 Тб за 42 тисячі рублів. Але для «похорону» традиційних HDD того ж об’єму цього недостатньо: цінники на них стартують з позначки 7-8 тисяч рублів.

Тестовий стенд

Процесор: Intel Core i5-8600K, розігнаний до 5200 МГц («скальпування» із заміною термоінтерфейсу на ЖМ);
Оперативна пам’ять: Corsair Vengeance LPX DDR4-3600 18-19-19-39 з розгоном до 3866 МГц з таймінгами 16-16-16-38;
Материнська плата: ASRock Z370 Extreme 4;
Система охолодження процесора: Thermaltake Water 3.0 Ultimate;
Системний накопичувач: PCIe NVMe SSD Silicon Motion SM2262G об’ємом 480 Гб (інженерний зразок);
Блок живлення: Corsair HX750W;
Операційна система: Windows 10 x64 «Домашня» версія 20H2 (10.0.19042.867).

Як програмне забезпечення використовується комплект з Iometer, dd і fio, задіяні в рамках самописних сценаріїв, а також AIDA64. «Зоопарк» із різних тестів обумовлений історією народження всього цього (передбачається надалі дещо скоротити різноманітність). Їхні звіти розбирають у таблиці Excel за допомогою самописних макросів і будують графіки і таблиці. Тести на копіювання, архівацію та мікшування — це реальна робота з реальними файлами (фото, відео, документи MS Word), а не штучні «траси»-імітації з якого-небудь пакета типу PCMark8 або PCMark10. Але і традиційні бенчмарки не проігноровані: AIDA64, PCMark8 і Crystal Disk Mark 8.0.1.

Тестування

Трохи про SLC-режим. Вступна теоретична частина перед тестуванням.

Архітектурно SSD — масив з деякої кількості кристалів флеш-пам’яті. Швидкість масиву — спільність швидкостей кристалів, розподілених по одному або декількох каналах контролера (на кожному каналі або поодинці, або за алгоритмом чергування).

Прогрес іде шляхом збільшення щільності зберігання даних — зростає ємність кристалів: років сім тому в ходу були кристали NAND на 32-64 Гбіт, то сьогодні і 1 Тбіт вже звичайні. У підсумку для складання одного і того ж обсягу потрібно все менше і менше кристалів. А ні швидкість читання, ні запису у NAND не зростають пропорційно. Так з’явився алгоритм «прискореного» запису — SLC-режим. І нині споживчі SSD без нього — рідкість.

Пізніше в мікропрограми багатьох накопичувачів стала закладатися відкладена консолідація даних, коли перезапис даних у «рідному» режимі відбувається тільки за фактом надходження нових даних ззовні — своєрідна черга з витісненням. Якщо на накопичувач надходить запит на читання блоку даних, швидкість віддачі залежатиме від того, в якому стані цей блок зберігається на поточний момент — «не ущільнене» читається швидше. Подібний прийом може дати деякий приріст швидкодії в програмах з активним кешуванням, де тимчасові файли активно пишуться/видаляються, а їхнє довготривале зберігання не потрібне.

У підсумку в тестах продуктивності виникає майже повна аналогія з «гібридниками» (SSHD): багато популярних бенчмарки оперують обмеженим об’ємом даних на невеликому часовому відрізку, тобто всі їхні операції опиняються в рамках SLC-буфера, частково або повністю. Інакше кажучи, результати, отримані в бенчмарках на кшталт Crystal Disk Mark, можуть бути далекі від реальності.

Вплив SLC-кешу на дрібноблочне читання

Створюємо тестовий файл, заповнений випадковим чином блоками по 4 Кб, який повністю поміщається в SLC-буфер. Перший замір швидкості читання. Після робимо паузу, щоб мікропрограма зробила консолідацію записаних даних, якщо вона це робить. Другий вимір швидкості читання. Потім пишемо на накопичувач обсяг даних, достатній для витіснення текстового файлу з SLC-буфера. Знову пауза. Третій вимір.

Samsung 840 Pro 512 Гб (MDX, MLC NAND 21 nm 64 Gbit Samsung, DXM05B0Q, 04.2021)

Samsung 850 EVO 500 Гб (MGX, TLC 3D 48L V-NAND 256 Gbit Samsung, EMT02B6Q, 04.2021)

Samsung 850 Pro 512 Гб (MEX, MLC 3D 32L V-NAND 128 Gbit Samsung, EXM04B6Q, 04.2021)

Samsung 860 EVO 500 Гб (MJX, TLC 3D 64L V-NAND 512 Gbit Samsung, RVT24B6Q, 04.2021)

Samsung 860 Pro 512 Гб (MJX, MLC 3D 64L V-NAND 256 Gbit Samsung, RVM02B6Q, 04.2021)

Samsung 870 EVO 500 Гб (MKX, TLC 3D 128L V-NAND 512 Gbit Samsung, SVT01B6Q, 04.2021)

Samsung 870 QVO 1 Тб (MKX, QLC 3D 64L V-NAND 256 Gbit Samsung, SVQ01B6Q, 04.2021)

Samsung 970 EVO Plus 500 Гб (Phoenix, TLC 3D 96L V-NAND 256 Gbit Samsung, 2B2QEXM7, 04.2021)

Якщо у 840 Pro, 850 Pro і 860 Pro немає реалізації SLC-режиму, то в конфігураціях на TLC і QLC режим SLC-кешування є, ознаки наявності та відсутності SLC-кешування ми бачимо в таблиці. Так само є варіативність, якщо мікрокод Samsung 850 EVO проводив консолідацію відразу, то в 860 EVO і 870 EVO дані частково зберігаються в масиві деякий час, що дає приріст. 870 QVO цього хитрощі позбавляється і ми бачимо деградацію в швидкості відразу, без примусового витіснення.

Стійкість швидкісних характеристик: лінійний запис

Тест дасть змогу виявити відразу 3 можливі особливості накопичувача:

Наявність SLC-режиму і обсяг прийнятих у такому режимі даних.
Швидкість накопичувача на записі.
Можливий фатальний перегрів.

SLC-режим у споживчих накопичувачів Samsung з’явився з приставки EVO, тобто починаючи з 840 EVO. Будучи спочатку простим (один фіксований обсяг), починаючи з 860 EVO алгоритм SLC-кешування ускладнився і тепер складатися з двох частин — фіксованої (3-6 Гбайт за рахунок резервної області) і динамічної (до 9 Гб на кожні 250 Гб об’єму). Наприклад, моделі в 1 Тб, можуть прийняти в SLC-кешуванні до 42 Гб даних (6 Гб статичного кешу + 36 Гб динамічного).

Подивимося, що ми маємо в підсумку:

Для наочності представимо всі результати у вигляді таблиці:

Samsung 840 Pro 512 Гб (MDX, MLC NAND 21 nm 64 Gbit Samsung, DXM05B0Q, 04.2021)

Samsung 850 EVO 500 Гб (MGX, TLC 3D 48L V-NAND 256 Gbit Samsung, EMT02B6Q, 04.2021)

Samsung 850 Pro 512 Гб (MEX, MLC 3D 32L V-NAND 128 Gbit Samsung, EXM04B6Q, 04.2021)

Samsung 860 EVO 500 Гб (MJX, TLC 3D 64L V-NAND 512 Gbit Samsung, RVT24B6Q, 04.2021)

Samsung 860 Pro 512 Гб (MJX, MLC 3D 64L V-NAND 256 Gbit Samsung, RVM02B6Q, 04.2021)

Samsung 870 EVO 500 Гб (MKX, TLC 3D 128L V-NAND 512 Gbit Samsung, SVT01B6Q, 04.2021)

Samsung 870 QVO 1 Тб (MKX, QLC 3D 64L V-NAND 256 Gbit Samsung, SVQ01B6Q, 04.2021)

У Samsung 850 EVO 500 є SLC-режим, але кількість кристалів NAND у його масиві така, що наявність SLC-режиму вгадується лише за більш рівною ділянкою на графіку запису. У 860 EVO вже все видно — 360 Мб/с поза SLC-режимом.

У Samsung 870 QVO всього 80 Мб/с. Це краще за конкурентів з QLC-пам’яттю (Phison S11 і Silicon Motion SM2259XT + QLC 3D Micron дають ~30-50 Мб/с), але на ринку подібних рішень поки не багато, основна маса бюджетних накопичувачів (без урахування «китайців» з Aliexpress), з якими 870 QVO конкурує, заснована все-таки поки що на TLC NAND, де швидкість запису вища.

Samsung 840 Pro показав графік запису схожий з графіком 850 EVO. З чим це пов’язано — питання цікаве. Точно не SLC-режим, а температура, що віддається накопичувачем у SMART, не перевищувала +45°C.

Samsung 850 Pro і 860 Pro виглядають однаково добре. Видно, що можливості інтерфейсу SATA вони використовують на максимум. При цьому другий трохи швидший: 20 хвилин 40 секунд на повний перезапис проти 22 хвилини 11 секунд.

Стійкість швидкісних характеристик: дрібноблочний запис, робота без TRIM

Безперервний дрібноблочний запис з великою глибиною черги запитів за відсутності TRIM (накопичувач адже не розмічений) — тип навантаження, не властивий домашнім ПК, це скоріше серверне навантаження, де важливі показники сталості швидкостей. Але показовий — слабке місце «безбуферних» контролерів у тому, що в разі постійних запитів до всього масиву пам’яті, мікрокод контролера накопичувача змушений постійно зупиняти роботу для вивантаження непотрібних фрагментів таблиці ретранслятора та підвантаження нових. Це виражається в сильному розкиді показників моментальної продуктивності. Що більший масив флеш-пам’яті, то більший цей розкид. Занадто «гальмівні» SSD можуть викликати такі затримки, які може помітити навіть пересічний користувач на домашньому ПК.

Повне «засмічення» масиву комірок дає змогу побачити, як поводитиметься накопичувач за умови відсутності команди TRIM. Корисно для використання USB-боксів, адже навіть у швидких рішеннях USB 3.0 можуть бути девайси з помилками в програмній частині, через які до накопичувача не буде доходити команда TRIM.

Графіки запису у всіх накопичувачів практично ідеальні — відмінна риса SSD Samsung.

Загальна таблиця показників:

Накопичувач	~ IOPS, середнє	розкид	без TRIM приймається на повній швидкості, Гб	повне відновлення після TRIM
Samsung 840 Pro 512 Гб (MDX, MLC NAND 21 nm 64 Gbit Samsung, DXM05B0Q, 04.2021)	88 500	Немає	0	да
Samsung 850 EVO 500 Гб (MGX, TLC 3D 48L V-NAND 256 Gbit Samsung, EMT02B6Q, 04.2021)	88 500	Немає	6	да
Samsung 850 Pro 512 Гб (MEX, MLC 3D 32L V-NAND 128 Gbit Samsung, EXM04B6Q, 04.2021)	88 500	Немає	0	да
Samsung 860 EVO 500 Гб (MJX, TLC 3D 64L V-NAND 512 Gbit Samsung, RVT24B6Q, 04.2021)	88 500	незначний	4	да
Samsung 860 Pro 512 Гб (MJX, MLC 3D 64L V-NAND 256 Gbit Samsung, RVM02B6Q, 04.2021)	88 500	Немає	0	да
Samsung 870 EVO 500 Гб (MKX, TLC 3D 128L V-NAND 512 Gbit Samsung, SVT01B6Q, 04.2021)	88 500	Немає	4	да
Samsung 870 QVO 1 Тб (MKX, QLC 3D 64L V-NAND 256 Gbit Samsung, SVQ01B6Q, 04.2021)	88 000 у режимі SLC та 20 000 поза режимом SLC	значний	6	да
Samsung 970 EVO Plus 500 Гб (Phoenix, TLC 3D 96L V-NAND 256 Gbit Samsung, 2B2QEXM7, 04.2021)	550 000 в режимі SLC і 220 000 поза режимом SLC	незначний	4	да

Пам’ятаєте, я вище говорив про нюанси реалізації SLC-кешування у накопичувачів Samsung? Поведінка накопичувача в умовах відсутності команди TRIM чітко прив’язана до цих нюансів: здатність приймати дані на повній швидкості дорівнює розміру статичної частини SLC-кешу. У Pro-серіях SLC-кешування немає. Відповідно, повної швидкості без TRIM теж немає.

До речі, можу відзначити, що в цьому виді навантаження швидкодія Samsung 860 EVO піднялася порівняно з тим, що демонстрували перші тести в момент дебюту даних SSD: спочатку на графіку запису модифікації на 500 Гб було добре видно SLC режим, тепер же навіть 250 Гб (я його тестував місяць тому) всередині і поза SLC-режимом мало чим різниться за рівнем продуктивності (88,5 тис. і 85,5 тис. IOPS відповідно). Схоже, Samsung внесла якісь поліпшення.

Затримки під час відпрацювання TRIM

Накопичувачі на флеш-пам’яті NAND відрізняються від рішень на магнітних пластинах (HDD) тим, що, на відміну від останніх, для збереження швидкодії, їм необхідно проводити стирання даних, які стали непотрібними. На відміну від HDD, де запис можна робити «поверх», без попереднього очищення блоків.

Команда TRIM, яку ОС передає разом із видаленням даних, сигналізує мікропрограмі накопичувача про те, що дані, наявні за певними LBA-адресами, більше неактуальні. Ну а далі все залежить від налаштувань у мікрокоді: відкласти очищення на момент простою, якщо це можливо, або виконати відразу, навіть якщо в цьому немає нагальної потреби.

На живому прикладі має такий вигляд: видалили гру, наприклад, RDR2, яка займає 100+ Гб, і одразу ж намагаємося записати файл на 1-2 Гб, ми побачимо, як швидкість запису падає до нуля. Якщо накопичувач відіграє роль системного, то це може призвести до того, що система може взагалі перестати відгукуватися на дії користувача.

Тест виконується так: на накопичувачі записуються вісім файлів по 8 Гб кожен, після паузи в кілька хвилин запускається читання накопичувача з паралельним веденням моніторингу (показання знімаються кожні 0.5 секунд) і проводиться видалення цих файлів. В кінцевому підсумку вийшло наступне: