Руководство по самостоятельной сборке внешнего SSD на базе накопителя формата M.2 2230 с примерами реализации и изучением основных проблем

Под любой статьей, посвященной «быстрофлэшкам», будь то современные контроллеры флэш-памяти (мало отличающиеся от тех, что используются в бюджетных SSD), UFS-модули или бюджетные SSD с USB-мостом, компактно упакованные в небольшие корпуса, неизбежно появляются комментарии в духе: «за эти деньги лучше собрать внешний SSD из M.2-накопителя и специального корпуса». В этом есть доля правды, но не такая значительная, как может показаться на первый взгляд.

Одним из важных аспектов, которые часто не учитываются, является размер устройства, а это критически важная характеристика для потребителей. Компактная законченная флешка (пусть по своей сути это уже не совсем флешка) всегда представляет риск для производителя. Производство типичных SSD легко налаживается — они востребованы в огромных объемах для различных целей. А вот коробки для SSD имеют ограниченную аудиторию, но это не так страшно: их себестоимость низкая, и они могут продаваться долго. Например, USB-NVMe мосты с поддержкой USB 3.2 Gen2 появились еще в 2019 году и остаются актуальными. Корпуса на их базе по-прежнему используются, только SSD в них сейчас устанавливают более современные. Однако для выпуска готового компактного накопителя производителю нужно точно предугадать спрос. Стоимость флэш-памяти со временем снижается (хоть и неравномерно), поэтому делать такие устройства «на склад» нельзя — если что-то уже собрано, разобрать назад невозможно. Эта ниша небольшая, поэтому ею занимаются чаще всего маленькие компании, которые стремятся быстро окупить вложения. Крупным брендам проще — спрос на флешки существует, но массовый покупатель зачастую не различает быстрые и медленные модели, а ориентируется в основном на известность бренда. В итоге их устройства могут быть скучными и неинтересными. То, что мы регулярно тестируем, нужно лишь требовательным покупателям, которые точно знают, зачем им это нужно, поэтому такие устройства стоят дороже. Внешний SSD, собранный из M.2-накопителя и корпуса, всегда будет ощутимо дешевле, чем готовый внешний SSD в формате компактной флешки.

Второй важный аспект, который часто упускают из виду, — это то, как подобная сборка будет функционировать на практике. Мы уже неоднократно демонстрировали, что превращение бюджетного SSD во внешнее устройство — это худший вариант для него. Казалось бы, системный накопитель должен справляться с более сложными задачами, чем внешний диск, а скорость внешних интерфейсов всегда ниже внутренних, что должно ограничивать потенциал. Однако программисты уже давно успешно решают эти проблемы. Например, SLC-кэширование за последние 10 лет научилось эффективно скрывать недостатки памяти при записи, пока не исчерпается кэш. Для системного диска это не критично, так как на него обычно записывают небольшие объемы данных, которые легко помещаются в кэш. Но внешний диск покупают для того, чтобы записывать большие объемы данных, иногда даже заполняя его полностью за один раз. При этом емкость кэша составляет лишь 25%—40% от общего объема, а бюджетные контроллеры записывают оставшиеся данные очень медленно, что приводит к заметным проблемам в скорости записи. Обычные бенчмарки, такие как CrystalDiskMark, не отображают этих недостатков, поскольку тестируют лишь работу SLC-кэша. И если покупка готового внешнего SSD с такими проблемами оставляет возможность обвинить производителя, то при самостоятельной сборке ответственность полностью ложится на вас.

Сборка внешнего SSD своими руками — это вполне оправданный процесс. Вы контролируете его полностью и можете сделать все правильно. К тому же, это обычно дешевле, чем покупка готового устройства того же уровня, поскольку производители стремятся на этом заработать больше. Но за компактность придется пожертвовать. Внешний SSD на базе M.2 2280 можно считать компактным лишь по сравнению с внешними жесткими дисками, так как такие устройства обычно имеют размеры не менее 10 см в длину и 3 см в ширину. Кроме того, понадобится отдельный кабель, который сам по себе может быть сопоставим по размерам с флешкой. Корпуса с уже встроенным USB-разъемом встречаются, но мы их не рекомендуем: такие устройства могут мешать доступу к соседним портам и легко повреждаются. Таким образом, компактная флешка более удобна, но вариант с кабелем будет значительно быстрее.

Однако стандартный форм-фактор — не единственное решение, существуют и более компактные варианты. Напомним, что формат M.2 включает размеры дисков от 2230 до 22110, то есть минимальная длина платы может составлять всего 30 мм. Есть и корпуса для таких компактных дисков — они значительно меньше, чем для формата 2280. Но без компромиссов и тут не обойтись. Во-первых, вам придется отказаться от быстрых внешних интерфейсов: производители до сих пор игнорируют даже USB3 Gen2×2, не говоря уже о Thunderbolt или USB4. Во-вторых, выбор «маленьких» SSD значительно уже по сравнению с «полноразмерными», а быстрые среди них встречаются крайне редко. Учитывая это, высокоскоростные интерфейсы могут и не иметь смысла. Кроме того, одно из основных применений таких компактных коробок — использовать диск, оставшийся после апгрейда ноутбука. Ноутбучный SSD обычно отличается небольшой емкостью и скоростью, поэтому тратиться на дорогую коробку для него нет смысла. А вот купить недорогую коробку — вполне логичный вариант, так как других способов использовать такие SSD, кроме как превратить их во внешние накопители, почти не существует.

Тем не менее, можно собрать подобное решение с нуля, заранее учитывая все возможные сложности. Зачем? Достаточно взглянуть на фото выше. При этом интерфейс USB3 Gen2, несмотря на свой возраст, остается актуальным, так как даже сейчас есть компьютеры, которые не поддерживают ничего быстрее. Основная задача — максимально эффективно использовать доступные возможности без переплат. Это потребует тщательного выбора SSD, и, как уже упоминалось, накопитель, который хорошо работает в качестве системного, не обязательно будет успешен в роли внешнего. Поэтому сегодня мы рассмотрим три характерных примера, которые фактически охватывают весь спектр существующих решений. Полученные выводы помогут вам ориентироваться в выборе, подобно тому как Архимед искал точку опоры, чтобы перевернуть Землю.

По вполне понятным причинам, за такими специфическими товарами лучше сразу обращаться на AliExpress — в обычных магазинах подобная малотиражная экзотика редко встречается, что компенсируется ценами :) Выбор конкретной коробки не столь важен, ведь они все примерно одинаковы как по внешнему виду, так и по внутреннему устройству. В основном они напоминают свои «большие» аналоги, только в миниатюрном формате.

В данном случае размеры составляют 52×28×10 мм при массе 24 г (без SSD). Можно рассмотреть и накопители формата 2242 — тогда длина увеличится до 6 см, но выбор SSD станет немного шире. Существуют модели с встроенным USB-портом, однако, на наш взгляд, такие размеры все же не настолько компактны, чтобы отказаться от использования кабеля.

В комплекте идут два кабеля: A—C и C—C, оба длиной по 20 см, что удобно для работы с ноутбуками, но пользователям настольных ПК может показаться недостаточно. Длинные кабели можно купить отдельно, однако стоит обратить внимание на поддерживаемые скорости передачи данных. Дешевые кабели обычно рассчитаны на зарядку телефонов и ограничены стандартом USB 2.0, что не подходит для серьезных задач. Поэтому лучше выбрать «скоростной» кабель с качественной поддержкой питания. При короткой длине это легко реализовать, поэтому такие кабели часто встречаются в недорогих комплектах. У более дорогих решений качество может быть выше, но переплачивать за это вплоть до 100% стоимости устройства — вопрос, который стоит обдумать. В комплекте также предусмотрены термопрокладки для охлаждения и отвертка. Все, что потребуется дополнительно, — это сам SSD.

Конструкция закрепляется одним винтом, который одновременно фиксирует крышку и сам накопитель внутри. Это не самое удобное решение, так как крышку приходится держать аккуратно, чтобы она не смещалась. Однако такое решение выбрано ради компактности — если бы крепления были раздельными, размеры устройства увеличились бы.

Открутив два винта внутри корпуса, можно снять плату и увидеть контроллер. Основных вариантов два: JMicron JMS583 и Realtek RTL9210B. Мы подробно изучали оба, и есть два важных отличия: RTL9210B поддерживает также SATA-накопители, но стоит чуть дороже. В наше время использовать SATA имеет смысл только если у вас уже есть такой накопитель в нужном форм-факторе и необходимо его задействовать — это позволит немного сэкономить. При установке NVMe-накопителя оба моста работают практически одинаково. Они ограничены скоростью интерфейса USB 3.2 Gen2 до 10 Гбит/с, что на практике дает около 1 ГБ/с. Если удастся найти модель с более быстрым контроллером — скорость может быть выше. Нам пока не удалось найти такие варианты, да и не было необходимости, ведь подобные корпуса стоят около 1000 рублей. При грамотном выборе SSD можно получить более высокую производительность, чем у готовых внешних накопителей аналогичной емкости. Быстрые мосты значительно увеличивают стоимость, но использовать их потенциал сложно, особенно из-за ограничений внешней среды.

В итоге остается только установить SSD — и можно работать. Главное — правильно выбрать накопитель.

У нас не оказалось большого выбора SSD в этом довольно экзотическом форм-факторе, но три модели недавно были протестированы по стандартной методике. Все они поддерживают PCIe Gen4, так что использование их с внешним интерфейсом, пропускная способность которого почти на порядок ниже, кажется нерациональным. Однако нас, как и многих других, больше интересуют реальные скорости, которые часто далеки от возможностей современных внутренних интерфейсов, особенно в бюджетном сегменте.

TeamGroup MP44S использует QLC-память, поэтому рассчитывать на высокие скорости изначально не стоит. Однако на данный момент это один из немногих способов упаковать 2 ТБ в такие компактные размеры. Модели SN740 и его розничный аналог WD Black SN770M могут подойти, но они достаточно дорогие. В целом линейка WD не из дешевых, хотя ОЕМ-версию SN740 можно найти по более привлекательной цене, но только объемом в терабайт из-за высокой конкуренции в этом сегменте. Здесь также активны китайские компании, что дало нам третий SSD. С технической точки зрения наши тестовые SSD интересны различными подходами к SLC-кэшированию: только в KingSpec XF реализована прямая запись в TLC, тогда как TeamGroup и WD используют кэш на все свободные ячейки. Однако эта схема применима к памяти с разной собственной скоростью, что может сыграть важную роль. Как именно — покажут тесты.

Мы используем тестовый стенд на базе процессора Intel Core i9-11900K и материнской платы Asus ROG Maximus XIII Hero с чипсетом Intel Z590, что обеспечивает полную поддержку всех скоростных режимов USB 3.2, включая Gen2×2.

Для всех тестируемых устройств была использована файловая система NTFS. Кэширование записи для USB-накопителей включено в тех случаях, когда оно поддерживается. Для флешек (даже скоростных) обычно эта функция не доступна, в то время как для внешних SSD и жестких дисков она работает. И ею лучше не пренебрегать.

Результаты для каждого SSD мы будем представлять в парах — внутреннее подключение и работа через USB. Это позволяет не только сравнить их друг с другом, но и увидеть, сколько мы теряем, переходя на медленный (по современным меркам) внешний интерфейс. Начнем с самого медленного накопителя во всех отношениях.

Сразу становится очевидно, что медленный интерфейс существенно ограничивает производительность. Скорость записи в SLC-кэш не может превышать определенный предел, поэтому максимальная скорость снизилась в четыре раза, а минимальная — почти в три. При прямом подключении SSD после исчерпания кэша медленно принимал новые данные, распихивая старые со скоростью около 90 МБ/с, что уже достаточно низко. Через USB же эта скорость упала до 35 МБ/с. Как мы и предупреждали, переход на внешний интерфейс — это худшее, что может произойти с бюджетными платформами. Но так ли это только для них?

Проблемы с кэшированием касаются не только бюджетных устройств, но и более быстрых моделей. Хотя скорость записи в кэш ясна, процесс «разгребания» данных также немного замедляется. Тем не менее, в целом результаты выглядят гораздо лучше — общее время выполнения теста увеличилось лишь на треть, а не в три раза. Две трети накопителя записываются не на полной скорости интерфейса, но всё же достаточно быстро по сравнению с многими альтернативами. QLC-память демонстрирует нормальные скорости только при записи в кэш — в этом никто не сомневается.

Кэш здесь небольшой, но его влияние заметно по ровному графику. При нормальных условиях прямая запись достигает скорости около 1 ГБ/с, что почти соответствует возможностям USB3 Gen2. Казалось бы, это и должно быть нашим результатом, но на самом деле мы получаем скорость в полтора раза меньше. Кэш всё равно нужно разгребать, хоть он и не сильно помогал в начале. В итоге мы приходим к финишу практически одновременно с WD PC SN740, хотя при прямом подключении KingSpec XF был быстрее. Как мы уже отмечали, у обеих схем есть свои плюсы и минусы — большой SLC-кэш легче «не заметить», но ошибки в этом случае более серьезно наказываются. В контексте основного вопроса стоит отметить, что считать минуты или даже десяток-другой минут не всегда нужно, особенно на фоне часов, которые тратят SSD с QLC-памятью. «Внутренний» интерфейс здесь не играет значительной роли, а внешний только усугубляет проблемы. Результаты с QLC от Intel были бы менее плачевными количественно, но по качеству всё равно время было бы в часах. Всё работает хорошо, пока мы остаемся внутри SLC-кэша.

Современные SSD легко справляются с гигабайтами в секунду при последовательном чтении данных. Казалось бы, что может пойти не так, когда интерфейс ограничен всего одним гигабайтом в секунду? Многое. Во-первых, большинство современных интерфейсов не загружены на полную мощность в один поток. Во-вторых, важны внутренние нюансы работы связок мостов и контроллеров накопителей. Например, Phison E21T читает данные из SLC-кэша значительно быстрее, чем из основного QLC-массива — эта пропорция сохраняется и при переходе на USB. Внутри компьютера MP44S показывает в этом тесте 2,6 и 1,8 ГБ/с, а через USB — 848 и 547 МБ/с. В абсолютных цифрах это вполне неплохо, но большинство пользователей рассчитывают на первые значения. У двух других участников тестирования с этим всё в порядке.

Интерфейс в многопоточном режиме может загружать данные на полную мощность, если… не возникает проблемы «отлежалости» данных. Внутри компьютера с ней можно не считаться, поскольку скорость всё равно высокая. Однако USB3 Gen2 изначально не такой быстрый, поэтому такое пропорциональное снижение скорости может стать неприятным сюрпризом. Бенчмарки, работающие только с данными из SLC-кэша, эту проблему не продемонстрируют.

Даже если файл полностью помещается в кэш, единственный SSD на QLC всё равно немного уступает своим конкурентам. Если файл не укладывается в кэш, отставание становится ещё заметнее. Чем больше данных нужно записать вне кэша, тем сильнее это отставание.

Многопоточный режим записи для внешнего SSD демонстрирует такую же синтетическую природу, как и многопоточное чтение. Проблемы остаются теми же. Это не просто случайность, а повторение уже известных тенденций.

Чтение с записью вызывает те же проблемы, что и сама запись. Хотя при тестировании TeamGroup MP44S на 2 ТБ мы увидим значительно более высокие показатели. Однако скорости в обоих режимах также различаются, и при замедлении интерфейса они изменяются практически пропорционально.

Самый сложный сценарий для внешних накопителей выявляет ограничения самого интерфейса, но по-разному. Для моделей среднего и высокого уровня это просто ограничение интерфейса, иногда затрудняющее различение между ними. У бюджетных SSD на QLC-памяти ситуация значительно хуже. Или, по крайней мере, так кажется, пока все данные попадают в кэш.

На данный момент лучшим комплексным бенчмарком для накопителей считается PCMark 10 Storage, краткое описание которого можно найти в нашем обзоре. Мы отметили, что три теста в наборе не все одинаково полезны — наиболее информативным является «полный» Full System Drive, который охватывает почти все массовые сценарии, от загрузки операционной системы до простого копирования данных (внутреннего и внешнего). Остальные два теста представляют собой лишь его подмножества и, на наш взгляд, не слишком интересны. Этот тест полезен тем, что позволяет точно измерить не только реальную пропускную способность при выполнении практических задач, но и возникающие задержки. Хотя усреднение этих метрик немного синтетично, оно предоставляет более приближенные к реальности оценки в целом, а не только в частных случаях. Поэтому имеет смысл ознакомиться с ним, даже если он может показаться избыточным для оценки «полноформатных» и небюджетных внешних SSD. Для многих владельцев использование внешнего накопителя вместо или вместе с внутренним все еще кажется революционной идеей. Те, кто не разделяет это мнение, чаще всего умеют правильно выбирать (или собирать) модели. Тем не менее, для быстрой оценки и сравнения испытуемых этот тест подходит хорошо, так что его не стоит игнорировать.

Тест также демонстрирует, что использование QLC-памяти в таких сценариях нецелесообразно. Меньший SLC-кэш в KingSpec XF-1TB 2230 немного уступает WD PC SN740 при ограниченном свободном месте (в этом тесте стратегия «кэш на все ячейки» оказывается оптимальной), но всё равно соответствует уровню лучших SATA SSD, что для многих пользователей по-прежнему вполне достаточно. Обвинения в его «недостаточности» нередко оказываются результатом плацебо-эффекта. TeamGroup MP44S ведет себя как бюджетные SATA SSD, со всеми их недостатками. Однако при нормальной работе SLC-кэширования он может даже работать быстрее в USB-коробке, хотя при помехах может оказаться и медленнее. Это не критично, но возможно. Получить такой «подарок» от производителя готового внешнего SSD — одно дело, а собрать его самостоятельно — совершенно другое.

Обычно мы не рекомендуем приобретать SSD на QLC-памяти без веских причин. В целом такие накопители приемлемо справляются с большинством типовых задач для среднестатистического пользователя, и в некоторых случаях, например, для дополнительного SSD в игровом компьютере, экономия может быть оправдана. Однако внешний SSD — это уже другая история. Здесь недостатки четырехбитной памяти проявляются более явно, так как внешние накопители часто используются для записи и переноса больших объемов данных, где кэширование не спасает. В качестве «загрузочной флэшки» такие SSD также неэффективны.

Тем не менее, производители всё активнее внедряют QLC-память в этот сегмент. Понимаем их: цена ниже, а пользователи вряд ли будут беспокоиться о недостатках. В некоторых случаях возникают интересные решения, как, например, Samsung T5 Evo с емкостью от 2 до 8 ТБ, но с ограниченной скоростью USB3 Gen1. Его старшая версия может при полной скорости (урезанной до 450 МБ/с) обработать до 6 ТБ данных, прежде чем упадёт до 60 МБ/с. Однако такие накопители скорее заменяют портативные жесткие диски для состоятельных пользователей, и большинству покупателей всё же нужны более универсальные решения.

Для типичных быстродействующих внешних компактных накопителей SSD на QLC-памяти не подходят. Даже старые модели с бюджетными контроллерами на TLC не всегда желательны, хотя у них и меньше проблем. Поэтому, если после апгрейда ноутбука остался ненужный диск, можно использовать его, например, с контроллером Silicon Motion SM2263XT и TLC-памятью.

Что касается SSD среднего уровня, то основным ограничивающим фактором будет интерфейс, поэтому не обязательно гнаться за топовыми моделями. В сегменте M.2 2230 высокопроизводительные модели отсутствуют из-за размеров, а большинство коробок ограничены USB3 Gen2. Это обеспечивает хорошую скорость при компактных размерах. Модели во флэшечных корпусах не достигнут такого уровня производительности в обозримом будущем. Технически их создание возможно, но это требует тщательного анализа рынка. С самостоятельной сборкой особых проблем нет: она может быть чуть менее компактной, чем флэшка, но недорогостоящей и очень быстрой при правильном подходе.