Тестирование SSD Adata Legend 800 1 ТБ на контроллере Silicon Motion SM2267, которому недоложили DRAM, зато припаяли QLC-память

QLC-память постепенно проникает в бюджетный сегмент, но темпы её распространения не столь стремительны. Возможно, это и к лучшему, ведь на пути к внедрению остаётся много нерешённых проблем. С увеличением количества битов, хранимых в одной ячейке NAND-флеш, сложность возрастает, а эффективность уменьшается. Переход от SLC прошёл безболезненно, поскольку при ценах в 15 долларов за гигабайт массовое внедрение твердотельных накопителей было невозможно. Увеличение количества уровней заряда удваивало плотность хранения информации и снижало цену, но обеспечить стабильные параметры было трудно. Прогресс в производстве памяти и контроллеров SSD позволил MLC-накопителям достичь нужного уровня производительности и износостойкости.

Переход на TLC, где в каждой ячейке хранится три бита, создал множество проблем, но позволил увеличить плотность хранения информации на 50%. Решить эти проблемы помог переход на 3D NAND, что улучшило скорость и надёжность хранения данных. В результате массовые устройства и серверные накопители перешли на TLC, а MLC-накопители исчезли.

Четырёхбитные QLC-ячейки снова требуют решения тех же проблем, увеличивая количество уровней до 16 и добавляя только треть к ёмкости. Несмотря на это, объём данных продолжает расти, и QLC-накопители пока не достигли приемлемого уровня. Некоторые производители, такие как Hynix, Kioxia и SanDisk, практически не представлены на рынке с QLC-памятью. Лишь WD выпустил новую линейку на базе 162-слойной QLC-памяти, но поставки ещё не начались.

Samsung использует QLC только в нишевой линейке Qvo, представляющей собой SATA-устройства с ёмкостью от 1 ТБ. Недавно компания выпустила внешние USB-накопители на базе этой памяти, что намекает на увеличение объёмов производства QLC, но не настолько, чтобы искать большой рынок сбыта.

Intel (теперь Solidigm) и Micron добились максимальных успехов в разработке QLC. Intel упразднил потребительские SSD на TLC и активно выпускал серверные SSD на QLC. Solidigm продолжает это направление, а Micron сохраняет существенную долю TLC-памяти в своём ассортименте, но бюджетные модели с QLC постепенно появляются под маркой Crucial.

Производители второго и третьего эшелонов, такие как Adata и Kingston, также расширяют использование QLC-памяти, но делают это без лишнего шума. QLC-память можно найти в SATA-SSD ёмкостью четверть терабайта, а в сегменте PCIe моделей на QLC-памяти тоже немало. Недорогие контроллеры Maxiotek, Phison или Silicon Motion часто используются в таких накопителях. Варьирующиеся конфигурации, как у Kingston NV2, создают лотерейную ситуацию для покупателя, но популярные модели можно встретить чаще.

Ассортимент продукции этой компании весьма разнообразен, и в нём легко запутаться. Тем не менее, от SATA-линеек Ultimate можно отказаться, учитывая упомянутые выше причины. Более свежие модели с интерфейсом PCIe проще классифицировать по индексу: чем больше индекс, тем лучше. Модели с индексом 700 относятся к PCIe Gen3, модели с индексами от 800 до 900 — это PCIe Gen4 с безбуферными контроллерами, а индексы выше 900 означают топовые решения, включая Legend 970 с поддержкой PCIe Gen5.

Особое место занимает модель 900, что логично. Legend 900 может использовать либо контроллер Maxio MAP1602, либо Phison E27T, и обе версии способны полностью реализовать возможности PCIe Gen4 при последовательном чтении. Если модель начинается с цифры 8, поддержка Gen4 гарантирована, хотя иногда это только на бумаге. А модели с индексом, начинающимся на 7, работают исключительно с Gen3.

Сегодня у нас на обзоре переходная модель между прошлым и будущим — самое доступное предложение компании с поддержкой PCIe Gen4. Другие модели из восьмой серии тоже относительно недорогие, поскольку все они используют бюджетные платформы. Однако здесь снижение цены достигается за счет использования 144-слойной QLC-памяти Intel. В версии на 500 ГБ используется контроллер Silicon Motion SM2269XT, а в моделях на 1 и 2 ТБ установлен контроллер SM2267, который изначально имеет более высокий уровень. Но радоваться этому не стоит: на самом деле, DRAM на плате отсутствует, поэтому работает все это с прошивкой для SM2267XT и полностью эквивалентно ему.

Зачем было предпринимать такие шаги? Возможно, Adata закупила много SM2267, рассчитывая на успех XPG Gammix S50 Lite. Однако покупатели быстро поняли, что поддержка PCIe Gen4 на практике не дает этому контроллеру особых преимуществ, поэтому за те же деньги лучше приобрести подешевевший топовый SSD под Gen3. Таким образом, продать дорого SSD на SM2267 не получится, а контроллеры куда-то нужно использовать. Возможно, это не Adata накопила запасы, а Silicon Motion, у которого этих контроллеров оказалось слишком много. Почему именно Adata занимается утилизацией? Потому что у этих компаний в последнее время очень тесные взаимоотношения. Например, только Adata выпустила SSD на Silicon Motion SM2264. Вот и в данном случае она решила помочь партнеру и себе не навредить. Для этого пришлось разработать уникальную плату (самый маленький вариант модели Legend 800 использует PCB от Legend 850, только память другая), но при больших тиражах и низкой закупочной цене контроллеров это окупится.

Как бы то ни было, конфигурация SM2267XT + 144L QLC Intel на рынке встречается часто. Также в этой связке бывает SM2269XT, но его чаще используют с TLC (например, Legend 850), поскольку это уже «настоящий» Gen4. Здесь же дешевая медленная память в паре с дешевым медленным контроллером дают дешевый медленный SSD. Насколько дешевый — можно посмотреть в прайс-листах. А насколько медленный — сейчас определим.

Мы используем тестовый стенд на базе процессора Intel Core i9-11900K и материнской платы Asus ROG Maximus XIII Hero на чипсете Intel Z590, что предоставляет два способа подключения SSD: к «процессорным» линиям PCIe Gen4 и «чипсетным» PCIe Gen3. Первое соответствует современным SSD и позволяет им работать на полную мощность. Однако и «режим совместимости» с чипсетным контроллером PCIe тоже часто интересен, ведь этот контроллер фактически появился еще в микросхемах Intel «сотой» серии (т. е. в 2015 году) и с тех пор принципиально не изменялся. В этот раз мы решили ограничиться «родным» режимом для экономии места, так как давно известно, что новый интерфейс ничего не добавляет таким моделям, и получаем лишь ненужное дублирование информации.

Мы давно не тестировали ничего подходящего в качестве ориентира для сравнения, поэтому подойдем к выбору творчески. Возьмем, например, Transcend PCIe SSD 240S 1 ТБ — здесь используется SM2267 в полном виде (т. е. с DRAM) и TLC-память. Это близнец упомянутого Gammix S50 Lite, который мы выбрали, поскольку он уже был протестирован по этой версии методики. Добавим к нему Corsair MP600 Core 1 ТБ — один из первых примеров сочетания QLC и Gen4. Причем он немного нестандартный — здесь используется 96-слойная память Micron в сочетании с мощным по тем временам восьмиканальным контроллером Phison E16 (естественно, с DRAM-буфером).

Из относительно прямых конкурентов у нас есть результаты TeamGroup MP44S — Phison E21T и 2 ТБ 176-слойной QLC-памяти Micron. Емкость, правда, другая, что имеет значение. Но наш выбор не так уж велик, поскольку мы в основном старались тестировать устройства более высокого уровня. Однако у нас есть и SSD для оценки снизу: Kingston OM8SEP4512N. В нем используется Silicon Motion SM2267XT, который должен работать точно так же, как SM2267 без DRAM, и та же 144-слойная QLC-память Intel. Только ее тут вдвое меньше — всего 512 ГБ.

Найдите десять отличий. Одно, разумеется, есть — появление хотя бы двукратного чередования удвоило и скорость записи в SLC-кэш. Понятно, что всё равно можно было бы обойтись и PCIe Gen3, однако результаты пятисотки совсем уж унылы. Но это в порядке вещей — использовать QLC в накопителях до терабайта включительно по-хорошему должно проходить по категории преступлений против человечества. В SSD на десяток-другой терабайт четырехбитная память уже позволяет заметно сэкономить, обеспечивая и приемлемую скорость, но это совсем не бытовая тема. А в быту — так.

Главное, на что стоит обратить внимание — SM2267 с прошивкой от SM2267XT (родные не подходят, поскольку рассчитаны на наличие внешнего DRAM-буфера) ведет себя идентично последнему с точностью до мельчайших деталей. В чем никто не сомневался — такое прокатывало и с более ранними контроллерами Silicon Motion вплоть до SATA. Но проверить было нужно.

Эксперимент Corsair (скорее, Phison, конечно — такие SSD встречались когда-то и у других его партнеров) заключался в сочетании мощного контроллера Phison E16T с медленной памятью. По предыдущим тестам мы знаем, что 96-слойная память совместной разработки Intel и Micron медленнее, чем 144-слойная Intel. Однако в этом сценарии это не так заметно, благодаря мощному контроллеру, который хотя бы не создает резких падений производительности. Но скорость записи в кэш всё же ниже, общее время выполнения теста аналогичное, а сама платформа заметно дороже. Именно поэтому такой подход уже не применяется.

В основном в пару к QLC принято ставить безбуферные контроллеры, которые медленные сами по себе, а не из-за отсутствия DRAM, вопреки распространенным заблуждениям. Да и 176-слойный QLC-флэш у Micron получился хуже, чем 144-слойный Intel. В результате такие SSD (которые в основном выпускает сам Micron в конфигурации, идентичной Crucial P3 и P3 Plus) не спасает даже большая емкость. Однако они позволяют выйти за ограничения PCIe Gen3 хотя бы при записи в кэш, если сам контроллер это позволяет (Phison E21T справляется с этим). А вот далее стабильно уныло. Уныло, но стабильно. В отличие от контроллеров Silicon Motion первого поколения Gen4, которые иногда проваливаются почти до нуля даже при «чистом» SLC-кэше.

Отчетливо видно, что многое зависит от самой памяти. Micron B27B не является лучшим выбором для контроллера Silicon Motion SM2267; к концу выпуска многие устройства перешли на более быстрый B47R. Тем не менее, мы видим, что скорость прямой записи достигает около 700 МБ/с, и расчистка хвостов не опускается ниже 250 МБ/с. Однако скорость записи в кэш остается невысокой, несмотря на использование четырехканального чередования. Причина этого давно известна — в первом поколении бюджетных Gen4-контроллеров Silicon Motion и Phison поддержка скорости записи в кэш была лишь на бумаге. Для решения проблемы понадобились новые контроллеры: E21T и SM2269XT, заменившие E19T и SM2267XT соответственно. А разрабатывать новый контроллер типа «SM2269» не стали, предпочтя утилизировать остатки SM2267 по низкой цене.

Низкоуровневые бенчмарки, такие как CrystalDiskMark 8.0.1, давно оказались под давлением из-за SLC-кэширования, что ограничивает тестирование исключительно рамками кэша. Тем не менее, информация о производительности устройств, предоставляемая производителями, также часто охватывает только показатели кэша. Проверка этих данных остается полезной, поскольку оптимизация кэширования направлена на то, чтобы чаще «попадать в кэш» в реальных условиях, демонстрируя высокие скорости при снижении стоимости памяти.

В соревновании кэшей, где контроллеры Phison уже давно используют различные методы для ускорения чтения, Phison E21T с четырехкратным чередованием показывает наилучшие результаты. Какой именно накопитель используется не столь важно — главное, что это соревнование кэшей. Прошивки также играют свою роль: старые версии, такие как у Transcend, негативно сказывались на результатах, тогда как текущие более адекватно отражают реальную производительность. Несмотря на то что результаты теста CDM всё меньше соответствуют реальной производительности, он всё еще полезен для оценки пиковых возможностей накопителей.

Очевидным аутсайдером по-прежнему остаётся OEM Kingston с 512 ГБ QLC — даже для тестов CDM его объем уже маловат, хотя некоторые полезные данные всё же можно получить. В остальном результаты в целом предсказуемы.

Практически триумф бюджетного контроллера Phison. Это не удивительно, ведь он из всех тестируемых устройств самый новый. Хотя он далеко не самый мощный, в некоторых задачах смена поколения контроллера оказывается более значимой, чем наличие DRAM или тип памяти.

Операции с блоками данных, отличными от 4 КБ, оказывают гораздо большее влияние на скорость работы реального ПО, чем операции с длинными очередями, которые на практике редко встречаются. Хотя количество операций в секунду с большими блоками может немного снижаться, сами блоки больше, что приводит к более высокой итоговой скорости в мегабайтах в секунду. Поэтому оптимизация работы с такими блоками является ключевой задачей, и здесь большую роль играют программисты, которые настраивают прошивки для достижения наилучших результатов.

Запись данных представляет собой более простой процесс, поскольку пока мы не выходим за пределы SLC-кэша, CDM не может это измерить. Поэтому CDM хорошо подходит для сравнения SSD с похожими характеристиками, но для разных моделей его результаты нужно интерпретировать осторожно. В текущих условиях накопители можно классифицировать как быстрые, очень быстрые и сверхбыстрые, но такие скорости редко востребованы в прикладном ПО.

Смешанный режим работы также имеет большое значение, поскольку в реальной жизни данные редко обрабатываются только для чтения или записи. Особенно это актуально в многозадачных средах и современных операционных системах. Однако в тестах этого режима ничего кардинально нового не обнаруживается. Тепличные условия тестирования позволяют кэшированию SLC маскировать характеристики памяти, что особенно заметно не только при записи, но и при чтении данных, а также в их совокупности.

Смешанный режим работы также имеет большое значение, поскольку в реальной жизни данные редко обрабатываются только для чтения или записи. Особенно это актуально в многозадачных средах и современных операционных системах. Однако в тестах этого режима ничего кардинально нового не обнаруживается. Тепличные условия тестирования позволяют кэшированию SLC маскировать характеристики памяти, что особенно заметно не только при записи, но и при чтении данных, а также в их совокупности.

Работа в один поток — это наиболее частый и сложный сценарий. Современные контроллеры справляются с ним легче, чем их предшественники, но память всё равно играет свою роль. Мы специально разработали методику для тестирования с целью «пробить» кэш, что особенно затрудняет работу накопителям, таким как Team MP44S, который при вытеснении файла из кэша упал до 800 МБ/с. Для достижения как скорости, так и стабильности, лучше всего показал себя Transcend на TLC. Это связано не только с использованием TLC, но и с меньшими кристаллами и увеличенной кратностью чередования.

Ранние прошивки для этой платформы имели проблемы с многопоточным чтением, из-за чего его скорость была даже ниже, чем у однопоточного чтения. У остальных моделей таких проблем не наблюдается. Реально на звание PCIe Gen4 претендует только Team MP44S, хотя и это условно. Corsair, при большей емкости, тоже мог бы справиться. А вот контроллеры SM2257 и SM2257XT не соответствуют этим требованиям. С терабайтом или 512 ГБ QLC-памяти такие накопители не могут претендовать на высокие характеристики, зато они дешевы и соответствуют заявленным спецификациям на бумаге.

Теоретически файл должен был почти полностью поместиться в кэш у всех моделей, кроме Transcend 240S, но на практике аутсайдерами оказались Corsair и OEM Kingston. У Corsair, вероятно, проблемы с расчисткой кэша — такая проблема встречается у многих SSD с 96-слойной памятью Intel/Micron. OEM Kingston страдает от неспособности поддерживать стабильную скорость даже в пределах кэша. Этот сегмент накопителей полон сюрпризов, хотя иногда их и нет — у Legend 800, например, всё нормально. Transcend также демонстрирует ожидаемое поведение: скорость упала в соответствии с предположениями, но осталась приемлемой благодаря TLC-памяти. Преимущество TLC-памяти в том, что она позволяет избежать подобных сюрпризов и делает SLC-кэширование менее критичным.

Не имеет значения, работает ли накопитель в однопоточном или многопоточном режиме — внутренние алгоритмы остаются теми же, а значит, и проблемы остаются прежними. Хотя с помощью кэширования можно скрыть недостатки, даже при использовании QLC-памяти, эта «маскировка» нестабильна. Покупателю такие вариации не особенно нужны, а вот у производителей могут быть свои причины для такого подхода, которые далеко не всегда связаны с техническими аспектами.

Если возникают проблемы с записью, то параллельное чтение может улучшить количественные показатели, но не решит качественные проблемы. У Adata Legend 800, например, недостатки могут быть скрыты кэшированием, но стоит помнить, что наша методика тестирования могла бы выявить больше проблем при меньшем объеме свободного места или большем объеме записываемых данных. Проблема потребительских SSD на QLC-памяти в том, что они сильно зависят от SLC-кэширования. Когда кэш работает нормально, все в порядке, но сбои могут привести к серьезным проблемам. Поэтому лучше избегать таких ситуаций, даже если это дороже — нервы не восстанавливаются.

Сложности, связанные с записью, усугубляются тем, что бюджетные контроллеры хуже справляются с такими нагрузками. В 2019 году решение с поддержкой PCIe Gen4 и QLC-памятью не впечатляло результатами. Сейчас даже более дешевые платформы могут показать такие же или лучшие результаты. Чтобы избежать проблем, лучше оставлять больше места под кэш — что требует дополнительных затрат. Альтернативный вариант — выбрать устройство более высокого класса, что тоже недешево. Экономия на этом может привести к последствиям, о которых не следует забывать.

На данный момент лучшим комплексным бенчмарком для накопителей является PCMark 10 Storage. Как мы отметили в обзоре, не все три теста из набора одинаково полезны. Наиболее информативным является тест «Full System Drive», который охватывает практически все массовые сценарии, такие как загрузка операционной системы и копирование данных. Остальные два теста — это подмножества «Full System Drive» и, на наш взгляд, менее интересные. Тест «Full System Drive» полезен тем, что измеряет не только реальную пропускную способность при решении практических задач, но и задержки, возникающие при этом. Усреднение этих метрик и приведение к единому числу может быть немного синтетичным, но это все же более точная оценка общего поведения накопителя, чем частные случаи. Поэтому стоит обратить внимание на этот тест.

Слабые места таких платформ хорошо видны в тестах низкого уровня, что делает их полезными для анализа. Единая комплексная оценка для таких применений может быть слишком обобщенной, но она близка к практике. Она демонстрирует, почему попытки сочетать QLC-память с топовыми контроллерами оказались бесплодными: производительность оставалась неудовлетворительной, а стоимость чрезмерно высокой. Обновление бюджетных четырехканальных контроллеров при сохранении низкой ценовой категории позволяет добиться лучших результатов. Однако многое зависит от эффективности кэширования. Контроллеры тоже различаются — Silicon Motion уже давно выпускает двухъядерные бюджетные модели, в то время как у Phison даже новейший E31T (с поддержкой PCIe Gen5) остается одноядерным. Это может сказываться на производительности в сочетании с медленной памятью. Несмотря на то что E21T и SM2269XT — ровесники, а E19T должен был конкурировать с SM2267XT, новые модели все равно показывают разную производительность. Память также влияет на результаты: Micron производит больше слоев, в то время как Intel предлагает немного лучшую скорость. В целом, Adata Legend 800 не является самым медленным SSD, но его производительность не существует в вакууме. Даже если бюджетные SATA и не-SATA накопители могут быть медленнее, это не делает его лучшим выбором, даже при низкой цене.

На наш взгляд, Adata Legend 800 появилась в результате необходимости утилизировать складские запасы контроллеров Silicon Motion SM2267. Хотя этот контроллер способен обеспечивать более высокие скорости, рынок для «PCIe Gen4 для галочки» давно иссяк. Эти контроллеры подходят для OEM-сегмента и ультрабюджетной розницы, где скорость не является критическим фактором. Использовать SM2267 с DRAM или TLC-памятью не имеет смысла, поэтому его применяют с QLC-памятью для создания самых дешевых Gen4-накопителей. Лучше выбирать модели на 1 или 2 ТБ, чтобы они не были совсем невыразительными. В версии на 500 ГБ использован более быстрый SM2269XT, что повышает скорость работы с кэшем. Со временем, по мере исчерпания запасов SM2267, могут быть использованы более новые контроллеры, как это уже сделано с Legend 850 Lite. Однако такие обновления не приведут к принципиальным улучшениям.

Для пользователей такие накопители могут быть полезны в ограниченных сценариях, например, для установки в PlayStation 5. Консоль не предъявляет строгих требований к скорости накопителя, и хотя встроенный SSD в ней еще медленнее, генерируемые скоростные улучшения при использовании Gen4-накопителя будут незначительными. Кроме того, экономия от покупки Legend 800 составляет лишь около 10%, и можно найти модели с TLC-памятью в той же линейке Adata, которые предлагают лучшее соотношение цены и качества.

Таким образом, хотя Adata Legend 800 является самым дешевым SSD с PCIe Gen4, его использование не рекомендуется. Эксплуатация таких накопителей, как и аналогичных моделей под разными брендами, может быть оправдана, но не приносит значительных преимуществ.