Днес искаме да говорим за един от нашите нови продукти - SSD устройството Seagate FireCuda 520. Но не бързайте да превъртате по-нататък през емисията с мислите „добре, още един хвалебствен преглед на притурка от марката“ - опитахме се направи материала полезен и интересен. Под съкращенията на първо място ще се фокусираме не върху самото устройство, а върху интерфейса PCIe 4.0, който то използва. И ние ще ви кажем какво да очаквате от него, защо е добър и на кого потенциално може да бъде полезен.
Нека бъдем честни: PCI Express 4.0 не е толкова нов. Първите устройства с неговата поддръжка се появиха на потребителския пазар миналото лято. Благодарим за това, което трябва да кажем на AMD: компанията създаде първите платформи, които могат да приемат устройства с PCI Express 4.0, а също така самата направи такива устройства - това са GPU-базирани графични карти с RDNA архитектура.
Увеличаването на честотната лента винаги дава повод за големи надежди, но както се оказва, видеокартите не печелят почти никаква полза от преминаването към по-бърз интерфейс. Поне що се отнася до игровите натоварвания. Както показаха множество независими тестове, дори най-бързите карти, които поддържат PCI Express 4.0, предимно Radeon RX 5700 XT, се представят по същия начин, когато използват новия и бърз интерфейс или когато са свързани към класическата шина PCI Express 3.0.
Но при твърдотелните устройства това е съвсем различен въпрос. Работната скорост на високопроизводителните NVMe SSD дискове, работещи чрез PCI Express 3.0 (например Seagate FireCuda 510) при линейни натоварвания, е ясно ограничена от честотната лента на интерфейса. Следователно разширяването на ограниченията на честотната лента просто трябва да има положително въздействие върху възможностите на дисковите подсистеми от ново поколение.
Добра илюстрация на факта, че никога няма достатъчно честотна лента, е фактът, че докато говорим за първите устройства, поддържащи PCI Express 4.0, PCI Special Interest Group (PCI-SIG) вече одобри спецификацията PCI Express 5.0, която отнема това е една стъпка напред към увеличаване на скоростите на интерфейсите, чрез които съвременните процесори комуникират с външни устройства. Но за това някой друг път, днес PCI Express 4.0 е на дневен ред.
Какво е доброто на PCI Express 4.0?
Спецификацията PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) стандартизира начина, по който разширителните карти като графични ускорители, аудио контролери, мрежови адаптери и накрая NVMe SSD комуникират с базовите компоненти, които изграждат PC платформата. Колкото по-висока е версията на PCIe спецификацията, толкова по-висока пропускателна способност осигурява. Освен това, когато говорим за PCIe слотове, в допълнение към версията на спецификацията, те също така говорят за броя на лентите, който е обозначен като x1, x2, x4, x8 или x16. По-големият брой линии също дава многократно по-висока пропускателна способност поради разширяването на шината и представлява друг, обширен начин за подобряване на скоростните характеристики на интерфейса. Но ако говорим за NVMe SSD, тогава този подход е трудно приложим в тях. Предлагани в компактен M.2 форм фактор, PC SSD могат да използват две или максимум четири ленти, докато поддръжката за до 16 ленти е ограничена до PCIe карти в пълен размер. Именно поради тази причина въвеждането на нови версии на стандарта PCIe се счита за ключово събитие за пазара на производителни SSD.
Всички версии на PCIe спецификацията са обратно съвместими. PCIe 4.0 ориентираните устройства могат да работят и на платформи, които поддържат само PCIe 3.0, а дънните платки с PCIe 4.0 слотове могат лесно да инсталират компоненти, които работят в съответствие със стандарта PCIe 3.0. И в двата случая обаче системата ще работи на скорости PCIe 3.0, младша версия на стандарта, която се поддържа и от двете страни.
Основната иновация, включена в PCIe 4.0, е удвоената честотна лента на една линия. Има различни варианти за числени оценки на настъпилите промени, но ако говорим за теоретични и пикови стойности, спецификацията на PCIe 4.0 предполага максимална скорост на трансфер от 1,97 GB/s на една линия във всяка посока, докато в PCIe 3.0 максималната скорост беше ограничена до 0,98 GB/s. В някои източници може да намерите двойно по-високи цифри, но това се дължи на факта, че те показват общата скорост на трансфер на данни в двете посоки.
Както казахме по-горе, такова увеличение на скоростта на интерфейса на практика не е много полезно (или по-скоро почти напълно безполезно) за графични карти. В същото време NVMe устройствата, работещи през четири PCIe ленти, са в състояние да изпомпват до 7,88 GB/s (в идеалния случай) през четирилентова шина, което отваря широк обхват за подобрения на производителността.
В допълнение към увеличаването на честотната лента стандартът PCIe 4.0 въвежда и други иновации. Например, той съдържа нови функции за намаляване на консумацията на енергия, както и по-обширни функции за виртуализация на устройства. Но основната посока, в която се движеха разработчиците, все още беше увеличаване на скоростите и почти всичко беше направено предимно в името на това. Например, редица подобрения в новата версия на интерфейса са насочени към подобряване на целостта на сигналите и надеждността на тяхното предаване. С други думи, за повечето потребители PCIe 4.0 означава по-висока честотна лента и нищо повече.
Какво ще кажете за платформите, които поддържат PCI Express 4.0?
За съжаление, въпреки факта, че самата спецификация PCI Express 4.0 беше одобрена още през 2017 г., все още няма много реални платформи на пазара, които я поддържат. Това означава, че ако искате да използвате високоефективен SSD диск от ново поколение, ще трябва да се погрижите не само за намирането на самото такова устройство, но и за избора на платформа, която може да разгърне напълно неговия потенциал.
Факт е, че новият интерфейс PCIe 4.0 досега се поддържа само от AMD, и то само на части. Той е внедрен в някои от неговите процесори, изградени върху архитектурата Zen 2, и по-конкретно в настолната серия Ryzen 3000 и във високопроизводителната серия Threadripper 3000, но не и в мобилната серия Ryzen 4000. Освен това, ако поддръжката на PCIe 4.0 е налична във всяка Socket sTR4 дънна платка за третото поколение Threadripper, процесорите Ryzen 3000 ще могат да взаимодействат с PCIe 4.0 периферни устройства в режим на пълна скорост само в дънни платки, изградени на чипсет X570, където са проектирани сигналните линии като се вземат предвид повишените изисквания за екраниране и минимизиране на електрическия шум.
Добрата новина тук е, че потенциалните собственици на Ryzen 3000 скоро ще могат да се сдобият с друг клас по-достъпни дънни платки с поддръжка на PCIe 4.0 графични карти и устройства. Те ще бъдат изградени върху новия чипсет B550, който трябва да бъде пуснат през следващите няколко месеца.
Що се отнася до платформите на Intel, те все още изобщо не поддържат PCIe 4.0. Освен това процесорите за настолни компютри Comet Lake-S, излизащи в близко бъдеще, които ще донесат със себе си както новия LGA 1200 процесорен сокет, така и новите системни логически комплекти от серия 4.0, също няма да получат PCIe 4.0. Ако говорим за масови настолни системи на Intel, поддръжката на този интерфейс може да се появи само с пускането на процесорите Rocket Lake, но това ще се случи около началото на следващата година. Но този интерфейс може да стигне до мобилните системи по-рано: в плановете е декларирана поддръжка за PCIe 4.0 за процесорите Tiger Lake, чието официално обявяване може да се състои това лято. Освен това не може да се изключи, че високопроизводителните HEDT настолни компютри ще преминат към PCIe XNUMX и тази година: това ще стане възможно, ако Intel реши да предложи Ice Lake-X в този сегмент - аналози на сървъра Ice Lake-SP.
В резултат на това, въпреки факта, че PCIe 4.0 ще стане широко разпространен в средносрочен план, в момента привържениците на бързите NVMe SSD дискове имат малко възможности при избора на платформа. Най-очевидният от тях е система Socket AM4, базирана на процесор Ryzen 3000 и дънна платка, базирана на чипсет X570.
Как вървят нещата с устройствата, работещи с PCI Express 4.0?
Ако погледнете гамата от NVMe SSD с поддръжка на PCIe 4.0, които са представени на рафтовете на магазините, може да получите усещането, че пазарът е пренаселен с различни опции за ново поколение високоскоростни решения. В действителност обаче това впечатление е измамно. Въпреки факта, че спецификацията PCIe 4.0 съществува от няколко години, разработчиците на хардуерни платформи все още не са успели да донесат достатъчен брой алтернативи на етапа на масово производство.
Единственият контролер, който производителите на SSD вече могат да използват за своите продукти, е Phison PS5016-E16. Освен това в действителност този контролер не може да се нарече пълноценно развитие на ново поколение. Това е по-скоро преходно решение, базирано на друг, по-ранен чип PS5012-E12, в който функционалният блок, отговорен за външната шина, просто е заменен.
За крайния потребител това означава две неща. Първо, всички NVMe дискове на пазара с поддръжка на PCIe 4.0 не се различават много един от друг, поне що се отнася до производителността. И ако видите, че внезапно са декларирани по-високи номинални скорости за определен продукт, това най-вероятно се дължи на хитростта на търговците, а не на някакви реални предимства, защото в крайна сметка и двата продукта използват един и същ контролер. На второ място, днешните PCIe 4.0 устройства все още не могат да се похвалят с използването на пълната честотна лента на новата шина - максималните скорости, обещани от чипа Phison PS5016-E16, са на ниво от 5 GB/s при линейно четене и 4,4 GB/s при записи.
Важно следствие следва от горното: в бъдеще NVMe SSD могат да направят още един скок в производителността дори без да преминават към следващата версия на спецификацията PCI Express. Просто трябва да изчакате появата на по-нови контролери с преработено ядро, адаптирано към възможностите на PCIe 4.0. И такива решения вече се разработват. Появата на подобен продукт се очаква поне от Samsung, освен това независими инженерни екипи работят и върху по-модерни контролери: Phison (PS5018-E18), Silicon Motion (SM2267), Marvell (88SS1321) и дори не много добре -известна компания Innogrit (IG5236).
Единственият проблем е, че цялото това великолепие може да не се появи много скоро. Разработването на контролера е дълъг процес и често възникват сериозни забавяния на финалните етапи - по време на подготовка на фърмуера или по време на валидиране. В допълнение, цялата индустрия сега е силно засегната от пандемията на коронавирус, поради което пускането на нови продукти беше отложено за по-късна дата.
С други думи, можете да чакате дълго време за нещо по-добро, но ако сега е необходима по-висока производителност на дисковата подсистема, тогава има смисъл да се придържате към това, което вече е налично - устройства на контролера Phison PS5016-E16. Въпреки че не избират пълната честотна лента на четири PCIe 4.0 ленти, те могат да се похвалят с доста добра производителност за малки блокови операции, която според разработчиците достига 750 хиляди IOPS. Това е осигурено както от дизайна на контролера, който е базиран на двуядрен 32-битов процесор ARM Cortex R5, така и от набор от патентовани трикове: динамично SLC кеширане и технология CoXProcessor 2.0 – хардуерно ускорение на типични операционни вериги.
Защо Seagate FireCuda 520?
Беше казано по-горе, че всички съществуващи потребителски NVMe устройства с поддръжка на PCIe 4.0 са изградени на една и съща основа - контролерът Phison PS5016-E16. Това обаче не означава, че да вземете първия PCIe 4.0 SSD, който попаднете в магазин, ще бъде добра идея. Тук бихме препоръчали да обърнете внимание на Seagate FireCuda 520, но изобщо не, защото четете тази статия в корпоративния блог на Seagate.
Дяволът е в детайлите и ако започнете да разбирате, Seagate FireCuda 520 може да се окаже по-привлекателен от много алтернативи, базирани на същия чип Phison PS5016-E16. Има няколко причини за това, но всички те се свеждат до едно - флаш паметта, инсталирана във FireCuda 520.
Формално всички устройства с контролера Phison PS5016-E16 използват една и съща флаш памет: 96-слойна BiCS4 (TLC 3D NAND), произведена от Kioxia (преди Toshiba Memory). Действителната памет обаче може да варира. В зависимост от това какви приоритети е избрал конкретен производител, паметта може да попадне в напълно различни градации на качество. Например, в продуктите на компании от трето ниво често се среща флаш памет за "медийни" цели, която най-общо казано е предназначена за флаш устройства и карти с памет, но не и за SSD.
С дисковете на Seagate това е напълно невъзможно. Компанията не купува флаш памет на свободния пазар, но има дългосрочно директно споразумение с Kioxia, което беше сключено в момент, когато Toshiba се отърваваше от производството на памети. Благодарение на това ние получаваме NAND чипове, както се казва, от първа ръка и имаме достъп до най-качествения силиций.
Това неизбежно се отразява в параметрите за надеждност. Представителите на серията Seagate FireCuda 520 са оборудвани с петгодишна гаранция, а инсталираният ресурс ви позволява да презапишете пълния капацитет на устройството 1800 пъти, тоест средно веднъж на ден. Това са много високи показатели за издръжливост, според които предложението на Seagate например превъзхожда три пъти най-популярния Samsung 970 EVO Plus.
И тогава е време да покажем как изглежда Seagate FireCuda 520 отвън. Това е платка M.2 от традиционния форм фактор 2280 с чипове, разположени от двете страни.
Тук няма предвидени специални мерки за охлаждане, които други производители обичат да трупат на своите устройства, поради факта, че почти сто процента от дънните платки с поддръжка на PCIe 4.0 имат собствени системи за охлаждане за M.2 слотове.
В противен случай устройството е подобно на други продукти, базирани на контролера Phison PS5016-E16, но с осезаема разлика - чипът на контролера носи маркировката на Seagate. Това се дължи на факта, че контролерите за FireCuda 520 също не са закупени на свободния пазар, а са направени по специална поръчка. Това обаче не означава толкова много за крайния потребител, но това, което е наистина важно, е използването на модифициран фърмуер, който съдържа определени оптимизации, които отличават Seagate устройството от други SSD с подобен хардуер.
Ясно е, че микропрограмата едва ли ще промени значително скоростните характеристики на контролера, но позволява нещо. Например, FireCuda 520 може да се похвали с внедряването на динамично SLC кеширане, докато устройствата, базирани на Phison контролери, пуснати по-рано, използваха статичен SLC кеш с доста ограничен размер. Новият подход ви позволява да записвате много по-големи количества информация на FireCuda 520 с висока скорост.
Работи много просто: всички данни, влизащи в устройството, се записват в TLC флаш памет в много бърз еднобитов SLC режим. Клетките, използвани по този начин, се прехвърлят в състояние TLC или по-късно, когато потребителят вече няма достъп до устройството, или при необходимост, ако наборът от чисти клетки е изчерпан по време на процеса на запис. С други думи, една трета от свободното пространство на FireCuda 520 може непрекъснато да се запълва при максимална скорост, но тогава производителността ще намалее. Но ако изчакате малко, една трета от оставащото свободно пространство отново може да се използва във високоскоростен режим.
Ето например как изглежда графиката на линеен запис до празно на FireCuda 520 с капацитет 2 TB.
За първите 667 GB записът се извършва със скорост от 4,1 GB/s, след това скоростта радикално намалява до 0,53 GB/s, но трябва да разберете, че при нормално използване на устройството няма да срещнете подобно поведение - това изисква дълъг и непрекъснат запис на огромни количества информация.
В допълнение към фърмуера, FireCuda 520 е интересен и с пакетния софтуер. Патентованата помощна програма SeaTools SSD е много по-удобна за наблюдение на състоянието на SSD, отколкото програмите на трети страни. Освен това ви позволява да актуализирате фърмуера, да тествате производителността и да извършвате някои допълнителни операции като разширена диагностика или защитено изтриване.
Също така си струва да се спомене, че собствениците на FireCuda 520 могат да изтеглят програмата DiscWizard от уебсайта на Seagate за плавна миграция от предишни дискови устройства, прехвърляйки всички данни и операционната система.
И наистина ли е бързо?
Остава да подкрепим всичко казано за предимствата на интерфейса PCI Express 4.0 и поддържаното от него устройство с някои практически резултати. И това не е особено трудно, защото FireCuda 520 наистина има забележимо по-висока производителност, която не е достъпна за дискове от предишно поколение. Въпреки факта, че има основателни оплаквания относно контролера Phison PS5016-E16 поради факта, че той все още не използва пълната честотна лента на PCIe 4.0, скоростта на Seagate FireCuda 520 очевидно е по-висока от тази на дисковете за PCIe 3.0.
Следващата таблица сравнява характеристиките на Seagate FireCuda 520 с характеристиките на FireCuda 510, предишния флагмански NVMe SSD модел на Seagate, който е проектиран за интерфейса PCIe 3.0 x4. Например, сравнението е ограничено до най-просторните и най-бързи SSD опции с капацитет от 2 TB, но ако сравним модификации с други капацитети, картината ще бъде приблизително същата.
Но паспортните характеристики са едно, а реалният живот е друго. Затова просто взехме тези два диска - FireCuda 520 2 TB и FireCuda 510 2 TB - и ги сравнихме в тестове.
FireCuda 520 2 TB
FireCuda 510 2 TB
Резултатите от CrystalDiskMark изискват коментар. Новият PCIe 4.0 SSD се оказа забележимо по-бърз от своя предшественик по отношение на линейните скорости: предимството достига почти един и половина пъти размера и може да се види както с дълбоки, така и с минимални опашки за заявки. FireCuda 520 превъзхожда предишната версия на Seagate NVMe SSD при операции с малки блокове, въпреки че тук не се наблюдава същият впечатляващ пробив: всичко се свежда до факта, че логиката на контролера остава същата. Като такъв, FireCuda 520 ще блести предимно при последователни натоварвания. Що се отнася до операциите с произволни малки блокове, интерфейсът PCI Express 4.0 естествено не може да направи нещо подобно на Optane от флаш памет.
Но фактът, че високоскоростните линейни операции са много мощен актив на FireCuda 520, не може да се отрече. Това може да се види по-подробно в резултатите от ATTO Disk Benchmark: веднага щом блоковете, използвани за обмен на данни, придобият обем от 128 KB или повече, става невъзможно да се поддържа темпото на FireCuda 520 дори на теория (дори Optane не е способен на това), тъй като скоростите на обмен на данни надхвърлят ограничението, зададено от честотната лента на интерфейса PCIe 3.0 x4.
FireCuda 520 2 TB
FireCuda 510 2 TB
В синтетичните тестове всичко се оказва повече от убедително, но какво да кажем в реалния живот? PCMark 10 може да отговори на този въпрос - той съдържа сценарии, които възпроизвеждат типичното натоварване на дисковете по време на ежедневната работа на потребителя.
И в този случай FireCuda 520 е с до 30% по-бърз от своя предшественик. Освен това това предимство се изразява не само в увеличаване на скоростта на дисковите операции, но и в забележимо намаляване на времето за реакция на дисковата подсистема. Този модел може да се види при използване на SSD като единствено и универсално устройство (вижте Сравнителен тест за пълно системно устройство). И в случай, че SSD играе ролята изключително на системно устройство, на което са инсталирани операционната система и софтуерът (вижте Quick System Drive Benchmark). И дори когато SSD се използва като „изхвърляне на файлове“ (вижте Data Drive Benchmark), въпреки че това, честно казано, се случва много рядко.
Предимствата на скоростта на FireCuda 520 се виждат лесно при нормално копиране на файлове. Диаграмата по-долу показва резултатите от теста DiskBench при копиране на работна директория с различни файлове с общ обем около 20 GB вътре в устройството. Разбира се, тук не се наблюдава такова увеличение като при синтетичните тестове, но преходът към PCIe 25 дава своите допълнителни 30-4.0% в производителността без съмнение.
За разнообразие можете също да погледнете колко по-бързо PCIe 4.0 устройство ви позволява да зареждате приложения за игри. Като пример, по-долу е времето за зареждане на ниво във Final Fantasy XIV StormBlood (изборът на тази конкретна игра се дължи на вградените в нея удобни инструменти за наблюдение). Тук печалбата, която FireCuda 520 предоставя спрямо FireCuda 510 е малко над секунда, което не е толкова значително, но все пак се забелязва.
Но при натоварвания, типични за работните станции, PCI Express 4.0 е, както се казва, задължителен. Факт е, че компютрите, предназначени за професионално създаване на съдържание, са оборудвани с много мощни многоядрени процесори и бърза памет. И в този случай тесните места в системата могат лесно да възникнат в дисковата подсистема. Например, докато много видео професионалисти преди предпочитаха да изграждат RAID масиви от SSD дискове, сега те могат да посрещнат нуждите си с FireCuda 520, който обработва данни със скорости над 4GB/s самостоятелно.
Всички тези аргументи могат лесно да бъдат подкрепени от резултатите от теста SPECworkstation 3, който много ясно показва важността на диск с модерен интерфейс: FireCuda 520 се справя с тежки професионални сценарии за натоварване на диска средно с 22% по-бързо в сравнение с FireCuda 510 .
Но трябва да се обърне специално внимание на показателите General Operation (обичайната скорост на работа с файлове при архивиране и копиране, както и при разработване на софтуер) и Product Development (показва скоростта на работа в CAD/CAD системи и при решаване на изчислителна течност проблеми с динамиката). Тук потенциалът, заложен в FireCuda 520, се разкрива особено убедително.
Обобщение
Дадените примери са достатъчни, за да не оставят никакво съмнение, че PCIe 4.0 устройствата наистина ви позволяват да получите по-висока производителност и по-добра отзивчивост при решаване на задачи, изискващи ресурси. Следователно, когато изграждате високопроизводителна система на многоядрени процесори AMD Ryzen 3000 или Threadripper 3000, очевидно не трябва да пренебрегвате използването на най-модерните NVMe SSD. Seagate FireCuda 520 може да е подходящ избор тук: определено няма нищо по-бързо в магазините в момента.
Естествено, PCIe 4.0 устройство ще струва малко повече от същия FireCuda 510, но причините за това са добре разбрани. И най-важното е, че цената на FireCuda 520 е доста пазарна, тъй като това SSD струва почти същото като алтернативните PCIe 4.0 устройства от производители от трето ниво.
Няколко думи за тестовата платформа: Тестването на производителността беше извършено на система, базирана на Ryzen 9 3900X, базирана на дънна платка ASRock X570 Creator и оборудвана с 16GB DDR4-3200 SDRAM (16-16-16-32). Операционна система Windows 10 Professional 1909 със стандартен NVMe драйвер Standard NVM Express Controller 10.0.18362.1.
Източник: www.habr.com