Dnes chceme mluvit o jednom z našich nových produktů - SSD disku Seagate FireCuda 520. Ale nespěchejte s procházením feedem s myšlenkami „no, další pochvalná recenze gadgetu od značky“ – zkusili jsme aby byl materiál užitečný a zajímavý. Pod výřezem se v první řadě zaměříme nikoli na samotné zařízení, ale na rozhraní PCIe 4.0, které používá. A my vám řekneme, co od toho čekat, proč je to dobré a komu by to mohlo být užitečné.
Buďme upřímní: PCI Express 4.0 není tak nový. První zařízení s jeho podporou se na spotřebitelském trhu objevila loni v létě. Za to bychom měli říci AMD: byla to společnost, která vytvořila první platformy, které jsou schopny přijímat zařízení s PCI Express 4.0, a také taková zařízení sama vyrobila - jedná se o grafické karty založené na GPU s architekturou RDNA.
Zvyšování šířky pásma vždy vzbuzuje velkou naději, ale jak se ukazuje, grafické karty nemají z přechodu na rychlejší rozhraní téměř žádnou výhodu. Alespoň pokud jde o herní zátěž. Jak ukázaly četné nezávislé testy, i ty nejrychlejší karty s podporou PCI Express 4.0, především Radeon RX 5700 XT, si vedou stejně jak při použití nového a rychlého rozhraní, tak při připojení ke klasické sběrnici PCI Express 3.0.
Ale s SSD je to úplně jiná věc. Provozní rychlost vysoce výkonných SSD NVMe pracujících přes PCI Express 3.0 (například Seagate FireCuda 510) při lineárním zatížení je jasně omezena šířkou pásma rozhraní. Rozšiřování limitů šířky pásma má tedy jednoduše pozitivní dopad na schopnosti diskových subsystémů nové generace.
Dobrým příkladem toho, že šířky pásma není nikdy dost, je skutečnost, že zatímco mluvíme o prvních zařízeních podporujících PCI Express 4.0, PCI Special Interest Group (PCI-SIG) již schválila specifikaci PCI Express 5.0, která je o krok dále směrem ke zvýšení rychlosti rozhraní, přes která moderní procesory komunikují s externími zařízeními. Ale o tom někdy jindy, dnes je na pořadu dne PCI Express 4.0.
Co je dobrého na PCI Express 4.0?
Specifikace PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) standardizuje, jak rozšiřující karty, jako jsou grafické akcelerátory, zvukové řadiče, síťové adaptéry a nakonec NVMe SSD, komunikují se základními komponentami, které tvoří platformu PC. Čím vyšší verze specifikace PCIe, tím vyšší propustnost poskytuje. Navíc, když se mluví o PCIe slotech, kromě verze specifikace se mluví také o počtu drah, který je označen jako x1, x2, x4, x8 nebo x16. Větší počet linek také poskytuje několikanásobně vyšší propustnost díky rozšíření sběrnice a představuje další, rozsáhlý způsob, jak zlepšit rychlostní charakteristiky rozhraní. Pokud ale mluvíme o NVMe SSD, pak je v nich tento přístup těžko aplikovatelný. PC SSD, dostupné v kompaktním formátu M.2, mohou využívat dva nebo maximálně čtyři pruhy, zatímco podpora až 16 pruhů je omezena na karty PCIe plné velikosti. Právě z tohoto důvodu je představení nových verzí standardu PCIe považováno za klíčovou událost pro trh výkonných SSD.
Všechny verze specifikace PCIe jsou zpětně kompatibilní. Disky orientované na PCIe 4.0 mohou také pracovat na platformách, které podporují pouze PCIe 3.0, a na základní desky se sloty PCIe 4.0 lze snadno instalovat komponenty, které fungují v souladu se standardem PCIe 3.0. V obou případech však bude systém pracovat na rychlostech PCIe 3.0, což je juniorská verze standardu, která je podporována na obou stranách.
Hlavní inovací zahrnutou v PCIe 4.0 je dvojnásobná šířka pásma jedné linky. Existují různé možnosti pro numerické odhady změn, ke kterým došlo, ale pokud mluvíme o teoretických a špičkových hodnotách, specifikace PCIe 4.0 předpokládá maximální přenosovou rychlost 1,97 GB/s na jedné lince v každém směru, zatímco v PCIe 3.0 maximální rychlost byla omezena na 0,98 GB/s. V některých zdrojích se můžete setkat s dvakrát vyššími údaji, ale to je způsobeno tím, že udávají celkovou rychlost přenosu dat v obou směrech.
Jak jsme si řekli výše, takové zvýšení rychlosti rozhraní v praxi není pro grafické karty příliš užitečné (nebo spíše téměř úplně zbytečné). Disky NVMe pracující prostřednictvím čtyř linek PCIe jsou zároveň schopny pumpovat až 7,88 GB/s (ideálně) přes čtyřproudovou sběrnici, což otevírá široký prostor pro zlepšení výkonu.
Kromě zvýšení šířky pásma přináší standard PCIe 4.0 i další novinky. Obsahuje například nové funkce pro snížení spotřeby energie a také rozsáhlejší funkce pro virtualizaci zařízení. Ale hlavním směrem, kterým se vývojáři ubírali, bylo stále zvyšování rychlosti a téměř vše bylo děláno především kvůli němu. Například řada vylepšení v nové verzi rozhraní je zaměřena na zlepšení integrity signálů a spolehlivosti jejich přenosu. Jinými slovy, pro většinu spotřebitelů znamená PCIe 4.0 vyšší šířku pásma a nic víc.
A co platformy, které podporují PCI Express 4.0?
Bohužel i přes to, že samotná specifikace PCI Express 4.0 byla schválena již v roce 2017, na trhu stále není mnoho skutečných platforem, které ji podporují. To znamená, že pokud chcete používat vysoce výkonný SSD nové generace, budete si muset lámat hlavu nejen s hledáním samotného takového disku, ale také s výběrem platformy, která dokáže naplno rozvinout jeho potenciál.
Faktem je, že nové rozhraní PCIe 4.0 dosud podporovalo pouze AMD a i to jen fragmentárně. Je implementován v některých jeho procesorech postavených na architektuře Zen 2, konkrétně v desktopové řadě Ryzen 3000 a ve vysoce výkonné řadě Threadripper 3000, ale například ne v mobilní řadě Ryzen 4000. pokud je k dispozici podpora PCIe 4.0 v jakékoli základní desce Socket sTR4 pro Threadripper třetí generace, procesory Ryzen 3000 budou schopny interagovat s periferiemi PCIe 4.0 v režimu plné rychlosti pouze na základních deskách postavených na čipové sadě X570, kde jsou navrženy signálové linky zohlednění zvýšených požadavků na stínění a minimalizaci elektrického šumu.
Dobrou zprávou zde je, že potenciální majitelé Ryzen 3000 se brzy dostanou do rukou další třídy cenově dostupnějších základních desek s podporou grafických karet a mechanik PCIe 4.0. Budou postaveny na nové čipové sadě B550, která by měla být vydána během několika příštích měsíců.
Pokud jde o platformy Intel, ty zatím PCIe 4.0 vůbec nepodporují. Navíc desktopové procesory Comet Lake-S vycházející v blízké budoucnosti, které s sebou přinesou jak novou patici procesoru LGA 1200, tak nové logické sady řady 4.0, také nedostanou PCIe 4.0. Pokud se budeme bavit o masových desktopových systémech Intel, podpora tohoto rozhraní se může objevit až s vydáním procesorů Rocket Lake, k tomu však dojde zhruba na začátku příštího roku. Toto rozhraní se ale možná dostane do mobilních systémů dříve: v plánech je deklarována podpora PCIe 4.0 pro procesory Tiger Lake, k jejichž formálnímu oznámení může dojít letos v létě. Kromě toho nelze vyloučit, že vysoce výkonné stolní počítače HEDT přejdou na PCIe XNUMX i letos: to bude možné, pokud se Intel rozhodne v tomto segmentu nabízet Ice Lake-X - analogy serveru Ice Lake-SP.
Výsledkem je, že navzdory skutečnosti, že se PCIe 4.0 ve střednědobém horizontu rozšíří, mají zastánci rychlých NVMe SSD v současné době jen málo možností při výběru platformy. Nejviditelnější z nich je systém Socket AM4 založený na procesoru Ryzen 3000 a základní desce založené na čipsetu X570.
Jak to jde s disky s PCI Express 4.0?
Pokud se podíváte na řadu NVMe SSD s podporou PCIe 4.0, které jsou prezentovány na pultech obchodů, můžete mít pocit, že trh je přeplněný různými možnostmi vysokorychlostních řešení nové generace. Ve skutečnosti je však tento dojem klamný. Navzdory skutečnosti, že specifikace PCIe 4.0 existuje již několik let, vývojářům hardwarových platforem se zatím nepodařilo přinést dostatečné množství alternativ do fáze sériové výroby.
Jediný řadič, který nyní mohou výrobci SSD pro své produkty používat, je Phison PS5016-E16. Navíc ve skutečnosti nelze tento ovladač nazvat plnohodnotným vývojem nové generace. Jedná se spíše o přechodné řešení založené na jiném, dřívějším čipu PS5012-E12, u kterého byl jednoduše vyměněn funkční blok zodpovědný za externí sběrnici.
Pro koncového uživatele to znamená dvě věci. Za prvé, všechny NVMe disky na trhu s podporou PCIe 4.0 se od sebe příliš neliší, alespoň co se výkonu týče. A pokud vidíte, že u určitého produktu jsou náhle deklarovány vyšší jmenovité rychlosti, je to pravděpodobně způsobeno mazaností obchodníků, nikoli skutečnými výhodami, protože v konečném důsledku oba produkty používají stejný ovladač. Za druhé, dnešní PCIe 4.0 disky se zatím nemohou pochlubit využitím plné šířky pásma nové sběrnice – maximální rychlosti slibované čipem Phison PS5016-E16 jsou na úrovni 5 GB/s s lineárním čtením a 4,4 GB/s se záznamy.
Z výše uvedeného vyplývá důležitý důsledek: v budoucnu mohou disky NVMe SSD udělat další skok ve výkonu i bez přechodu na další verzi specifikace PCI Express. Jen je potřeba počkat na vzhled novějších řadičů s předělaným jádrem přizpůsobeným možnostem PCIe 4.0. A taková řešení se již vyvíjejí. Vzhled podobného produktu se od Samsungu minimálně očekává, navíc nezávislé inženýrské týmy pracují i na pokročilejších ovladačích: Phison (PS5018-E18), Silicon Motion (SM2267), Marvell (88SS1321) a dokonce i na nepříliš povedeném -známá společnost Innogrit (IG5236).
Jediným problémem je, že všechna tato nádhera se nemusí objevit velmi brzy. Vývoj řadiče je dlouhý proces a často dochází k vážným zpožděním v závěrečných fázích – během přípravy firmwaru nebo během ověřování. Kromě toho je nyní celé odvětví značně zasaženo pandemií koronaviru, a proto byla vydání nových produktů odsunuta na pozdější datum.
Jinými slovy, na něco lepšího se dá čekat dlouho, ale pokud je nyní potřeba vyšší výkon diskového subsystému, pak má smysl zůstat u toho, co už je k dispozici – u disků na řadiči Phison PS5016-E16. Nevolí sice plnou šířku pásma čtyř PCIe 4.0 pruhů, ale mohou se pochlubit docela dobrým výkonem pro provoz v malých blocích, který podle vývojářů dosahuje 750 tisíc IOPS. To je zajištěno jak konstrukcí řadiče, který je založen na dvoujádrovém 32bitovém procesoru ARM Cortex R5, tak sadou proprietárních triků: dynamické SLC caching a technologie CoXProcessor 2.0 – hardwarová akcelerace typických operačních řetězců.
Proč Seagate FireCuda 520?
Výše bylo řečeno, že všechny stávající spotřebitelské NVMe disky s podporou PCIe 4.0 jsou postaveny na stejném základu – řadiči Phison PS5016-E16. To však neznamená, že vyzvednout si první PCIe 4.0 SSD, na které narazíte v obchodě, bude dobrý nápad. Zde bychom doporučili věnovat pozornost Seagate FireCuda 520, ale vůbec ne proto, že tento článek čtete na firemním blogu Seagate.
Ďábel je v detailech, a pokud začnete chápat, Seagate FireCuda 520 se může ukázat jako atraktivnější než mnoho alternativ založených na stejném čipu Phison PS5016-E16. Existuje pro to několik důvodů, ale všechny se scvrkají na jednu věc - flash paměť nainstalovanou ve FireCuda 520.
Formálně všechny disky s řadičem Phison PS5016-E16 používají stejnou flash paměť: 96vrstvou BiCS4 (TLC 3D NAND) vyráběnou společností Kioxia (dříve Toshiba Memory). Skutečná paměť se však může lišit. V závislosti na tom, jaké priority si konkrétní výrobce zvolil, může paměť spadat do zcela jiných stupňů kvality. Například v produktech třetích společností se často vyskytuje flash paměť pro „mediální“ účely, která je obecně určena pro flash disky a paměťové karty, ale ne pro SSD.
S disky Seagate je to zcela nemožné. Společnost nenakupuje flash paměti na volném trhu, ale má dlouhodobou přímou smlouvu se společností Kioxia, která byla uzavřena v době, kdy se Toshiba zbavovala výroby pamětí. Díky tomu získáváme čipy NAND, jak se říká, z první ruky a máme přístup k nejkvalitnějšímu křemíku.
To se nevyhnutelně odráží v parametrech spolehlivosti. Zástupci řady Seagate FireCuda 520 jsou vybaveni pětiletou zárukou a nainstalovaný prostředek vám umožňuje přepsat plnou kapacitu disku 1800krát, to znamená v průměru jednou denně. Jde o velmi vysoké ukazatele výdrže, podle kterých nabídka Seagate například třikrát předčí nejoblíbenější Samsung 970 EVO Plus.
A pak je čas ukázat, jak Seagate FireCuda 520 vypadá zvenčí. Jedná se o desku M.2 tradičního tvaru 2280 s čipy umístěnými na obou stranách.
Nejsou zde zajištěna žádná speciální chladicí opatření, která jiní výrobci rádi hromadí na svých discích, a to z toho důvodu, že téměř sto procent základních desek s podporou PCIe 4.0 má vlastní chladicí systémy pro M.2 sloty.
Jinak je mechanika podobná jako u jiných produktů založených na řadiči Phison PS5016-E16, ovšem s patrným rozdílem - čip řadiče nese označení Seagate. To je způsobeno tím, že ovladače pro FireCuda 520 také nebyly zakoupeny na volném trhu, ale byly vyrobeny na zvláštní objednávku. Pro koncového uživatele to však tolik neznamená, ale co je opravdu důležité, je použití upraveného firmwaru, který obsahuje určité optimalizace, které disk Seagate odlišují od ostatních SSD s podobným hardwarem.
Je jasné, že mikroprogram pravděpodobně výrazněji nezmění rychlostní charakteristiky regulátoru, nicméně něco umožňuje. Například FireCuda 520 se může pochlubit implementací dynamického ukládání do mezipaměti SLC, zatímco disky založené na dříve uvedených řadičích Phison používaly statickou mezipaměť SLC spíše omezené velikosti. Nový přístup umožňuje zaznamenávat mnohem větší množství informací na FireCuda 520 vysokou rychlostí.
Funguje to velmi jednoduše: jakákoli data vstupující na disk se zapisují do TLC flash paměti ve velmi rychlém jednobitovém režimu SLC. Takto použité buňky jsou převedeny do stavu TLC buď později, když uživatel již nepřistupuje k jednotce, nebo podle potřeby, pokud je zásoba čistých buněk vyčerpána během procesu zápisu. Jinými slovy, třetinu volného místa na FireCuda 520 lze plynule zaplnit maximální rychlostí, ale pak se výkon sníží. Pokud ale trochu počkáte, třetinu zbývajícího volného místa lze opět využít ve vysokorychlostním režimu.
Zde je například to, jak vypadá graf lineárního záznamu na blank na FireCuda 520 s kapacitou 2 TB.
U prvních 667 GB probíhá záznam rychlostí 4,1 GB/s, poté se rychlost radikálně sníží na 0,53 GB/s, ale měli byste pochopit, že při běžném používání disku se s takovým chováním nesetkáte - to vyžaduje dlouhý a nepřetržitý záznam obrovského množství informací.
FireCuda 520 je kromě firmwaru zajímavá také přibaleným softwarem. Vlastní utilita SeaTools SSD je pro sledování stavu SSD mnohem pohodlnější než programy třetích stran. Navíc umožňuje aktualizovat firmware, testovat výkon a provádět některé další operace jako pokročilou diagnostiku nebo Secure Erase.
Za zmínku také stojí, že majitelé FireCuda 520 si mohou stáhnout program DiscWizard z webu Seagate pro bezproblémovou migraci z předchozích diskových jednotek, přenos všech dat a operačního systému.
A je to opravdu rychlé?
Vše, co bylo řečeno o výhodách rozhraní PCI Express 4.0 a disku s jeho podporou, zbývá zálohovat nějakými praktickými výsledky. A to není nijak zvlášť obtížné, protože FireCuda 520 má opravdu znatelně vyšší výkon, který u disků předchozí generace není dostupný. Navzdory skutečnosti, že existují opodstatněné stížnosti na řadič Phison PS5016-E16 kvůli skutečnosti, že stále nevyužívá plnou šířku pásma PCIe 4.0, rychlostní výkon Seagate FireCuda 520 je samozřejmě vyšší než u disků pro PCIe 3.0.
Následující tabulka porovnává vlastnosti Seagate FireCuda 520 s charakteristikami FireCuda 510, předchozí vlajkové lodi Seagate NVMe SSD modelu, který je určen pro rozhraní PCIe 3.0 x4. Srovnání je například omezeno na nejprostornější a nejrychlejší možnosti SSD s kapacitou 2 TB, ale pokud porovnáme modifikace jiných kapacit, bude obraz přibližně stejný.
Pasové vlastnosti jsou však jedna věc, ale skutečný život druhá. Proto jsme jednoduše vzali tyto dva disky - FireCuda 520 2 TB a FireCuda 510 2 TB - a porovnali je v testech.
FireCuda 520 2 TB
FireCuda 510 2 TB
Výsledky CrystalDiskMark vyžadují nějaký komentář. Nový PCIe 4.0 SSD se ukázal být znatelně rychlejší než jeho předchůdce, pokud jde o lineární rychlosti: výhoda dosahuje téměř jedenapůlnásobku velikosti a je vidět jak s hlubokými, tak s minimálními frontami požadavků. FireCuda 520 je lepší než předchozí verze Seagate NVMe SSD v operacích v malých blocích, i když zde nebyl pozorován stejný působivý průlom: vše spočívá ve skutečnosti, že logika ovladače zůstává stejná. FireCuda 520 jako takový zazáří především při sekvenčním zatížení. Co se týče operací s libovolnými malými bloky, rozhraní PCI Express 4.0 přirozeně neumí něco podobného jako Optane z flash disku.
Ale fakt, že vysokorychlostní lineární operace jsou velmi silnou předností FireCuda 520, nelze popřít. Podrobněji je to vidět na výsledcích ATTO Disk Benchmark: jakmile bloky používané k výměně dat získají objem 128 KB nebo více, je nemožné držet krok s FireCuda 520 ani teoreticky (dokonce ani Optane to dokáže), protože rychlost výměny dat přesahuje limit stanovený šířkou pásma rozhraní PCIe 3.0 x4.
FireCuda 520 2 TB
FireCuda 510 2 TB
V syntetických testech vše dopadá více než přesvědčivě, ale co v reálu? PCMark 10 dokáže na tuto otázku odpovědět – obsahuje scénáře, které reprodukují typické zatížení disků během každodenní práce uživatele.
A v tomto případě je FireCuda 520 až o 30 % rychlejší než její předchůdce. Tato výhoda se navíc projevuje nejen ve zvýšení rychlosti diskových operací, ale také ve znatelném snížení doby odezvy diskového subsystému. Tento vzor lze vidět při použití SSD jako jediného a univerzálního disku (viz Srovnávací test úplného systémového disku). A to v případě, kdy SSD hraje výhradně roli systémového disku, na kterém je nainstalován OS a software (viz Quick System Drive Benchmark). A to i v případě, že se SSD používá jako „výpis souborů“ (viz Srovnávací test datové jednotky), i když se to, upřímně řečeno, stává velmi zřídka.
Výhody rychlosti FireCuda 520 jsou snadno vidět při normálním kopírování souborů. Níže uvedený diagram ukazuje výsledky testu DiskBench při kopírování pracovního adresáře s různými soubory o celkovém objemu asi 20 GB uvnitř disku. Samozřejmě zde není pozorován takový nárůst jako u syntetických testů, ale přechod na PCIe 25 dává svých dalších 30-4.0 % výkonu bez diskuze.
Pro zpestření se můžete také podívat na to, o kolik rychleji vám jednotka PCIe 4.0 umožňuje načítat herní aplikace. Jako příklad níže je doba načítání úrovně ve Final Fantasy XIV StormBlood (výběr této konkrétní hry je způsoben pohodlnými monitorovacími nástroji, které jsou v ní zabudované). Zde je zisk, který FireCuda 520 poskytuje oproti FireCuda 510, jen něco málo přes sekundu, což není tak významné, ale stále znatelné.
Ale při zátěži typické pro pracovní stanice je PCI Express 4.0, jak se říká, nutností. Počítače zaměřené na profesionální tvorbu obsahu jsou totiž vybaveny velmi výkonnými vícejádrovými procesory a rychlou pamětí. A v tomto případě mohou v diskovém subsystému snadno vzniknout úzká hrdla v systému. Zatímco například mnoho profesionálů v oblasti videa dříve upřednostňovalo sestavování RAID polí z SSD disků, nyní mohou vyhovět jejich potřebám s FireCuda 520, která sama zpracuje data rychlostí přesahující 4 GB/s.
Všechny tyto argumenty lze snadno podpořit výsledky testu SPECworkstation 3, který velmi jasně ukazuje důležitost disku s moderním rozhraním: FireCuda 520 se vypořádá se scénáři velkého profesionálního zatížení disku v průměru o 22 % rychleji ve srovnání s FireCuda 510 .
Zvláštní pozornost je ale třeba věnovat ukazatelům General Operation (obvyklá rychlost práce se soubory při archivaci a kopírování, stejně jako při vývoji softwaru) a Product Development (ukazuje rychlost práce v CAD/CAD systémech a při řešení výpočetní tekutiny). problémy s dynamikou). Potenciál FireCuda 520 je zde odhalen obzvláště přesvědčivě.
Shrnutí
Uvedené příklady jsou dostatečné k tomu, aby nenechaly žádné pochybnosti o tom, že disky PCIe 4.0 skutečně umožňují získat vyšší výkon a lepší odezvu při řešení úloh náročných na zdroje. Při stavbě vysoce výkonného systému na vícejádrových procesorech AMD Ryzen 3000 nebo Threadripper 3000 byste proto jednoznačně neměli opomíjet použití nejmodernějších NVMe SSD. Zde může být vhodnou volbou Seagate FireCuda 520: nic rychlejšího v obchodech momentálně rozhodně není.
Disk PCIe 4.0 bude přirozeně stát o něco více než stejný FireCuda 510, ale důvody jsou dobře známy. A nejdůležitější je, že cena FireCuda 520 je docela tržní cena, protože tento SSD stojí téměř stejně jako alternativní PCIe 4.0 disky od výrobců třetí řady.
Pár slov o testovací platformě: Testování výkonu bylo provedeno na systému založeném na Ryzen 9 3900X založeném na základní desce ASRock X570 Creator a vybaveném 16GB DDR4-3200 SDRAM (16-16-16-32). Operační systém Windows 10 Professional 1909 se standardním ovladačem NVMe Standard NVM Express Controller 10.0.18362.1.
Zdroj: www.habr.com