Hoy queremos hablar sobre uno de nuestros nuevos productos: la unidad SSD Seagate FireCuda 520. Pero no se apresure a desplazarse más por el feed con el pensamiento "bueno, otra revisión elogiosa de un dispositivo de la marca": intentamos hacer que el material sea útil e interesante. En primer lugar, no nos centraremos en el dispositivo en sí, sino en la interfaz PCIe 4.0 que utiliza. Y le diremos qué esperar de él, por qué es bueno y para quién podría resultar útil.
Seamos honestos: PCI Express 4.0 no es tan nuevo. Los primeros dispositivos compatibles aparecieron en el mercado de consumo el verano pasado. Gracias por esto debemos decirle a AMD: fue la compañía que creó las primeras plataformas que son capaces de aceptar dispositivos con PCI Express 4.0, y también fabricó dichos dispositivos: son tarjetas gráficas basadas en GPU con arquitectura RDNA.
El aumento del ancho de banda siempre genera grandes esperanzas, pero resulta que las tarjetas de video casi no obtienen ningún beneficio al cambiar a una interfaz más rápida. Al menos cuando se trata de cargas de juegos. Como han demostrado numerosas pruebas independientes, incluso las tarjetas más rápidas que admiten PCI Express 4.0, principalmente la Radeon RX 5700 XT, funcionan igual tanto cuando se utiliza la nueva y rápida interfaz como cuando se conectan al bus PCI Express 3.0 clásico.
Pero con las unidades de estado sólido la cuestión es completamente diferente. La velocidad de funcionamiento de los SSD NVMe de alto rendimiento que funcionan a través de PCI Express 3.0 (por ejemplo, Seagate FireCuda 510) bajo cargas lineales está claramente limitada por el ancho de banda de la interfaz. Por lo tanto, ampliar los límites del ancho de banda seguramente tendrá un impacto positivo en las capacidades de los subsistemas de disco de nueva generación.
Un buen ejemplo de que nunca hay suficiente ancho de banda es el hecho de que, mientras hablamos de los primeros dispositivos compatibles con PCI Express 4.0, el PCI Special Interest Group (PCI-SIG) ya aprobó la especificación PCI Express 5.0, que lleva Es un paso más hacia el aumento de la velocidad de las interfaces a través de las cuales los procesadores modernos se comunican con dispositivos externos. Pero ya hablaremos de esto en otro momento, hoy PCI Express 4.0 está en la agenda.
¿Qué tiene de bueno PCI Express 4.0?
La especificación PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) estandariza cómo las tarjetas de expansión, como aceleradores de gráficos, controladores de audio, adaptadores de red y, finalmente, SSD NVMe se comunican con los componentes subyacentes que conforman la plataforma de PC. Cuanto mayor sea la versión de la especificación PCIe, mayor será el rendimiento que proporciona. Además, cuando se habla de ranuras PCIe, además de la versión de especificación, también se habla del número de carriles, que se designa como x1, x2, x4, x8 o x16. Un mayor número de líneas también proporciona un rendimiento mucho mayor debido a la expansión del bus y representa otra forma amplia de mejorar las características de velocidad de la interfaz. Pero si hablamos de SSD NVMe, entonces este enfoque es difícil de aplicar en ellos. Disponibles en el factor de forma compacto M.2, las SSD para PC pueden usar dos o un máximo de cuatro carriles, mientras que la compatibilidad con hasta 16 carriles está limitada a tarjetas PCIe de tamaño completo. Es por ello que la introducción de nuevas versiones del estándar PCIe se considera un acontecimiento clave para el mercado de SSD de alto rendimiento.
Todas las versiones de la especificación PCIe son compatibles con versiones anteriores. Las unidades orientadas a PCIe 4.0 también pueden funcionar en plataformas que solo admiten PCIe 3.0, y las placas base con ranuras PCIe 4.0 pueden instalar fácilmente componentes que funcionan de acuerdo con el estándar PCIe 3.0. Sin embargo, en ambos casos, el sistema funcionará a velocidades PCIe 3.0, una versión junior del estándar compatible con ambos lados.
La principal innovación que incluye PCIe 4.0 es el doble de ancho de banda de una sola línea. Hay diferentes opciones para las estimaciones numéricas de los cambios ocurridos, pero si hablamos de valores teóricos y pico, la especificación PCIe 4.0 asume una velocidad de transferencia máxima de 1,97 GB/s en una línea en cada dirección, mientras que en PCIe 3.0 la La velocidad máxima se limitó a 0,98 GB/s. En algunas fuentes puedes encontrar cifras el doble, pero esto se debe a que indican la velocidad total de transferencia de datos en ambas direcciones.
Como dijimos anteriormente, tal aumento en la velocidad de la interfaz en la práctica no es muy útil (o más bien, casi completamente inútil) para las tarjetas gráficas. Al mismo tiempo, las unidades NVMe que funcionan a través de cuatro carriles PCIe pueden bombear hasta 7,88 GB/s (idealmente) a través de un bus de cuatro carriles, lo que abre un amplio margen para mejoras de rendimiento.
Además de aumentar el ancho de banda, el estándar PCIe 4.0 también introduce otras innovaciones. Por ejemplo, contiene nuevas funciones para reducir el consumo de energía, así como funciones más amplias para la virtualización de dispositivos. Pero la dirección principal en la que se movían los desarrolladores seguía siendo el aumento de la velocidad, y casi todo se hizo principalmente por el simple hecho de hacerlo. Por ejemplo, una serie de mejoras en la nueva versión de la interfaz tienen como objetivo mejorar la integridad de las señales y la confiabilidad de su transmisión. En otras palabras, para la mayoría de los consumidores, PCIe 4.0 significa mayor ancho de banda y nada más.
¿Qué pasa con las plataformas que admiten PCI Express 4.0?
Desafortunadamente, a pesar de que la especificación PCI Express 4.0 fue aprobada en 2017, todavía no hay muchas plataformas reales en el mercado que la admitan. Esto significa que si desea utilizar una unidad de estado sólido de alto rendimiento de nueva generación, tendrá que preocuparse no sólo por encontrar dicha unidad, sino también por seleccionar una plataforma que pueda liberar plenamente su potencial.
El hecho es que la nueva interfaz PCIe 4.0 hasta ahora sólo ha sido soportada por AMD, y aun así sólo en fragmentos. Se implementa en algunos de sus procesadores basados en la arquitectura Zen 2, y más concretamente, en la serie Ryzen 3000 de escritorio y en la serie Threadripper 3000 de alto rendimiento, pero, por ejemplo, no en la serie Ryzen 4000 móvil. Si la compatibilidad con PCIe 4.0 está disponible en cualquier placa base Socket sTR4 para el Threadripper de tercera generación, los procesadores Ryzen 3000 podrán interactuar con los periféricos PCIe 4.0 en modo de velocidad máxima solo en las placas base integradas en el chipset X570, donde están diseñadas las líneas de señal. teniendo en cuenta los mayores requisitos de blindaje y minimización del ruido eléctrico.
La buena noticia aquí es que los posibles propietarios de Ryzen 3000 pronto podrán conseguir otra clase de placas base más asequibles con soporte para tarjetas y unidades gráficas PCIe 4.0. Se construirán sobre el nuevo chipset B550, que debería lanzarse en los próximos meses.
En cuanto a las plataformas Intel, todavía no son compatibles con PCIe 4.0. Además, los procesadores de escritorio Comet Lake-S que saldrán en un futuro próximo, que traerán consigo tanto el nuevo zócalo de procesador LGA 1200 como los nuevos conjuntos lógicos del sistema de la serie 4.0, tampoco recibirán PCIe 4.0. Si hablamos de sistemas de escritorio Intel masivos, la compatibilidad con esta interfaz puede aparecer solo con el lanzamiento de los procesadores Rocket Lake, pero esto sucederá a principios del próximo año. Pero esta interfaz puede llegar antes a los sistemas móviles: está previsto que los procesadores Tiger Lake admitan PCIe 4.0, cuyo anuncio formal podría tener lugar este verano. Además, no se puede descartar que los ordenadores de sobremesa HEDT de alto rendimiento cambien a PCIe XNUMX también este año: esto será posible si Intel decide ofrecer Ice Lake-X en este segmento, análogos del servidor Ice Lake-SP.
Como resultado, a pesar de que PCIe 4.0 se generalizará a medio plazo, ahora mismo los defensores de los SSD NVMe rápidos tienen pocas opciones a la hora de elegir una plataforma. El más obvio de ellos es un sistema Socket AM4 basado en un procesador Ryzen 3000 y una placa base basada en el chipset X570.
¿Cómo van las cosas con las unidades que ejecutan PCI Express 4.0?
Si observa la gama de SSD NVMe con soporte PCIe 4.0 que se presentan en los estantes de las tiendas, puede tener la sensación de que el mercado está abarrotado de varias opciones para soluciones de alta velocidad de nueva generación. Sin embargo, en realidad esta impresión es engañosa. A pesar de que la especificación PCIe 4.0 existe desde hace varios años, los desarrolladores de plataformas de hardware aún no han logrado llevar un número suficiente de alternativas a la etapa de producción en masa.
El único controlador que los fabricantes de SSD pueden utilizar ahora para sus productos es el Phison PS5016-E16. Además, en realidad, este controlador no puede considerarse un desarrollo completo de una nueva generación. Se trata más bien de una solución de transición basada en otro chip PS5012-E12 anterior, en el que simplemente se reemplazó el bloque funcional responsable del bus externo.
Para el usuario final esto significa dos cosas. En primer lugar, todas las unidades NVMe del mercado con soporte PCIe 4.0 no se diferencian demasiado entre sí, al menos en cuanto a rendimiento. Y si ve que de repente se declaran velocidades nominales más altas para un determinado producto, lo más probable es que se deba a la astucia de los especialistas en marketing y no a ventajas reales, porque, en última instancia, ambos productos utilizan el mismo controlador. En segundo lugar, las unidades PCIe 4.0 actuales aún no pueden presumir de utilizar todo el ancho de banda del nuevo bus: las velocidades máximas prometidas por el chip Phison PS5016-E16 están en el nivel de 5 GB/s con lectura lineal y 4,4 GB/s con registros.
De lo anterior se desprende un corolario importante: en el futuro, los SSD NVMe podrán dar otro salto en rendimiento incluso sin pasar a la siguiente versión de la especificación PCI Express. Solo hay que esperar a que aparezcan controladores más nuevos con un núcleo rediseñado y adaptado a las capacidades de PCIe 4.0. Y estas soluciones ya se están desarrollando. Al menos se espera la aparición de un producto similar de Samsung, además, equipos de ingeniería independientes también están trabajando en controladores más avanzados: Phison (PS5018-E18), Silicon Motion (SM2267), Marvell (88SS1321) e incluso el no muy bueno. -empresa conocida Innogrit (IG5236).
El único problema es que es posible que todo este esplendor no aparezca muy pronto. El desarrollo del controlador es un proceso largo y, a menudo, se producen retrasos graves en las etapas finales: durante la preparación del firmware o durante la validación. Además, toda la industria se ha visto muy afectada por la pandemia de coronavirus, por lo que los lanzamientos de nuevos productos se han pospuesto para una fecha posterior.
En otras palabras, puede esperar mucho tiempo para obtener algo mejor, pero si ahora necesita un mayor rendimiento del subsistema de disco, entonces tiene sentido seguir con lo que ya está disponible: unidades en el controlador Phison PS5016-E16. Aunque no eligen todo el ancho de banda de cuatro carriles PCIe 4.0, pueden presumir de un rendimiento bastante bueno para operaciones de bloques pequeños, que, según los desarrolladores, alcanza los 750 mil IOPS. Esto está garantizado tanto por el diseño del controlador, que se basa en un procesador ARM Cortex R32 de 5 bits de doble núcleo, como por un conjunto de trucos patentados: almacenamiento en caché SLC dinámico y tecnología CoXProcessor 2.0: aceleración de hardware de cadenas de operación típicas.
¿Por qué Seagate FireCuda 520?
Se dijo anteriormente que todas las unidades NVMe de consumo existentes con soporte PCIe 4.0 se basan en la misma base: el controlador Phison PS5016-E16. Sin embargo, esto no significa que comprar el primer SSD PCIe 4.0 que encuentres en una tienda sea una buena idea. Aquí recomendaríamos prestar atención al Seagate FireCuda 520, pero no en absoluto porque estás leyendo este artículo en el blog corporativo de Seagate.
El diablo está en los detalles y, si empiezas a comprender, el Seagate FireCuda 520 puede resultar más atractivo que muchas alternativas basadas en el mismo chip Phison PS5016-E16. Hay varias razones para esto, pero todas se reducen a una: la memoria flash instalada en el FireCuda 520.
Formalmente, todas las unidades con el controlador Phison PS5016-E16 utilizan la misma memoria flash: BiCS96 de 4 capas (TLC 3D NAND) fabricada por Kioxia (anteriormente Toshiba Memory). Sin embargo, la memoria real puede variar. Dependiendo de las prioridades que haya elegido un fabricante en particular, la memoria puede tener gradaciones de calidad completamente diferentes. Por ejemplo, en los productos de empresas de tercer nivel, a menudo se encuentra memoria flash para fines "medios", que, en general, está destinada a unidades flash y tarjetas de memoria, pero no a SSD.
Con las unidades Seagate esto es completamente imposible. La empresa no compra memorias flash en el mercado abierto, pero tiene un acuerdo directo a largo plazo con Kioxia, que se firmó en un momento en que Toshiba se deshacía de la producción de memorias. Gracias a ello conseguimos chips NAND, como dicen, de primera mano y tenemos acceso a silicio de la mejor calidad.
Esto se refleja inevitablemente en los parámetros de fiabilidad. Los representantes de la serie Seagate FireCuda 520 están equipados con una garantía de cinco años y el recurso instalado le permite reescribir la capacidad total de la unidad 1800 veces, es decir, en promedio una vez al día. Se trata de indicadores de resistencia muy altos, según los cuales la oferta de Seagate, por ejemplo, es tres veces superior al más popular Samsung 970 EVO Plus.
Y luego llega el momento de mostrar cómo se ve el Seagate FireCuda 520 desde el exterior. Esta es una placa M.2 del factor de forma tradicional 2280 con chips ubicados en ambos lados.
Aquí no se incluyen medidas de refrigeración especiales que a otros fabricantes les gusta incluir en sus unidades, ya que casi el cien por cien de las placas base compatibles con PCIe 4.0 tienen su propio sistema de refrigeración para ranuras M.2.
De lo contrario, la unidad es similar a otros productos basados en el controlador Phison PS5016-E16, pero con una diferencia notable: el chip del controlador lleva la marca Seagate. Esto se debe al hecho de que los controladores para FireCuda 520 tampoco se compraron en el mercado abierto, sino que se fabricaron bajo pedido especial. Sin embargo, esto no significa mucho para el usuario final, pero lo realmente importante es el uso de firmware modificado, que contiene ciertas optimizaciones que distinguen la unidad Seagate de otros SSD con hardware similar.
Está claro que es poco probable que el microprograma cambie significativamente las características de velocidad del controlador, sin embargo, algo permite. Por ejemplo, FireCuda 520 cuenta con la implementación de caché SLC dinámico, mientras que las unidades basadas en controladores Phison lanzados anteriormente usaban un caché SLC estático de un tamaño bastante limitado. El nuevo enfoque le permite registrar cantidades mucho mayores de información en la FireCuda 520 a alta velocidad.
Funciona de manera muy simple: cualquier dato que ingresa a la unidad se escribe en la memoria flash TLC en un modo SLC de un bit muy rápido. Las celdas utilizadas de esta manera se transfieren al estado TLC más tarde, cuando el usuario ya no accede a la unidad, o según sea necesario, si el conjunto de celdas limpias se agota durante el proceso de escritura. En otras palabras, un tercio del espacio libre del FireCuda 520 se puede llenar continuamente a máxima velocidad, pero luego el rendimiento disminuirá. Pero si espera un poco, un tercio del espacio libre restante podrá volver a utilizarse en el modo de alta velocidad.
Así es, por ejemplo, cómo se ve el gráfico de grabación lineal en blanco en una FireCuda 520 con una capacidad de 2 TB.
Para los primeros 667 GB, la grabación se realiza a una velocidad de 4,1 GB/s, luego la velocidad disminuye radicalmente a 0,53 GB/s, pero debe comprender que con el uso normal del disco no encontrará tal comportamiento; esto requiere un registro largo y continuo de enormes cantidades de información.
Además del firmware, la FireCuda 520 también resulta interesante por el software incluido. La utilidad patentada SeaTools SSD es mucho más conveniente para monitorear el estado de un SSD que los programas de terceros. Además, permite actualizar el firmware, probar el rendimiento y realizar algunas operaciones adicionales como diagnóstico avanzado o borrado seguro.
También vale la pena mencionar que los propietarios de FireCuda 520 pueden descargar el programa DiscWizard desde el sitio web de Seagate para una migración sin problemas desde unidades de disco anteriores, transfiriendo todos los datos y el sistema operativo.
¿Y es realmente rápido?
Queda por respaldar todo lo dicho sobre las ventajas de la interfaz PCI Express 4.0 y la unidad con su soporte con algunos resultados prácticos. Y esto no es particularmente difícil, porque el FireCuda 520 realmente tiene un rendimiento notablemente mayor, que no está disponible para las unidades de la generación anterior. A pesar de que existen quejas bien fundadas sobre el controlador Phison PS5016-E16 debido a que todavía no utiliza todo el ancho de banda de PCIe 4.0, la velocidad del Seagate FireCuda 520 es obviamente mayor que la de las unidades para PCIe 3.0.
La siguiente tabla compara las características de Seagate FireCuda 520 con las características de FireCuda 510, el modelo SSD NVMe insignia anterior de Seagate, que está diseñado para la interfaz PCIe 3.0 x4. Por ejemplo, la comparación se limita a las opciones SSD más espaciosas y rápidas con una capacidad de 2 TB, pero si comparamos modificaciones de otras capacidades, la imagen será aproximadamente la misma.
Sin embargo, las características del pasaporte son una cosa y la vida real es otra. Por lo tanto, simplemente tomamos estas dos unidades (FireCuda 520 2 TB y FireCuda 510 2 TB) y las comparamos en las pruebas.
FireCuda 520 2 TB
FireCuda 510 2 TB
Los resultados de CrystalDiskMark requieren algunos comentarios. El nuevo SSD PCIe 4.0 resultó ser notablemente más rápido que su predecesor en términos de velocidades lineales: la ventaja alcanza casi una vez y media el tamaño y se puede ver tanto en colas de solicitud profundas como mínimas. El FireCuda 520 es superior a la versión anterior del Seagate NVMe SSD en operaciones de bloques pequeños, aunque aquí no se observa el mismo avance impresionante: todo se reduce al hecho de que la lógica del controlador sigue siendo la misma. Como tal, la FireCuda 520 brillará principalmente bajo cargas de trabajo secuenciales. En cuanto a las operaciones con bloques pequeños arbitrarios, la interfaz PCI Express 4.0, por supuesto, no puede hacer algo similar a Optane desde una unidad de memoria flash.
Pero no se puede negar el hecho de que las operaciones lineales de alta velocidad son una ventaja muy poderosa del FireCuda 520. Esto se puede ver con más detalle en los resultados de ATTO Disk Benchmark: tan pronto como los bloques utilizados para intercambiar datos adquieren un volumen de 128 KB o más, resulta imposible seguir el ritmo del FireCuda 520, incluso en teoría (incluso Optane no es capaz de esto), ya que las velocidades de intercambio de datos superan el límite establecido por el ancho de banda de la interfaz PCIe 3.0 x4.
FireCuda 520 2 TB
FireCuda 510 2 TB
En las pruebas sintéticas todo resulta más que convincente, pero ¿qué pasa en la vida real? PCMark 10 puede responder a esta pregunta: contiene escenarios que reproducen la carga típica en las unidades durante el trabajo diario del usuario.
Y en este caso, la FireCuda 520 es hasta un 30% más rápida que su predecesora. Además, esta ventaja se expresa no solo en un aumento en la velocidad de operación del disco, sino también en una disminución notable en el tiempo de respuesta del subsistema del disco. Este patrón se puede ver cuando se utiliza un SSD como unidad única y universal (consulte Prueba comparativa de unidad completa del sistema). Y en el caso de que el SSD desempeñe el papel exclusivamente de una unidad del sistema en la que están instalados el sistema operativo y el software (consulte Quick System Drive Benchmark). E incluso cuando el SSD se utiliza como "volcado de archivos" (consulte Data Drive Benchmark), aunque, francamente, esto sucede muy raramente.
Los beneficios de velocidad de FireCuda 520 son fáciles de ver al copiar archivos normalmente. El siguiente diagrama muestra los resultados de la prueba DiskBench al copiar un directorio de trabajo con diferentes archivos con un volumen total de aproximadamente 20 GB dentro de la unidad. Por supuesto, aquí no se observa un aumento como en las pruebas sintéticas, pero la transición a PCIe 25 proporciona un 30-4.0% adicional en rendimiento sin lugar a dudas.
Para variar, también puede ver qué tan rápido le permite cargar aplicaciones de juegos una unidad PCIe 4.0. Como ejemplo, a continuación se muestra el tiempo de carga del nivel en Final Fantasy XIV StormBlood (la elección de este juego en particular se debe a las convenientes herramientas de monitoreo integradas). Aquí, la ganancia que proporciona el FireCuda 520 sobre el FireCuda 510 es de poco más de un segundo, lo cual no es tan significativo, pero sí notable.
Pero bajo las cargas típicas de las estaciones de trabajo, PCI Express 4.0 es, como dicen, imprescindible. El caso es que los ordenadores destinados a la creación de contenidos profesionales están equipados con procesadores multinúcleo muy potentes y una memoria rápida. Y en este caso, pueden surgir fácilmente cuellos de botella en el sistema en el subsistema de disco. Por ejemplo, si bien antes muchos profesionales del vídeo preferían crear matrices RAID a partir de unidades SSD, ahora pueden satisfacer sus necesidades con la FireCuda 520, que maneja datos a velocidades superiores a 4 GB/s por sí solo.
Todos estos argumentos pueden respaldarse fácilmente con los resultados de la prueba SPECworkstation 3, que muestra muy claramente la importancia de una unidad con una interfaz moderna: la FireCuda 520 hace frente a escenarios de carga de disco profesionales pesados en promedio un 22% más rápido en comparación con la FireCuda 510 .
Pero se debe prestar especial atención a los indicadores de Operación general (la velocidad habitual de trabajar con archivos al archivar y copiar, así como al desarrollar software) y Desarrollo de productos (muestra la velocidad de trabajo en sistemas CAD/CAD y al resolver fluidos computacionales). problemas de dinámica). Aquí se revela de forma especialmente convincente el potencial inherente al FireCuda 520.
Resumen
Los ejemplos dados son suficientes para no dejar dudas de que las unidades PCIe 4.0 realmente le permiten obtener un mayor rendimiento y una mejor capacidad de respuesta al resolver tareas que consumen muchos recursos. Por lo tanto, al construir un sistema de alto rendimiento con procesadores AMD Ryzen 3000 o Threadripper 3000 de múltiples núcleos, claramente no debe descuidar el uso de los SSD NVMe más modernos. El Seagate FireCuda 520 puede ser una opción adecuada en este caso: definitivamente no hay nada más rápido en las tiendas en este momento.
Naturalmente, una unidad PCIe 4.0 costará un poco más que la misma FireCuda 510, pero las razones son bien conocidas. Y lo más importante es que el precio del FireCuda 520 es bastante de mercado, porque este SSD cuesta casi lo mismo que las unidades PCIe 4.0 alternativas de fabricantes de tercer nivel.
Algunas palabras sobre la plataforma de prueba: Las pruebas de rendimiento se realizaron en un sistema basado en Ryzen 9 3900X basado en una placa base ASRock X570 Creator y equipado con 16 GB DDR4-3200 SDRAM (16-16-16-32). Sistema operativo Windows 10 Professional 1909 con controlador NVMe estándar Controlador NVM Express estándar 10.0.18362.1.
Fuente: habr.com