Oggi vogliamo parlare di uno dei nostri nuovi prodotti: l'unità SSD Seagate FireCuda 520. Ma non affrettarti a scorrere ulteriormente il feed con il pensiero "beh, un'altra recensione elogiativa del gadget del marchio" - abbiamo provato a rendere il materiale utile e interessante. Nel taglio ci concentreremo innanzitutto non sul dispositivo in sé, ma sull'interfaccia PCIe 4.0 che utilizza. E ti diremo cosa aspettarti da esso, perché è utile e a chi potrebbe essere potenzialmente utile.
Siamo onesti: PCI Express 4.0 non è così nuovo. I primi dispositivi con il relativo supporto sono apparsi sul mercato consumer la scorsa estate. Per questo dobbiamo ringraziare AMD: è stata l'azienda a creare le prime piattaforme in grado di accettare dispositivi con PCI Express 4.0, e ha anche realizzato tali dispositivi essa stessa: si tratta di schede grafiche basate su GPU con architettura RDNA.
L'aumento della larghezza di banda suscita sempre grandi speranze, ma a quanto pare le schede video non ottengono quasi alcun vantaggio dal passaggio a un'interfaccia più veloce. Almeno quando si tratta di carichi di gioco. Come hanno dimostrato numerosi test indipendenti, anche le schede più veloci che supportano PCI Express 4.0, in primis la Radeon RX 5700 XT, si comportano allo stesso modo sia quando si utilizza la nuova e veloce interfaccia sia quando sono collegate al classico bus PCI Express 3.0.
Ma con le unità a stato solido la questione è completamente diversa. La velocità operativa degli SSD NVMe ad alte prestazioni che funzionano tramite PCI Express 3.0 (ad esempio, Seagate FireCuda 510) con carichi lineari è chiaramente limitata dalla larghezza di banda dell'interfaccia. Pertanto, l'espansione dei limiti di larghezza di banda avrà sicuramente un impatto positivo sulle capacità dei sottosistemi disco di nuova generazione.
Un buon esempio del fatto che la larghezza di banda non è mai abbastanza è il fatto che mentre stiamo parlando dei primi dispositivi che supportano PCI Express 4.0, il PCI Special Interest Group (PCI-SIG) ha già approvato la specifica PCI Express 5.0, che prende rappresenta un ulteriore passo avanti verso l'aumento della velocità delle interfacce attraverso le quali i moderni processori comunicano con i dispositivi esterni. Ma a proposito di questo in un altro momento, oggi PCI Express 4.0 è all'ordine del giorno.
Cosa c'è di buono in PCI Express 4.0?
La specifica PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) standardizza il modo in cui le schede di espansione come acceleratori grafici, controller audio, adattatori di rete e infine SSD NVMe comunicano con i componenti sottostanti che compongono la piattaforma PC. Maggiore è la versione delle specifiche PCIe, maggiore sarà il throughput fornito. Inoltre, quando si parla di slot PCIe, oltre alla versione delle specifiche, si parla anche del numero di corsie, indicato come x1, x2, x4, x8 o x16. Un numero maggiore di linee fornisce anche un throughput più elevato grazie all'espansione del bus e rappresenta un altro modo ampio per migliorare le caratteristiche di velocità dell'interfaccia. Ma se parliamo di SSD NVMe, questo approccio è difficile da applicare in essi. Disponibili nel formato compatto M.2, gli SSD per PC possono utilizzare due o un massimo di quattro corsie, mentre il supporto fino a 16 corsie è limitato alle schede PCIe full-size. È per questo motivo che l'introduzione di nuove versioni dello standard PCIe è considerata un evento chiave per il mercato degli SSD ad alte prestazioni.
Tutte le versioni delle specifiche PCIe sono compatibili con le versioni precedenti. Le unità orientate PCIe 4.0 possono funzionare anche su piattaforme che supportano solo PCIe 3.0 e le schede madri con slot PCIe 4.0 possono installare facilmente componenti che funzionano in conformità con lo standard PCIe 3.0. Tuttavia, in entrambi i casi, il sistema funzionerà a velocità PCIe 3.0, una versione junior dello standard supportata su entrambi i lati.
La principale innovazione inclusa in PCIe 4.0 è la larghezza di banda raddoppiata di una singola linea. Esistono diverse opzioni per le stime numeriche dei cambiamenti avvenuti, ma se parliamo di valori teorici e di picco, la specifica PCIe 4.0 presuppone una velocità di trasferimento massima di 1,97 GB/s su una linea in ciascuna direzione, mentre in PCIe 3.0 il la velocità massima era limitata a 0,98 GB/s. In alcune fonti potresti trovare cifre doppie, ma ciò è dovuto al fatto che indicano la velocità totale di trasferimento dei dati in entrambe le direzioni.
Come abbiamo detto sopra, un simile aumento della velocità dell'interfaccia in pratica non è molto utile (o meglio, quasi del tutto inutile) per le schede grafiche. Allo stesso tempo, le unità NVMe che operano tramite quattro corsie PCIe sono in grado di pompare fino a 7,88 GB/s (idealmente) su un bus a quattro corsie, il che apre ampie possibilità di miglioramento delle prestazioni.
Oltre ad aumentare la larghezza di banda, lo standard PCIe 4.0 introduce anche altre innovazioni. Contiene ad esempio nuove funzionalità per ridurre il consumo energetico, nonché funzioni più estese per la virtualizzazione dei dispositivi. Ma la direzione principale in cui si stavano muovendo gli sviluppatori era ancora l'aumento della velocità, e quasi tutto veniva fatto principalmente per il gusto di farlo. Ad esempio, una serie di miglioramenti nella nuova versione dell'interfaccia mirano a migliorare l'integrità dei segnali e l'affidabilità della loro trasmissione. In altre parole, per la maggior parte dei consumatori, PCIe 4.0 significa larghezza di banda maggiore e niente di più.
E le piattaforme che supportano PCI Express 4.0?
Sfortunatamente, nonostante la specifica PCI Express 4.0 sia stata approvata nel 2017, non sono ancora molte le piattaforme reali sul mercato che la supportano. Ciò significa che se desiderate utilizzare un'unità a stato solido ad alte prestazioni della nuova generazione, dovrete preoccuparvi non solo di trovare un'unità del genere, ma anche di selezionare una piattaforma in grado di liberare appieno il suo potenziale.
Il fatto è che la nuova interfaccia PCIe 4.0 è stata finora supportata solo da AMD, e anche in questo caso solo in modo frammentario. È implementato in alcuni dei processori basati sull'architettura Zen 2 e, più specificamente, nella serie desktop Ryzen 3000 e nella serie Threadripper 3000 ad alte prestazioni, ma, ad esempio, non nella serie mobile Ryzen 4000. Inoltre, se il supporto PCIe 4.0 è disponibile in qualsiasi scheda madre Socket sTR4 per il Threadripper di terza generazione, i processori Ryzen 3000 saranno in grado di interagire con le periferiche PCIe 4.0 in modalità a piena velocità solo nelle schede madri costruite sul chipset X570, dove le linee di segnale sono progettate tenendo conto dei maggiori requisiti di schermatura e riduzione al minimo del rumore elettrico.
La buona notizia è che i potenziali possessori di Ryzen 3000 saranno presto in grado di mettere le mani su un'altra classe di schede madri più convenienti con supporto per schede grafiche e unità PCIe 4.0. Saranno basati sul nuovo chipset B550, che dovrebbe essere rilasciato entro i prossimi due mesi.
Per quanto riguarda le piattaforme Intel, non supportano ancora affatto PCIe 4.0. Inoltre, anche i processori desktop Comet Lake-S in uscita nel prossimo futuro, che porteranno con sé sia il nuovo socket del processore LGA 1200 che i nuovi set logici di sistema della serie 4.0, non riceveranno PCIe 4.0. Se parliamo di sistemi desktop Intel di massa, il supporto per questa interfaccia potrebbe apparire solo con il rilascio dei processori Rocket Lake, ma ciò avverrà intorno all'inizio del prossimo anno. Ma questa interfaccia potrebbe arrivare prima sui sistemi mobili: nei piani, è dichiarato il supporto per PCIe 4.0 per i processori Tiger Lake, il cui annuncio formale potrebbe avvenire quest'estate. Inoltre, non si può escludere che anche quest'anno i desktop HEDT ad alte prestazioni passeranno a PCIe XNUMX: ciò sarà possibile se Intel deciderà di offrire Ice Lake-X in questo segmento, analoghi del server Ice Lake-SP.
Di conseguenza, nonostante il PCIe 4.0 si diffonderà a medio termine, al momento i sostenitori dei veloci SSD NVMe hanno poche opzioni nella scelta della piattaforma. Il più evidente di questi è un sistema Socket AM4 basato su un processore Ryzen 3000 e una scheda madre basata sul chipset X570.
Come vanno le cose con le unità che eseguono PCI Express 4.0?
Se guardi la gamma di SSD NVMe con supporto PCIe 4.0 presentata sugli scaffali dei negozi, potresti avere la sensazione che il mercato sia sovraffollato di varie opzioni per soluzioni ad alta velocità di nuova generazione. Tuttavia, in realtà questa impressione è ingannevole. Nonostante la specifica PCIe 4.0 esista da diversi anni, gli sviluppatori di piattaforme hardware non sono ancora riusciti a portare un numero sufficiente di alternative nella fase di produzione di massa.
L'unico controller che i produttori di SSD possono ora utilizzare per i loro prodotti è il Phison PS5016-E16. Inoltre, in realtà, questo controller non può essere definito uno sviluppo a tutti gli effetti di una nuova generazione. Si tratta piuttosto di una soluzione transitoria basata su un altro chip PS5012-E12 precedente, in cui è stato semplicemente sostituito il blocco funzionale responsabile del bus esterno.
Per l'utente finale questo significa due cose. Innanzitutto, tutte le unità NVMe sul mercato con supporto PCIe 4.0 non differiscono molto l'una dall'altra, almeno per quanto riguarda le prestazioni. E se vedi che velocità nominali più elevate vengono improvvisamente dichiarate per un determinato prodotto, ciò è molto probabilmente dovuto all'astuzia degli esperti di marketing e non a vantaggi reali, perché alla fine entrambi i prodotti utilizzano lo stesso controller. In secondo luogo, le unità PCIe 4.0 di oggi non possono ancora vantarsi di utilizzare l'intera larghezza di banda del nuovo bus: le velocità massime promesse dal chip Phison PS5016-E16 sono al livello di 5 GB/s con lettura lineare e 4,4 GB/s con record.
Da quanto sopra segue un importante corollario: in futuro gli SSD NVMe potranno fare un ulteriore salto di prestazioni anche senza passare alla versione successiva della specifica PCI Express. Devi solo aspettare la comparsa di controller più recenti con un core riprogettato adattato alle capacità di PCIe 4.0. E tali soluzioni sono già in fase di sviluppo. L'aspetto di un prodotto simile è almeno previsto da Samsung, inoltre, team di ingegneri indipendenti stanno lavorando anche su controller più avanzati: Phison (PS5018-E18), Silicon Motion (SM2267), Marvell (88SS1321) e anche il non molto buono -nota azienda Innogrit (IG5236).
L'unico problema è che tutto questo splendore potrebbe non apparire molto presto. Lo sviluppo del controller è un processo lungo e spesso si verificano gravi ritardi nelle fasi finali, durante la preparazione del firmware o durante la convalida. Inoltre, l’intero settore è stato fortemente colpito dalla pandemia di coronavirus, motivo per cui il rilascio di nuovi prodotti è stato posticipato a una data successiva.
In altre parole, puoi aspettare a lungo per qualcosa di meglio, ma se ora sono necessarie prestazioni più elevate del sottosistema del disco, allora ha senso attenersi a ciò che è già disponibile: le unità sul controller Phison PS5016-E16. Sebbene non scelgano l'intera larghezza di banda di quattro corsie PCIe 4.0, possono vantare prestazioni abbastanza buone per operazioni a blocchi piccoli, che, secondo gli sviluppatori, raggiungono i 750mila IOPS. Ciò è garantito sia dal design del controller, che si basa su un processore dual-core ARM Cortex R32 a 5 bit, sia da una serie di trucchi proprietari: caching SLC dinamico e tecnologia CoXProcessor 2.0 – accelerazione hardware delle tipiche catene operative.
Perché Seagate FireCuda 520?
Sopra è stato detto che tutte le unità NVMe consumer esistenti con supporto PCIe 4.0 sono costruite sulla stessa base: il controller Phison PS5016-E16. Tuttavia, questo non significa che acquistare il primo SSD PCIe 4.0 che trovi in un negozio sarà una buona idea. Qui consigliamo di prestare attenzione al Seagate FireCuda 520, ma non del tutto perché state leggendo questo articolo sul blog aziendale di Seagate.
Il diavolo sta nei dettagli e, se inizi a capire, Seagate FireCuda 520 potrebbe rivelarsi più attraente di molte alternative basate sullo stesso chip Phison PS5016-E16. Ci sono diverse ragioni per questo, ma tutte si riducono a una cosa: la memoria flash installata nel FireCuda 520.
Formalmente, tutti i drive con il controller Phison PS5016-E16 utilizzano la stessa memoria flash: BiCS96 a 4 layer (TLC 3D NAND) prodotta da Kioxia (precedentemente Toshiba Memory). Tuttavia, la memoria effettiva può variare. A seconda delle priorità che un determinato produttore ha scelto per sé, la memoria può rientrare in gradazioni di qualità completamente diverse. Ad esempio, nei prodotti di aziende di terzo livello si trova spesso memoria flash per scopi "mediatici", che, in generale, è destinata alle unità flash e alle schede di memoria, ma non agli SSD.
Con le unità Seagate questo è completamente impossibile. L'azienda non acquista memorie flash sul libero mercato, ma ha un accordo diretto a lungo termine con Kioxia, concluso nel momento in cui Toshiba stava dismettendo la produzione di memorie. Grazie a questo, otteniamo chip NAND, come si suol dire, di prima mano e abbiamo accesso al silicio della migliore qualità.
Ciò si riflette inevitabilmente sui parametri di affidabilità. I rappresentanti della serie Seagate FireCuda 520 sono dotati di una garanzia di cinque anni e la risorsa installata consente di riscrivere l'intera capacità dell'unità 1800 volte, ovvero in media una volta al giorno. Si tratta di indicatori di resistenza molto elevati, secondo i quali l'offerta Seagate, ad esempio, è tre volte superiore al più popolare Samsung 970 EVO Plus.
E poi è il momento di mostrare come appare Seagate FireCuda 520 dall'esterno. Si tratta di una scheda M.2 dal tradizionale fattore di forma 2280 con chip posizionati su entrambi i lati.
Non sono previste misure di raffreddamento speciali che altri produttori preferiscono aggiungere ai propri drive, dato che quasi il cento per cento delle schede madri con supporto PCIe 4.0 hanno i propri sistemi di raffreddamento per gli slot M.2.
Per il resto, il drive è simile ad altri prodotti basati sul controller Phison PS5016-E16, ma con una notevole differenza: il chip del controller porta il marchio Seagate. Ciò è dovuto al fatto che anche i controller per FireCuda 520 non sono stati acquistati sul mercato, ma realizzati su ordinazione speciale. Tuttavia, questo non significa tanto per l'utente finale, ma ciò che è veramente importante è l'uso di firmware modificato, che contiene alcune ottimizzazioni che distinguono l'unità Seagate da altri SSD con hardware simile.
È chiaro che è improbabile che il microprogramma modifichi in modo significativo le caratteristiche di velocità del controller, tuttavia consente qualcosa. Ad esempio, FireCuda 520 vanta l'implementazione della cache SLC dinamica, mentre le unità basate sui controller Phison rilasciati in precedenza utilizzavano una cache SLC statica di dimensioni piuttosto limitate. Il nuovo approccio consente di registrare quantità molto maggiori di informazioni su FireCuda 520 ad alta velocità.
Funziona in modo molto semplice: tutti i dati che entrano nell'unità vengono scritti nella memoria flash TLC in una modalità SLC a un bit molto veloce. Le celle utilizzate in questo modo vengono trasferite allo stato TLC in un secondo momento, quando l'utente non accede più all'unità, oppure secondo necessità, se il pool di celle pulite viene esaurito durante il processo di scrittura. In altre parole, un terzo dello spazio libero su FireCuda 520 può essere riempito continuamente alla massima velocità, ma poi le prestazioni diminuiranno. Ma se aspetti un po', un terzo dello spazio libero rimanente potrà essere nuovamente utilizzato in modalità ad alta velocità.
Ecco ad esempio come appare il grafico della registrazione lineare fino allo spazio vuoto su un FireCuda 520 con una capacità di 2 TB.
Per i primi 667 GB, la registrazione viene eseguita a una velocità di 4,1 GB/s, quindi la velocità diminuisce radicalmente a 0,53 GB/s, ma dovresti capire che con l'uso normale dell'unità non incontrerai tale comportamento - ciò richiede una registrazione lunga e continua di enormi quantità di informazioni.
Oltre al firmware, il FireCuda 520 è interessante anche per il software in bundle. L'utilità SSD proprietaria SeaTools è molto più comoda per monitorare lo stato di un SSD rispetto ai programmi di terze parti. Inoltre, consente di aggiornare il firmware, testare le prestazioni ed eseguire alcune operazioni aggiuntive come la diagnostica avanzata o la cancellazione sicura.
Vale anche la pena ricordare che i possessori di FireCuda 520 possono scaricare il programma DiscWizard dal sito Web Seagate per una migrazione fluida dalle unità disco precedenti, trasferendo tutti i dati e il sistema operativo.
Ed è davvero veloce?
Resta da sostenere tutto ciò che è stato detto sui vantaggi dell'interfaccia PCI Express 4.0 e del drive con il suo supporto con alcuni risultati pratici. E questo non è particolarmente difficile, perché FireCuda 520 ha davvero prestazioni notevolmente più elevate, che non erano disponibili per le unità della generazione precedente. Nonostante ci siano fondate lamentele sul controller Phison PS5016-E16 perché non utilizza ancora l'intera larghezza di banda PCIe 4.0, le prestazioni di velocità del Seagate FireCuda 520 sono ovviamente superiori a quelle dei drive per PCIe 3.0.
La tabella seguente confronta le caratteristiche di Seagate FireCuda 520 con le caratteristiche di FireCuda 510, il precedente modello SSD NVMe di punta di Seagate, progettato per l'interfaccia PCIe 3.0 x4. Ad esempio, il confronto è limitato alle opzioni SSD più spaziose e veloci con una capacità di 2 TB, ma se confrontiamo le modifiche di altre capacità, l'immagine sarà più o meno la stessa.
Tuttavia, le caratteristiche del passaporto sono una cosa, ma la vita reale è un'altra. Pertanto, abbiamo semplicemente preso queste due unità - FireCuda 520 2 TB e FireCuda 510 2 TB - e le abbiamo confrontate nei test.
FireCuda 520 2TB
FireCuda 510 2TB
I risultati di CrystalDiskMark richiedono alcuni commenti. Il nuovo SSD PCIe 4.0 si è rivelato notevolmente più veloce del suo predecessore in termini di velocità lineare: il vantaggio raggiunge quasi una volta e mezza la dimensione e può essere notato sia con code di richieste profonde che minime. Il FireCuda 520 è superiore alla versione precedente dell'SSD Seagate NVMe nelle operazioni a piccoli blocchi, anche se qui non si osserva lo stesso impressionante passo avanti: tutto si riduce al fatto che la logica del controller rimane la stessa. Pertanto, FireCuda 520 eccellerà soprattutto con carichi di lavoro sequenziali. Per quanto riguarda le operazioni con piccoli blocchi arbitrari, l'interfaccia PCI Express 4.0, naturalmente, non può fare qualcosa di simile a Optane da un'unità di memoria flash.
Ma non si può negare il fatto che le operazioni lineari ad alta velocità siano una risorsa molto potente di FireCuda 520. Ciò può essere visto più in dettaglio nei risultati dell'ATTO Disk Benchmark: non appena i blocchi utilizzati per lo scambio di dati acquisiscono un volume di 128 KB o più, diventa impossibile tenere il passo con il FireCuda 520 anche in teoria (anche Optane non è capace di questo), poiché le velocità di scambio dei dati vanno oltre il limite, impostato dalla larghezza di banda dell'interfaccia PCIe 3.0 x4.
FireCuda 520 2TB
FireCuda 510 2TB
Nei test sintetici tutto risulta più che convincente, ma nella vita reale? PCMark 10 può rispondere a questa domanda: contiene scenari che riproducono il carico tipico sulle unità durante il lavoro quotidiano dell'utente.
E in questo caso FireCuda 520 è fino al 30% più veloce rispetto al suo predecessore. Inoltre, questo vantaggio si esprime non solo in un aumento della velocità delle operazioni del disco, ma anche in una notevole diminuzione del tempo di risposta del sottosistema del disco. Questo modello può essere visto quando si utilizza un SSD come unica unità universale (vedere Benchmark completo dell'unità di sistema). E nel caso in cui l'SSD svolga esclusivamente il ruolo di un'unità di sistema su cui sono installati il sistema operativo e il software (vedere Benchmark rapido dell'unità di sistema). E anche quando l'SSD viene utilizzato come “file dump” (vedi Data Drive Benchmark), anche se questo, francamente, accade molto raramente.
I vantaggi in termini di velocità di FireCuda 520 sono facili da vedere quando si copiano i file normalmente. Il diagramma seguente mostra i risultati del test DiskBench durante la copia di una directory di lavoro con file diversi con un volume totale di circa 20 GB all'interno dell'unità. Naturalmente, qui non si osserva un aumento come nei test sintetici, ma il passaggio a PCIe 25 offre senza dubbio un ulteriore 30-4.0% di prestazioni.
Per varietà, puoi anche vedere quanto più velocemente un'unità PCIe 4.0 ti consente di caricare applicazioni di gioco. Ad esempio, di seguito è riportato il tempo di caricamento del livello in Final Fantasy XIV StormBlood (la scelta di questo particolare gioco è dovuta ai comodi strumenti di monitoraggio integrati in esso). In questo caso, il guadagno offerto dal FireCuda 520 rispetto al FireCuda 510 è di poco più di un secondo, il che non è così significativo, ma comunque evidente.
Ma sotto i carichi tipici delle workstation, PCI Express 4.0 è, come si suol dire, un must. Il fatto è che i computer destinati alla creazione di contenuti professionali sono dotati di processori multi-core molto potenti e memoria veloce. E in questo caso, possono facilmente verificarsi colli di bottiglia nel sistema nel sottosistema del disco. Ad esempio, mentre molti professionisti del video in precedenza preferivano costruire array RAID da unità SSD, ora possono soddisfare le loro esigenze con FireCuda 520, che gestisce da solo i dati a velocità superiori a 4 GB/s.
Tutti questi argomenti possono essere facilmente supportati dai risultati del test SPECworkstation 3, che mostra molto chiaramente l'importanza di un'unità con un'interfaccia moderna: il FireCuda 520 affronta scenari di carico pesante del disco professionale in media il 22% più velocemente rispetto al FireCuda 510 .
Ma un'attenzione particolare dovrebbe essere prestata agli indicatori di funzionamento generale (la normale velocità di lavoro con i file durante l'archiviazione e la copia, nonché durante lo sviluppo di software) e allo sviluppo del prodotto (mostra la velocità di lavoro nei sistemi CAD/CAD e durante la risoluzione dei fluidi computazionali problemi di dinamica). Qui il potenziale insito nel FireCuda 520 si rivela in modo particolarmente convincente.
Riassunto
Gli esempi forniti sono sufficienti per non lasciare dubbi sul fatto che le unità PCIe 4.0 consentono davvero di ottenere prestazioni più elevate e una migliore reattività quando si risolvono compiti ad alta intensità di risorse. Pertanto, quando si costruisce un sistema ad alte prestazioni su processori multi-core AMD Ryzen 3000 o Threadripper 3000, non si dovrebbe chiaramente trascurare l'uso dei più moderni SSD NVMe. Il Seagate FireCuda 520 potrebbe essere una scelta adatta in questo caso: sicuramente non c'è niente di più veloce nei negozi al momento.
Naturalmente, un'unità PCIe 4.0 costerà leggermente di più dello stesso FireCuda 510, ma le ragioni di ciò sono ben comprese. E la cosa più importante è che il prezzo del FireCuda 520 è abbastanza di mercato, perché questo SSD costa quasi lo stesso delle unità PCIe 4.0 alternative di produttori di terzo livello.
Qualche parola sulla piattaforma di test: I test delle prestazioni sono stati eseguiti su un sistema Ryzen 9 3900X basato su una scheda madre ASRock X570 Creator e dotato di SDRAM DDR16-4 da 3200 GB (16-16-16-32). Sistema operativo Windows 10 Professional 1909 con driver NVMe standard Controller NVM Express standard 10.0.18362.1.
Fonte: habr.com