I dag vil vi snakke om et av våre nye produkter - Seagate FireCuda 520 SSD-stasjonen. Men ikke skynd deg å bla deg videre gjennom feeden med tankene "vel, nok en rosende anmeldelse av en gadget fra merket" - vi prøvde å gjøre materialet nyttig og interessant. Under kuttet vil vi først og fremst fokusere ikke på selve enheten, men på PCIe 4.0-grensesnittet som den bruker. Og vi vil fortelle deg hva du kan forvente av det, hvorfor det er bra og hvem det potensielt kan være nyttig for.
La oss være ærlige: PCI Express 4.0 er ikke så nytt. De første enhetene med støtte dukket opp på forbrukermarkedet i fjor sommer. Takk for dette bør vi si til AMD: det var selskapet som skapte de første plattformene som er i stand til å akseptere enheter med PCI Express 4.0, og også laget slike enheter selv - dette er GPU-baserte grafikkort med RDNA-arkitektur.
Økende båndbredde gir alltid opphav til stort håp, men som det viser seg, får skjermkort nesten ingen fordel av å bytte til et raskere grensesnitt. I hvert fall når det kommer til spillmengder. Som en rekke uavhengige tester har vist, utfører selv de raskeste kortene som støtter PCI Express 4.0, først og fremst Radeon RX 5700 XT, det samme både når de bruker det nye og raske grensesnittet og når de er koblet til den klassiske PCI Express 3.0-bussen.
Men med solid-state-stasjoner er det en helt annen sak. Driftshastigheten til høyytelses NVMe SSD-er som opererer via PCI Express 3.0 (for eksempel Seagate FireCuda 510) under lineære belastninger er klart begrenset av grensesnittbåndbredden. Derfor vil utvidelse av båndbreddegrensene ganske enkelt ha en positiv innvirkning på mulighetene til nye generasjons diskundersystemer.
En god illustrasjon på at det aldri er nok båndbredde er det faktum at mens vi snakker om de første enhetene som støtter PCI Express 4.0, har PCI Special Interest Group (PCI-SIG) allerede godkjent PCI Express 5.0-spesifikasjonen, som tar det et skritt videre mot å øke hastigheten til grensesnitt som moderne prosessorer kommuniserer med eksterne enheter gjennom. Men om dette en annen gang, i dag er PCI Express 4.0 på agendaen.
Hva er bra med PCI Express 4.0?
PCIe-spesifikasjonen (Peripheral Component Interconnect Express) standardiserer hvordan utvidelseskort som grafikkakseleratorer, lydkontrollere, nettverkskort og til slutt NVMe SSD-er kommuniserer med de underliggende komponentene som utgjør PC-plattformen. Jo høyere versjon av PCIe-spesifikasjonen er, desto høyere gjennomstrømming gir den. I tillegg, når de snakker om PCIe-spor, i tillegg til spesifikasjonsversjonen, snakker de også om antall baner, som er utpekt som x1, x2, x4, x8 eller x16. Et større antall linjer gir også en flere ganger høyere gjennomstrømning på grunn av bussutvidelse og representerer en annen, omfattende måte å forbedre hastighetsegenskapene til grensesnittet. Men hvis vi snakker om NVMe SSD-er, er denne tilnærmingen vanskelig å bruke i dem. Tilgjengelig i den kompakte M.2-formfaktoren, kan PC SSD-er bruke to eller maksimalt fire baner, mens støtte for opptil 16 baner er begrenset til PCIe-kort i full størrelse. Det er av denne grunn at introduksjonen av nye versjoner av PCIe-standarden anses som en nøkkelhendelse for ytelses-SSD-markedet.
Alle versjoner av PCIe-spesifikasjonen er bakoverkompatible. PCIe 4.0-orienterte stasjoner kan også fungere på plattformer som kun støtter PCIe 3.0, og hovedkort med PCIe 4.0-spor kan enkelt installere komponenter som fungerer i samsvar med PCIe 3.0-standarden. Imidlertid vil systemet i begge tilfeller operere med PCIe 3.0-hastigheter, en juniorversjon av standarden som støttes på begge sider.
Hovedinnovasjonen inkludert i PCIe 4.0 er den doblede båndbredden til en enkelt linje. Det er forskjellige alternativer for numeriske estimater av endringene som har skjedd, men hvis vi snakker om teoretiske og toppverdier, antar PCIe 4.0-spesifikasjonen en maksimal overføringshastighet på 1,97 GB/s på en linje i hver retning, mens i PCIe 3.0 maksimal hastighet var begrenset til 0,98 GB/s. I noen kilder kan du finne dobbelt så høye tall, men dette skyldes at de angir den totale dataoverføringshastigheten i begge retninger.
Som vi sa ovenfor, er en slik økning i grensesnitthastighet i praksis ikke veldig nyttig (eller rettere sagt, nesten helt ubrukelig) for grafikkort. Samtidig kan NVMe-stasjoner som opererer via fire PCIe-baner pumpe opptil 7,88 GB/s (ideelt sett) over en firefelts buss, noe som åpner for store muligheter for ytelsesforbedringer.
I tillegg til å øke båndbredden, introduserer PCIe 4.0-standarden også andre innovasjoner. For eksempel inneholder den nye funksjoner for å redusere strømforbruket, samt mer omfattende funksjoner for enhetsvirtualisering. Men hovedretningen utviklerne beveget seg i var fortsatt en økning i hastigheter, og nesten alt ble gjort først og fremst for dets skyld. For eksempel er en rekke forbedringer i den nye versjonen av grensesnittet rettet mot å forbedre integriteten til signaler og påliteligheten til overføringen. Med andre ord, for de fleste forbrukere betyr PCIe 4.0 høyere båndbredde og ingenting mer.
Hva med plattformer som støtter PCI Express 4.0?
Dessverre, til tross for at selve PCI Express 4.0-spesifikasjonen ble godkjent tilbake i 2017, er det fortsatt ikke mange reelle plattformer på markedet som støtter den. Dette betyr at hvis du vil bruke en høyytelses solid-state-stasjon av den nye generasjonen, må du ikke bare bekymre deg for å finne en slik stasjon selv, men også for å velge en plattform som fullt ut kan utløse potensialet.
Faktum er at det nye PCIe 4.0-grensesnittet så langt kun har blitt støttet av AMD, og selv da kun i fragmenter. Den er implementert i noen av prosessorene bygget på Zen 2-arkitekturen, og mer spesifikt, i Ryzen 3000-serien på skrivebordet og i den høyytelses Threadripper 3000-serien, men for eksempel ikke i den mobile Ryzen 4000-serien. hvis PCIe 4.0-støtte er tilgjengelig i et hvilket som helst Socket sTR4-hovedkort for tredje generasjon Threadripper, vil Ryzen 3000-prosessorer kunne samhandle med PCIe 4.0 periferiutstyr i fullhastighetsmodus kun på hovedkort bygget på X570-brikkesettet, hvor signallinjene er designet. hensyntatt økte krav til skjerming og minimering av elektrisk støy.
Den gode nyheten her er at potensielle Ryzen 3000-eiere snart vil kunne få tak i en annen klasse med rimeligere hovedkort med støtte for PCIe 4.0-grafikkort og -stasjoner. De vil bygges på det nye B550-brikkesettet, som skal slippes i løpet av de neste par månedene.
Når det gjelder Intel-plattformer, støtter de ennå ikke PCIe 4.0 i det hele tatt. Dessuten vil Comet Lake-S-stasjonære prosessorer som kommer ut i nær fremtid, som vil bringe med seg både den nye LGA 1200-prosessorsokkelen og de nye 4.0-seriens systemlogikksett, heller ikke motta PCIe 4.0. Hvis vi snakker om massebaserte Intel-stasjonære systemer, kan støtte for dette grensesnittet vises bare med utgivelsen av Rocket Lake-prosessorer, men dette vil skje rundt begynnelsen av neste år. Men dette grensesnittet kan komme til mobile systemer tidligere: i planene er støtte for PCIe 4.0 erklært for Tiger Lake-prosessorer, den formelle kunngjøringen kan finne sted i sommer. I tillegg kan det ikke utelukkes at høyytelses HEDT-stasjonære datamaskiner vil bytte til PCIe XNUMX også i år: dette vil bli mulig dersom Intel bestemmer seg for å tilby Ice Lake-X i dette segmentet - analoger til serveren Ice Lake-SP.
Som et resultat, til tross for at PCIe 4.0 vil bli utbredt på mellomlang sikt, har tilhengere av raske NVMe SSD-er få alternativer når de skal velge plattform. Den mest åpenbare av dem er et Socket AM4-system basert på en Ryzen 3000-prosessor og et hovedkort basert på X570-brikkesettet.
Hvordan går det med stasjoner som kjører PCI Express 4.0?
Hvis du ser på utvalget av NVMe SSD-er med PCIe 4.0-støtte som presenteres i butikkhyllene, kan du få følelsen av at markedet er overfylt med ulike alternativer for ny generasjons høyhastighetsløsninger. Men i virkeligheten er dette inntrykket villedende. Til tross for at PCIe 4.0-spesifikasjonen har eksistert i flere år, har utviklere av maskinvareplattformer ennå ikke klart å bringe et tilstrekkelig antall alternativer til masseproduksjonsstadiet.
Den eneste kontrolleren som SSD-produsenter nå kan bruke for produktene sine, er Phison PS5016-E16. Dessuten kan denne kontrolleren i virkeligheten ikke kalles en fullverdig utvikling av en ny generasjon. Dette er snarere en overgangsløsning basert på en annen, tidligere PS5012-E12-brikke, der funksjonsblokken som er ansvarlig for den eksterne bussen ganske enkelt ble erstattet.
For sluttbrukeren betyr dette to ting. For det første skiller ikke alle NVMe-stasjoner på markedet med PCIe 4.0-støtte seg for mye fra hverandre, i hvert fall når det kommer til ytelse. Og hvis du ser at høyere rangerte hastigheter plutselig er deklarert for et bestemt produkt, er dette mest sannsynlig på grunn av slu til markedsførere, og ikke på noen reelle fordeler, for til syvende og sist bruker begge produktene samme kontroller. For det andre kan dagens PCIe 4.0-stasjoner ennå ikke skryte av å bruke den fulle båndbredden til den nye bussen – maksimalhastighetene lovet av Phison PS5016-E16-brikken er på nivået 5 GB/s med lineær lesing og 4,4 GB/s med rekorder.
En viktig konsekvens følger av det ovenstående: i fremtiden kan NVMe SSD-er gjøre enda et sprang i ytelse selv uten å gå til neste versjon av PCI Express-spesifikasjonen. Du trenger bare å vente på utseendet til nyere kontrollere med en redesignet kjerne tilpasset egenskapene til PCIe 4.0. Og slike løsninger er allerede under utvikling. Utseendet til et lignende produkt forventes i det minste fra Samsung, i tillegg jobber uavhengige ingeniørteam også med mer avanserte kontrollere: Phison (PS5018-E18), Silicon Motion (SM2267), Marvell (88SS1321) og til og med de ikke veldig bra -kjent selskap Innogrit (IG5236).
Det eneste problemet er at all denne prakten kanskje ikke vises veldig snart. Kontrollerutvikling er en lang prosess, og det oppstår ofte alvorlige forsinkelser i sluttfasen – under fastvareforberedelse eller under validering. I tillegg har hele bransjen nå blitt sterkt påvirket av koronaviruspandemien, og det er grunnen til at nye produktutgivelser har blitt skjøvet tilbake til et senere tidspunkt.
Med andre ord kan du vente lenge på noe bedre, men hvis det er behov for høyere ytelse av diskundersystemet nå, er det fornuftig å holde seg til det som allerede er tilgjengelig - stasjoner på Phison PS5016-E16-kontrolleren. Selv om de ikke velger full båndbredde til fire PCIe 4.0-baner, kan de skilte med ganske god ytelse for småblokkoperasjoner, som ifølge utviklerne når 750 tusen IOPS. Dette sikres både av utformingen av kontrolleren, som er basert på en dual-core 32-bits ARM Cortex R5-prosessor, og av et sett med proprietære triks: dynamisk SLC-caching og CoXProcessor 2.0-teknologi – maskinvareakselerasjon av typiske operasjonskjeder.
Hvorfor Seagate FireCuda 520?
Det ble sagt ovenfor at alle eksisterende NVMe-stasjoner for forbruker med PCIe 4.0-støtte er bygget på samme grunnlag - Phison PS5016-E16-kontrolleren. Dette betyr imidlertid ikke at det vil være en god idé å hente den første PCIe 4.0 SSD-en du kommer over i en butikk. Her vil vi anbefale å ta hensyn til Seagate FireCuda 520, men ikke i det hele tatt fordi du leser denne artikkelen på Seagate-bedriftsbloggen.
Djevelen er i detaljene, og hvis du begynner å forstå, kan Seagate FireCuda 520 vise seg å være mer attraktiv enn mange alternativer basert på den samme Phison PS5016-E16-brikken. Det er flere grunner til dette, men de koker alle ned til én ting - flashminnet installert i FireCuda 520.
Formelt sett bruker alle stasjoner med Phison PS5016-E16-kontrolleren det samme flashminnet: 96-lags BiCS4 (TLC 3D NAND) produsert av Kioxia (tidligere Toshiba Memory). Det faktiske minnet kan imidlertid variere. Avhengig av hvilke prioriteringer en bestemt produsent har valgt for seg selv, kan minne falle inn i helt forskjellige kvalitetsgraderinger. For eksempel, i produktene til tredjelagsselskaper, finnes ofte flashminne for "medieformål", som generelt sett er beregnet på flash-stasjoner og minnekort, men ikke for SSD-er.
Med Seagate-stasjoner er dette helt umulig. Selskapet kjøper ikke flashminne på det åpne markedet, men har en langsiktig direkte avtale med Kioxia, som ble inngått på et tidspunkt da Toshiba holdt på å kvitte seg med minneproduksjon. Takket være dette får vi NAND-brikker, som de sier, førstehånds og har tilgang til silisium av beste kvalitet.
Dette gjenspeiles uunngåelig i pålitelighetsparametrene. Representanter for Seagate FireCuda 520-serien er utstyrt med fem års garanti, og den installerte ressursen lar deg omskrive hele kapasiteten til stasjonen 1800 ganger, det vil si i gjennomsnitt en gang om dagen. Dette er svært høye utholdenhetsindikatorer, ifølge hvilke Seagate-tilbudet for eksempel er tre ganger bedre enn den mest populære Samsung 970 EVO Plus.
Og så er det på tide å vise hvordan Seagate FireCuda 520 ser ut fra utsiden. Dette er et M.2-brett av den tradisjonelle 2280-formfaktoren med brikker plassert på begge sider.
Det er ingen spesielle kjøletiltak her som andre produsenter liker å ha på stasjonene sine, på grunn av det faktum at nesten hundre prosent av hovedkort med PCIe 4.0-støtte har egne kjølesystemer for M.2-spor.
Ellers ligner stasjonen på andre produkter basert på Phison PS5016-E16-kontrolleren, men med en merkbar forskjell - kontrollerbrikken bærer Seagate-merket. Dette skyldes at kontrollerene til FireCuda 520 heller ikke ble kjøpt på det åpne markedet, men ble laget på spesialbestilling. Dette betyr imidlertid ikke så mye for sluttbrukeren, men det som virkelig er viktig er bruken av modifisert firmware, som inneholder visse optimaliseringer som skiller Seagate-stasjonen fra andre SSD-er med tilsvarende maskinvare.
Det er klart at mikroprogrammet neppe vil endre hastighetsegenskapene til kontrolleren vesentlig, men det tillater noe. For eksempel kan FireCuda 520 skryte av implementeringen av dynamisk SLC-caching, mens stasjoner basert på Phison-kontrollere utgitt tidligere brukte en statisk SLC-cache av en ganske begrenset størrelse. Den nye tilnærmingen lar deg registrere mye større mengder informasjon på FireCuda 520 i høy hastighet.
Det fungerer veldig enkelt: alle data som kommer inn i stasjonen skrives til TLC-flashminnet i en veldig rask én-bits SLC-modus. Cellene som brukes på denne måten overføres til TLC-tilstanden enten senere, når brukeren ikke lenger får tilgang til stasjonen, eller etter behov, hvis bassenget av rene celler er oppbrukt under skriveprosessen. Med andre ord kan en tredjedel av den ledige plassen på FireCuda 520 fylles kontinuerlig med maksimal hastighet, men da vil ytelsen reduseres. Men hvis du venter litt, kan en tredjedel av den gjenværende ledige plassen igjen brukes i høyhastighetsmodus.
Her er for eksempel hvordan grafen for lineær opptak til blank ser ut på en FireCuda 520 med en kapasitet på 2 TB.
For de første 667 GB utføres opptak med en hastighet på 4,1 GB/s, deretter reduseres hastigheten radikalt til 0,53 GB/s, men du bør forstå at med normal bruk av stasjonen vil du ikke møte slik oppførsel - dette krever en lang og kontinuerlig registrering av enorme mengder informasjon.
I tillegg til fastvaren er FireCuda 520 også interessant i den medfølgende programvaren. Det proprietære SeaTools SSD-verktøyet er mye mer praktisk for å overvåke statusen til en SSD enn tredjepartsprogrammer. I tillegg lar den deg oppdatere fastvaren, teste ytelsen og utføre noen ekstra operasjoner som avansert diagnostikk eller sikker sletting.
Det er også verdt å nevne at FireCuda 520-eiere kan laste ned DiscWizard-programmet fra Seagate-nettstedet for en jevn migrering fra tidligere diskstasjoner, og overføre alle data og operativsystemet.
Og er det virkelig raskt?
Det gjenstår å sikkerhetskopiere alt som er blitt sagt om fordelene med PCI Express 4.0-grensesnittet og stasjonen med støtten med noen praktiske resultater. Og dette er ikke spesielt vanskelig, fordi FireCuda 520 virkelig har merkbart høyere ytelse, som ikke er tilgjengelig for tidligere generasjons stasjoner. Til tross for det faktum at det er velbegrunnede klager på Phison PS5016-E16-kontrolleren på grunn av at den fortsatt ikke utnytter hele båndbredden til PCIe 4.0, er hastighetsytelsen til Seagate FireCuda 520 åpenbart høyere enn for stasjoner for PCIe 3.0.
Følgende tabell sammenligner egenskapene til Seagate FireCuda 520 med egenskapene til FireCuda 510, Seagates forrige flaggskip NVMe SSD-modell, som er designet for PCIe 3.0 x4-grensesnittet. For eksempel er sammenligningen begrenset til de mest romslige og raskeste SSD-alternativene med en kapasitet på 2 TB, men hvis vi sammenligner modifikasjoner av andre kapasiteter, vil bildet være omtrent det samme.
Imidlertid er passkarakteristikker én ting, men det virkelige liv er en annen. Derfor tok vi rett og slett disse to stasjonene – FireCuda 520 2 TB og FireCuda 510 2 TB – og sammenlignet dem i tester.
FireCuda 520 2 TB
FireCuda 510 2 TB
CrystalDiskMarks resultater krever noen kommentarer. Den nye PCIe 4.0 SSD viste seg å være merkbart raskere enn forgjengeren når det gjelder lineære hastigheter: fordelen når nesten halvannen ganger størrelsen og kan sees både med dype og med minimale forespørselskøer. FireCuda 520 er overlegen den forrige versjonen av Seagate NVMe SSD i småblokkoperasjoner, selv om det samme imponerende gjennombruddet ikke er observert her: alt kommer ned til det faktum at kontrollerlogikken forblir den samme. Som sådan vil FireCuda 520 skinne primært under sekvensielle arbeidsbelastninger. Når det gjelder operasjoner med vilkårlige små blokker, kan PCI Express 4.0-grensesnittet naturligvis ikke gjøre noe som ligner på Optane fra en flash-minnestasjon.
Men det faktum at høyhastighets lineære operasjoner er en veldig kraftig ressurs for FireCuda 520 kan ikke nektes. Dette kan sees mer detaljert i ATTO Disk Benchmark-resultatene: så snart blokkene som brukes til å utveksle data får et volum på 128 KB eller mer, blir det umulig å holde tritt med FireCuda 520 selv i teorien (selv Optane er ikke det i stand til dette), siden datautvekslingshastighetene går utover grensen , satt av PCIe 3.0 x4-grensesnittbåndbredde.
FireCuda 520 2 TB
FireCuda 510 2 TB
I syntetiske tester viser alt seg mer enn overbevisende, men hva med i det virkelige liv? PCMark 10 kan svare på dette spørsmålet - den inneholder scenarier som gjengir den typiske belastningen på stasjoner under brukerens daglige arbeid.
Og i dette tilfellet er FireCuda 520 opptil 30 % raskere enn forgjengeren. Dessuten uttrykkes denne fordelen ikke bare i en økning i hastigheten på diskoperasjoner, men også i en merkbar reduksjon i responstiden til diskundersystemet. Dette mønsteret kan sees når du bruker en SSD som den eneste og universelle stasjonen (se Full System Drive Benchmark). Og i tilfelle når SSD-en utelukkende spiller rollen som en systemstasjon som OS og programvare er installert på (se Quick System Drive Benchmark). Og selv når SSD-en brukes som en "fildump" (se Data Drive Benchmark), selv om dette, ærlig talt, skjer svært sjelden.
Hastighetsfordelene til FireCuda 520 er enkle å se når du kopierer filer på vanlig måte. Diagrammet nedenfor viser resultatene av DiskBench-testen når du kopierer en arbeidskatalog med forskjellige filer med et totalt volum på ca. 20 GB inne i stasjonen. Selvfølgelig observeres ikke en slik økning som i syntetiske tester her, men overgangen til PCIe 25 gir sine ytterligere 30-4.0% i ytelse uten tvil.
For variasjon kan du også se på hvor mye raskere en PCIe 4.0-stasjon lar deg laste inn spillapplikasjoner. Som et eksempel, nedenfor er nivåets lastetid i Final Fantasy XIV StormBlood (valget av dette spesielle spillet skyldes de praktiske overvåkingsverktøyene som er innebygd i det). Her er gevinsten som FireCuda 520 gir over FireCuda 510 litt over et sekund, noe som ikke er så betydelig, men likevel merkbart.
Men under belastninger som er typiske for arbeidsstasjoner, er PCI Express 4.0, som de sier, et must. Faktum er at datamaskiner rettet mot profesjonell innholdsskaping er utstyrt med svært kraftige flerkjerneprosessorer og raskt minne. Og i dette tilfellet kan det lett oppstå flaskehalser i systemet i diskundersystemet. For eksempel, mens mange videofagfolk tidligere foretrakk å bygge RAID-arrayer fra SSD-stasjoner, kan de nå møte behovene deres med FireCuda 520, som håndterer data med hastigheter på over 4 GB/s alene.
Alle disse argumentene kan enkelt støttes av resultatene fra SPECworkstation 3-testen, som veldig tydelig viser viktigheten av en stasjon med et moderne grensesnitt: FireCuda 520 takler store profesjonelle diskbelastningsscenarier i gjennomsnitt 22 % raskere sammenlignet med FireCuda 510 .
Men spesiell oppmerksomhet bør rettes mot de generelle operasjonsindikatorene (den vanlige hastigheten på arbeid med filer ved arkivering og kopiering, samt ved utvikling av programvare) og produktutvikling (viser arbeidshastigheten i CAD/CAD-systemer og ved løsning av beregningsvæske dynamikkproblemer). Her avsløres potensialet som ligger i FireCuda 520 spesielt overbevisende.
Oppsummering
Eksemplene som er gitt er nok til å etterlate ingen tvil om at PCIe 4.0-stasjoner virkelig lar deg få høyere ytelse og bedre respons når du løser ressurskrevende oppgaver. Derfor, når du bygger et høyytelsessystem på flerkjernede AMD Ryzen 3000- eller Threadripper 3000-prosessorer, bør du tydeligvis ikke overse bruken av de mest moderne NVMe SSD-ene. Seagate FireCuda 520 kan være et passende valg her: det er definitivt ikke noe raskere i butikkene for øyeblikket.
Naturligvis vil en PCIe 4.0-stasjon koste litt mer enn den samme FireCuda 510, men årsakene til dette er godt forstått. Og det viktigste er at prisen på FireCuda 520 er ganske markedspris, fordi denne SSD-en koster nesten det samme som alternative PCIe 4.0-stasjoner fra tredjepartsprodusenter.
Noen få ord om testplattformen: Ytelsestesting ble utført på et Ryzen 9 3900X-basert system basert på et ASRock X570 Creator hovedkort og utstyrt med 16 GB DDR4-3200 SDRAM (16-16-16-32). Operativsystem Windows 10 Professional 1909 med standard NVMe-driver Standard NVM Express Controller 10.0.18362.1.
Kilde: www.habr.com