Hoje queremos falar sobre um de nossos novos produtos - o disco SSD Seagate FireCuda 520. Mas não se apresse em rolar mais o feed com os pensamentos “bem, outra análise elogiosa de um gadget da marca” - tentamos tornar o material útil e interessante. Abaixo do corte, vamos nos concentrar em primeiro lugar não no dispositivo em si, mas na interface PCIe 4.0 que ele usa. E diremos o que esperar dele, por que é bom e para quem pode ser útil.
Sejamos honestos: PCI Express 4.0 não é tão novo assim. Os primeiros aparelhos com seu suporte apareceram no mercado consumidor no verão passado. Obrigado por isso, devemos agradecer à AMD: foi a empresa que criou as primeiras plataformas capazes de aceitar dispositivos com PCI Express 4.0, e também fez ela mesma esses dispositivos - são placas gráficas baseadas em GPU com arquitetura RDNA.
Aumentar a largura de banda sempre dá origem a grandes esperanças, mas acontece que as placas de vídeo quase não obtêm nenhum benefício ao mudar para uma interface mais rápida. Pelo menos quando se trata de cargas de jogos. Como vários testes independentes mostraram, mesmo as placas mais rápidas que suportam PCI Express 4.0, principalmente a Radeon RX 5700 XT, têm o mesmo desempenho ao usar a interface nova e rápida e quando conectadas ao barramento PCI Express 3.0 clássico.
Mas com unidades de estado sólido a questão é completamente diferente. A velocidade operacional de SSDs NVMe de alto desempenho operando via PCI Express 3.0 (por exemplo, Seagate FireCuda 510) sob cargas lineares é claramente limitada pela largura de banda da interface. Portanto, expandir os limites da largura de banda certamente terá um impacto positivo nas capacidades dos subsistemas de disco de nova geração.
Uma boa ilustração de que nunca há largura de banda suficiente é o fato de que enquanto falamos dos primeiros dispositivos com suporte para PCI Express 4.0, o PCI Special Interest Group (PCI-SIG) já aprovou a especificação PCI Express 5.0, que leva é um passo adiante no sentido de aumentar a velocidade das interfaces por meio das quais os processadores modernos se comunicam com dispositivos externos. Mas sobre isso em outro momento, hoje o PCI Express 4.0 está na agenda.
O que há de bom no PCI Express 4.0?
A especificação PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) padroniza como placas de expansão, como aceleradores gráficos, controladores de áudio, adaptadores de rede e, finalmente, SSDs NVMe se comunicam com os componentes subjacentes que compõem a plataforma do PC. Quanto maior for a versão da especificação PCIe, maior será o rendimento que ela fornece. Além disso, quando se fala em slots PCIe, além da versão da especificação, fala-se também do número de pistas, que é designado como x1, x2, x4, x8 ou x16. Um número maior de linhas também proporciona um rendimento muito maior devido à expansão do barramento e representa outra maneira extensa de melhorar as características de velocidade da interface. Mas se falamos de SSDs NVMe, essa abordagem é difícil de aplicar neles. Disponível no formato compacto M.2, os SSDs de PC podem usar duas ou no máximo quatro pistas, enquanto o suporte para até 16 pistas é limitado a placas PCIe de tamanho normal. É por esta razão que a introdução de novas versões do padrão PCIe é considerada um evento chave para o mercado de SSDs de desempenho.
Todas as versões da especificação PCIe são compatíveis com versões anteriores. As unidades orientadas para PCIe 4.0 também podem funcionar em plataformas que suportam apenas PCIe 3.0, e placas-mãe com slots PCIe 4.0 podem instalar facilmente componentes que operam de acordo com o padrão PCIe 3.0. Porém, em ambos os casos, o sistema operará nas velocidades PCIe 3.0, uma versão júnior do padrão que é suportada em ambos os lados.
A principal inovação incluída no PCIe 4.0 é a largura de banda duplicada de uma única linha. Existem diferentes opções para estimativas numéricas das mudanças ocorridas, mas se falamos de valores teóricos e de pico, a especificação PCIe 4.0 assume uma velocidade máxima de transferência de 1,97 GB/s em uma linha em cada direção, enquanto no PCIe 3.0 o a velocidade máxima foi limitada a 0,98 GB/s. Em algumas fontes você pode encontrar números duas vezes mais altos, mas isso se deve ao fato de indicarem a velocidade total de transferência de dados em ambas as direções.
Como dissemos acima, tal aumento na velocidade da interface na prática não é muito útil (ou melhor, quase completamente inútil) para placas gráficas. Ao mesmo tempo, os drives NVMe que operam por meio de quatro pistas PCIe são capazes de bombear até 7,88 GB/s (idealmente) em um barramento de quatro pistas, o que abre um amplo espaço para melhorias de desempenho.
Além de aumentar a largura de banda, o padrão PCIe 4.0 também apresenta outras inovações. Por exemplo, contém novos recursos para reduzir o consumo de energia, bem como funções mais extensas para virtualização de dispositivos. Mas a direção principal na qual os desenvolvedores estavam se movendo ainda era o aumento das velocidades, e quase tudo foi feito principalmente por causa disso. Por exemplo, uma série de melhorias na nova versão da interface visam melhorar a integridade dos sinais e a confiabilidade de sua transmissão. Em outras palavras, para a maioria dos consumidores, PCIe 4.0 significa maior largura de banda e nada mais.
E quanto às plataformas que suportam PCI Express 4.0?
Infelizmente, apesar de a própria especificação PCI Express 4.0 ter sido aprovada em 2017, ainda não existem muitas plataformas reais no mercado que a suportem. Isso significa que se você quiser usar uma unidade de estado sólido de alto desempenho de nova geração, terá que se preocupar não apenas em encontrar tal unidade, mas também em selecionar uma plataforma que possa liberar totalmente seu potencial.
O fato é que a nova interface PCIe 4.0 até agora foi suportada apenas pela AMD, e mesmo assim apenas em fragmentos. Ele é implementado em alguns de seus processadores construídos na arquitetura Zen 2 e, mais especificamente, na série Ryzen 3000 para desktop e na série Threadripper 3000 de alto desempenho, mas, por exemplo, não na série móvel Ryzen 4000. Além disso, se o suporte PCIe 4.0 estiver disponível em qualquer placa-mãe Socket sTR4 para Threadripper de terceira geração, os processadores Ryzen 3000 serão capazes de interagir com periféricos PCIe 4.0 em modo de velocidade total apenas em placas-mãe construídas no chipset X570, onde as linhas de sinal são projetadas levando em consideração maiores requisitos de blindagem e minimização de ruído elétrico.
A boa notícia aqui é que os potenciais proprietários de Ryzen 3000 em breve poderão obter outra classe de placas-mãe mais acessíveis com suporte para placas gráficas e drives PCIe 4.0. Eles serão construídos no novo chipset B550, que deverá ser lançado nos próximos meses.
Quanto às plataformas Intel, elas ainda não suportam PCIe 4.0. Além disso, os processadores de desktop Comet Lake-S lançados em um futuro próximo, que trarão consigo o novo soquete de processador LGA 1200 e os novos conjuntos lógicos de sistema da série 4.0, também não receberão PCIe 4.0. Se falamos de sistemas desktop Intel de massa, o suporte para esta interface pode aparecer apenas com o lançamento dos processadores Rocket Lake, mas isso acontecerá no início do próximo ano. Mas essa interface pode chegar aos sistemas móveis mais cedo: nos planos, está declarado suporte para PCIe 4.0 para processadores Tiger Lake, cujo anúncio formal pode ocorrer neste verão. Além disso, não se pode descartar que os desktops HEDT de alto desempenho também mudarão para PCIe XNUMX este ano: isso será possível se a Intel decidir oferecer Ice Lake-X neste segmento - análogos do servidor Ice Lake-SP.
Como resultado, apesar do PCIe 4.0 se tornar difundido no médio prazo, no momento os proponentes de SSDs NVMe rápidos têm poucas opções ao escolher uma plataforma. O mais óbvio deles é um sistema Socket AM4 baseado em um processador Ryzen 3000 e uma placa-mãe baseada no chipset X570.
Como vão as coisas com as unidades que executam PCI Express 4.0?
Se você observar a linha de SSDs NVMe com suporte PCIe 4.0 que são apresentados nas prateleiras das lojas, poderá ter a sensação de que o mercado está superlotado com várias opções de soluções de alta velocidade de nova geração. Contudo, na realidade esta impressão é enganosa. Apesar de a especificação PCIe 4.0 já existir há vários anos, os desenvolvedores da plataforma de hardware ainda não conseguiram trazer um número suficiente de alternativas para a fase de produção em massa.
O único controlador que os fabricantes de SSD agora podem usar em seus produtos é o Phison PS5016-E16. Além disso, na realidade, este controlador não pode ser considerado um desenvolvimento completo de uma nova geração. Esta é antes uma solução transitória baseada em outro chip PS5012-E12 anterior, no qual o bloco funcional responsável pelo barramento externo foi simplesmente substituído.
Para o usuário final, isso significa duas coisas. Em primeiro lugar, todos os drives NVMe do mercado com suporte para PCIe 4.0 não diferem muito entre si, pelo menos no que diz respeito ao desempenho. E se você perceber que velocidades nominais mais altas são repentinamente declaradas para um determinado produto, isso provavelmente se deve à astúcia dos profissionais de marketing, e não a quaisquer vantagens reais, porque, em última análise, ambos os produtos usam o mesmo controlador. Em segundo lugar, as unidades PCIe 4.0 atuais ainda não podem se orgulhar de usar toda a largura de banda do novo barramento - as velocidades máximas prometidas pelo chip Phison PS5016-E16 estão no nível de 5 GB/s com leitura linear e 4,4 GB/s com registros.
Um corolário importante segue do acima: no futuro, os SSDs NVMe podem dar outro salto no desempenho, mesmo sem passar para a próxima versão da especificação PCI Express. Você só precisa esperar o aparecimento de controladores mais novos com um núcleo redesenhado e adaptado aos recursos do PCIe 4.0. E tais soluções já estão sendo desenvolvidas. O aparecimento de um produto semelhante é pelo menos esperado da Samsung, além disso, equipes de engenharia independentes também estão trabalhando em controladores mais avançados: Phison (PS5018-E18), Silicon Motion (SM2267), Marvell (88SS1321) e até mesmo o não muito bem - conhecida empresa Innogrit (IG5236).
O único problema é que todo esse esplendor pode não aparecer muito em breve. O desenvolvimento do controlador é um processo longo e muitas vezes ocorrem sérios atrasos nos estágios finais - durante a preparação do firmware ou durante a validação. Além disso, toda a indústria foi agora fortemente afetada pela pandemia do coronavírus, razão pela qual os lançamentos de novos produtos foram adiados para uma data posterior.
Em outras palavras, você pode esperar muito tempo por algo melhor, mas se agora for necessário um desempenho mais alto do subsistema de disco, faz sentido ficar com o que já está disponível - unidades no controlador Phison PS5016-E16. Embora não escolham a largura de banda total de quatro pistas PCIe 4.0, eles podem se orgulhar de um desempenho bastante bom para operações de pequenos blocos, que, segundo os desenvolvedores, chega a 750 mil IOPS. Isso é garantido tanto pelo design do controlador, que é baseado em um processador ARM Cortex R32 dual-core de 5 bits, quanto por um conjunto de truques proprietários: cache SLC dinâmico e tecnologia CoXProcessor 2.0 – aceleração de hardware de cadeias de operação típicas.
Por que o Seagate FireCuda 520?
Foi dito acima que todas as unidades NVMe de consumo existentes com suporte para PCIe 4.0 são construídas na mesma base - o controlador Phison PS5016-E16. No entanto, isso não significa que comprar o primeiro SSD PCIe 4.0 que encontrar em uma loja seja uma boa ideia. Aqui recomendamos prestar atenção ao Seagate FireCuda 520, mas não porque você está lendo este artigo no blog corporativo da Seagate.
O diabo está nos detalhes e, se você começar a entender, o Seagate FireCuda 520 pode acabar sendo mais atraente do que muitas alternativas baseadas no mesmo chip Phison PS5016-E16. Existem vários motivos para isso, mas todos se resumem a uma coisa: a memória flash instalada no FireCuda 520.
Formalmente, todas as unidades com controlador Phison PS5016-E16 usam a mesma memória flash: BiCS96 de 4 camadas (TLC 3D NAND) fabricada pela Kioxia (anteriormente Toshiba Memory). No entanto, a memória real pode variar. Dependendo das prioridades que um determinado fabricante escolheu para si, a memória pode cair em gradações de qualidade completamente diferentes. Por exemplo, nos produtos de empresas de terceiro nível, é frequentemente encontrada memória flash para fins de “mídia”, que, em geral, se destina a drives flash e cartões de memória, mas não a SSDs.
Com os discos Seagate isso é completamente impossível. A empresa não compra memória flash no mercado aberto, mas tem um acordo direto de longo prazo com a Kioxia, que foi fechado no momento em que a Toshiba estava se desfazendo da produção de memórias. Graças a isso, obtemos chips NAND, como dizem, em primeira mão e temos acesso ao silício da melhor qualidade.
Isto se reflete inevitavelmente nos parâmetros de confiabilidade. Os representantes da série Seagate FireCuda 520 estão equipados com garantia de cinco anos, e o recurso instalado permite reescrever a capacidade total do drive 1800 vezes, ou seja, em média uma vez por dia. São indicadores de resistência muito elevados, segundo os quais a oferta da Seagate, por exemplo, é três vezes superior ao mais popular Samsung 970 EVO Plus.
E então é hora de mostrar como é o Seagate FireCuda 520 visto de fora. Esta é uma placa M.2 do formato tradicional 2280 com chips localizados em ambos os lados.
Não há medidas especiais de resfriamento fornecidas aqui que outros fabricantes gostem de empilhar em suas unidades, devido ao fato de que quase cem por cento das placas-mãe com suporte PCIe 4.0 possuem seus próprios sistemas de refrigeração para slots M.2.
Caso contrário, a unidade é semelhante a outros produtos baseados no controlador Phison PS5016-E16, mas com uma diferença notável - o chip controlador tem a marcação Seagate. Isso se deve ao fato dos controladores do FireCuda 520 também não terem sido adquiridos no mercado aberto, mas sim sob encomenda especial. Porém, isso não significa muito para o usuário final, mas o que é realmente importante é o uso de firmware modificado, que contém certas otimizações que distinguem o disco Seagate de outros SSDs com hardware semelhante.
É claro que é improvável que o microprograma altere significativamente as características de velocidade do controlador, mas permite algo. Por exemplo, o FireCuda 520 possui a implementação de cache SLC dinâmico, enquanto as unidades baseadas em controladores Phison lançadas anteriormente usavam um cache SLC estático de tamanho bastante limitado. A nova abordagem permite registrar quantidades muito maiores de informações no FireCuda 520 em alta velocidade.
Funciona de forma muito simples: todos os dados que entram na unidade são gravados na memória flash TLC em um modo SLC de um bit muito rápido. As células utilizadas desta forma são transferidas para o estado TLC posteriormente, quando o usuário não acessa mais a unidade, ou conforme necessário, se o conjunto de células limpas se esgotar durante o processo de gravação. Em outras palavras, um terço do espaço livre no FireCuda 520 pode ser preenchido continuamente na velocidade máxima, mas o desempenho diminuirá. Mas se você esperar um pouco, um terço do espaço livre restante poderá ser usado novamente no modo de alta velocidade.
Aqui, por exemplo, está o gráfico de gravação linear em branco em um FireCuda 520 com capacidade de 2 TB.
Para os primeiros 667 GB, a gravação é realizada a uma velocidade de 4,1 GB/s, depois a velocidade diminui radicalmente para 0,53 GB/s, mas você deve entender que com o uso normal da unidade você não encontrará tal comportamento - isso requer um registro longo e contínuo de enormes quantidades de informações.
Além do firmware, o FireCuda 520 também é interessante no software incluído. O utilitário proprietário SeaTools SSD é muito mais conveniente para monitorar o status de um SSD do que programas de terceiros. Além disso, permite atualizar o firmware, testar o desempenho e realizar algumas operações adicionais, como diagnósticos avançados ou Secure Erase.
Vale ressaltar também que os proprietários do FireCuda 520 podem baixar o programa DiscWizard do site da Seagate para uma migração tranquila dos drives de disco anteriores, transferindo todos os dados e o sistema operacional.
E é realmente rápido?
Resta comprovar tudo o que foi dito sobre as vantagens da interface PCI Express 4.0 e do drive com seu suporte com alguns resultados práticos. E isso não é particularmente difícil, porque o FireCuda 520 realmente tem um desempenho visivelmente superior, que não está disponível nas unidades da geração anterior. Apesar de haver reclamações bem fundamentadas sobre o controlador Phison PS5016-E16 devido ao fato de ele ainda não utilizar toda a largura de banda do PCIe 4.0, o desempenho de velocidade do Seagate FireCuda 520 é obviamente superior ao de unidades para PCIe 3.0.
A tabela a seguir compara as características do Seagate FireCuda 520 com as características do FireCuda 510, o modelo SSD NVMe carro-chefe anterior da Seagate, projetado para a interface PCIe 3.0 x4. Por exemplo, a comparação se limita às opções de SSD mais espaçosas e rápidas com capacidade de 2 TB, mas se compararmos modificações de outras capacidades, o quadro será aproximadamente o mesmo.
Porém, as características do passaporte são uma coisa, mas a vida real é outra. Portanto, simplesmente pegamos essas duas unidades – FireCuda 520 2 TB e FireCuda 510 2 TB – e as comparamos em testes.
FireCuda 520 2 TB
FireCuda 510 2 TB
Os resultados do CrystalDiskMark requerem alguns comentários. O novo SSD PCIe 4.0 revelou-se visivelmente mais rápido que seu antecessor em termos de velocidades lineares: a vantagem atinge quase uma vez e meia o tamanho e pode ser vista tanto em filas de solicitações profundas quanto mínimas. O FireCuda 520 é superior à versão anterior do SSD Seagate NVMe em operações de blocos pequenos, embora o mesmo avanço impressionante não seja observado aqui: tudo se resume ao fato de que a lógica do controlador permanece a mesma. Como tal, o FireCuda 520 brilhará principalmente em cargas de trabalho sequenciais. Quanto às operações com pequenos blocos arbitrários, a interface PCI Express 4.0, naturalmente, não pode fazer algo semelhante ao Optane a partir de uma unidade de memória flash.
Mas o fato de que as operações lineares de alta velocidade são um recurso muito poderoso do FireCuda 520 não pode ser negado. Isso pode ser visto com mais detalhes nos resultados do ATTO Disk Benchmark: assim que os blocos usados para troca de dados adquirem um volume de 128 KB ou mais, torna-se impossível acompanhar o FireCuda 520 mesmo em teoria (mesmo Optane não é capaz disso), já que as velocidades de troca de dados ultrapassam o limite definido pela largura de banda da interface PCIe 3.0 x4.
FireCuda 520 2 TB
FireCuda 510 2 TB
Nos testes sintéticos tudo acaba de forma mais do que convincente, mas e na vida real? O PCMark 10 pode responder a esta pergunta – ele contém cenários que reproduzem a carga típica nas unidades durante o trabalho diário do usuário.
E neste caso, o FireCuda 520 é até 30% mais rápido que seu antecessor. Além disso, esta vantagem se expressa não apenas no aumento da velocidade das operações do disco, mas também em uma diminuição perceptível no tempo de resposta do subsistema do disco. Esse padrão pode ser visto ao usar um SSD como unidade única e universal (consulte Benchmark de unidade de sistema completo). E no caso em que o SSD desempenha o papel exclusivamente de uma unidade do sistema na qual o sistema operacional e o software estão instalados (consulte Quick System Drive Benchmark). E mesmo quando o SSD é usado como um “despejo de arquivo” (consulte Data Drive Benchmark), embora isso, francamente, aconteça muito raramente.
Os benefícios de velocidade do FireCuda 520 são fáceis de ver ao copiar arquivos normalmente. O diagrama abaixo mostra os resultados do teste DiskBench ao copiar um diretório de trabalho com diferentes arquivos com um volume total de cerca de 20 GB dentro do drive. É claro que um aumento semelhante ao dos testes sintéticos não é observado aqui, mas a transição para PCIe 25 dá 30-4.0% adicionais de desempenho sem dúvida.
Para variar, você também pode observar o quão mais rápido uma unidade PCIe 4.0 permite carregar aplicativos de jogos. Como exemplo, abaixo está o tempo de carregamento do nível em Final Fantasy XIV StormBlood (a escolha deste jogo em particular se deve às convenientes ferramentas de monitoramento integradas nele). Aqui, o ganho que o FireCuda 520 proporciona em relação ao FireCuda 510 é de pouco mais de um segundo, o que não é tão significativo, mas ainda assim perceptível.
Mas sob cargas típicas de estações de trabalho, o PCI Express 4.0 é, como dizem, obrigatório. O fato é que os computadores voltados para a criação de conteúdo profissional são equipados com processadores multi-core muito potentes e memória rápida. E, neste caso, gargalos no sistema podem surgir facilmente no subsistema de disco. Por exemplo, embora muitos profissionais de vídeo anteriormente preferissem construir matrizes RAID a partir de unidades SSD, agora eles podem atender às suas necessidades com o FireCuda 520, que lida sozinho com dados em velocidades superiores a 4 GB/s.
Todos esses argumentos podem ser facilmente apoiados pelos resultados do teste SPECworkstation 3, que mostra muito claramente a importância de um drive com uma interface moderna: o FireCuda 520 lida com cenários de carga pesada de disco profissional em média 22% mais rápido em comparação com o FireCuda 510 .
Mas atenção especial deve ser dada aos indicadores de Operação Geral (velocidade usual de trabalho com arquivos no arquivamento e cópia, bem como no desenvolvimento de software) e Desenvolvimento de Produto (mostra a velocidade de trabalho em sistemas CAD/CAD e na resolução de fluidos computacionais problemas de dinâmica). Aqui o potencial inerente ao FireCuda 520 é revelado de forma especialmente convincente.
Resumo
Os exemplos dados são suficientes para não deixar dúvidas de que as unidades PCIe 4.0 realmente permitem obter maior desempenho e melhor capacidade de resposta ao resolver tarefas que consomem muitos recursos. Portanto, ao construir um sistema de alto desempenho em processadores AMD Ryzen 3000 ou Threadripper 3000 multi-core, você claramente não deve negligenciar o uso dos SSDs NVMe mais modernos. O Seagate FireCuda 520 pode ser uma escolha adequada aqui: definitivamente não há nada mais rápido nas lojas no momento.
Naturalmente, um drive PCIe 4.0 custará um pouco mais que o mesmo FireCuda 510, mas as razões para isso são bem compreendidas. E o mais importante é que o preço do FireCuda 520 é bastante preço de mercado, porque este SSD custa quase o mesmo que drives PCIe 4.0 alternativos de fabricantes de terceiros.
Algumas palavras sobre a plataforma de teste: Os testes de desempenho foram realizados em um sistema baseado em Ryzen 9 3900X baseado em uma placa-mãe ASRock X570 Creator e equipado com 16GB DDR4-3200 SDRAM (16-16-16-32). Sistema operacional Windows 10 Professional 1909 com driver NVMe padrão Controlador NVM Express padrão 10.0.18362.1.
Fonte: habr.com